Se describe el proceso seguido para el desarrollo de un prototipo pre-industrial de enfriadora de absorción de amoniaco / nitrato de litio de disipación por aire y su caracterización experimental. Tras un proceso de mejora se concluye como adecuados la supresión del intercambiador de refrigerante, el empleo de una bomba de solución rotativa de paletas y la reducción de los caudales de agua fría y de agua de generación. Se analiza experimentalmente el comportamiento a carga parcial del nuevo desarrollo, con un control todo/nada de la capacidad frigorífica. Se prueba que dicho control en condiciones de carga parcial, resulta más efectivo que mantener en marcha el proceso de absorción reduciendo la temperatura de suministro de agua caliente. Se desarrolla un método de control de la enfriadora que maximiza el COP eléctrico. Finalmente, se obtienen analíticamente las expresiones de las curvas de degradación del COP a carga parcial. / This thesis describes the development process of a pre-industrial prototype of an air-cooled ammonia / lithium nitrate absorption chiller and its experimental characterization. After an upgrading process it is concluded as adequate the suppression of the refrigerant exchanger, the use of a rotary vane solution pump and the reduction of chilled water flow and the generation water flow. The part load behaviour of the new development, with an on / off control of the cooling capacity, is experimentally analysed. It is shown that an on / off control of the cooling capacity at partial load conditions, is more effective than maintaining the absorption process while reducing the temperature of the hot water supply. Therefore, the control method consists in determining the fan speed which maximizes the electrical COP. Finally, there is provided an analytical expression for the COP degradation partial load curves, which allows their incorporation into the simulation programs.

Las centrales hidroeléctricas, como sistemas reales, tienen un comportamiento no lineal. Con el objetivo de diseñar controladores para turbinas, fue una práctica normal en el pasado considerar o simplificar estos comportamientos no lineales linealizando en un punto de operación las ecuaciones diferenciales que representan la dinámica de la central hidroeléctrica. La principal motivación de esta tesis nace como consecuencia y la necesidad de mejorar y optimizar las respuestas dinámicas de las plantas hidroeléctricas, considerando estos comportamientos no lineales, conduciendo a modelos dinámicos más realistas del sistema de la turbina hidráulica, además, desarrollar y diseñar controladores más eficientes. Esta tesis considera en general el caso de sistemas de operación aislados, este es el caso de una central hidroeléctrica alimentando una carga aislada. En esta tesis se cubren dos objetivos principales: 1) Profundizar el Conocimiento de los Modelos de Sistemas Hidroeléctricos, 2) Diseñar Controladores a Partir de Modelos Probados.Profundizar el Conocimiento de los Modelos de Sistemas HidroeléctricosEste objetivo consiste en desarrollar un análisis comparativo de diferentes modelos de centrales hidroeléctricas aplicados al control de la velocidad de giro de la turbina, y proponer nuevos modelos. Con este propósito se utilizan parámetros tomados de diferentes centrales hidroeléctricas referenciadas en la bibliografía. Además, se propone la identificación de la central hidroeléctrica de Susqueda (Río Ter, Girona) usando estos modelos previamente refinados. Un paso previo muy importante para el diseño de un controlador es obtener un modelo dinámico de un sistema hidráulico confiable.Diseñar Controladores a Partir de Modelos ProbadosEl segundo objetivo es el desarrollo y diseño de controladores de la frecuencia (velocidad de giro) para centrales hidroeléctricas usando técnicas de control no lineal basadas en técnicas de la geometría diferencial y de la función de Lyapunov. En ambos casos los controladores son diseñados a partir de modelos de sistemas hidráulicos no lineales. Los resultados demuestran que usando dos funciones de coste, los controladores no lineales mejoran el comportamiento dado por los clásicos controladores PID entre un veinte y un doce por ciento, y con respecto a un controlador Gain Scheduling la mejora es entre un quince y un doce por ciento. / Hydroelectric power plants, like real systems, have nonlinear behaviour. In order to design turbine controllers, it was normal practice in the past to consider or simplify these nonlinear behaviours by linearizing at an operating point the differential equations that represent the dynamics of the hydroelectric plant. The main motivation of this dissertation was born as a consequence and necessity of improving and optimising the dynamic responses of hydroelectric plants, by taking into account these nonlinear behaviours, leading to more realistic dynamic models of the hydraulic turbine system and to the development and design of more efficient controllers. This dissertation considers in general the case of isolated system operations; it is therefore the case of a hydroelectric power plant supplying an isolated load. Two objectives are covered in this dissertation: 1) To Deepen the Knowledge of Hydroelectric System Models, 2) To Design Controllers from Well Proven Models.To Deepen the Knowledge of Hydroelectric System ModelsThis objective consists of performing a detailed comparative analysis of different existent hydroelectric models applied to speed control and propose new ones. For this purpose real parameters taken from many hydroelectric power plants referenced in the bibliography are utilised. Moreover, the identification of a hydroelectric power plant on the Ter River (Susqueda) is proposed by using these previously refined models. To obtain a reliable dynamic model of hydraulic turbine systems is an important step prior to the controller design. To Design Controllers from Well Proven ModelsThe second objective is the development and design of frequency (speed) controllers for hydroelectric power plants by using nonlinear control techniques based on differential geometry and on the Lyapunov function. For both cases the controllers are designed from nonlinear dynamic models of hydraulic turbine systems. The results demonstrate that using two cost functions the nonlinear controllers improve the behaviour given by classical PID controllers between a twenty and a twelve per cent, and with respect a Gain Scheduling controller the improvement is between a fifteen and a twelve per cent.

The electrical impedance of biological samples is known in the literature as Electrical Bioimpedance (EBI). The Electrical Bioimpedance enables to characterize physiological conditions and events that are interesting for physiological research and medical diagnosis. Although the Electrical Bioimpedance weakness is that it depends on many physiological parameters, on the other hand, it is suitable for many medical applications where minimally invasive and real-time measurements with simple and practical implementations are needed. The Electrical Impedance Spectroscopy (EIS) techniques based on broadband excitations are expected to help to understand various unsolved problems in biomedical applications. Broadband EIS opens up the possibility to reduce drastically the measuring time for acquiring EBI time-variations but, at the same time, measuring in a short time compromises the EBI accuracy. The way to overcome this intrinsic loss of accuracy relies on the design of the appropriate time/frequency input excitation properties and the use of the suitable spectral analysis processing techniques. The presented thesis covers the topics related to study of broadband excitations for Impedance Spectroscopy in biomedical applications and, more specific, the influence of the multisine excitation time/frequency properties on the impedance spectrum accuracy and its optimization. Furthermore, an advanced fast signal processing method has been implemented to process in real-time EBI data corrupted by transients, a common situation when measuring in a short measuring time. Despite being the goal to apply all this knowledge for myocardial tissue regeneration monitoring, at the moment of drafting the thesis, any of the research projects that have supported this thesis have issued functional beating tissue. For that reason, the theory presented has been validated by a set of experimental measurements over animals and patients where the impedance spectrum time-varying properties were pretended to be characterized. The thesis presents novel findings of relevance of a successful application of broadband EIS in two different measurement campaigns where it has been put in practice: (1) within the collaboration of the pneumology and cardiology service from Hospital Santa Creu i Sant Pau for in-vivo human lung tissue characterization, and (2), within the measurement of animal healthy myocardium tissue electrical impedance including its dynamic behavior during the cardiac cycle.

Over the last decades, Metamaterials (MTMs) have caught the attention of the scientific community. Metamaterials are basically artificially engineered materials which can provide unusual electromagnetic properties not present in nature. Among other novel and special EM applications, such as the negative refraction index (NRI) application, Metamaterials allow the realisation of perfect magnetic conductors (PMCs), which are of interest in the development of smaller and more compact antenna systems composed of one or more antennas. In this context, this thesis is focused on investigating the feasibility of using metamaterial structures to improve the performance of antennas operating at the microwave frequencies. The metamaterial design process is challenging because metamaterials are primarily composed of resonant particles, and hence, their response is frequency dependent due to the dispersive behaviour of their effective medium properties. However, one can take advantage of this situation by exploiting those strange properties while finding other antenna applications for such metamaterial designs. For the case of the PMC applications, the relative magnetic permeability values are negative, because they are found just above the resonance of the metamaterial. This thesis investigates several antenna applications of artificial magnetic materials (AMMs). The initial work is devoted to the design of a spiral resonator (SR) AMM slab to realise a low profile reflector dipole antenna by taking advantage of its PMC response. The spiral resonator has been used due to its reduced unit cell size when compared to other metamaterial resonators, leading to a more homogeneous metamaterial structure. In addition, a bidirectional PMC spacer has been applied to produce a small and compact antenna system composed of two monopole antennas, although the concept may be applied to other antenna types. A third application as an AMC reflector are the transpolarising surfaces, where the incident electric field plane wave is reflected at a polarisation rotation angle of 90 degrees. Such surfaces may be of interest to produce high cross-polar response reflecting devices, like the modified trihedral corner reflector that has been tested for polarimetric synthetic aperture radar (PolSAR) purposes. Another application of the SR AMM metamaterial is the patch antenna with a magneto-dielectric loading. The relative magnetic permeability of the AMM metamaterial has values over the unity in the frequency band below the resonance. As a consequence, the patch antenna can be miniaturised without reducing its bandwidth of operation, in contrast to a typical high dielectric permittivity substrate. Finally, the SR AMM metamaterial also presents values of relative magnetic permeability between zero and the unity (MNZ). In such a case, the SR AMM metamaterial has been applied as an MNZ cover of a slot antenna, devoted to increasing the broadside radiated power and directivity of the antenna. / En las últimas décadas, los Metamateriales (MTMs) han captado la atención de la comunidad científica internacional. Los metamateriales son básicamente materiales artificiales diseñados que tienen propiedades electromagnéticas inusuales no presentes en la naturaleza. Aparte de otras aplicaciones innovadoras en electromagnetismo, como la posibilidad de un material con un índice de refracción negativo (NRI), los metamateriales permiten realizar los conductores magnéticos perfectos (PMCs), que podrían ser de gran utilidad para implementar sistemas de múltiples antenas más pequeños y compactos. En este contexto, esta tesis se centra en investigar el uso de diferentes diseños de metamateriales para mejorar las prestaciones de sistemas radiantes o antenas que trabajan a frecuencias de microondas. El proceso de diseño de los metamateriales es complicado, porque los metamateriales están compuestos de resonadores magnéticos, y consecuentemente, su respuesta varía con la frecuencia a causa de la naturaleza dispersiva de sus parámetros de medio efectivo. No obstante, se pueden aprovechar estas propiedades extrañas para encontrar otras aplicaciones interesantes en antenas. Para el caso de aplicaciones como PMC, el valor de la permeabilidad magnética relativa toma principalmente valores negativos, ya que se encuentran después de la resonancia del metamaterial. Esta tesis realiza el estudio de diferentes aplicaciones de antenas con materiales magnéticos artificiales (AMMs). Primeramente, se ha diseñado un metamaterial AMM compuesto de resonadores en espiral (SRs), que se aplica para realizar un reflector de perfil bajo con una antena dipolo, aprovechando la respuesta PMC que proporciona el metamaterial. Se han utilizado resonadores en forma de espiral porque tienen una celda unidad más reducida al compararla con la de otros resonadores metamaterials, produciendo así una estructura metamaterial más homogénea. Además, un diseño PMC bidireccional ha permitido diseñar un sistema pequeño y compacto de dos antenas monopolo, aunque este concepto se puede aplicar a otros tipos de antenas. Una tercera aplicación como reflector AMC es el de pantalla transpolarizadora, dónde una onda eléctrica plana incidente es reflejada con un ángulo de rotación de 90 grados. Estas pantallas pueden servir para realizar dispositivos reflectores con una respuesta cruzada alta, como pasa con un triedro modificado que se ha probado con éxito en aplicaciones como calibrador de radar de apertura sintética polarimétrico (PolSAR). El metamaterial SR AMM también se ha utilizado como substrato magneto-dieléctrico de una antena impresa o patch. La permeabilidad magnética relativa de este metamaterial toma valores más grandes que la unidad en el rango de frecuencias por debajo de la resonancia. Por esto, la antena patch se puede miniaturizar sin reducir sus prestaciones de ancho de banda de operación, caso contrario a cuando se utilizan substratos de permitividad dieléctrica alta. Finalmente, el metamaterial SR AMM también toma valores de permeabilidad magnética relativa entre cero y la unidad (MNZ). En este caso, el metamaterial SR AMM se ha aplicado como un superestrato MNZ de una antena de ranura o slot, con la intención de incrementar la potencia radiada y la directividad de la antena.

.En aquesta tesis doctoral es presenta el disseny i implementació d’un sistema d’alimentació ac-dc basat en convertidors de tipus elevador-reductor d’única etapa. El sistema s’ha dissenyat per regular el corrent d’alimentació d’un conjunt de LEDs connectats en sèrie. El sistema d’alimentaciódissenyat té la capacitat de mantenir constant el flux lumínic dels LEDs i permet la dimerització en un ampli rang de valors de corrent. Simultàniament, el sistema manté un nivell molt baix d’harmònics introduïts a la xarxa de corrent altern. L’anàlisi ha demostrat la viabilitat en l’aplicació del control en mode lliscant per a la imposició d’un comportament como resistor lliure de pèrdues (LFR) en convertidors de tipus elevador-reductor d’ordre elevat (Ćuk, SEPIC i Shepard-Taylor) en els que es pretengui simultàniament regular el corrent de sortida. En aquest context, s’ha exposat en detall l’anàlisi dinàmic, i posterior disseny del llaç de regulació de corrent, del LFR basat en el convertidor Ćuk quan s’alimenta a través d’una font de corrent alterna de 230 Vrms-50 Hz. Un dels problemes trobats ha estat l’aparició de distorsió a la forma d’ona del corrent d’entrada en els passos per zero. Aquesta distorsió impedeix, per baixes potències d’entrada, el compliment de la norma d’introducció d’harmònics i, per tant, limita el seu ús en aplicacions de dimerització. S’ha proposat una solució basada en la modulació de la finestra d’histèresi de tal forma que a la proximitat del pas per zero la freqüència de commutació del convertidor augmenta. Mitjançant aquesta tècnica es garanteix tant el compliment de las normes preceptives com un rang de dimerització del 0 al 100 %. Las previsions teòriques s’han verificat mitjançant simulació i a partir de prototipus experimentals. / En esta tesis doctoral se presenta el diseño e implementación de un sistema de alimentación AC-DC basado en convertidores de tipo elevador-reductor de única etapa. El sistema se ha diseñado para regular la corriente de alimentación de un conjunto de LEDs conectados en serie. Este tiene la capacidad de mantener constante el flujo lumínico de los LEDs y permite la dimerización en un amplio rango de valores de corriente. Simultáneamente, el sistema mantiene un nivel muy bajo de armónicos introducidos a la red de corriente alterna. El análisis ha demostrado la viabilidad en la aplicación del control en modo deslizante para la imposición de un comportamiento como resistor libre de pérdidas (LFR) en convertidores de tipo elevador-reductor de orden elevado (Ćuk, SEPIC y Shepard-Taylor) en los que se pretenda simultáneamente regular la corriente de salida. En este contexto, se ha expuesto en detalle el análisis dinámico, y posterior diseño del lazo de regulación de corriente, del LFR basado en el convertidor Ćuk cuando se alimenta a través de una fuente de corriente alterna de 230 Vrms-50 Hz. Uno de los problemas encontrados ha sido la aparición de distorsión en la forma de onda de la corriente de entrada en los cruces por cero. Dicha distorsión impide, para bajas potencias de entrada, el cumplimiento de la norma de introducción de armónicos y, por tanto, limita su utilización para aplicaciones de dimmerización. Se ha propuesto una solución basada en modulación de la ventana de histéresis de tal forma que en las cercanías del cruce por cero la frecuencia de conmutación del convertidor aumenta. Mediante esta técnica se garantiza tanto el cumplimiento de las normas preceptivas como un rango de dimerización del 0 al 100 %. Las previsiones teóricas se han verificado mediante simulación y a partir de prototipos experimentales. / In this thesis, the design and implementation of an ac-dc power factor correction system based on single-stage step up/down converters is presented. The system has been designed to regulate the supply current of a string of LEDs connected in series. The driver has the capability to maintain a constant luminous flux and to dimmer the LED in a wide range of current values. Simultaneously, the system maintains a very low level of current harmonics introduced into the AC mains. The analysis has demonstrated the feasibility in applying the sliding mode control for imposing simultaneously, at single-stage high-order converters (Ćuk, SEPIC and Shepard-Taylor), a Loss-Free Resistor (LFR) behavior and a regulated output current. In this context, it has been exposed in detail the dynamic analysis and the design of a current regulation loop for a Ćuk-based LFR supplied from a AC voltage source of 230 Vrms-50 Hz. One of the problems identified has been the presence of distortion in the input current waveform at the zero crossings. Such distortion prevents, for low input powers, the harmonics compliance and therefore limits their use in LED dimming. To overcome this problem, it has been proposed a technique, based on a variable hysteresis window, to improve the performance near the zero crossing of the input current. This improvement is achieved by increasing the switching frequency near this zero crossing region. With this technique, the dimming range goes from 0-100% maintaining at the same time very low harmonic distortion at the input current. Moreover, experimental and computer simulation results presented are given in order to verify the theoretical predictions.

L’objectiu d’aquesta tesi és desenvolupar una solució pel convertidor DC/DC del sistema de tracció d’un vehicle elèctric. Varis aspectes d’aquesta solució han estat examinats minuciosament. El primer és la tria de la topologia de convertidor DC/DC bidireccional apropiada, tenint en compte l’aplicació considerada. Finalment s’ha optat per un convertidor boost bidireccional amb filtre de sortida. Un cop determinada la topologia, s’ha analitzat l’estabilitat del sistema, tenint en compte que l’accionament elèctric que alimenta té un efecte desestabilitzant. D’acord amb els resultats obtinguts, el convertidor ha hagut de ser redissenyat. De fet, el disseny del convertidor és un procés iteratiu que ha estat revisat al llarg de la tesi. Com a part de la solució proposada, aquesta tesi també estudia el control del convertidor. El control en mode lliscament és escollit com la tècnica de control de corrent del convertidor, amb un llaç extern de control de la tensió. S’ha cregut que aquesta tècnica permet l’operació bidireccional del convertidor sense necessitat de determinar si la potència s’entrega de la font al motor o viceversa, i en la tesi es demostra aquest punt. L’últim pas de la solució consisteix en buscar un mètode per incrementar la potència nominal del convertidor dissenyat que permeti assolir la potència d’un vehicle elèctric comercial. Paral•lelitzar varis convertidors i establir un control en mode lliscament amb una configuració en anell aconsegueix aquest increment de potència, alhora que redueix considerablement l’arrissat. La solució proposada es verifica mitjançant un emulador de sistema de tracció de 4,5 kW. Les especificacions per aquest emulador s’han definit, i llavors s’ha obtingut el model corresponent en Matlab/Simulink. Tant els resultats de simulació com els experimentals validen la operació de la solució proposada sota un perfil de conducció. / El objetivo de esta tesis es desarrollar una solución para el convertidor DC/DC del sistema de tracción de un vehículo eléctrico. Varios aspectos de esta solución han sido examinados minuciosamente. El primero es la elección de la topología de convertidor DC/DC bidireccional apropiada, teniendo en cuenta la aplicación considerada. Finalmente se ha optado por un convertidor boost bidireccional con filtro de salida. Una vez determinada la topología, se ha analizado la estabilidad del sistema, teniendo en cuenta que el accionamiento eléctrico que alimenta tiene un efecto desestabilizante. De acuerdo con los resultados obtenidos, el convertidor ha tenido que ser iterativamente rediseñado al largo de la tesis. Como parte de la solución propuesta, esta tesis también estudia el control del convertidor. El control en modo deslizamiento es elegido como la técnica de control de corriente del convertidor, con un lazo externo de control de la tensión. Se considera que esta técnica permite la operación bidireccional del convertidor sin necesidad de determinar si la potencia se entrega de la fuente al motor o viceversa, y en la tesis se demuestra este punto. El último paso de la solución consiste en buscar un método para incrementar la potencia nominal del convertidor diseñado que permita alcanzar la potencia de un vehículo eléctrico comercial. Paralelizar varios convertidores y establecer un control en modo deslizamiento con una configuración en anillo consigue este incremento de potencia, y además reduce considerablemente el rizado. La solución propuesta se verifica mediante un emulador de sistema de tracción de 4,5 kW. Las especificaciones para este emulador se han definido, y entonces se ha obtenido el modelo correspondiente en Matlab/Simulink. Tanto los resultados de simulación como los experimentales validan la operación de la solución propuesta bajo un perfil de conducción. / The objective of this thesis is to develop a solution for the powertrain DC/DC converter of an electric vehicle. Several aspects of the solution have been examined minutely. The first of them is the selection of an appropriate topology of bidirectional DC/DC converter for the herein considered application, which finally is a bidirectional boost converter with output filter. On this decision, the stability of the system has to be thoroughly analysed in view of the fact that the load is a motor drive, and thus has an unstabilising effect. According to the results of the stability analysis, the converter has to be designed. The design of the converter is an iterative process that will have to be re examined during the development of the thesis. As part of the DC/DC system solution, this thesis also has to cover the controller of the converter. Sliding mode is proposed as the current controller technique of the converter, with an outer voltage control loop. This technique is thought to enable the bidirectional operation of the converter with no need to determine if power is flowing from the motor to the source or vice versa, and this point has to be demonstrated. The last step of the solution is to propose a method to increase the power rating of the design, to match the rating of a commercial EV. Paralleling several converters and establishing a ring-configuration sliding-mode control achieves this objective, with the added value of ripple reduction. The proposed solution is verified by means of a powertrain emulator of 4.5 kW. The specifications for the emulator have to be set and once designed, its model in Matlab/Simulink will be obtained. Both the simulation and the experimental results validate the operation of the solution under a driving profile.

La Ferroresonancia és un dels fenòmens transitoris més destructius dels sistemes de potència. Associa inductàncies no lineals i capacitancias del sistema, iniciant-se de maneres diferents, el que fa molt difícil la seva caracterització. Per evitar les conseqüències de la ferrorresonancia cal entendre el fenomen, predir-i identificar-lo, per poder evitar-ho o eliminar-lo. No obstant això, el seu comportament complex no permet analitzar usant mètodes lineals. A causa de les no linealitats, la solució d'un circuit ferrorresonante s'obté generalment usant mètodes en el domini del temps; típicament, mètodes d'integració numèrica per ordinador, com ara el EMTP. Algunes eines per a l'enteniment, classificació i predicció de la ferrorresonancia es presenten en aquest estudi: mapes de Poincaré s'utilitzen per identificar el fenomen; Diagrames de Bifurcació s'utilitzen per detallar la ubicació dels canvis abruptes en estudis paramètric; Mapes 3D i 4D s'implementen per generalitzar el comportament complex del sistema. D'altra banda, els transformadors són sens dubte l'equip que requereix un modelatge més detallat. Els paràmetres utilitzats en el model han de ser adequats específicament per al tipus d'estudi a realitzar, d'una altra manera, les simulacions podrien no reproduir els casos correctament. En aquesta tesi, es presenten els detalls per modelar transformadors monofàsics i trifàsics. A més, es presenten noves tendències per representar fenòmens físics com el cicle d'histèresi. / La Ferrorresonancia es uno de los fenómenos transitorios más destructivos de los sistemas de potencia. Asocia inductancias no lineales y capacitancias del sistema, iniciándose de maneras diferentes, lo que hace muy difícil su caracterización. Para evitar las consecuencias de la ferrorresonancia es necesario entender el fenómeno, predecirlo e identificarlo, para poder evitarlo o eliminarlo. Sin embargo, su comportamiento complejo no permite analizarlo usando métodos lineales. Debido a las no linealidades, la solución de un circuito ferrorresonante se obtiene generalmente usando métodos en el dominio del tiempo; típicamente, métodos de integración numérica por ordenador, tales como el EMTP. Algunas herramientas para el entendimiento, clasificación y predicción de la ferrorresonancia se presentan en este estudio: mapas de Poincaré se utilizan para identificar el fenómeno; Diagramas de Bifurcación se utilizan para detallar la ubicación de los cambios abruptos en estudios paramétrico; Mapas 3D y 4D se implementan para generalizar el comportamiento complejo del sistema. Por otro lado, los transformadores son sin duda el equipo que requiere un modelado más detallado. Los parámetros utilizados en el modelo deben ser adecuados específicamente para el tipo de estudio a realizar, de otra manera, las simulaciones podrían no reproducir los casos correctamente. En esta tesis, se presentan los detalles para modelar transformadores monofásicos y trifásicos. Además, se presentan nuevas tendencias para representar fenómenos físicos como el ciclo de histéresis. / Ferroresonance is one of the most destructive transient phenomena in power systems. It involves the association of nonlinear magnetizing inductances and capacitances, and may be initiated in many different ways, making very difficult its characterization. To prevent the consequences of ferroresonance it is necessary to understand the phenomenon, predict and identify it, to finally avoid it or eliminate it. However, it cannot be analyzed or predicted by computation methods based on linear approximation. Because of nonlinearities, the solution of a ferroresonant circuit is usually obtained using time-domain methods; typically, a computer-based numerical integration method such as the EMTP. Tools for discerning, classifying and predicting ferroresonance are collected in this study: Poincaré maps are used to describe the time behavior of a system; Bifurcation Diagrams are utilized to detail the locations of all the abrupt changes in parametric study; 3D and 4D Maps can be implemented to generalize a complex system behavior. On the other hand, transformers are unquestionably the equipment demanding most detailed modeling. The parameters used in the model should be adequate specifically for the type of study to be performed, other way, the simulation may not reproduce the real cases. In this thesis, details are presented to modeling single- and three-phase transformers. In addition, new trends are presented to address important physical phenomenon such as hysteresis cycle.

En esta tesis se trata el problema de integración de servicios en redes ATM. En particular, el trabajo se centra en los servicios que incorporan información de vídeo digital.La tesis se compone en cinco capítulos. El primer capítulo presenta el escenario y la motivación en el que se enmarca este trabajo, introduciéndose las técnicas y conceptos empleados para su desarrollo. En los tres capítulos centrales se formulan los problemas actuales tratados en esta tesis y se discuten las soluciones planteadas y estandarizadas hasta el momento. Asimismo, se proponen nuevas maneras de abordar cada problemática presentando en cada caso una solución contrastada. Finalmente, en el último capítulo se enumeran las conclusiones obtenidas y se proponen nuevas líneas de investigación derivadas del presente estudio. El trabajo desarrollado puede estructurarse en tres fases asociadas con la presentación realizada en los tres capitulos centrales:i ) En el capítulo 2 se presentan las distintas técnicas empleadas para la codificación de vídeo digital y se describe el algoritmo de codificación MPEG-I, el cual se ha revelado como el más eficiente en cuanto al nivel de compresión obtenido para un nivel de calidad dado. Fijando diferentes niveles de calidad de la imagen, objetivos o subjetivos, se desarrolla un detallado análisis de elección de los valores de los parámetros de codificación MPEG-I que maximizan el rango de compresión.Asimismo, se establecen las dependencias entre los valores de los parámetros, la calidad objetiva y la tasa binaria media generada en la codificación. A través del análisis estadístico de la tasa binaria generada por cuadro, para cada modo de codificación del algoritmo MPEG-I se resaltan las dependencias entre los valores de los parámetros de codificación y su impacto en la tasa binaria resultante.Se proponen distintos mecanismos de funcionamiento de un codificador MPEG-I y se discuten su cualidades en cuanto a su adecuación para la transmisión sobre redes ATM y en cuanto a la calidad, objetiva y subjetiva, obtenida. Los mecanismos de funcionamiento se comparan a partir de la tasa binaria y del nivel SNR resultante de la codificación de distintas secuencias. Finalmente, se propone un esquema de codificación MPEG-I para la transmisión de vídeo digital sobre redes ATM. Este esquema se caracteriza por mantener un nivel de calidad subjetiva semi-constante y presenta una gran simplicidad en su funcionamiento.ii ) En capítulo 3 se plantean las distintas técnicas de modelado de fuentes de tráfico para redes ATM y, en particular, el estudio se centra sobre el tráfico generado por los codificadores de vídeo MPEG VBR. Se discuten las distintas variables aleatorias que se pueden emplear para la caracterización de estas fuentes y cuáles son los parámetros que debería capturar un modelo.Se propone una nueva técnica de modelado a nivel de cuadro basada en la caracterización individual de cada modo de funcionamiento de la codificación MPEG. Sobre este esquema de síntesis de tráfico se desarrollan cuatro modelos. Tras la evaluación de los modelos se concluye que los modelos de fluidos son los más adecuados para la caracterización del tráfico vídeo MPEG VBR y que los modelos autoregresivos son válidos para la predicción y suavizado de este tipo de tráfico. A partir de la consideración de la conformación del tráfico de vídeo MPEG VBR, dado su interés por la eliminación de las nocivas llegadas periódicas a los multiplexores y conmutadores de las redes ATM, propias de las variaciones intrínsecas de la tasa binaria generada por el codificador, se elabora un nuevo modelo de fluidos a nivel de GoP. Este modelo se muestra especialmente adecuado para la captura del comportamiento del tráfico de vídeo MPEG VBR entregado a la red. El modelo de fluidos a nivel de GoP presenta como mejora, respecto a los modelos de este género propuestos en la actualidad, un buen ajuste de los histogramas resultantes de la codificación real y una perfecta aproximación a corto y largo plazo de la función de autocovarianza. Como contribución a la suavización del tráfico de vídeo MPEG VBR se confecciona un nuevo modelo ARIMA que, si bien no puede utilizarse para la síntesis de tráfico artificial de este tipo de fuentes, se muestra como un excelente predictor de tráfico, por lo que puede ser empleado en la conformación predictiva. Cabe destacar que el valor de los parámetros de este predictor, obtenidos a partir del estudio de diferentes secuencias de larga duración, se mantienen casi invariantes, incluso para distintos pasos de cuantificación del codificador. iii) En el capítulo 4 se estudia la transmisión de la información generada por las fuentes de vídeo MPEG VBR sobre redes que emplean ATM. Se desarrolla un análisis de la multiplexación estadística a través de simulación para una probabilidad de pérdida aceptable en este tipo de servicios y distintas restricciones de retardo máximo. Este análisis permite cuantificar la ganancia de multiplexación estadística para distintas combinaciones de fuentes de vídeo compartiendo los mismos recursos de red. A partir del estudio del tráfico agregado se propone un nuevo modelo ARMA capaz de captura el comportamiento del tráfico entrante en un multiplexor estadístico. Para la síntesis de este modelo se propone un nuevo rocedimiento basado en la estacionalidad presentada por la función de autocovarianza de la serie temporal del número de celdas generadas por intervalo de slice. Finalmente, se plantea un esquema de para la transmisión de vídeo MPEG VBR sobre redes ATM que incorpora un dispositivo cuyas funciones son monitorizar el cumpliento de contrato establecido con la red, detectar el nivel de actividad de la secuencia de vídeo digital y regular la tasa binaria generada por el codificador en situaciones de congestión.

In this research work it has been implemented with the semiconductor characterization, base basically in the thermoelectric structure develop with Skutterudite nanostructures, under different manufacturing process, specially compounds from the type Co-Ni-Sb, by developing and study of its intrinsic characteristics related to thermoelectric properties as the figure of merit, by the use of special design tooling for such purpose, doing analogies of their behavior with classic materials. It is also shown the specific instrumentation. In chapter 1 it is shown the general actual stage of the semiconductor materials use in Thermoelectric and related measurement systems.The chapter 2 has been focus for the introduction of different model series of monomodule and the basic structure of the thermoelectric system with the mainly objective to know the behavior of the pellets and different simulation versions. The continues model base its development in the use of the average parameters taken from different concepts as temperature functions and the semiconductor material. With the utilization of models base in finite elements the software was simplify as a support, as it is much more easier to include parameters in each of the elements that the material is divide.In chapter 3 it has been develop the study of some thermoelectric compounds base in BiTe. It has been develop the characterization of a compound base in (Bi2Te3)1-xy( Sb2Te3)x(Sb2Se3)y that pretends exploit the BiTe characteristics at room temperatures about 300K. Previously it has been develop some theoretical concepts that will explain the different techniques in the development of the thermoelectric materials as the design in 2D quantum well that has multiple advantages regarding the Figure of Merit goals higher than with bulk materials. To finish in chapter 3, it was study a mono-module base in the study materials.In chapter 4 the material Skutterudite has been develop as an experimental base that conform part of this thesis. The Skutterudite system possess basic conditions to obtain a high Figure of Merit Z. The Skutterudite are forming covalent structures with low coordination index between atoms in the big vacuum interact that exist. New compounds can be form from new atoms added in vacuum interact, which implements in the optimization of the thermoelectric characteristics. It has been study Skutterudite solutions base in compounds from type CoSb3-xAsx for temperature ranges up to 700K.In the chapter 5 it was develop few experiments related to the Skutterudite material, prepare with nanotechnology. Is the core of this thesis and has been divide in tree basic experiments. Study of the material Co-Sb with nano-structure. Study of the material Co-Sb were the Co is replace by Ni to study its thermoelectric characteristics and the study of the mono-module constructed with the study materials. It was also study a thermoelectric mono-module according to the thermoelectric study materials. As a main target we have use the type of material CoSb3 (M1), which acts as n material and Zn4Sb3 that works as p material.The obtained results could be the base for the study of the materials also base in CoSb3, but replacing its structure for new elements. The Nb (Niobio), is an element that was study and works as a dope agent type p replacing the Co atoms. The electrical conductivity could be increase in the final compound but some research lines will confirm its well use. Another research task that could lid from this thesis study is the use of thermoelectric structures (thermoelectric devices) base in the material being study.The microprobe tool, has been develop in special way to use as a research tool for the thesis expose. Is a very useful tool that has been use to measure the Seebeck coefficient in the materials, and the electrical conductivity. The microprobe is basically form by heated test point that is positioned over a sample device. The end of the pointer is connected to a thermocouple normally type T, Cu-CuNi ; that measures the temperature call T1. The sample is always place over a good electrical and thermal contact, which is also connected to a thermocouple to measure the temperature T0. By the combination the wires Cu-Cu and CuNi-CuNi, from the thermocouples it is possible to obtain the voltage that will be name U0 and U1 that are well process to obtain the Seebeck coefficient. / En este trabajo de investigación se ha implementado la caracterización del semiconductor en la que se basa la estructura termoeléctrica desarrollada con Skutterudites nanoestructuradas bajo diferentes procesos de fabricación, en concreto compuestos del tipo Co-Ni-Sb, realizando un estudio de sus características intrínsecas relacionadas con las propiedades termoeléctricas como es la figura de mérito mediante herramientas diseñadas para ese propósito haciendo analogías con el comportamiento de materiales clásicos. También se muestra el desarrollo de instrumental específico.El capítulo 2 se ha dedicado a la presentación de una serie de modelos del monomódulo y de la estructura básica del sistema termoeléctrico con el objetivo de conocer el comportamiento del pellet ante diferentes visiones de simulación. El modelo continuo basa su desarrollo en la utilización de los parámetros medios tomados desde diferentes concepciones en función de la temperatura y sobre todo el material semiconductor. Con la utilización de modelos basados en elementos finitos se simplifica la realización de software de soporte ya que es relativamente más fácil introducir parámetros en cada uno de los elementos en que se divide el material.En el capítulo 3 se ha desarrollado el estudio de algunos compuestos termoeléctricos basados en el BiTe. Se ha realizado la caracterización de un compuesto basado en (Bi2Te3)1-x-y(Sb2Te3)x(Sb2Se3)y que intenta explotar las características del BiTe a temperaturas ambientales (sobre 300K). Previamente se ha desarrollado una serie de conceptos teóricos que explican diferentes técnicas en el desarrollo de materiales termoeléctricos como el diseño en 2D quantum well que conlleva multitud de ventajas en cuanto se consiguen figuras de mérito superiores que en bulk. Por último, en el capítulo 3 se ha estudiado un monomódulo en base a los materiales estudiados.En el capítulo 4 se ha desarrollado el material Skutterudite como base en la experimentación que forma la parte esencial de esta tesis. El sistema Skutterudite posee las condiciones básicas para obtener una figura de mérito Z alta. Las Skutterudites forman estructuras covalentes con bajo índice de coordinación entre los átomos que la constituye lo que contribuye a la posible incorporación de nuevos átomos en el gran vacío intersticial que existe. Nuevos compuestos se pueden formar a partir de nuevos átomos incorporados en el vacío intersticial lo que contribuye en la optimización de las características termoeléctricas. Se han estudiado soluciones de Skutterudites basadas en compuestos del tipo CoSb3-xAsx para temperaturas hasta 700K.En el capítulo 5 se han desarrollado varios experimentos en relación con material Skutterudite preparado mediante nanotecnología. Constituye el núcleo de esta tesis y se divide en tres experimentos básicos: -Estudio del material Co-Sb con nanoestructura. - Estudio del material Co-Sb nanoestructurado en donde parte del Co se sustituye por Ni para estudiar sus características termoeléctricas. -Estudio de un monomódulo constituido en base a los materiales estudiados. En concreto el material tipo CoSb3 (M1) que actúa de material tipo n y el Zn4Sb3 que actúa como el material de tipo p.Los resultados que se han obtenido pueden ser la base para el estudio de materiales también basados en el CoSb3 , pero con la sustitución de su estructura por nuevos elementos. El Nb (Niobio), es un elemento investigado y actúa como dopante de tipo p sustituyendo a átomos de Co. La conductividad eléctrica es factible de ser incrementada en el compuesto final, aunque futuras líneas de investigación confirmarán su utilidad. Otra línea de investigación que se podría derivar a partir del estudio realizado en esta tesis es la realización de estructuras termoeléctricas (células termoeléctricas) basadas en el material estudiado.La herramienta microprobe se ha desarrollado de forma especial para la realización de la investigación expuesta en esta tesis. Es una herramienta que ha servido para medir de forma espacial el coeficiente de Seebeck y la conductividad eléctrica esencialmente. Microprobe consiste básicamente en una punta de prueba calentada que es posicionada sobre la superficie de una muestra. La punta es conectada a un termopar (normalmente de tipo T, Cu-CuNi) que mide la temperatura que se llamará T1. La muestra siempre se pone sobre un buen contacto eléctrico y térmico que también se conecta a un termopar midiéndose la temperatura T0. Combinando los cables (Cu-Cu) y (CuNi-CuNi) de los termopares es posible obtener las tensiones que se llamarán U0 y U1 que son procesadas adecuadamente para obtener el coeficiente de Seebeck.

La recogida actual de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (RAEE) es muy reducida, sobre todo para la categoría de los pequeños aparatos eléctricos y electrónicos. Con el objetivo de aumentar esta recogida, se propone un modelo alternativo que permite recoger y reciclar juguetes con componentes eléctricos y electrónicos. El sistema actual consiste en llevarlos a los puntos limpios y de allí al reciclaje, aunque actualmente la mayoría de pequeños RAEE son depositados en el contenedor junto con la fracción de rechazo de los residuos sólidos urbanos. Este nuevo modelo separa los juguetes reutilizables y los incorpora nuevamente al mercado, y recicla los materiales de los que se consideran residuos. De todos los residuos de aparatos eléctricos y electrónicos se han elegido los juguetes con componentes eléctricos y electrónicos porque forman parte de la actividad de los niños, hecho que puede ayudar a sensibilizar a los propios niños y a sus familias respecto a la importancia de una buena gestión de este tipo de residuos. El modelo propone que, por mediación de los profesores, en las escuelas se pueda realizar una acción de sensibilización que facilite la separación de estos residuos a través de campañas de comunicación, y la disposición de los mismos en un contenedor específico situado en la propia escuela. También es necesario el apoyo de la administración pública para que el modelo funcione. Así, en esta tesis doctoral se ha realizado una experiencia piloto de este modelo durante dos años en un número reducido de municipios, y se ha evaluado la sostenibilidad del mismo. Se ha realizado una evaluación ambiental calculando los impactos ambientales que el modelo propuesto ahorraría respecto del sistema actual de recogida. Asimismo, se ha realizado una evaluación económica del sistema aplicando la metodología del coste-beneficio e incluyendo los beneficios indirectos asociados al ahorro de impacto ambiental obtenido. Y, por último, se han realizado los primeros pasos para una evaluación social del modelo, llegando a proponer una serie de indicadores para dicha evaluación. A partir de los resultados de las pruebas piloto se ha realizado una extrapolación del modelo tanto geográfica como temporal. Así, se ha evaluado ambiental y económicamente qué supondría extender el modelo propuesto a un ámbito geográfico mayor (Catalunya y España) y ampliar a 10 años la recogida de juguetes / The current rate of waste electrical and electronic equipment (WEEE) collection is very low, especially within the category of small electrical and electronic appliances. In order to increase the collection rate, we propose an alternative model that permits collection and recycling of electrical and electronic toys. Presently, nearly all small appliances go to recycling centers, since most of them are disposed in the bin along with a non-recyclable portion of local solid waste. The proposed model counts on the separation of electrical and electronic waste toys from reusable ones. That waste would go to recycling while the rest goes to the second hand market. Out of all discarded electrical and electronic appliances, we chose toys because they are a critical part of children¿s activity and, therefore, they can serve as a catalyst to raise the consciousness of their families about the importance of good management of such waste. The new model proposes that, through teachers, schools can sharpen the awareness of their students¿ families for the need to separate the recyclable and non-reusable portions of such waste. We propose to accomplish this by means of communication campaigns and the placement of a specialized container in the school. Support of the school¿s administration will be needed to implement the model. For two years we have run pilot model in a small number of municipalities, and we have assessed their sustainability. Also, we have calculated the environmental impact that the proposed model would have in terms of savings versus the current collection system. In tandem, we have included an economic assessment by applying a cost-benefit methodology against our proposed model, including indirect benefits associated with the reduced environmental impact. Finally, we have been the first steps towards a social evaluation model, and to this end we propose a set of indicators for such evaluation. The results of the pilot model have been extrapolated geographically and through time. We have calculated the results if this proposed model were to be implemented in a larger geographic area (Catalunya and Spain) and the toys collection period is extended to 10 years.