Keywords: Energy Audits, Energy Efficiency, Rational Use of Energy, Life cycle assessment, Hotel buildings, Net Zero Emissions Buildings, Renewable Energy,Solar Energy, Biomass, cogeneration (CHP). This PhD analyzes the touristic facilities and proposes improvements in the energy process production and management of hotels. During the last years there have been changes related to social, economic, legislation and environment aspects that have produced a change in building designs and the process and energy systems. The tourist sector has more than 50 years in the Balearic Island¿s and has reached a level of maturity than allows for analysis and rethinking on energy production schemes. For this reason it¿s important to find a criterion of typologies of hotels and innovate in the design, management and production of energy. This can result a tool to be used to designers in the initial phase, for choose the architecture than reduce more the environment impacts, and be used to the public administration, users and managers for taking correct decisions. / La tesi analitza els establiments turístics i vol proposar millores en els processos de producció igestió energètica dels equipaments turístics. En els darrers anys s’han produït canvissociambientals, econòmics i legislatius que han provocat un canvi en els edificis, fent ques’estableixin noves estratègies i dissenys en els processos i sistemes de producció energètica.El sector turístic te més de 50 anys d’implantació a les Illes Balears, ja ha arribat a un grau demaduresa suficient per poder ser analitzat i reflexionar sobre el seu futur en l’ús de l’energia. Ésper aquesta raó que trobar un criteri de tipologies d’hotels i propostes d’innovació en el disseny,la gestió i producció de l’energia pot resultar una eina que serveixi de suport tant alsdissenyadors en l’etapa inicial, per a tal de seleccionar l’arquitectura que redueixi els impactesambientals, com també serveixi a l’administració pública, als usuaris i gestors a l’hora deprendre decisions.

El objetivo deseado es la experimentación del control con microprocesador de un convertidor CC/CC, para optimizar su rendimiento. La filosofía utilizada se basa en el uso de dos políticas de control distintas para controlar el convertidor: el modo de la relación de conducción y el modo de corriente. Cada política da una dinámica distinta al sistema. Mediante el uso de un estimador predictor se escoge en cada periodo de muestreo aquel modo que maximice el rendimiento.Las aportaciones presentadas abarcan varias áreas: a) la modelación del convertidor, presentándose un nuevo método de modelación, el método de regresión; b) el diseño de la ley de control y del estimador de estado, mediante un paquete de programas desarrollado; c) la realización del circuito de control del convertidor, que permita el modo de funcionamiento dual; d) el algoritmo de control.Es de destacar que varias de las aportaciones realizadas son extensibles a otros sistemas, no específicamente convertidores CC/CC (puede se incluso sistemas no electrónicos).

L'actual situació energètica demanda cada cop més d'aplicacions que redueixin el consum energètic. A nivell d'energia elèctrica, i de la conversió d'aquesta a energia mecànica, els nivells d'eficiència energètica són força elevats si es compara amb altres fonts d'energia com poden ser els combustibles fòssils. Però no per això s'ha de deixar de treballar per tal de millorar l'eficiència d'aquests sistemes.Existeixen certes aplicacions de funcionament continu, que una petita millora en el seu rendiment significa, una gran millora en el consum absolut d'energia. Aquestes aplicacions poden ser bombes, ventiladors i compressors per aplicacions de ventilació, calefacció i aire condicionat (HVAC).En aquestes aplicacions, el cavall de tir fins avui dia ha estat el motor d'inducció. El motor d'inducció és relativament senzill de construir, es coneix molt bé el seu funcionament, i no requereix d'un sensor de posició per tal d'implementar un control de baixes prestacions com el necessari per aquestes aplicacions.Però es pot augmentar l'eficiència del sistema usant un motor síncron d'imants permanents. Aquest, pel fet de ser un motor síncron, necessita que les corrents injectades a l'estator estiguin perfectament sincronitzades amb la posició del l'imant del rotor per tal de produir el parell adequat. Per tant, cal desenvolupar nous mètodes de control, de baix cost, per aquests tipus de motor i que no requereixin d'un sensor de posició acoblat al rotor. Aquest tipus de sensors encareixen el cost final del producte i en redueixen la fiabilitat.Com que les aplicacions HVAC no requereixen d'una alta dinàmica del parell, el control $V/f$ es mostra com una estratègia adequada per aquest tipus de motors per aquestes aplicacions. Però pels motor síncrons d'imants permanents, fins i tot usant aquesta estratègia de control necessiten de la sincronització de la posició del rotor i les corrents injectades a l'estator.La primera part d'aquesta tesi versa sobre el modelat i l'anàlisi del motor síncron d'imants permanents, per proposar una alternativa de control sense sensor de posició pel control $V/f$ del motor síncron d'imants permanents.L'anàlisi d'estabilitat permet veure que es pot afegir esmorteïment al sistema modulant la freqüència d'excitació en funció de les pertorbacions de la potència. Finalment, la proposta es verifica mitjançant simulacions i resultats experimentals.La segona part d'aquesta tesi està enfocada als nous reptes en el control dels accionaments elèctrics i convertidors. L'electrònica de potència en si cada cop té més aplicacions. Convertidors de freqüència, filtres i rectificadors actius, fonts d'alimentació, escalfament per inducció, noves formes de transmissió de l'energia, i les energies renovables incorporen algun convertidor estàtic, i depenen d'aquesta per funcionar.Per tant, cal disposar d'eines per a poder experimentar a tots els nivells en aquests nous camps. El treball presentat a la segona part de la tesi és la feina duta a terme per l'autor durant aquest últims anys en el camp de l'experimentació i la docència del control dels accionaments elèctrics i els convertidors.Aquest treball a dut a la construcció d'una plataforma per a l'experimentació del control dels accionaments elèctrics i els convertidors. Aquesta plataforma es mostra com una eina efectiva també dins el nou Espai Europeu d'Educació Superior, ja que fomenta que sigui l'estudiant qui aprengui i també l'ús transversals dels coneixements. / The current energetic situation demands for a reduction in consumption. The efficiency levels in electrical energy and in the electromechanical transformation are high compared with other energy sources, like fossil fuels. But that it is not a reason not to work to increase efficiency.There are some continuous running applications where a small amount of efficiency increase means a huge amount of energy saved per year. These applications are pumps, fans and compressors for heating, ventilating and air conditioning (HVAC), for example.The workhorse for these applications has been for years the induction motor. The induction motor is a well known motor, a cheap motor, and does not require position sensor to implement a low-cost control for this kind of applications. But efficiency can be improved if the induction motor is substituted by a permanent magnet synchronous motor. However, in a permanent magnet synchronous motor, the stator currents have to be synchronized with the rotor permanent magnet in order to produce torque and not to lose synchronization. The need of a rotor position sensor increases cost and reduces reliability. Therefore, it is necessary to develop new control strategies to avoid the use of the rotor position sensor.Because the HVAC applications do not demand for a high performance control, the V/f control strategy is suitable for these drives. However, even using a V/f control strategy for permanent magnet synchronous motor there is a need in synchronization for stator currents with the rotor magnet position.The first part of this thesis deals with modelling and analysis of permanent magnet synchronous motors in order to obtain a sensorless $V/f$ control.The stability analysis shows that adding damping by frequency modulation using input power perturbations stabilize the system. Finally, the method is verified by means of simulations and experimental results.The second part of this thesis deals with the new challenges in drives and power converters.Power electronics is now pervasive in even most applications. Frequency converters, drives, active filters and rectifiers, power supplies, induction heating, new power transmission systems (HVDC) and renewable energy sources include any type of static converter.Hence, it is necessary to develop new tools to experiment and to teach these new applications. The work presented in this second part has been done by the author during these last years in the education and training of drives and power electronics.This work has the result of the construction of a new platform for the experimentation, training and education for drives and power electronics. This unique platform appears as an effective tool also inside the European Higher Education Area, because is a learn-by-doing tool, and uses transverse knowledge from other disciplines.

Els robots caminadors presenten alguns avantatges respecte als tradicionals robots mòbils amb rodes, que es resumeixen en major mobilitat i capacitat de superació d'obstacles. Un dels principals problemes actuals en el desenvolupament de robots caminadors és l'elevat consum energètic i la poca autonomia, com a conseqüència de l'elevada massa dels accionaments i del seu rendiment limitat.Un primer objectiu d'aquesta tesi és desenvolupar i caracteritzar energèticament un accionament rotatiu per a les articulacions de la pota d'un robot caminador. Un cop desenvolupat aquest accionament s'analitza el comportament energètic global de la pota.La pota dissenyada és de tipus insecte i l'aplicació considerada és un robot hexàpode. L'accionament rotatiu consta de tres elements: un motor de corrent continu, una transmissió per corretja dentada i un reductor Harmonic Drive. El conjunt d'aquest reductor s'ha dissenyat específicament per a aquesta aplicació, i materialitza també l'enllaç de cada articulació de la pota.Per tal de determinar els requeriments mecànics a les articulacions, s'ha portat a terme una simulació dinàmica del moviment de la pota. Aquesta simulació s'ha realitzat considerant que les articulacions del mecanisme són ideals. Les resistències passives d'aquestes es tracten posteriorment al analitzar el comportament del reductor. Els resultats obtinguts són els parells requerits a les diferents articulacions al llarg d'un cicle.Amb l'objectiu de determinar el comportament real dels components de l'accionament, per a diferents condicions de funcionament, s'han plantejat i realitzat diverses sèries d'experiments. Per portar a terme els experiments ha estat necessària la construcció d'un prototipus de l'accionament. A partir de les dades experimentals s'han definit uns models matemàtics que representen les resistències passives a cada component de l'accionament per a diferents condicions de funcionament. S'ha realitzat un ajust per mínims quadràtics per tal determinar els paràmetres dels models que millor ajusten els resultats a les dades experimentals.Com que cada motor treballa com tal o com fre, segons la fase del moviment, s'ha analitzat en detall el funcionament d'una màquina elèctrica de corrent continu d'imants permanents, des del punt de vista de la conversió de potència elèctrica en mecànica i viceversa, en els 4 quadrants i tenint en compte els diferents modes de funcionament: com a motor, com a fre-generador i com a fre.Posteriorment s'han definit uns models globals del comportament mecànic dels elements de transmissió de l'accionament: la corretja dentada i el reductor HD, que integren la modelització de les resistències passives i també inclouen la inèrcia de les parts mòbils de cada element.Finalment s'ha realitzat la simulació dels tres accionaments d'una pota al llarg d'un cicle de l'anadura del robot, a partir dels requeriments de parell i velocitat angular a cada articulació i utilitzant els models dels elements definits anteriorment. L'objectiu és estimar l'energia intercanviada a cada element de l'accionament, avaluant per separat l'energia transmesa en sentit directe, des de l'alimentació del motor a la sortida del reductor, i en sentit invers. El resultat més important és l'estimació de l'energia elèctrica que cal subministrar a cada motor per cada cicle de moviment de la pota.Dels diversos casos analitzats se'n treu la conclusió que l'energia elèctrica que cal subministrar als motors és sempre molt superior, de l'ordre de 30 vegades, a l'energia mecànica que l'accionament transmet a l'articulació. La despesa energètica dels motors depèn poc de les condicions de càrrega a les que està sotmesa la pota, en canvi el moviment que descriuen les articulacions al llarg del cicle hi té una influència important. Reduint el recorregut angular del moviment de les articulacions s'aconsegueix un considerable estalvi energètic, doncs disminueix l'energia dissipada per les resistències passives. / Walking robots have some advantages respect to the traditional mobile wheeled robots. These can be summarised in superior mobility and the capacity to overcome obstacles. One of the main problems in the development of walking robots is the high energy consumption and the low autonomy of operation, due to the high mass of the actuators and their limited efficiency.A first objective of this thesis is to develop a rotary actuator, for the leg pin joints of a walking robot, and to characterize it energetically. Once the actuator is developed, leg global energetic performance is analysed.The leg design is according to an insect type leg and the considered application is a hexapod robot. The rotary actuator consists of three elements: a DC electric motor, a synchronous belt transmission and a Harmonic Drive gear reducer. Gear assembly has been particularly designed for this application, and integrates pin joint implementation.In order to determine the mechanical specifications at the joints, a dynamic simulation of the leg movement has been carried out. For this simulation pin joints in the mechanism have been considered as ideal joints. Resistance to motion at the joints are taken into account later, when gear operation is analysed. Results from the simulation are the required torques at the different joints along a walking cycle.Several series of experiments have been planned and carried out in order to work out the real behaviour of the actuator components under different working conditions. The construction of an actuator prototype has been necessary for the experimentation.Then derived from the experimental data, mathematical models that estimate resistance to motion at every actuator component as a function of the working conditions, have been defined. Parameters in the models to best fit the experimental data have been identified by least square approximations.Every DC motor works as a motor or as a brake depending on the movement stage. Therefore the operation of a permanent magnet DC electric machine has been analysed, from the point of view of the conversion of electrical power into mechanical and vice versa. This was performed taking into account the different operation modes: as a motor, as a brake-generator and as a brake.Global models that represent the mechanical behaviour of the transmission components in the actuator have been defined: the synchronous belt and the HD gear. These models integrate resistance to motion estimation and also the inertia of the mobile parts of every element. Finally, starting from the torque and angular velocity requirements at every joint and using the models of the elements described above, the simulation of the three actuators of a leg along a gait cycle of the robot has been carried out. The objective was to estimate the exchanged energy at every element of the actuator, separately calculating the transmitted energy in both directions: from the motor power supply to the output of the gear reducer and in reverse. The main result was the estimation of the electrical energy that must be supplied to every motor per leg movement cycle. From the several cases that have been analysed, it can be concluded that the electrical energy that has to be supplied to the motors is always much higher, around 30 times higher, than the mechanical energy that the actuator transmits to the joint. Motor energetic consumption has low dependence on leg load condition, but pin joint movement along a cycle has a great influence on it. Reducing the angular run of pin joint movements is a way to obtain substantial energy savings, since it decreases the resistance to motion energy dissipation.

[ES] La Unión Europea se ha fijado como objetivo en su marco estratégico a largo plazo establecer un sistema energético sostenible, competitivo, seguro y descarbonizado para 2050. Busca alcanzar una economía próspera, competitiva y neutra desde el punto de vista del clima. En Europa, el parque inmobiliario es el responsable del 36% de las emisiones de gases de CO2 y casi el 50% del consumo de energía final se destina a calefacción y refrigeración, del cual, el 80% es consumido en edificios. Esto significa que la renovación del parque inmobiliario, mejorando su eficiencia energética y descarbonizándolo, juega un papel fundamental para alcanzar los objetivos marcados en las principales agendas internacionales. Para transformar el parque existente hace falta definir estrategias de intervención eficientes con medidas específicas, cuantificables que atiendan de forma individualizada a la singularidad de cada tipología de edificio, según su uso y actividad. La presente investigación se centra en estudiar energéticamente los edificios escolares públicos de Valencia a través de la metodología del coste óptimo contemplada en el reglamente delegado de la directiva europea de eficiencia energética. Se propone un sistema de clasificación de los colegios por tipos, se definen una serie de medidas de mejora de la envolvente térmica para los edificios representativos del conjunto y se analizan energéticamente. Con los resultados obtenidos sobre el consumo energético y los costes globales de los edificios para un periodo de 30 años, se determina el conjunto de medidas de intervención más eficiente para cada tipo de edificio. En definitiva, se identifican las actuaciones de mejora que con un menor coste económico permiten alcanzar una mayor reducción del consumo de energía primaria. / [CA] La Unió Europea s'ha fixat com a objectiu en el seu marc estratègic a llarg termini establir un sistema energètic sostenible, competitiu, segur i descarbonitzat per al 2050. Busca arribar a una economia pròspera, competitiva i neutra des del punt de vista del clima. A Europa, el parc immobiliari és el responsable de el 36% de les emissions de gasos de CO2 i gairebé el 50% del consum d'energia final es destina a calefacció i refrigeració, de el qual, el 80% és consumit en edificis. Això vol dir que la renovació de parc immobiliari, millorant la seva eficiència energètica i descarbonitzandol, juga un paper fonamental per assolir els objectius marcats en les principals agendes internacionals. Per transformar el parc existent cal definir estratègies d'intervenció eficients amb mesures específiques, quantificables que atenguen de forma individualitzada a la singularitat de cada tipologia d'edifici, segons el seu ús i activitat. La present investigació se centra en estudiar energèticament els edificis escolars públics de València a través de la metodologia de el cost òptim prevista en el reglament delegat de la directiva europea d'eficiència energètica. Es proposa un sistema de classificació dels col·legis per tipus, es defineixen una sèrie de mesures de millora de l'envolvent térmica per als edificis representatius del conjunt i s'analitzen energèticament. Amb els resultats obtinguts sobre el consum energètic i els costos globals dels edificis per a un període de 30 anys, es determina el conjunt de mesures d'intervenció més eficient per a cada tipus d'edifici. En definitiva, s'identifiquen les actuacions de millora que amb un menor cost econòmic permeten aconseguir una major reducció del consum d'energia primària. / [EN] The European Union, within a long-term strategic framework, has set a goal to establish a sustainable, competitive, safe and decarbonised energy system by 2050. With this, it seeks to achieve a prosperous, thriving and climate-neutral economy. In Europe, the building stock is responsible for causing 36% of CO2 gas emissions, and almost 50% of final energy consumption is used for heating and cooling, of which 80% is used in buildings. This means that a renovation of the building stock, by enhancing energy efficiency and decarbonising buildings, plays a vital role to reach objectives set by key international agendas. In order to transform the existing building stock, it is essential to identify efficient action strategies through specific, quantifiable measures according to the uniqueness of each building type, based on different usages and function. This research is focused on looking into public school buildings in Valencia energetically through a cost-optimal methodology, which is part of the delegated regulation within the European Directive on Energy Efficiency. A system for classifying school buidings according to typology is proposed, a series of measures to enhance thermal envelopes are identified for representative buildings of the whole, and they are energetically analysed. With the results obtained concerning energy consumption in buildings and 30-year global cost, a highly efficient set of measures to take for each building type is established. All in all, those improvement actions with a lower economic cost and the subsequent greater reduction in primary energy consumption are identified. / Liébana Durán, ME. (2021). Propuesta de clasificación tipológica de colegios con criterios de eficiencia energética. Estudio del caso de la ciudad de Valencia a través de la metodología del coste óptimo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/175193 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales