Steel structures have an ubiquitous presence in several industries due to their availability and low price. Bus super-structures are typically built using structural steel hollow shapes and serve a major role during crashes and rollovers, as they protect the passengers by absorbing the kinetic energy of impacts and dissipating it as plastic deformations. In recent years, composite materials have gained protagonism in numerous applications due to their high specific strength and stiffness. However, costs and manufacturing complexity have made all-composite automotive structures economically unfeasible. Thus, the current tendency is the use of multimaterial structures: using composites only in the zones where they are needed, while keeping an inexpensive material, like steel, elsewhere. Hollow structural shapes, used in bus structures, are susceptible to bending collapse failure during rollover and crashes, which must be precisely predicted and calculated. Existing theoretical models for this failure mechanism have certain limitations to account for larger thickness, plastic hardening, and composite reinforcements. The present work aims to address these limitations through the development of new theoretical models for the so-called medium-thin-walled hollow shapes, as well as for reinforced CFRP-Steel hollow shapes. Both materials are joined using structural adhesives due to their ease-of-use and relatively low price. Experimental test results have shown the validity and accuracy of the proposed models. These proposed models are then implemented in a concept model of a bus structure to address its crashworthiness and the effectiveness of the reinforced shapes.

En la ciudad de Lima, el transporte público convencional es el modo más utilizado por la población, y en menor medida el transporte público masivo de calidad; en general, el transporte público de Lima solo es un conjunto de modos y empresas independientes. En la actualidad, los sistemas de transporte público de calidad operativos son el BRT (Buses de tránsito rápido) Metropolitano, la Línea 1 del Metro de Lima, y de forma complementaria los corredores del SIT (Sistema integrado de transporte). Sin embargo, incluso en estos modos planificados, el nivel de integración física y tarifaria aún no ha sido alcanzado por completo. Dado el déficit de transporte público masivo de calidad en Lima, y en concordancia con el Decreto Supremo Nº 009-2013-MTC y Nº 059-2010-MTC (Red Básica del Metro de Lima), la presente tesis propone evaluar la factibilidad de un sistema BRT en el eje de la Línea 6, la cual recorre la Av. Angamos, importante centro de actividades de la ciudad. La propuesta se centra en mejorar las deficiencias que tiene el transporte público convencional de la zona de estudio, y en promover la interconexión entre el Metropolitano y la Línea 1, los cuales son corredores paralelos. Debido a la complejidad que representa modelar todo un sistema BRT, en esta tesis se plantea de manera exploratoria el diseño de una sola estación que represente a la línea que recorre la Av. Angamos; la cual se conectará peatonalmente con la estación Angamos de la Línea 1. El diseño del proyecto se basa en el análisis de las características y experiencias del BRT Metropolitano, en manuales, y en estándares de diseño internacionales. De esta forma se contribuye a incrementar la cantidad de kilómetros de BRT (actualmente de 0.34 km/105 hab) para atender la demanda frente a otras ciudades. (en el orden de 1.00 a 1.50 km/105 hab). Para modelar el comportamiento de los vehículos, peatones e implementar el BRT en la intersección de las avenidas Angamos y Aviación, se utilizó el programa VISSIM 8. Los resultados mostraron una reducción en 5% del tiempo de viaje de los vehículos particulares. Además, para la demanda estimada (3620 pp/h) en la estación, no se originó hacinamiento. Por otro lado, el tiempo utilizado por un usuario que sale del tren hacia al paradero del BRT se redujo en un 34 % respecto al trasbordo desde el tren al transporte público convencional actual. Esto se debe a la utilización del puente peatonal. Esto permite una conexión directa y evita las paradas en semáforos; de esta manera, se consigue la integración tarifaria y operativa. La implementación de la estación BRT requiere el rediseño de la intersección. Se considera implementar cruceros peatonales de 4.0 m de ancho y rampas del mismo ancho; prohibir de giros a la izquierda en la Av Angamos y reducir el número de carriles de 2 a 1 en la vía de giros directos de la Av. Angamos hacia la Av. Aviación pues presenta un grado de saturación de 32% y con la medida pasa a ser utilizada en un 63% de su capacidad. Finalmente, se ha considerado el rediseño tanto de los ciclos semafóricos vehiculares y peatonales en base a los flujos medidos en campo. El diseño del ciclo semafórico peatonal considera las distancias máximas a recorrer por las personas al cruzar las vías y la velocidad del usuario más desfavorable.

El crecimiento acelerado de las ciudades sin un plan de ordenamiento territorial se refleja en la distribución desigual de servicios de salud, de educación, de los centros laborales y de los espacios de recreación. Asimismo, el desorden del sistema de transporte convierte el traslado de personas y mercancías en una experiencia traumática. En el Perú, las personas realizan viajes largos para llegar a su destino, lidian con la congestión vehicular a diario, tienen una alta probabilidad de sufrir accidentes debido a los “correteos” de los vehículos para ganar más pasajeros, y son afectados por la contaminación generada por un parque automotor del transporte público con más de 15 años de antigüedad en promedio. Para aliviar los problemas en el transporte urbano, es necesario recurrir a sistemas de transporte colectivo masivo tales como los sistemas BRT o las líneas de metro. La situación descrita líneas arriba es la que representa a Lima, en donde se han implementado dos modos de transporte para aliviar la congestión en la ciudad: el Metropolitano y la Línea 1 de Metro. Sumando los Corredores Complementarios, sólo el 10% de la demanda por viajes se atiende con servicios de cierta calidad y el 90% restante requiere inversiones en infraestructura de transporte público significativas. Es previsible que, en el futuro próximo, Lima se beneficie de grandes cambios y cuantiosas inversiones en transporte urbano. El objetivo de la presente investigación es analizar qué modo de transporte sería el más adecuado para Lima; para ello, se aplicará la metodología del Análisis Costo Beneficio a dos proyectos: el sistema de buses de tránsito rápido (BRT por sus siglas en inglés) denominado “COSAC II” y el sistema de Metro Subterráneo “Línea 2”, que fueron planteados para satisfacer la demanda de pasajeros en el sentido Este-Oeste de la ciudad, siendo el proyecto elegido la Línea 2. La evaluación económica de ambos proyectos adquiere importancia pues los siguientes megaproyectos a implementar son líneas de metro subterráneas, sin haber considerado otras alternativas con similar eficacia y con menor costo de inversión como los BRT, los tranvías, los monorrieles o los trenes elevados.

El sistema Bus Rapid Transit (BRT) es uno de los modos de transporte más demandados en los últimos años. Este sistema de transporte cuenta con estaciones para los usuarios y múltiples líneas de buses en una determinada ciudad. Sin embargo, el desorden en el recorrido de los usuarios a lo largo de la estación y la alta densidad e interacción peatonal generan largos tiempos de espera para los usuarios desde que entran a la estación hasta su embarco al bus. La presente investigación propone una gestión de la movilidad peatonal, la cual mediante la canalización de flujos peatonales y adaptación de entradas y salidas de la estación tiene por objetivo principal reducir los tiempos de espera de los usuarios dentro de la estación. Se realizó visitas a una estación de BRT en la ciudad de Lima para medir los tiempos de espera de los usuarios dentro de esta. La recolección de información nos permitió establecer el horario de más concurrencia peatonal y demostrar que los usuarios pueden demorar más tiempo dentro de la estación que en el bus. La propuesta fue simulada en el software Vissim para poder determinar su eficiencia. Los resultados muestran que se redujo los tiempos de espera de los usuarios dentro de la estación en un 25%. Por otro lado, el valor de la densidad peatonal y los puntos de conflicto entre peatones disminuyeron en un 44% y 73% respectivamente. Finalmente se obtuvo un aumento en la velocidad peatonal de los corredores en un 37%. / The Bus Rapid Transit (BRT) is a bus-based public transport system that increase the effectiveness of public transportation through dedicated lanes with busways and independent stations. However, the pedestrian routes disorder at the station, the high density and the interaction between pedestrians produce high waiting times since the entrance at the station until the board at the bus. The present research proposes a management of pedestrian mobility focused on modify the pedestrian routes and adapting the entrance and exit of the station. The main objective of the investigation is reducing the waiting times of users at the station. Users waiting times at the station were measured by visiting a BRT station located in the city of Lima. The collection of information makes it possible to establish the peak pedestrian traffic hours and demonstrate that users can spend more time at the station than on the bus. The improvement proposal was simulated in Vissim software in order to determine its reducing waiting times efficiency. The results show that users waiting times at the station were reduced by 25%. On the other hand, the pedestrian density and conflict points between pedestrians decreased by 44% and 73% respectively. Finally, increase in the pedestrian velocity of the corridors was obtained by 37%. / Tesis

Tesis por compendio / [ES] Los autobuses urbanos realizan más de la mitad de los viajes en transporte público terrestre en la UE. La electrificación de estos autobuses podría reducir las emisiones del ciclo de vida en un 76% para 2030 en comparación con el diésel. En 2024, solo el 1,4% de la flota es eléctrica, pero para 2035 todos los nuevos autobuses urbanos deberán ser de cero emisiones, desempeñando un papel fundamental en la transición hacia una movilidad urbana sostenible. El sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) es esencial para el confort y la seguridad de los pasajeros, pero también es la principal carga auxiliar, representando el 1,5% del consumo mundial de petróleo. En los autobuses eléctricos urbanos, el HVAC puede reducir la autonomía hasta en un 50% en condiciones climáticas extremas, subrayando la necesidad de optimizar su eficiencia. La literatura actual revela importantes lagunas en el desarrollo de modelos detallados de sistemas HVAC para entornos urbanos reales. El desarrollo de dichas metodologías de evaluación del consumo energético podría facilitar la optimización de recursos y la reducción de costes e incertidumbres. En esta tesis, se han desarrollado e integrado seis modelos avanzados en un modelo global para simular y optimizar con precisión la operación y el consumo energético del sistema HVAC de autobuses eléctricos urbanos en condiciones reales de operación: 1.Modelo espacial: Crea una representación 3D de la ciudad con edificios, árboles y calles. 2.Modelo cinemático: Genera ciclos de conducción estocásticos anuales basados en rutas, límites de velocidad y tráfico. 3.Modelo climático: Calcula la temperatura, humedad, radiación y horizonte visible para todas las superficies del autobús según los datos climáticos, la posición y la orientación. 4.Modelo térmico: Determina las ganancias de calor, transferencias de humedad, temperaturas de los nodos y cargas térmicas según las propiedades ópticas y termofísicas del autobús, la ocupación, los sistemas auxiliares y las condiciones ambientales. 5.Modelo HVAC: Evalúa el modo de operación y los puntos de funcionamiento de cada componente, su consumo energético y eficiencia y las condiciones de salida del flujo de aire y de condensado. 6.Modelo de batería: Estima el consumo energético total del autobús, incluyendo el motor, el frenado regenerativo, el HVAC y otros sistemas. El modelo global se implementa en una herramienta de simulación aplicada a rutas reales, permitiendo analizar estrategias para reducir la demanda energética, optimizar los componentes del sistema HVAC y evaluar su impacto en el consumo total de energía. Los resultados muestran que una simplificación excesiva del modelo puede generar errores significativos, con imprecisiones superiores al 50 % en la irradiación solar directa si no se consideran los efectos del sombreado. Los resultados destacan el papel crítico de los modelos térmicos transitorios y el impacto de la estocasticidad en la alta ocupación sobre la carga térmica. Las simulaciones revelan que la demanda media de aire acondicionado en días cálidos de verano es de 12,1 kW, debido especialmente a las cargas solares y de ocupación, mientras que la demanda de calefacción en días fríos de invierno es de 3,3 kW, principalmente debido al aire fresco no recirculado. El modo de aire acondicionado es predominante (44,6% del tiempo), seguido por la ventilación (31,4%). El compresor consume el 69-75% de la energía en verano y el 58-65% en meses templados y en invierno. El consumo del HVAC representa el 5-12% del uso total de energía del autobús. Esta proporción es mayor en paradas más frecuentes y a velocidades más bajas, reduciendo la autonomía en un 15-20% en días cálidos y hasta un 165 % en condiciones extremas. La mejora del aislamiento y los recubrimientos pueden reducir la demanda de calefacción y aire acondicionado en un 20-31%, mientras que reducir la capacidad el compresor en un 25% ofrece ahorros de costes sin pérdida de eficiencia. / [CA] Els autobusos urbans realitzen més de la meitat dels viatges en transport públic terrestre a la UE. L'electrificació d'aquests autobusos podria reduir les emissions del cicle de vida en un 76% per a 2030 en comparació amb el dièsel. En 2024, només el 1,4% de la flota és elèctrica, però per a 2035 tots els nous autobusos urbans hauran de ser de zero emissions, exercint un paper fonamental en la transició cap a una mobilitat urbana sostenible. El sistema de calefacció, ventilació i aire condicionat (HVAC) és essencial per al confort i la seguretat dels passatgers, però també és la principal càrrega auxiliar, representant el 1,5% del consum mundial de petroli. En els autobusos elèctrics urbans, l'HVAC pot reduir l'autonomia fins a un 50% en condicions climàtiques extremes, subratllant la necessitat d'optimitzar la seua eficiència. La literatura actual revela importants llacunes en el desenvolupament de models detallats de sistemes HVAC per a entorns urbans reals. El desenvolupament d'aquestes metodologies d'avaluació del consum energètic podria facilitar l'optimització de recursos i la reducció de costos i incerteses. En aquesta tesi, s'han desenvolupat i integrat sis models avançats en un model global per a simular i optimitzar amb precisió l'operació i el consum energètic del sistema HVAC d'autobusos elèctrics urbans en condicions reals d'operació: 1.Model espacial: Crea una representació 3D de la ciutat amb edificis, arbres i carrers. 2.Model cinemàtic: Genera cicles de conducció estocàstics anuals basats en rutes, límits de velocitat i trànsit. 3.Model climàtic: Calcula la temperatura, humitat, radiació i horitzó visible per a totes les superfícies de l'autobús segons les dades climàtiques, la posició i l'orientació. 4.Model tèrmic: Determina els guanys de calor, transferències d'humitat, temperatures dels nodes i càrregues tèrmiques segons les propietats òptiques i termofísiques de l'autobús, l'ocupació, els sistemes auxiliars i les condicions ambientals. 5.Model HVAC: Avalua el mode d'operació i els punts de funcionament de cada component, el seu consum energètic i eficiència i les condicions d'eixida del flux d'aire i de condensat. 6.Model de bateria: Estima el consum energètic total de l'autobús, incloent-hi el motor, la frenada regenerativa, el HVAC i altres sistemes. El model global s'implementa en una eina de simulació aplicada a rutes reals, permetent analitzar estratègies per a reduir la demanda energètica, optimitzar els components del sistema HVAC i avaluar el seu impacte en el consum total d'energia. Els resultats mostren que una simplificació excessiva del model pot generar errors significatius, amb imprecisions superiors al 50% en la irradiació solar directa si no es consideren els efectes de l'ombreig. Els resultats destaquen el paper crític dels models tèrmics transitoris i l'impacte de la estocasticitat en l'alta ocupació sobre la càrrega tèrmica. Les simulacions revelen que la demanda mitjana d'aire condicionat en dies càlids d'estiu és de 12,1 kW, degut especialment a les càrregues solars i d'ocupació, mentre que la demanda de calefacció en dies freds d'hivern és de 3,3 kW, principalment a causa de l'aire fresc no recirculat. El mode d'aire condicionat és predominant (44,6% del temps), seguit per la ventilació (31,4%). El compressor consumeix el 69-75% de l'energia a l'estiu i el 58-65% en mesos temperats i a l'hivern. El consum del HVAC representa el 5-12% de l'ús total d'energia de l'autobús. Aquesta proporció és major en parades més freqüents i a velocitats més baixes, reduint l'autonomia en un 15-20% en dies càlids i fins a un 165% en condicions extremes. La millora de l'aïllament i els recobriments poden reduir la demanda de calefacció i aire condicionat en un 20-31%, mentre que reduir la capacitat el compressor en un 25% ofereix estalvis de costos sense pèrdua d'eficiència. / [EN] Urban buses account for more than half of all inland public transport journeys in the EU. Electrifying these buses could reduce life-cycle emissions by 76% by 2030 compared to diesel. In 2024, only 1.4% of the fleet is electric, but by 2035, all new urban buses must be zero-emission, highlighting their pivotal role in the transition to sustainable urban mobility. The Heating, Ventilation, and Air Conditioning (HVAC) system is crucial for passenger comfort and safety, yet it is the primary auxiliary load, accounting for 1.5% of global oil consumption. In urban electric buses, it can reduce the driving range by up to 50% under extreme weather, emphasizing the need to optimize its efficiency. Current literature reveals significant gaps in the development of detailed HVAC system models for real urban environments. The development of these energy consumption evaluation methodologies could enable resource optimization and the reduction of costs and uncertainties. In this thesis, a set of six advanced models has been developed and integrated into a comprehensive global model to accurately simulate and optimize the HVAC system operation and energy consumption of urban electric buses under real operating conditions: 1.Spatial model: Creates a 3D city representation with buildings, trees, and streets. 2.Kinematic model: Generates annual stochastic driving cycles based on routes, speed limits, and traffic. 3.Climate model: Calculates the temperature, humidity, radiation, and visible horizon for all bus surfaces based on climate data, the position, and orientation. 4.Thermal model: Determines the heat gains, moisture transfers, node temperatures, and thermal loads based on the optical and thermophysical properties of the bus, the occupancy, auxiliary systems, and environmental conditions. 5.HVAC model: Assesses the operating mode and the operation points of each component, their energy consumption, and system efficiency, and the outlet conditions of the air and condensate flowrate. 6.Battery model: Estimates overall bus energy consumption, including the motor, regenerative braking, HVAC, and other systems. The global model is implemented in a simulation tool applied to real routes, enabling the analysis of strategies to reduce the overall energy demand, optimize HVAC system components, and evaluate their impact on the total energy consumption. The findings reveal that a model oversimplification can lead to significant errors, with inaccuracies exceeding 50% in direct solar irradiation due to unaccounted shading effects. The results highlight the critical role of transient thermal models and the impact of high occupancy stochasticity on the thermal load. The simulations show that the mean cooling demand on warm summer days is 12.1 kW, driven by solar and occupancy loads, while the heating demand on cold winter days averages 3.3 kW, mainly due to non-recirculated fresh air. The cooling mode is predominant (44.6% of the time), followed by ventilation (31.4%). The compressor consumes 69-75% of energy in summer and 58-65% in mild months and winter. The HVAC consumption accounts for 5-12% of the total bus energy use. This share is higher on higher frequency stops and lower speeds, reducing the driving range by 15-20% on warm days and up to 165% under extreme conditions. The improvement of insulation and coatings can reduce heating and cooling demand by 20-31%, while resizing the compressor by 25% offers cost savings without any efficiency loss. / This work has been supported by the Generalitat Valenciana under the program “Subvencions per a la contractació de personal investigador de caràcter predoctoral (ACIF/2019/239)” / Viana Fons, JD. (2025). Detailed modeling, simulation, and optimization of HVAC systems for electric buses in urban environments under real operating conditions [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/214798 / Compendio