In this thesis I propose a novel method to estimate the dose and injection-to-meal time for low-risk intensive insulin therapy. This dosage-aid system uses an optimization algorithm to determine the insulin dose and injection-to-meal time that minimizes the risk of postprandial hyper- and hypoglycaemia in type 1 diabetic patients. To this end, the algorithm applies a methodology that quantifies the risk of experiencing different grades of hypo- or hyperglycaemia in the postprandial state induced by insulin therapy according to an individual patient’s parameters. This methodology is based on modal interval analysis (MIA). Applying MIA, the postprandial glucose level is predicted with consideration of intra-patient variability and other sources of uncertainty. A worst-case approach is then used to calculate the risk index. In this way, a safer prediction of possible hyper- and hypoglycaemic episodes induced by the insulin therapy tested can be calculated in terms of these uncertainties. / En esta tesis se propone un nuevo método para estimar la dosis y el instante de inyección que genere el menor riesgo para una terapia intensiva de insulina. El sistema de dosificación utiliza un algoritmo de optimización para determinar la dosis de insulina y el instante de inyección que reduzcan al máximo el riesgo de hiperglucemia e hipoglucemia posprandial en pacientes diabéticos tipo 1. Para ello, el algoritmo aplica una metodología que cuantifica el riesgo de sufrir diferentes grados de hipoglucemia e hiperglucemia en estado postprandial inducida por la terapia de insulina de acuerdo a los parámetros de cada paciente. Aplicando análisis intervalar modal se predice el nivel de glucosa postprandial considerando la variabilidad intrapaciente y otras fuentes de incertidumbre. Con un planteamiento del peor caso se calcula una predicción más segura de posibles episodios de hiperglucemia e hipoglucemia inducida por la terapia de insulina en términos de dichas incertidumbres.

Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPC / Analytical disciplines are an important field for the progress of healthcare and medicine. In fact the technologies related to analytical disciplines may reveal important information for early diagnosis, treatment of diseases, food safety and environmental monitoring. In this regard, novel advances in analytical disciplines are highly desired. As a promising tool, biosensors are useful systems that enable the detection of agents with diagnostic interest. Since nanotechnology enables the manipulation and control at the nanoscale, biosensors based on nanotechnology offer powerful capabilities to diagnostic technology. In this dissertation, the advantages of the integration of nanomaterials into microarray technology are widely studied, generally in terms of sensitivity. Particularly, the performance of cadmium-selenide/zinc-sulfide (CdSe@ZnS) quantum dots (QDs) and the fluorescent dye Alexa 647 as reporter in an assay designed to detect apolipoprotein E (ApoE) has been compared. The assay is a sandwich immunocomplex microarray that functions via excitation by visible light. ApoE was chosen for its potential as a biomarker for Alzheimer's disease. The two versions of the microarray (QD or Alexa 647) were assessed under the same experimental conditions. The QDs proved to be highly e¿ective reporters in the microarrays, although their performance strongly varied in function of the excitation wavelength. At 633 nm, the QD microarray, at an excitation wavelength of 532 nm, provided a limit of detection (LOD) of ~62 pg mL-1, ¿ve times more sensitive than that of the Alexa microarray (~307 pg mL-1). Finally, serial dilutions from a human serum sample were assayed with high sensitivity and acceptable precision and accuracy (Anal. Chem. 2012, 84:6821). Since graphene oxide (GO) is a recently discovered nanomaterial and microarray technology relies on optical signals, the photonic properties of GO are discussed and the state-of-the-art of GO in optical biosensing has been widely documented (Adv. Mater. 2012, 24:3298). Furthermore, GO has been studied as a highly efficient quencher of QDs, reporting a quenching efficiency of nearly 100%. Finally, such interaction between GO and QDs has been proposed as a highly sensitive transduction system for microarray-based biodetection (Carbon 2012, 50:2987). This research aims at demonstrating how the endeavour of the fusion between nanomaterials and microarray technology exhibits enormous possibilities towards biomarker screening, food safety and environmental monitoring. / Las tecnologías relacionadas con el diagnóstico son un campo importante para el progreso de la medicina y el cuidado de las salud. Por ejemplo, estas tecnologías pueden aportar valiosa información para el tratamiento y diagnóstico temprano de enfermedades, seguridad en alimentos y monitoreo del medio ambiente. En este contexto, los sistemas de biosensado son una herramienta muy prometedora que permite la detección de agentes con interés diagnostico. Dado que la nanotecnología facilita la manipulación y control a la nanoescala, los sistemas de biodetección basados en nanotecnología poseen poderosas capacidades que pueden ser explotadas en las tecnologías relacionadas con el diagnóstico. En esta tesisis se han estudiado las ventajas que aporta la integración de nanomateriales a la tecnología de microarrays, generalmente en términos de sensibilidad. Particularmente, se ha estudiado el desempeño de la integración de nanocristales semiconductores (NS) para la detección de un biomarcador relacionado con Alzheimer en formato microarray. En dicho microarray se ha observado un importante rendimiento, mostrando un excelente limite de detección de 62 pg mL-1, el cual supera a otros metodos convencionales de detección como el ELISA (470 pg mL-1). También se ha analizado un banco de diluciones de una muestra de suero humano con precisión y exactitud aceptables (Anal. Chem. 2012, 84:6821). Por otra parte, ya que el óxido de grafeno (OG) es un material muy novedoso y la tecnología de microarrays depende de señales ópticas, se ha documentado ampliamente el estado del arte sobre el uso de (OG) en en el campo del biosensado óptico (Adv. Mater. 2012, 24:3298). Adicionalmente, se ha estudiado al OG como un desactivador de fluorescencia de NS altamente eficiente, presentando una eficiencia en la desactivación de NS de casi el 100%. Finalmente se ha aplicado dicha interacción entre NS y OG para diseñar un sistema de transducción altamente sensible (Carbon 2012, 50:2987 ). Esta investigación tiene por objetivo demostrar las ventajas y el potencial que posee la fusión entre los nanomateriales y la tecnología de microarrays como un sistema aplicado al campo del diagnóstico

This thesis is focused on the study of dynamics and control of a multi-tethered satellite formation, where a multi-tethered formation is made up with several satellites (agents) connected by means of cables (tethers). The goal of the first part of the study is to evaluate the effect of tether mass on multi-tethered clusters. Due to the complexity of the formations analyzed, the stability of the formation is assessed through a numerical simulation. The behavior is evaluated in the ideal case of circular orbits, but also in non-ideal cases such as that of elliptical reference orbit or perturbed motion. For circular reference orbits, the dynamics of tethered satellite formation is studied, showing that tether mass affects formation dynamics for closed configurations featuring external tethers. This leads to significant instability effects affecting the position of deputies with respect to the parent body neglected by a more elementary modeling approach. When combined effect of orbit eccentricity and tether mass on tethered formations is analyzed, the most noticeable effect due to eccentricity is the increase in the variation of the local spin rate of the cluster between perigee and apogee passes of the reference elliptical orbit. This effect has consequences over the elongation of tethers, shape of tether oscillations and angular separation between adjacent tethers especially for open formations. When taking into account the J2 effect on massive tethered satellite formations, in the Earth¿facing scenario, the trajectory of the parent body presents oscillations of increasing amplitude in the direction perpendicular to the orbital plane. The second part of the study is focused on deriving a control law for position and attitude control of an Earth-facing double pyramid multi-tethered cluster. The control problem is decomposed in two levels: A first level to perform position and attitude coarse control of the formation as a whole, and a second level to achieve accurate position and control of each agent of the cluster. For the purpose of attitude control, and taking advantage again of the similarities between a tethered cluster and a rigid body, the virtual structure approach is chosen as the most suitable option. The formulation shown in this thesis augments the general virtual structure equations valid for a static formation by adding the kinematics of a spinning formation, since the original formulation is valid only to achieve a static final state. The controller is designed to modify the spin rate and the moment of inertia of the formation through a reeling mechanism, and therefore to be able to control the Likins-Pringle tilting angle of the cluster. For the derivation of the accurate positioning control law, the study initially discusses different alternatives based on the state of the art of the robotics control literature. After evaluating other alternatives, two control laws are chosen for this application: One based on a PID controller and one based on the sliding mode control technique. For the sliding mode based control, a proof of semi-global exponential stability is provided. Results of a representative simulation assess the viability of the control approach proposed leading to a submillimetric positioning accuracy. / La tesi es centra en l'estudi de la dinàmica i control de formacions de satèl·lits connectats per tethers. Aquestes formacions estan compostes per diversos satèl·lits (agents) connectats per cables (tethers). L'objectiu de la primera part de l'estudi, és l'avaluació de l'efecte de la massa a clústers connectats per múltiples tethers. Degut a la complexitat de les formacions analitzades, l'estabilitat de la formació s'analitza a través de simulacions. S'estudia el comportament pel cas ideal d'orbites circulars, així com en casos no ideals tals com orbites de referència el·liptiques, o moviment sota l'efecte de pertorbacions. La tesi analitza la dinàmica de les formacions per òrbites circulars, mostrant que l'efecte de la massa dels tethers afecta la dinàmica de formacions de geometria tancada (on el perímetre extern esta definit per tethers) amb un satèl·lit central. Aquest efecte dóna lloc a una clara inestabilitat que afecta la posició dels agents respecte a l'objecte central. Aquest efecte no és apreciable en models simplificats on s'ignora l'efecte de la massa al model. Quan es combina una òrbita de referència el·liptica amb un model que incorpora la massa dels tethers, l'efecte més notori és la variació de la velocitat de rotació local del clúster entre el pas per l'apogeu i perigeu de l'òrbita de referència. Aquest efecte té conseqüències sobre l'elongació dels tethers, la forma de les oscil·lacions, i la separació entre tethers adjacents (especialment en el cas de formacions obertes). Quan es té en compte l'efecte de la pertorbació J2, en el cas de formacions orientades envers la Terra, la trajectòria de l'objecte central presenta oscil·lacions d'amplitud creixent en la direcció perpendicular al pla orbital. La segona part de l'estudi es centra en la definició d'una llei de control per regular la posició i orientació d'un clúster amb geometria de doble piràmide orientat envers la Terra. El problema de control es descompon en dos nivells. Un primer nivell per un control primari de posició i orientació del cluster, i un segon nivell per un control de posició precís per a cada agent del cluster. Per tal d'aconseguir el primer nivell de control, i aprofitant les similituds entre un cluster connectat per tethers i un sòlid rígid, s'utilitza la tècnica d'estructura virtual. La formulació utilitzada en aquest estudi amplia el model general d'estructura virtual utilitzat per formacions estàtiques, tot afegint les equacions necessàries per a una formació que gira sobre un eix propi. El controlador esta dissenyat per permetre el canvi de la velocitat de gir i el moment d'inèrcia de la formació a través d'un sistema que permet modificar la longitud dels tethers. D'aquesta forma es permet controlar l'angle d'inclinació de Likins-Pringle del clúster. Per a la definició del control de precisió, l'estudi avalua inicialment diferents alternatives basades en l'estat de l'art de sistemes de control aplicats a robòtica. Després de descartar altres alternatives, es proposen dues lleis de control : Una primera basada en un controlador PID, i una basada en control lliscant. Per l'opció de control lliscant es presenta una demostració d'estabilitat exponencial semiglobal. Els resultats de simulacions confirmen la viabilitat de la solució de control que permet posicionament amb precisió submil·limetrica

Cotutela ICFO-Universitat Politècnica de Catalunya i Institut Fresnel-Université Aix-Marseille / While super-resolution microscopy has brought a significant improvement in nano-scale imaging of molecular assemblies in biological media, its extension to imaging molecular orientation using fluorescence anisotropy has not yet been fully explored. Providing orientational order information at the nano-scale would be of considerable interest for the understanding of biological functions since they are intrinsically related to structural fundamental processes such as in protein clustering in cell membranes, supra-molecular polymerization or aggregation. In this thesis, we propose a super-resolution polarization-resolved microscopy technique able to image molecular orientation behaviors in static and dynamic environments, in order to report structural information at the single molecule level and at nanometric spatial scale. Using direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (dSTORM) in combination with polarized detection, fluorescence anisotropy images are reconstructed at a spatial resolution of a few tens of nanometers. We analyze numerically the principle of the method in combination with models for orientational order mechanisms, and provide conditions for which this information can be retrieved with high precision in biological samples based on fibrillar structures. Finally, we propose an alternative technique based on stochastic fluctuations of single molecules: polarized super-resolution optical fluctuation imaging (polar-SOFI), and compare this approach with the previous one in terms of information gained and spatial resolution. We illustrate both techniques on molecular order imaging in actin stress fibers and tubulin fibers in fixed cells, DNA fibers and insulin amyloid fibrils. / La microscopía de súper resolución ha aportado una mejora significativa en la imagen, a escala nanométrica, de ensambles moleculares en medios biológicos. Sin embargo, su extensión, mediante la utilización de la anisotropía de fluorescencia para la obtención de imágenes de orientación molecular, aún no ha sido explorada a fondo. El proporcionar información sobre la orientación molecular a escala nanométrica es de gran interés para la comprensión de las funciones biológicas. Esta información está intrínsecamente relacionada con la estructura de los ensamblajes de proteínas en las membranas celulares, la polimerización y la agregación supra molecular, entre otros. En esta tesis, proponemos una técnica de microscopía de luz polarizada de súper resolución, la cual permite visualizar el comportamiento de la orientación molecular en ambientes dinámicos y estáticos. El objetivo final es el de poder reportar información estructural a nivel de molécula única y escala espacial nanométrica. Utilizando microscopía de reconstrucción óptica estocástica (dSTORM) en combinación con detección polarizada, las imágenes de anisotropía de fluorescencia son reconstruidas con una resolución espacial de varias decenas de nanómetros. Además, el principio del método ha sido validado numéricamente en combinación con modelos de mecanismos de orientación molecular y delimitando las condiciones en que esta información se puede obtener con una precisión alta en muestras biológicas, principalmente en estructuras fibrilares. Así también, se propone una técnica alternativa basada en la emisión de fluctuaciones estocásticas de moléculas individuales: imagen de polarización con súper resolución de fluctuaciones (polar-SOFI). Además comparamos esta técnica con la anterior, en términos de la información obtenida y la resolución espacial. Finalmente, ilustramos ambas técnicas para la obtención de imágenes del orden molecular de fibras de estrés de actina y tubulina en células fijas, fibras de ADN y fibrillas de insulina amiloide. / Alors que la microscopie super-résolue a apporté une amélioration considérable en imagerie des assemblages moléculaires dans les milieux biologiques à l'échelle nanométrique, son extension à l'imagerie de l'orientation moléculaire, utilisant l'anisotropie de fluorescence, n'a pas encore été complètement explorée. Apporter une information sur l'orientation moléculaire à l'échelle nanométrique aurait un intérêt considérable pour la compréhension des functions biologiques, puisque celles-ci sont fortement reliée à la structure des assemblages de prot éines dans les membranes cellulaires, la polymérisation ou l'aggrégation supramol éculaire par exemple. Dans cette thèse, nous proposons une technique de microscopie super-résolution résolue en polarisation, capable d'imager les comportements d'orientation moléculaire dans des environnements statiques et dynamiques, dans le but de rapporter une information structurale à l'échelle de la molécule unique et à des échelles spatiales nanométriques. En utilisant la microscopie par reconstruction stochastique (dSTORM) en combinaison avec une détection polarisée, des images d'anisotropie de fluorescence sont reconstruites avec une résolution spatiale de quelques dizaines de nanomètres. Nous analysons numériquement le principe de la méthode en combinaison avec des modèles des mécanismes d'orientation moléculaire, et donnons les conditions auxquelles cette information peut être obtenue avec une grande précision dans des échantillons biologiques basés sur des structures fibrillaires. Enfin, nous proposons une technique alternative basée sur l'émission de molécules uniques en fluctuations stochastiques: l'imagerie super-résolue polarisée par fluctuations (polar-SOFI), et comparons cette approche avec la précédente en terme d'information gagnée et de résolution spatiale. Nous illustrons les deux techniques pour l'imagerie de l'ordre moléculaire dans des fibres de stress d'actin et de tubuline dans des cellules fixées, des fibres d'ADN et des fibrilles d'amyloid à base d'insuline.

Human body analysis is one of the broadest areas within the computer vision field. Researchers have put a strong effort in the human body analysis area, specially over the last decade, due to the technological improvements in both video cameras and processing power. Human body analysis covers topics such as person detection and segmentation, human motion tracking or action and behavior recognition. Even if human beings perform all these tasks naturally, they build-up a challenging problem from a computer vision point of view. Adverse situations such as viewing perspective, clutter and occlusions, lighting conditions or variability of behavior amongst persons may turn human body analysis into an arduous task. In the computer vision field, the evolution of research works is usually tightly related to the technological progress of camera sensors and computer processing power. Traditional human body analysis methods are based on color cameras. Thus, the information is extracted from the raw color data, strongly limiting the proposals. An interesting quality leap was achieved by introducing the multiview concept. That is to say, having multiple color cameras recording a single scene at the same time. With multiview approaches, 3D information is available by means of stereo matching algorithms. The fact of having 3D information is a key aspect in human motion analysis, since the human body moves in a three-dimensional space. Thus, problems such as occlusion and clutter may be overcome with 3D information. The appearance of commercial depth cameras has supposed a second leap in the human body analysis field. While traditional multiview approaches required a cumbersome and expensive setup, as well as a fine camera calibration; novel depth cameras directly provide 3D information with a single camera sensor. Furthermore, depth cameras may be rapidly installed in a wide range of situations, enlarging the range of applications with respect to multiview approaches. Moreover, since depth cameras are based on infra-red light, they do not suffer from illumination variations. In this thesis, we focus on the study of depth data applied to the human body analysis problem. We propose novel ways of describing depth data through specific descriptors, so that they emphasize helpful characteristics of the scene for further body analysis. These descriptors exploit the special 3D structure of depth data to outperform generalist 3D descriptors or color based ones. We also study the problem of person detection, proposing a highly robust and fast method to detect heads. Such method is extended to a hand tracker, which is used throughout the thesis as a helpful tool to enable further research. In the remainder of this dissertation, we focus on the hand analysis problem as a subarea of human body analysis. Given the recent appearance of depth cameras, there is a lack of public datasets. We contribute with a dataset for hand gesture recognition and fingertip localization using depth data. This dataset acts as a starting point of two proposals for hand gesture recognition and fingertip localization based on classification techniques. In these methods, we also exploit the above mentioned descriptor proposals to finely adapt to the nature of depth data.%, and enhance the results in front of traditional color-based methods. / L’anàlisi del cos humà és una de les àrees més àmplies del camp de la visió per computador. Els investigadors han posat un gran esforç en el camp de l’anàlisi del cos humà, sobretot durant la darrera dècada, degut als grans avenços tecnològics, tant pel que fa a les càmeres com a la potencia de càlcul. L’anàlisi del cos humà engloba varis temes com la detecció i segmentació de persones, el seguiment del moviment del cos, o el reconeixement d'accions. Tot i que els essers humans duen a terme aquestes tasques d'una manera natural, es converteixen en un difícil problema quan s'ataca des de l’òptica de la visió per computador. Situacions adverses, com poden ser la perspectiva del punt de vista, les oclusions, les condicions d’il•luminació o la variabilitat de comportament entre persones, converteixen l’anàlisi del cos humà en una tasca complicada. En el camp de la visió per computador, l’evolució de la recerca va sovint lligada al progrés tecnològic, tant dels sensors com de la potencia de càlcul dels ordinadors. Els mètodes tradicionals d’anàlisi del cos humà estan basats en càmeres de color. Això limita molt els enfocaments, ja que la informació disponible prové únicament de les dades de color. El concepte multivista va suposar salt de qualitat important. En els enfocaments multivista es tenen múltiples càmeres gravant una mateixa escena simultàniament, permetent utilitzar informació 3D gràcies a algorismes de combinació estèreo. El fet de disposar d’informació 3D es un punt clau, ja que el cos humà es mou en un espai tri-dimensional. Això doncs, problemes com les oclusions es poden apaivagar si es disposa de informació 3D. L’aparició de les càmeres de profunditat comercials ha suposat un segon salt en el camp de l’anàlisi del cos humà. Mentre els mètodes multivista tradicionals requereixen un muntatge pesat i car, i una celebració precisa de totes les càmeres; les noves càmeres de profunditat ofereixen informació 3D de forma directa amb un sol sensor. Aquestes càmeres es poden instal•lar ràpidament en una gran varietat d'entorns, ampliant enormement l'espectre d'aplicacions, que era molt reduït amb enfocaments multivista. A més a més, com que les càmeres de profunditat estan basades en llum infraroja, no pateixen problemes relacionats amb canvis d’il•luminació. En aquesta tesi, ens centrem en l'estudi de la informació que ofereixen les càmeres de profunditat, i la seva aplicació al problema d’anàlisi del cos humà. Proposem noves vies per descriure les dades de profunditat mitjançant descriptors específics, capaços d'emfatitzar característiques de l'escena que seran útils de cara a una posterior anàlisi del cos humà. Aquests descriptors exploten l'estructura 3D de les dades de profunditat per superar descriptors 3D generalistes o basats en color. També estudiem el problema de detecció de persones, proposant un mètode per detectar caps robust i ràpid. Ampliem aquest mètode per obtenir un algorisme de seguiment de mans que ha estat utilitzat al llarg de la tesi. En la part final del document, ens centrem en l’anàlisi de les mans com a subàrea de l’anàlisi del cos humà. Degut a la recent aparició de les càmeres de profunditat, hi ha una manca de bases de dades públiques. Contribuïm amb una base de dades pensada per la localització de dits i el reconeixement de gestos utilitzant dades de profunditat. Aquesta base de dades és el punt de partida de dues contribucions sobre localització de dits i reconeixement de gestos basades en tècniques de classificació. En aquests mètodes, també explotem les ja mencionades propostes de descriptors per millor adaptar-nos a la naturalesa de les dades de profunditat.

La present tesi doctoral correspon a l'estudi i optimització energètica d'una casa solar i bioclimàtica situada en una zona amb clima alpí, on la temperatura mínima exterior és de -12ºC. Es tracta d'un habitatge unifamiliar, situat a la població d'Engordany, al Principat d'Andorra, a 1260 metres sobre el nivell del mar.L'habitatge es va construir els anys 1999 - 2000 amb tots els critèris de sostenibilitat del moment, i s'ha habitat des de llavors.Es tracta d'un edifici solar passiu i actiu, amb col·lectors solars d'aire calent per calefacció i un sistema de terra radiant elèctric de recolzament. No te sistema de refrigeració a l'estiu ja que el propi comportament passiu i el control domòtic de les persianes en funció de la temperatura interior i de la insolació fan que no sigui necessari. La producció d'aigua calenta es fa també amb un sistema solar. S'ha tingut especial sensibilitat en la integració arquitectònica de tots aquests col·lectors.Els càlculs pel disseny passiu de l'edifici s'han fet per simulació tèrmica hora per hora de tot un any amb dades climatològiques reals de la zona.La casa té un sistema domòtic de control, que recull els paràmetres de temperatures internes i externes, funcionament de persianes, equips, enllumenat, etc. Aquestes dades són les que s'han analitzat en la present tesi doctoral per tal d'extreure'n conclusions.S'ha completat amb un estudi termogràfic fet a l'hivern, per tal de veure on hi ha pèrdues tèrmiques, confirmant els resultats de l'estudi teòric.El comportament tèrmic tant a l'estiu com a l'hivern és d'una estabilitat de temperatura interna molt gran, tot i que només funciona la calefacció en hores nocturnes (utilitza tarifa elèctrica nocturna), el que dona un confort elevat.El resultat mesurat realment dóna un consum de calefacció en línia amb l'etiqueta energètica A, de 28,8 kWh/m2·any, que traduït en termes econòmics correspon a 1,35 /m2·any (dades reals hivern 2007-08).La tesi doctoral posa en relleu els punts energèticament millorables, com són sobretot la perfileria de les finestres i les caixes de persiana.Els bons resultats de la casa ens han animat a fer un software de simulació tèrmica d'edificis que faciliti aquesta tasca, per que deixi de ser un treball excepcional per convertir-se en habitual, amb un cost d'enginyeria raonable. Aquest programari es diu www.bioclim.com. / La presente tesis doctoral, corresponde al estudio y optimización energética de una casa solar i bioclimática construida en una zona alpina con temperaturas exteriores de -12ºC. Se trata de una vivienda unifamiliar, situada en la población de Engordany, en el Principado de Andorra, a 1260 metros sobre el nivel del mar.La vivienda se construyó entre los años 1999 y 2000 con todos los criterios de sostenibilidad y ha estada habitada desde entonces.Es una casa solar pasiva y activa, con paneles solares de aire caliente para calefacción y un sistema de suelo radiante eléctrico de apoyo. No tiene sistema de refrigeración para el verano ya que el propio comportamiento pasivo y el control domótico de la persianas en función de la temperatura interior e insolación lo hace innecesario. La producción de agua caliente se hace también a través de energía solar. Se tuvo especial interés en la integración arquitectónica de todos los colectores solares.Los cálculos para el diseño pasivo de la casa se han hecho por simulación térmica hora por hora de todo un año, utilizando datos climatológicos reales de la zona.Dispone de un sistema domótico de control que además recoge los valores de todos los parámetros utilizados de temperaturas internas y externas, funcionamiento de persianas y equipos, iluminación, etc. Estos datos son los que se han utilizado y explotado para realizar la presente tesis doctoral y sacar las debidas conclusiones.Se completó con un estudio termográfico en invierno, que confirma los resultados del estudio teórico.El comportamiento térmico tanto en verano como en invierno es de una estabilidad de la temperatura interna muy grande, teniendo en cuenta que la calefacción solo funciona en horas nocturnas (usa tarifa eléctrica horaria), cosa que da un elevado confort.El resultado según mediciones reales, da un consumo de calefacción en línea con los edificios de etiqueta energética A, de 28,8 kWh/m2·año, que en términos económicos representa 1,35 /m2·año (datos reales del invierno 2007-08).La tesis doctoral pone en relieve los puntos mejorables energéticamente, como son sobretodo los perfiles de las ventanas y las cajas de persiana.Los buenos resultados de la casa nos animaron a desarrollar un software de simulación térmica de edificios, www.bioclim.com, que facilite el trabajo, con el objetivo que deje de ser una tarea excepcional para convertirse en habitual con costos de ingeniería reducidos. / This doctorate thesis is a study of getting the best out and improving of a bioclimatic, solar energy house situated in a mountain climate where the minimum outside temperature is -12ºC. It's a house situated in village called Engordany, in the Principality of Andorra, 1260 metres above the sea-level.The house was built between 1999 and 2000 with all the criterion of self maintenance available at the time and has been lived in ever since.It is a solar building that is both active and passive, with hot air collectors and a backup system of under floor heating in the form of electric wiring. In the summer, a cooling system in the form of air conditioning is totally unnecessary due to the passive action of the system. External blinds acting as shutters are automatically controlled according to sunshine and interior temperatures. The hot water production is also made by solar energy.Special care has been taken in the architectural integration of all this energy collectors.The research contributing to the passive design of the building was to use actual climatological information of the area to create a simulation of the hourly heat gains and losses during a whole year.Finalised with a thermografic study to discover where the heat losses are found, confirming the results of the theoretical study.The house has domòtic control which measures and collect internal and external temperatures, works blinds, shutters, control all electrical devicesand lighting, .These are the facts that have been analyzed in this doctoral thesis to come to the following conclusions.The thermal performance both in summer and winter means that even though the traditional heating system only works during the night hours (using the nocturnal electricity rates), the stability of the temperature interior is enormous and of great comfort.The results taken are in line with the A Energetic Label, with a consumption of 28,8 kWh/m2 a year, converted into economic terms means 1,35 per m2 a year, real figures from winter 2007-08.This doctorate thesis reveals where improvements can be made to save energy, especially windows frames and shutters (boxes of shutters).The positive results from the house have encouraged us to make software to simulate thermal buildings which make this task easier. It will no longer be an exceptional task but a usual one without the high engineering costs.This software is called www.bioclim.com. / La présente thèse doctorale correspond a l'étude d'optimisation énergétique d'une maison solaire et bioclimatique située dans une zone de climat alpin, où la température minimale extérieure est de -12ºC. Il s'agit d'une maison individuelle, située à la ville d'Engordany, dans la Principauté d'Andorre, à 1260 mètres d'altitude.La maison a été construite dans les années 1999-2000 avec tous les critères de durabilité du moment. Depuis, elle est habitée.Il s'agit d'un bâtiment solaire passif et actif, avec des collecteurs solaires d'air chaud pour chauffage et un système de plancher chauffant électrique à l'appui.A l'été, il n'y a pas de système de réfrigération puisque le propre comportement passif et le contrôle domotique des persiennes en fonction de la température intérieure et de l'insolation, font que cela ne soit pas nécessaire. La production d'eau chaude se fait aussi avec un système solaire. On a eu une sensibilité spéciale dans l'intégration architectonique de tous ces collecteurs.Les calculs pour la conception passive du bâtiment ont été faits par simulation thermique dynamique avec des données climatologiques réellesde la zone.La maison a un système domotique de contrôle, qui intègre: les températures internes et externes, le fonctionnement des persiennes, des équipes, de la mise en marche, etc. Ces données sont celles qui ont été analysées dans la thèse doctorale pour en tirer des conclusions.Il a été complété avec une étude thermographique, réalisée pendant l'hiver, pour repérer les déperditions thermiques, et confirmant les résultats de l'étude théorique.Le comportement thermique, aussi bien a l'été qu'à l'hiver, est caractérisé par une grande stabilité de température interne, faisant que le chauffage ne fonctionne que pendant des heures nocturnes (utilisation du tarif électrique nocturne), ce qui donne un confort élevé.Le résultat réellement mesuré donne une consommation de chauffage en ligne avec l'étiquette énergétique A, de 28,8 kWh/m2·année, ce qui transcrit en termes économiques correspond à 1,35 /m2·année (données réelles hiver 2007-08)La thèse doctorale met en relief les points énergétiques à améliorer, comme le sont surtout le bâti des fenêtres et les caissons d'enroulement. Les bons résultats de la maison nous ont encouragé à développer un logiciel de simulation thermique de bâtiment qui facilite cette tâche, afin qu'elle cesse d'être un travail exceptionnel pour devenir habituel, sans un coût d'ingénierie élevé. Le logiciel s'appelle www.bioclim.com.

No description available.

Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor es pot realitzar, prèvia petició, a l'Arxiu de la UPC / Increasing global energy demand, growing carbon emissions and the depletion of fossil fuel sources are some of the most important driving forces for the development of sustainable energy solutions. Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cells have been demonstrated to be a potential candidate for clean energy conversion in a wide range of applications reaching from highly dynamic transportation systems to stationary systems. Despite their benefits, such as high efficiency and wide operating range, PEM fuel cells must still meet or exceed the technological advantages, such as durability and cost, of conventional power systems in order to be truly competitive. Thus, current research is focused on improving these aspects. This doctoral thesis combines experimental and model-based studies in order to improve performance and durability of PEM fuel cells, that work without external humidification, as demanded by recent government-supported research programs. Improved performance and durability can be obtained by proper system control. The key factor for the development of successful control strategies is adequate thermal and water management considering their interconnections. Therefore, this work investigates the important links between performance, efficiency and lifetime with respect to fuel cell temperature and humidification. The experimental evaluation of temperature-related and purge-related effects shows the great potential of improving the system performance by proper thermal management. In-situ and ex-situ experiments, such as electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry (CV), gas chromatography (GC), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) were utilized in order to explore short-term and long-term effects of operation modes on performance and durability. To provide a better understanding of the experimentally observed phenomena and their different dynamics with respect to the development of efficient controllers, mathematical models have been derived. The dynamic models allow for relating electrode structure to the cell voltage transient behavior during changes in fuel cell temperature and humidification, including important phase change and ionomer sorption dynamics of water. The experimentally validated, model-based analysis provides recommendations of proper operating conditions and catalyst structure, such as optimal fuel cell temperature and adequate pore-size-distribution, in order to improve the PEM fuel cell performance. The modular character and inherent adaptability of the models has been successfully demonstrated in the study of water transport in a high temperature PEM fuel cell stack. It is shown how mathematical modeling can improve the interpretation of experimental results and provide insight into experimentally non-observable interactions. In conclusion, the presented laboratory and model-based work, including the developed experimental and mathematical tools, contribute to current international research targets for advancing sustainable energy solutions. / La creciente demanda mundial de energía, el crecimiento de las emisiones de dióxido de carbono y el agotamiento de las fuentes de combustible fósiles son algunos de los factores más importantes para el desarrollo de soluciones basadas en energies sostenibles. Las pilas de combustible de tipo Proton Exchange Membrane (PEM) han demostrado ser un candidato potencial para la conversión limpia de la energía en una extensa gama de aplicaciones, desde los sistemas de transporte altamente dinámicos hasta sistemas estacionarios. No obstante sus beneficios, tales como una alta eficiencia y un amplio rango de operación, las pilas de combustible PEM todavía deben cumplir o superar las ventajas tecnológicas de los sistemas de energía convencionales, como son su durabilidad y coste, con el fin de ser verdaderamente competitivas. Por lo tanto, la investigación actual se centra en la mejora de estos aspectos. Esta tesis doctoral combina estudios experimentales y estudios basados en modelos físicos con el fin de mejorar el rendimiento y la durabilidad de las pilas de combustible PEM que trabajan sin humidificación externa, tal y como exigen recientes programas de investigación apoyados por los gobiernos. La mejora del rendimiento y de la durabilidad se puede obtener por control apropiado del sistema. El factor clave para el desarrollo de estrategias de control exitosas es la gestión adecuada de la temperatura y del agua y sus interconexiones. Por lo tanto, este trabajo investiga los vínculos importantes entre el rendimiento, la eficiencia y la vida útil con respecto a la temperatura de la pila de combustible y su humidificación. La evaluación experimental de los efectos relacionados con la temperatura y las purgas de hidrógeno muestra el gran potencial para mejorar el rendimiento del sistema pila mediante una gestión térmica adecuada. En esta tesis se emplean experimentos in-situ y ex-situ, tales como la espectroscopía electroquímica de impedancia (EIS), la voltametría cíclica (CV), la cromatografía de gases (CG), la espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS), la difracción de rayos X (XRD) y la microscopía electrónica de barrido (SEM) con el fin de explorar los efectos a corto plazo y a largo plazo de los modos de operación sobre el rendimiento y la durabilidad de una pila PEM. Para proporcionar una mejor comprensión de los fenómenos observados experimentalmente y sus diferentes dinámicas para el correcto desarrollo de controladores eficientes, se derivan modelos matemáticos dinámicos. Los modelos permiten relacionar la estructura de los electrodos con el comportamiento transitorio del voltaje durante los cambios de temperatura y de humidificación de la pila de combustible, incluyendo las dinámicas importantes del cambio de fase y de adsorción y desorción del agua. El análisis basado en modelos validados experimentalmente proporciona recomendaciones de las condiciones de funcionamiento y de la estructura del catalizador, tales como la temperatura óptima y la distribución de tamaño de poros apropiada, con el fin de mejorar el rendimiento de la pila de combustible PEM. El carácter modular y la adaptabilidad inherente de los modelos propuestos se demuestra con éxito en el estudio de transporte de agua en un stack de pilas de combustible PEM de alta temperatura. Se muestra como el modelado matemático puede mejorar la interpretación de los resultados experimentales y proporcionar información sobre las interacciones que experimentalmente no son observables. En conclusión, el trabajo de laboratorio y el basado en modelos que se presenta en esta tesis doctoral, incluyendo las herramientas experimentales y matemáticas desarrolladas, contribuyen a la consecución de los actuales objetivos internacionales de investigación que deben permitir aportar mejoras en las soluciones basadas en energías sostenibles.

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i CERN / The 4th of July 2012 was a milestone date in the history of physics of the last decades. The discovery of the Higgs boson at the ATLAS and CMS experiments thanks to the proton collisions delivered by the LHC not only has provided the missing piece of the Standard Model of particle physics, but most probably, it has opened the door to new physics that remains still hidden today. In order to go beyond in the understanding of the very deep laws of nature, new and more precise experiments are required. One of the alternatives that can unravel these mysteries is the $e^+e^-$ linear collider, being the CLIC~(Compact Linear Collider) and the ILC~(International Linear Collider) the two referents today. These two machines will collide bunches of electrons and positrons of the order of nanometers transverse size to ensure a high quantity of events during bunch crossing. To reach such small beam sizes, a very strong focusing of the beam is required by means of magnetic lenses. This strong focusing together with the fact that particles inside a bunch have slightly different energies from the nominal energy, makes that each particle is focalized into a different point. Effectively, this effect is translated into a beam size increase and it is called chromaticity. This effect must be corrected in order to reach an acceptable collision rate. The Final Focus System~(FFS) comprises the task to focalize the beam at the Interaction Point~(IP) and to correct chromaticity. There are two main concepts that carry out this task: the so called traditional or dedicated chromatic correction system and the local chromatic correction system. In this thesis both systems are compared in terms of luminosity performance and how the systems are affected when alignment errors are introduced in the different components of the FFS. We demonstrate that, at high energies, an optimized non-local FFS despite of being longer, is faster to tune and therefore, can deliver more integrated luminosity. The results of these studies have been published on Physical Review Special Topics Accelerators and Beams. The possibility of reducing the horizontal $\beta$-function for CLIC at 500 GeV center of mass energy has also been explored. This option would allow a luminosity increase or it would also allow to reduce the bunch charge while keeping the same luminosity. Finally, some studies concerning the optimization of the ILC FFS have been done, including the possibility of implementing the traveling focus scheme and the option of using the CLIC FFS lattice as ILC FFS has been considered showing the advantages / La data del 4 de Juliol del 2012 quedará marada per sempre a la història de la física com una de les més importants de les darreres dèades. El descobriment del bosó de Higgs als experiments ATLAS i CMS mitjançant col.lisions al LHC ha permés col.locar la peça que faltava al Model Estàndard de la física decpartícules però al seu torn, ha obert la porta o trobar nova física que encara avui roman desconeguda. Per tal d'anar més enllà en la comprensió de les lleis fonamentals de la natura, es requereixen experiments encara més precisos que els actuals. Una de les alternatives que podria desvetllar aquests misteris són els colisionadors lineals, entre els quals destaquen CLIC (Compat Linear Collider) i ILC (International Linear Collider). Aquestes futures màquines col.lisionaran dos feixos d'electrons i positrons agrupats en paquets del tamany del nanòmetre per tal de produir una quantitat molt gran de col.lisions per segon. Per tal d'assolir tamanys tan sumament petits, es requereix una forta focalització mitjançant camps magnètics. Però també degut a aquesta forta focalització, i degut a que les partícules de cada paquet tenen una energia que es desvia lleugerament de l'energia nominal, cadascuna d'aquestes partícules es focalitzacen un punt diferent al punt d'interacció. Aquest fet es tradueix en un increment efectiu del tamany del feix al punt de col.lisió. Aquest efecte, anomenat romaticitat, s'ha de corregir per tal de no reduir el nombre de col.lisions per sota del nivell acceptable. El sistema de focalitzaió final (FFS, de l'anglès Final Focus System) s'encarrega de crear aquesta forta focalització a la vegada que es corregeix la romatiitat del feix. Hi ha dos sistemes principals diferenciats que duen a terma aquesta tasca: l'anomenat sistema de correcció dedicat o tradicional i l'anomenat sistema de correcció local. En aquesta tesis es compara l'efectivitat de cada sistema per CLIC a 3 TeV i 500 GeV d'energia al entre de masses, en termes de luminositat i om es veuen afectats pels diferents errors associats a l'aliniació de tots els components que conformen el FFS. També s'explora l'opció de reduir la funció β horitzontal al punt d'interacció per a CLIC a 500 GeV d'energia al centre de masses. Aquesta opció permetria o bé augmentar la luminositat del sistema o bé reduir la càrrega del feix mantenint la mateixa luminositat. Finalment també es msotren alguns estudis d'optimització del FFS realitzats per ILC, incloent la possibilitat d'introduir un traveling focus mitjançant crab cavities i també es considera emprar el disseny del FFS de CLIC per a ILC i es comparen les avantatges i desavantatges d'ambdós sistemes.

Much of the economy in Puerto Rico moves through industry-related fashion. In that industry, designers, producers, and sellars or clothing and accessories depend on the media to place their products in the market. For this reason, experts are needed in the field of communications that are specialists on the language or fashion industry. In Puerto Rico, there is not a specialized academic degree in Communication and Fashion Journalism; therefore, there is a need for academically prepared professionals in the field of fashion journalism The purpose of lhe research was to identify the profile of the fashion journalist in Puerto Rico. Also, it pretended to analyze the funcilons and competencies of the present fashion journalist and determine the importance of a specialized curriculum in fashion joumalism. The research was carried out using a mixed approach incorporating quantitative and qualitative methodologies. The population consisted of fashion designers who work in the fashion industry in Puerto Rico and fashion journalists who work or had worked the fashion joumalism in this country. The researcher designed two guides of questions to conduct interviews with the fashion designers and the fashion journalists, and a questionnaire which was administered to fashion designers. The significant findings of this study show that there is a need for ademically prepared professionals in fashion journalism and the fashion journalists who work and had worked on this field in Puerto Rico are self-taught regarding the field of fashion. The contributions of this research were: to identify the profile of the current fashion journalists who exercise or have execised this career in Puerto Rico and the design of a curriculum guide of a higher education degree in Communication and Fashion Journalism. / Gran parte de la economía en Puerto Rico se mueve a través de la industria relacionada con la moda. En dicha industria los diseñadores, productores y vendedores de ropa y accesorios dependen de los medios de comunicación para colocar sus productos en el mercado; por esta razón, se necesitan expertos en el campo de las comunicaciones que sean especialistas en el lenguaje de dicha industria. En Puerto Rico no existe un grado universitario en comunicación o periodismo especializado en moda y los actuales profesionales no han tenido una preparación académica en este campo del periodismo. El propósito de la investigación fue identificar et perfil del periodista de moda en Puerto Rico, analizar las funciones y competencias del periodista de moda actual y determinar la importancia de un currículo especializado en periodismo de moda. La investigación se llevó a cabo utilizando un enfoque mixto incorporando las metodologías cuantitativa y cualitativa. La población estuvo constituida por diseñadores de moda que ejercen esta carrera en Puer1o Rico y periodistas de moda que ejercen o han ejercido el periodismo de moda en el país. Se diseñaron dos guías de preguntas para llevar a cabo las entrevistas a diseñadores y periodistas; y un cuestionario el cual fue administrado a diseñadores de moda. Los hallazgos relevantes en esta investigación demuestran que los actuales periodistas de moda que ejercen o han ejercido esta carrera en Puerto Rico son autodidactas en cuanto al campo de la moda se refieren y que hay necesidad de profesionales académicamente preparados en periodismo de moda. Las aportaciones de es1a investigación fueron: identificar el perfil del actual periodista de moda que ejerce o ha ejercido esta profesión en Puerto Rico y diseñar la guía curricular de un grado académico universitario en Comunicación y Periodismo de Moda