Los radares de apertura sintética basados en tierra (GB-SAR) son instrumentos que, aun siendo relativamente jóvenes, se utilizan con éxito para monitorizar operacionalmente deslizamientos de tierra. Por otra parte, el manto nivoso se ha estudiado tradicionalmente a nivel local con sensores invasivos o con radares de onda continua. El trabajo presentado en esta tesis contribuye a la conjunción de ambos campos: el uso de sensores GB-SAR para la monitorización del manto nivoso. En los capítulos 5, 6 y 7 se muestran las tres técnicas desarrolladas: cálculo de la altura del manto nivoso, cálculo del volumen de nieve desplazado en una avalancha, y detección y clasificación de avalanchas.La altura del manto nivoso se calcula a partir de la fase interferométrica diferencial de dos adquisiciones SAR consecutivas bajo la hipótesis de nieve seca y asumiendo un modelo de nieve de una capa. El volumen desplazado en una avalancha se obtiene mediante la resta de dos modelos del terreno digitales (DTM) generados justo antes y después del fenómeno avalancha. Los DTMs se obtienen con el modo topográfico del instrumento: dos antenas separadas una cierta distancia reciben simultáneamente los ecos de una tercera antena que transmite. La tercera técnica de monitorización, detección y clasificación de avalanchas, se realiza mediante la magnitud de la coherencia compleja entre dos imágenes SAR consecutivas. Las avalanchas de nieve presentan valores de coherencia muy bajos en el área afectada, que puede ser identificada mediante un modelo basado en características morfológicas y estadísticas. En la presente tesis se presenta un innovador algoritmo para la detección y clasificación de avalanchas.El GB-SAR del Joint Research Centre, una vez mejorado para permitir su uso continuado 24h al día y 7 días a la semana (capítulo 3), ha sido utilizado para desarrollar y verificar las técnicas mencionadas anteriormente. Se han realizado medidas durante seis inviernos, que han proporcionado más de 120000 imágenes SAR a una frecuencia aproximada de 12 minutos por imagen. Se han estudiado dos emplazamientos, cada uno con características diferentes con el fin de verificar el uso operativo de las técnicas bajo condiciones reales. Los resultados muestran que la obtención de la altura del manto nivoso es posible pero su aplicación está limitada al campo experimental ya que su uso está condicionado por fuertes restricciones. Un estudio de viabilidad posteriormente confirmado con medidas muestra, en cambio, las limitaciones de precisión de los instrumentos GB-SAR para obtener una estima del volumen de nieve desplazado en una avalancha. Finalmente, la técnica más prometedora es la de detección y clasificación de avalanchas, la cuál se demuestra factible y robusta desde un punto de vista operativo y práctica desde una perspectiva de usuario final. / Ground-based synthetic aperture radars (GB-SAR) are instruments that, although relatively young, are operationally used to monitor landslides with sub-millimetre accuracy. There are however other application fields that deserve some attention. Monitoring of the snow cover and, in particular, of those processes associated with the snow avalanches are a clear example of this. To date, monitoring of the snow cover has been traditionally carried out at local scale either with invasive sensors or with continuous wave (CW) radars, while at wider scales air- or satellite-borne sensors have been employed. The work presented in this PhD thesis is a first attempt to study the potential use of GB-SAR sensors to monitor the snow cover. Three techniques for monitoring snow cover with GB-SAR are presented through Chapters 5, 6 and 7: snow height retrieval, snow avalanche volume retrieval and avalanche events detection and classification.Snow height is retrieved by using the differential interferometric phase of two consecutive SAR acquisitions under the assumption of single layer model and dry snow conditions. The volume displaced in a snow avalanche is computed by subtracting two digital terrain models (DTM) generated immediately before and after the avalanche event.DTMs are obtained with the topographic interferometric mode of the instrument: a spatial base line separates two antennas that simultaneously receive the echoes of a third transmitting antenna. The third monitoring technique, avalanche detection and classification, is achieved identifying low-coherence anomalies in the coherence image between two successive SAR acquisitions. Snow avalanches present a low-coherence signature that can be identified by a morphological and statistical parameter model. A novel detection and classification scheme for snow avalanches is proposed.The Joint Research Centre's GB-SAR sensor, upgraded to allow continuou operation 24 hours a day 7 days a week, also as part of the work of this thesis (Chapter 3), was used to develop and assess the before mentioned techniques. Measurements were carried out during six winters, providing more than 120000 SAR images at a rate of one image every 12 minutes approximately. Two test sites were studied, each with different characteristics in order to assess under real conditions the operational use of the monitoring techniques. Results show that snow height retrieval is achievable but remains, for the moment, an on-going research topic due to strong constraints limiting its use. A feasibility study is presented showing the accuracy limitations of GB-SAR to compute the snow volume involved in an avalanche. Finally, the most promising technique is snow avalanche detection and classification, which is demonstrated to be feasible and robust from an operational point of view and practical from an end user perspective.

Geólogo / En el presente trabajo se estudian los depósitos de avalancha volcánica ubicados en el sector suroeste del volcán Llullaillaco (24°43 S, 68°32 W), el cual se encuentra en la Zona Volcánica de los Andes Centrales, en la frontera entre Chile y Argentina. Considerando la complejidad de la generación, transporte y depositación del material en las avalanchas volcánicas, el objetivo principal de esta memoria es comprender la dinámica del proceso que generó estos depósitos, así como proponer un origen del colapso de este edificio volcánico. Para alcanzar dicho objetivo, se definieron cuatro facies dentro del depósito, se determinaron los parámetros físicos que caracterizan a la avalancha, tales como velocidades e indicadores de movilidad, además de realizar comparaciones con los depósitos ubicados tanto en el este como en el oeste del volcán, para establecer los límites de la avalancha. El método utilizado incluye un completo análisis del depósito, el cual consta de tres lóbulos principales, orientados entre E-W y SW, los cuales provienen de una zona a mayor altura, encontrada justo al sur del volcán Llullaillaco. Cubre un área total de 31,5 km², y alcanza un volumen aproximado de 0,5 km³. Presenta un gran contenido de estructuras tipo hummock y ridge, tanto longitudinales como oblicuos a la dirección de transporte, y con formas basales, principalmente, ovaladas o circulares. Los bloques encontrados corresponden a clastos dacíticos porfíricos de biotita o anfíbol, variando en su grado de alteración, y en menor proporción, fragmentos volcánicos silicificados, y alcanzan diámetros de hasta 6 m, son subangulosos, y en sectores, presentan marcas de impacto. La matriz del depósito contiene los mismos componentes que los bloques, y muestra un aumento del tamaño de grano hacia sectores en que la avalancha poseía un régimen extensivo, y una disminución hacia sectores compresivos, por el mayor grado de fracturamiento mecánico. Para esta avalancha se estimó una velocidad máxima de 350 km/h, un coeficiente de fricción promedio de 0,13, una distancia excesiva entre 9,6 km y 14,7 km, y un ratio A/V^(2⁄3) igual a 50. Todos estos parámetros se encuentran dentro de rangos típicos para depósitos del mismo tipo en la Zona Volcánica Central de Los Andes. Debido a la diferencia en las estructuras y bloques, se propone que esta avalancha corresponde a un evento distinto al que generó los depósitos al oriente del volcán. Por otra parte, el rango de edad para esta avalancha estaría entre 0,7 Ma y 0,417±0,078 Ma.

[EN] Material heat processing systems using microwave energy have been used for more than 60 years. Design and implementation techniques have greatly evolved during this time, but a precise control in material temperature is still difficult to achieve due to theoretical and practical reasons. This difficulty arises, in many cases, because a deep knowledge in several technical fields is needed in order to design the process properly, being microwave engineering only one of them. Usually it's necessary to combine knowledge in microwaves with material technology, chemistry, and other fields, in order to have a clear idea about how the process should be. The main aim of this work is the development of experimental equipment that allows the heat treatment of material samples using microwave energy, while providing a great control over the sample temperature and the energy absorbed. Using such an equipment, very valuable data can be obtained for the process dynamics when using microwave technology. With this objective in mind, in a first step different suitable types of microwave applicators have been studied, as well as several optimization techniques for the temperature distribution within the sample. Advantages and disadvantages of multimodal applicators have been analyzed, and a detailed study about the effect of mode stirrers in the field uniformity has been carried out, which is the more common technique for this aim. A next step was the study of thermal effects in materials under high power electromagnetic fields. Heat transfer, convection and phase change phenomena have been studied in order to analyze their effect in the sample temperature. The thermal runaway effect has a special importance in the processing of some materials, mainly when dielectric losses increase with temperature. This phenomenon has been analyzed, as well as some suitable techniques that can be used to avoid it, or at least to reduce its effects. Also, different types of temperature sensors have been reviewed to study its usability in microwave systems, and as a result infrared temperature sensors has been chosen as the more suitable technology. In microwave heating systems the temperature increment in the sample is determined by the microwave power absorbed by the applicator, and for this reason an accurate control over this parameter is required for a good temperature control. It should be remarked that microwave heating processes are dynamic, evolving with the changes in material temperature and properties. For this reason, different procedures for absorbed power control has been analyzed, with highlight in the work carried out regarding the development of a dynamic impedance matching system. Moreover, other strategies for absorbed power regulation have been studied, using different control parameters as the generated power, the cavity tuning or the frequency sweep span. Two different systems have been developed. One is based on a tunable monomode cavity with a mechanic tuning system; the second is based on a non-tunable cavity and the use of a variable frequency generator. Both systems integrate temperature sensors and the equipment required to measure the power delivered to the sample. An automated process control algorithm based on PID has been implemented, allowing autonomous working during the experiments. Both developed systems have been used in a high number of experiments with different nature of samples. Some of these results are presented in this work, showing the excellent performance of the systems and the valuable information that can be obtained for the studied materials. As a final point, several future research lines are proposed in order to continue the work developed up to now. / [ES] Los sistemas de tratamiento térmico de materiales utilizando energía de microondas vienen utilizándose durante más de 60 años. La técnica en el diseño e implementación de este tipo de sistemas ha avanzado enormemente durante este tiempo, pero el control preciso de la temperatura de los materiales sigue presentando muchas dificultades teóricas y prácticas. Esta dificultad, en muchos casos, se presenta debido a que un correcto procesado por microondas de muchos materiales precisa de conocimientos en varias áreas técnicas, siendo la ingeniería de microondas sólo una de ellas. En muchas ocasiones es necesario combinar el conocimiento en esta área con conocimientos en tecnología de materiales, química, etc., para obtener una idea precisa de cómo ha de ser el proceso. El objetivo de este trabajo es desarrollar un equipo experimental que permita el tratamiento por microondas de muestras de materiales, manteniendo en todo momento un gran control sobre la temperatura y energía absorbida, lo que permite obtener unos datos muy valiosos sobre la dinámica de procesado de los materiales con esta tecnología. Con este objetivo, en un primer paso se han estudiado los diferentes tipos de aplicadores de microondas que se pueden utilizar, así como las técnicas de optimización de la distribución de temperatura aplicables a cada tipo de aplicador. Se han analizado las ventajas e inconvenientes que presentan los aplicadores multimodales, con un detallado estudio del efecto de uniformización del campo eléctrico que producen los agitadores de modos, que es la técnica más usada para este propósito. A continuación se han estudiado los efectos térmicos que ocurren sobre los materiales sometidos a un campo electromagnético de alta potencia. Los fenómenos de transmisión de calor, convección y cambio de fase han sido estudiados para analizar su influencia sobre la temperatura que alcanzan los cuerpos. El fenómeno de avalancha térmica tiene una gran importancia en el tratamiento de algunos materiales, sobre todo aquellos cuyas pérdidas dieléctricas crecen con la temperatura, por lo que ha sido analizado junto con las técnicas que pueden utilizarse para evitar su aparición. También se han revisado los diferentes tipos de sensores de temperatura y su aplicabilidad a los sistemas de microondas. En los sistemas de calentamiento por microondas el incremento de temperatura de la muestra viene determinado por la potencia absorbida por el aplicador, y por tanto un control preciso de esta potencia es vital en el control de la temperatura. Es necesario destacar que los procesos de calentamiento por microondas son dinámicos, evolucionando según la muestra cambia de temperatura y propiedades. Por este motivo se han estudiado los diferentes mecanismos disponibles, destacando el trabajo realizado en el desarrollo de un sistema de adaptación de impedancias dinámico. Además se han analizado otras estrategias para regular la potencia absorbida, controlando diferentes parámetros como la potencia generada, la sintonización de la cavidad o el ancho de barrido de frecuencias. Se han construido dos tipos de sistemas, uno basado en una cavidad monomodo sintonizable mecánicamente, y otro sistema cuya cavidad no es sintonizable, y precisa del uso de un generador de frecuencia variable. Ambos sistemas integran sensores de temperatura y el equipamiento necesario para medir la potencia entregada a la muestra en cada momento. Para el control del proceso se ha implementado un algoritmo de control PID que permite el funcionamiento automatizado a lo largo de los ensayos. Ambos equipos desarrollados se han utilizado para la realización de multitud de ensayos, sobre muestras de diferente naturaleza, lo que permite poner de manifiesto el excelente funcionamiento de estos equipos y la valiosa información que proporciona sobre los materiales estudiados. Para finalizar, se proponen unas líneas futuras de investigación para continuar el trab / [CAT] Els sistemes de tractament tèrmic de materials utilitzant energia de microones s'han utilitzat durant més de 60 anys. La tècnica en el disseny i implementació d'este tipus de sistemes ha avançat enormement durant este temps, però el control precís de la temperatura dels materials continua presentant moltes dificultats teòriques i pràctiques. Esta dificultat, en molts casos, es presenta pel fet que un correcte processat per microones de molts materials precisa de coneixements en diverses àrees tècniques, sent l'enginyeria de microones només una d'elles. Moltes vegades és necessari combinar el coneixement en aquesta àrea amb coneixements en tecnologia de materials, química, etc., per a obtindre una idea precisa de com ha de ser el procés. L'objectiu d'este treball és desenvolupar un equip experimental que permeta el tractament per microones de mostres de materials, mantenint en tot moment un gran control sobre la temperatura i energia absorbida, la qual cosa permet obtindre unes dades molt valuoses sobre la dinàmica de processat dels materials amb esta tecnologia. Amb este objectiu, en un primer pas s'han estudiat els diferents tipus d'aplicadors de microones que es poden utilitzar, així com les tècniques d'optimització de la distribució de temperatura aplicables a cada tipus d'aplicador. S'han analitzat els avantatges i inconvenients que presenten els aplicadors multimodals, amb un detallat estudi de l'efecte d'uniformització del camp elèctric que produïxen els agitadors de modes, que és la tècnica més usada per a aquest propòsit. A continuació s'han estudiat els efectes tèrmics que ocorren sobre els materials sotmesos a un camp electromagnètic d'alta potència. Els fenòmens de transmissió de calor, convecció i canvi de fase han sigut estudiats per a analitzar la seua influència sobre la temperatura que aconseguixen els cossos. El fenomen d'allau tèrmica té una gran importància en el tractament d'alguns materials, sobretot aquells les pèrdues dielèctriques dels quals creixen amb la temperatura, per la qual cosa ha sigut analitzat junt amb les tècniques que poden utilitzar-se per a evitar la seua aparició. També s'han revisat els diferents tipus de sensors de temperatura i la seua aplicabilitat als sistemes de microones. En els sistemes de calfament per microones l'increment de temperatura de la mostra ve determinat per la potència absorbida per l'aplicador, i per tant un control precís d'esta potència és vital en el control de la temperatura. És necessari destacar que els processos de calfament per microones són dinàmics, evolucionant segons la mostra canvia de temperatura i propietats. Per este motiu s'han estudiat els diferents mecanismes disponibles, destacant el treball realitzat en el desenrotllament d'un sistema d'adaptació d'impedàncies dinàmic. A més s'han analitzat altres estratègies per a regular la potència absorbida, controlant diferents paràmetres com la potència generada, la sintonització de la cavitat o l'ample d'agranat de freqüències. S'han construït dos tipus de sistemes, un basat en una cavitat monomodo sintonizable mecànicament, i un altre sistema on la cavitat no és sintonizable, i precisa de l'ús d'un generador de freqüència variable. Ambdós sistemes integren sensors de temperatura i l'equipament necessari per a mesurar la potència entregada a la mostra en cada moment. Per al control del procés s'ha implementat un algoritme de control PID que permet el funcionament automatitzat al llarg dels assajos. Ambdós equips desenrotllats s'han utilitzat per a la realització de multitud d'assajos, sobre mostres de diferent naturalesa. Alguns d'estos resultats es presenten en este treball, la qual cosa permet posar de manifest l'excel·lent funcionament d'estos equips i la valuosa informació que proporciona sobre els materials estudiats. Per a finalitzar, es proposen unes línies futures d'investigació per a continuar el treball realitzat fins / Plaza González, PJ. (2016). Control de la temperatura en sistemas de calentamiento por microondas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61475 / TESIS