The use of flexible mechanisms has been increasing in the recent years. This is due of the advantages that offer with respect to rigid mechanism. However, the method to study them become more complicated. Just to mention, the mathematical equations to investigate their behavior are of a higher level, so the assistance of calculation software is required. For this reason an analytical model is developed to facilitate the study of compliant mechanism. To do this, a review of the theory involved in the calculation of compliant mechanism is made and applied in the development of the analytical model. In this case the equations derived from the Euler-Bernoulli Beam Theory were used. In order to have a contrast of results, a software that use the Finite Element Method was used. After the simulation of the structures in both models, the relative errors were obtained. In the case of the simulations to obtain the displacement due to external forces, only the first node of the structures were defined as “Clamp” and the external forces were applied to the rest of the nodes. For this investigation, nine structures were simulated. To obtain a representative relative error, an average of them were calculated, which are 5.69% and 4.28% in the x and y axis respectively. Subsequently, because in all the cases, the first node is fixed, the moment at that node were obtained and compared. The average relative error found was 1.74%. After that, the simulations to obtain the forces due to the rotation of the structures were carried out. To make the simulations, the structures rotate in the range of -0.4 rad and 0.4 rad with steps of 0.1 rad. For this investigation, 4 structures were simulated and 14 parameters were defined. The maximal relative error found was 5.05%. Finally, an study of the behavior of the normalized moment at the first node of the 4 structures when the 14 parameters vary was carried out. In this investigation it was found on one hand that the parameters R1 and R2 from the structure 3 have good influence in the curves but on the other hand, the parameters R1 and α from the structure 4 have almost no influence. / El uso de los mecanismos flexibles ha ido en aumento en los ´últimos años. Esto se debe a las ventajas que ofrece con respecto a los mecanismos rígidos. Sin embargo, los métodos para estudiarlos es mucho más complicado. Solo para mencionar, las ecuaciones matemáticas para investigar su comportamiento son de un nivel superior, por lo tanto, se necesita usar un software para realizar los cálculos. Por esta razón se ha desarrollado un modelo analítico para facilitar el estudio de mecanismos flexibles complejos. Para ello, se realiza una revisión de la teoría implicada en el cálculo de los mecanismos flexibles y se aplica en el desarrollo del modelo analítico. En este caso, fueron usadas las ecuaciones derivadas de la teoría de la viga Euler-Bernoulli. Con el fin de contrastar los resultados, se usó un software que utiliza el método de los elementos finitos. Después de la simulación de las estructuras en ambos modelos, se obtuvieron los errores relativos. En el caso de las simulaciones para obtener los desplazamientos debido a fuerzas externas, solo los primeros nodos de la estructuras se definieron como ”Clamp” y las fuerzas externas fueron aplicadas en el resto de los nodos. Para esta investigación nueve estructuras fueron simuladas. Para obtener un error relativo representativo, se calcularon los promedios de ellos, los cuales son 5.69% y 4.28% en los ejes x y y respectivamente. Seguidamente, debido a que en todos los casos el primer nodo se encuentra fijo, se calcularon y compararon los momentos en dichos nodos. El error relativo promedio encontrado fue de 1.74 %. Después de eso, se llevaron a cabo las simulaciones para obtener las fuerzas debido a la rotación de la estructura. Para realizar las simulaciones, la estructura gira entre -0.4 rad y 0.4 rad con pasos de 0.1 rad. Para esta investigación, cuatro estructuras fueron simuladas y 14 parámetros fueron definidos. El máximo error relativo encontrado fue de 5.05 %. Finalmente, se llevó a cabo un estudio del comportamiento del momento normalizado en el primer nodo de las cuatro estructuras cuando los 14 parámetros varían. En esta investigación se encontró que, por un lado, los parámetros R1 y R2 de la estructura 3 tienen una buena influencia en las curvas pero, por otro lado, los parámetros R1 y α de la estructura 4 casi no tienen influencia. / Die Anwendung von nachgiebigen Mechanismen hat in den letzten Jahren zugenommen. Dies liegt an den Vorteilen, die sie im Vergleich zu starren Mechanismen bieten. Allerdings wird die Methode zu ihrer Untersuchung immer komplizierter. So sind die mathematischen Gleichungen zur Untersuchung ihres Verhaltens auf einem höheren Niveau, so dass die Unterstützung durch Berechnungssoftware erforderlich ist. Aus diesem Grund wird ein analytisches Modell entwickelt, um die Untersuchung von nachgiebigen Mechanismen zu erleichtern. Zu diesem Zweck wird ein Überblick über die Theorie zur Berechnung des nachgiebigen Mechanismus gegeben und bei der Entwicklung des analytischen Modells angewendet. In diesem Fall wurden die Gleichungen, die aus der Euler-Bernoulli- Balkentheorie abgeleitet, verwendet. Um einen Vergleich der Ergebnisse zu ermöglichen, wurde eine Software verwendet, die die Finite-Elemente-Methode anwendet. Nach der Simulation der Strukturen in beiden Modellen wurden die relativen Fehler ermittelt. Bei den Simulationen zur Ermittlung der Verschiebung aufgrund externer Kräfte wurde nur der erste Knoten der Strukturen als “Clamp” definiert und die externen Kräfte wurden auf die anderen Knoten angewendet. Für diese Untersuchung wurden neun Strukturen simuliert. Um einen repräsentativen relativen Fehler zu erhalten, wurde ein Mittelwert berechnet, der 5,69% und 4,28% in der x- bzw. y-Achse beträgt. Weil in allen Fällen der erste Knotenpunkt fixiert ist, wurden die Momente an diesem Knotenpunkt ermittelt und verglichen. Der durchschnittliche relative Fehler beträgt 1,74%. Danach wurden die Simulationen zur Ermittlung der Kräfte bei der Rotation der Strukturen durchgeführt. Für die Simulationen wurden die Strukturen in einem Bereich von -0,4 rad und 0,4 rad mit Schritten von 0,1 rad gedreht. Für diese Untersuchung wurden 4 Strukturen simuliert und 14 Parameter definiert. Der maximal ermittelte relative Fehler beträgt 5,05%. Schließlich wurde eine Studie über das Verhalten des normalisierten Moments am ersten Knoten der 4 Strukturen durchgeführt, während die 14 Parameter verändert. In dieser Untersuchung wurde einerseits festgestellt, dass die Parameter R1 und R2 aus der Struktur 3 einen guten Einfluss auf die Kurven haben, andererseits haben die Parameter R1 und α aus der Struktur 4 fast keinen Einfluss.

El modelamiento numérico de procesos de formación de hollín en sistemas de combustión reales representa un gran reto debido a la fuerte interacción entre la turbulencia, la cinética química y la dinámica de las partículas de hollín. Esto significa que tanto los modelos de turbulencia como los de reacción química deben ser lo suficientemente detallados como para producir resultados precisos de las distintas especies químicas que intervienen en los procesos de formación de hollín. También es importante que todas las fases de la formación de hollín sean descritas adecuadamente por los modelos numéricos utilizados, y que exista una herramienta computacional capaz de modelar dichos fenómenos. Sin embargo, en la actualidad no existe ninguna herramienta de libre acceso que incluya algún tipo de modelamiento detallado de hollín, por lo que la mayoría de los estudios sobre el tema han sido realizados en el pasado con herramientas desarrolladas por los propios investigadores. En consecuencia, en este trabajo, utilizando C++ como lenguaje de programación, diferentes modelos detallados de formación de hollín han sido implementados en la herramienta computacional de acceso libre OpenFOAM. Más específicamente, los modelos considerados incluyeron (i) el modelo semi-empírico de 2 ecuaciones (2EQ), y los modelos basados en (ii) el método de momentos con cierre interpolativo (MOMIC), (iii) el método híbrido de momentos (HMOM), y (iv) el método seccional discreto (DSM). Todos los modelos fueron desarrollados y evaluados en los contextos de simulación Reynolds averaged Navier Stokes (RANS) y large eddy simulation (LES). Además, la fase gaseosa del proceso de combustión fue descrita usando el modelo steady laminar flamelet (SLF), en las simulaciones RANS, y el modelo flamelet/progress variable (FPV), en las simulaciones LES. Las simulaciones numéricas fueron realizadas considerando diferentes especies químicas precursoras de hollín en la fase de nucleación de este. Para la oxidación del hollín, especies oxidantes como el radical hidroxilo (OH) y el oxígeno (O2) fueron consideradas. Para el crecimiento superficial, a su vez, el acetileno (C2H2) y distintos hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH) fueron considerados. Los diferentes resultados numéricos obtenidos en contextos RANS y LES fueron comparados con los correspondientes datos experimentales del International Sooting Flame Workshop (ISF), correspondiente a las llamas turbulentas (i) Adelaide jet flame EHN 1 y (i) Adeladie bluff-body flame ENB-1. En concreto, los niveles de hollín predichos con cada uno de los modelos de formación de hollín considerados fueron evaluados y comparados con datos experimentales disponibles en la literatura. Los principales resultados obtenidos indican que, utilizando como especies químicas precursoras al benceno (A1) (en el caso RANS) y al pireno (A4) (en el caso LES), el mejor modelo para predecir la formación de hollín en las llamas turbulentas estudiadas es el HMOM. En particular, este modelo es capaz de captar la bimodalidad de la función de distribución del tamaño del hollín y de incluir las cadenas de agregados. También fue comprobado que los principales precursores del hollín son los PAH, y que el campo medio de estos no varía significativamente de uno a otro. Por lo tanto, utilizando un adecuado factor de adherencia, la importancia del PAH particular utilizado en la nucleación disminuye. Finalmente, los resultados indicaron también que el costo computacional asociado a cada modelo es un factor limitante. Así, el elevado costo computacional del modelo DSM no justifica su uso en llamas turbulentas. De esta forma, en términos de costo computacional, la mejor opción para las llamas estudiadas es también el modelo HMOM.

La combustión representa en la actualidad una de las principales fuentes de generación de energía en el mundo. A pesar de las ventajas significativas de los procesos de combustión, estos traen consigo un problema crítico relacionado con la emisión de contaminantes que impactan directamente en la salud y el medio ambiente. Estudios continuos son por lo tanto requeridos para mejorar la eficiencia de los sistemas de combustión existentes y reducir los efectos negativos de los procesos de combustión. El estudio numérico de una llama difusiva turbulenta en un quemador tipo bluff-body, usando OpenFOAM como herramienta computacional, es realizado en este trabajo. El modelamiento numérico es realizado utilizando un abordaje basado en la resolución de las ecuaciones Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS). El modelo de combustión usado es el Eddy Dissipation Concept (EDC). GRI-MECH 3.0 es utilizado a su vez como el mecanismo describiendo la cinética química del proceso. La turbulencia es tratada con el modelo RANS k-omega y la radiación con el modelo de aproximación P-1. La malla computacional incluye 900 mil elementos, la cual permite describir razonablemente bien el flujo en la estela próxima al bluff-body. Los resultados numéricos obtenidos son comparados con datos experimentales disponibles de campos de velocidad, tensores de Reynolds y perfiles de OH. Las referidas comparaciones enfatizan que hay una concordancia aceptable entre los resultados obtenidos de las simulaciones numéricas y los valores de los parámetros medidos experimentalmente. Esto implica que el modelo de combustión EDC puede ser utilizado para caracterizar el flujo reactivo turbulento en configuraciones de quemadores como los analizados en este trabajo.

En el presente trabajo se realiza un análisis numérico de vibración inducida por flujo (FIV) sobre una tubería horizontal que transporta flujo bifásico agua-aire. Para el estudio del fluido se consideró un dominio de estudio de 3m de longitud en el que se analizaron diferentes modelos de turbulencia con la finalidad de seleccionar el más adecuado para el estudio FIV. Se tomó como criterio de comparación el comportamiento de la presión variable sobre la pared de la tubería. Los resultados obtenidos muestran que el modelo RANS K-ω SST es capaz de representar con buena precisión el comportamiento del flujo bifásico analizado, pues capta los patrones de flujo y las fluctuaciones de presión en concordancia con resultados experimentales reportados en la literatura, por lo que fue seleccionado para el análisis FIV. Seguidamente se procedió a determinar el método de análisis de vibración más adecuado para el objeto en estudio (tubería), en el cual se consideró un dominio de estudio de la tubería de 1.53 m de longitud, empotrada en ambos extremos. Es así que se determinó que el análisis dinámico transitorio acoplado bidireccional de interacción fluido-estructura (FSI), que contempla los efectos del campo de fluidos sobre el campo estructural y viceversa, representa de manera adecuada el fenómeno en estudio por considerar que son los esfuerzos, desplazamientos, aceleraciones y frecuencias las variables a determinarse en este análisis. Para las condiciones de flujo analizadas se captaron vibraciones, desplazamientos en el rango de -48 μm a 18 μm, aceleraciones en el rango de -0.07 m/s2 a 0.8 m/s2 y frecuencias máximas en el rango de 10 Hz a 35 Hz. / Tesis

Los métodos numéricos de alto orden, necesarios para la discretización espacial, son una de las áreas más activas del campo de la dinámica de fluidos computacional (CFD en sus siglas en inglés). Dentro de estos, los Métodos de Volúmenes Finitos (MVF) han encontrado difcultades en la implementación de los procesos de reconstrucción. En el presente trabajo presentamos e implementamos en Python un novedoso proceso de reconstrucción compacto de alto orden propuesto por Q. Wang [22]. La novedad yace en que el orden alto es alcanzado usando un estencil compacto; es decir, usando únicamente celdas vecinas. En este proceso se obtiene un conjunto de relaciones que sirven para obtener los coeficientes de los polinomios de reconstrucción sobre los volúmenes de control de interés preservando sus valores promedios y el de sus derivadas. Con estas relaciones obtenemos un sistema lineal sobredeterminado que al ajustarse por mínimos cuadrados resultan en un sistema tridiagonal por bloques para el caso de una ecuación de advección 1D. Para esta ecuación de advección usamos además el Análisis de Fourier para examinar los números de onda modificados por el MVF compacto. La reconstrucción incluye parámetros que son optimizados para mejorar las propiedades de dispersión/disipación. Así mismo, el análisis de estabilidad de von Neumann nos permite estimar el número CFL (Courant Friedrich Levy) máximo para dos métodos de Runge-Kutta. Finalmente, validamos tanto los órdenes de convergencia de la combinación del MVF compacto con dos esquemas de Runge-Kutta como los parámetros óptimos de los esquemas de reconstrucción. / The numerical methods of high order, necessary for spatial discretization, are one of the most active areas of the field of Computational Fluid Dynamics. Within these, Finite Volume Methods (abbreviated as MVF in spanish) have encountered difficulties in the implementation of reconstruction processes. In the present work we present a novel high order compact reconstruction process proposed by Q. Wang [22], and implemented in Python. The novelty lies in that high order is achieved using a compact stencil, that is, using only neighboring cells. In this process we obtain a set of relations that are constructed to obtain the coefficients of reconstruction polynomials on the control volumes of interest, preserving their average values and that of their derivatives. With these relations we obtain an overdetermined linear system that is adjusted by least squares resulting in a tridiagonal system by blocks in the case of a 1D advection equation. For this advection equation we also use the Fourier Analysis to examine the wave numbers modified by the compact MVF. The reconstruction includes parameters that are optimized to improve the dispersion / dissipation properties. Furthermore, the von Neumann stability analysis allows us to estimate the maximum CFL number for two Runge-Kutta methods. Finally, we validate the convergence orders of the combination of the compact MVF with two schemes of Runge-Kutta and we also validate the optimal parameters of the reconstruction schemes. / Tesis

The proportional hazard model plays a fundamental role in the analysis of time-to-event data. In this thesis, we conduct a simulation study to evaluate the performance of M-splines to estimate the baseline cumulative hazard function for the proportional hazard model. We assess the effect of sample size and number of knots in the estimation process. Finally, we apply this method to a sample of students from a university where the event of interest is the payment on time of the last tuition fee.

Traditionally, the sea has been considered as the ultimate sink of most pollutions, due to its huge volume and assimilating capacities, and the coastal waters, because of their intermediate position between deep seas and human activities, has been acting as a buffer zone. However, during the past years, the interest in environmental issues in general, and in the conservation of the water quality in coastal regions, in particular, has steadily increased. For coastal waters, this growing interest can be related to the increase in population and industrial activity along rivers and on coastal areas, which poses an important threat on coastal ecosystems, and may limit the use of coastal waters for human activity. This problem is drastically increased during the tourist season, when a large number of tourists tend to favour coastal resorts. Although at different scales, both the discharge of wastewater from a marine outfall or the discharge of nutrient- or sediment-laden freshwater from a river play an important role in many physical, chemical and biological processes, which in turn may affect the human use (recreational, economical, etc), of coastal waters. It is important, therefore, to be able to model these processes in order to optimise the multiple uses of coastal waters, accommodating the economical interests to marine production and recreation. The present thesis describes the development, validation and application to real cases of a three-dimensional numerical model for substance (pollution) transport in coastal waters, which can be applied to a wide range of situations, as marine outfall discharges, river freshwater discharges or sediment transport. The three-dimensional advection-diffusion equation is solved using a random walk Lagrangian particle formulation, in which the substance to be transported is divided into discrete "packets" that are moved around due to the effects of the transport mechanisms relevant in coastal waters. Transport induced by currents, waves, and turbulent diffusion is included in the model calculations, together with other mechanisms such as sediment settling and resuspension, buoyancy effects due to density differences, and microbiological inactivation. Specific formulations have been developed to account for the transport due to the initial discharge velocity, for buoyant transport in the frame of particle models in waterbodies, for sediment resuspension, and to increase the efficiency of the model by uncoupling the nearfield modelling from that of the farfield. Concentration distributions are obtained at the end of the simulation by mapping the position of the resulting set of discrete particles onto the nodes of a grid, that may be deformable, employing different optional methods. This transport model has been validated using several test cases of known analytical solution, and has been applied to a series of real cases for which numerical results could be compared to observational evidence (such as experimental data, video recordings and satellite images). The comparison yields a good agreement between observational evidence and modelled data, and reveals that the model can be applied to a wide range of transport problems in various environments.

El principal objetivo de esta tesis es demostrar que la Teoría de los Modos Característicos puede ser empleada de forma sistemática para diseñar antenas de hilo y antena planas. La gran ventaja de los modos característicos, frente a otros métodos de diseño, es la clara visión física que proporcionan de los fenómenos que contribuyen a la radiación de la antena. A través de numerosos ejemplos se demostrará como los modos característicos permiten comprender mejor el funcionamiento de una antena, de forma que el diseño de la misma se puede realizar de forma justificada y coherente. También se mostrará como la información proporcionada por los modos característicos puede ser aprovechada para seleccionar la forma más apropiada para el elemento radiante, al igual que para elegir una configuración de alimentación óptima que maximice el ancho de banda de impedancia. La Teoría de los Modos Característicos fue inicialmente formulada por Garbacz en 1968, y posteriormente refinada por Harrington y Mautz en 1971. Tradicionalmente, los modos característicos han sido empleados para sintetizar formas de antena, y para controlar la difracción de objetos mediante carga reactiva. Sin embargo, en la actualidad, la Teoría de los Modos Característicos ha caído prácticamente en el olvido, a pesar de que permite obtener una solución modal para la corriente, que es de gran utilidad a la hora de analizar problemas de análisis, síntesis y optimización de antenas y difractores. La Teoría de los Modos Característicos parte de la definición de un problema de autovalores que involucra la matriz de impedancia generalizada de la estructura, y que tras ser resuelto proporciona un conjunto de modos de corriente reales, que son los denominados modos característicos. Estos modos se corresponden con las resonancias naturales de la estructura y pueden ser obtenidos numéricamente para cuerpos conductores de forma arbitraria. Por otra parte, los modos característicos forman un conjunto de funciones cer / Cabedo Fabrés, M. (2007). Systematic design of antennas using the theory of characteristic modes [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1883 / Palancia

El presente proyecto de tesis consiste en la simulación numérica de un proceso de soldadura, para tal fin se desarrolla un modelo termo-mecánico tridimensional con prescripción de temperatura basado en la hipótesis de desacople del proceso de soldadura en tres grandes campos (campo de temperaturas, campo de esfuerzos y deformaciones y campo de estado microestructural) y la influencia mutua que existe entre ellos. Se llevan a cabo dos estudios, primero un estudio térmico transitorio con el fin de obtener la historia térmica, la misma que luego servirá como carga externa (información de entrada) para el estudio mecánico no lineal, con el fin de alcanzar el principal objetivo que es conocer la historia de esfuerzos a lo largo del proceso y la magnitud de los esfuerzos residuales.

Esta tesis desarrolla la simulación del proceso de fundición de un elemento cilíndrico con el programa de elementos finitos Vulcan 8.0, a la par de la ejecución real de la misma pieza en el laboratorio de la Sección de Ingeniería Mecánica, con el objetivo de comparar los resultados de los procesos, evaluar la capacidad de la herramienta de simulación utilizada y de esta manera contribuir a la aplicación del software a la enseñanaza universitaria. El capítulo 1 es la base teórica de la tesis y por lo tanto está dedicado a subrayar la teoría importante del conjunto: Proceso de fabricación (Fundición)/Herramienta de Simulación (Vulcan), mientras que el Capítulo 4, resulta ser una guía de simulación para los alumnos de las clases de Laboratorio de Fundición en donde el uso del software del Vulcan forma parte de la experiencia académica. El capítulo 2 y 3, conforman el cuerpo de este trabajo, y aquí los resultados del conjunto ensayo/simulación son comparados en base a los defectos presentados. El defecto más notorio y perjudicial en la pieza fundida es el rechupe. Mediante la simulación, la localización de dicho defecto se logra predecir con una muy buena aproximación mediante el criterio de solidificación de materiales denominado fracción sólida. Además, el software permite observar la evolución de vectores de velocidad durante el llenado, lo cual ayuda a evaluar zonas de alta turbulencia y por lo tanto focos de aparación de porosidades y defectos. Para finalizar el capítulo 3, se presentan gráficos de evolución de la variable temperatura versus tiempo con el objetivo de analizar el fenómeno de la transferencia de calor durante la solificación del material. Finalmente se comprueba que, a pesar de las dificultades presentadas durante el desarrollo de la investigación, como por ejemplo la utilización de un material de colada distinto para cada procedimiento (virtual: A1Si7Mg /real:chatarra de aluminio), los resultados presentados por el software Vulcan son muy convincentes. Los defectos reales son localizados con gran precisión en la pieza virtual. Este resultado permite afirmar que este programa posee una muy buena capacidad para evaluar los diseños preliminares de una fundición.