Silicon Carbide (SiC) has received a special attention in the last decades thanks to its superior electrical, mechanical and chemical proprieties. SiC is mostly used for applications where Silicon is limited, becoming a proper material for both unipolar and bipolar power device able to work under high power, high frequency and high temperature conditions. Aside from the outstanding theoretical and practical advantages still to be proved in SiC devices, the need for more accurate models for the design and optimization of these devices, along with the development of integrated circuits (ICs) on SiC is indispensable for the further success of modern power electronics. The design and development of SiC ICs has become a necessity since the high temperature operation of ICs is expected to enable important improvements in aerospace, automotive, energy production and other industrial systems. Due to the last impressive progresses in the manufacturing of high quality SiC substrates, the possibility of developing ICs applications is now feasible. SiC unipolar transistors, such as JFETs and MESFETs show a promising potential for digital ICs operating at high temperature and in harsh environments. The reported ICs on SiC have been realized so far with either a small number of elements, or with a low integration density. Therefore, this work demonstrates that by means of our SiC MESFET technology, multi-stage digital ICs fabrication containing a large number of 4H-SiC devices is feasible, accomplishing some of the most important ICs requirements. The ultimate objective is the development of SiC digital building blocks by transferring the Si CMOS topologies, hence demonstrating that the ICs SiC technology can be an important competitor of the Si ICs technology especially in application fields in which high temperature, high switching speed and harsh environment operations are required. The study starts with the current normally-on SiC MESFET CNM complete analysis of an already fabricated MESFET. It continues with the modeling and fabrication of a new planar-MESFET structure together with new epitaxial resistors specially suited for high temperature and high integration density. A novel device isolation technique never used on SiC before is approached. A fabrication process flow with three metal levels fully compatible with the CMOS technology is defined. An exhaustive experimental characterization at room and high temperature (300ºC) and Spice parameter extractions for both structures are performed. In order to design digital ICs on SiC with the previously developed devices, the current available topologies for normally-on transistors are discussed. The circuits design using Spice modeling, the process technology, the fabrication and the testing of the 4H-SiC MESFET elementary logic gates library at high temperature and high frequencies are performed. The MESFET logic gates behavior up to 300ºC is analyzed. Finally, this library has allowed us implementing complex multi-stage logic circuits with three metal levels and a process flow fully compatible with a CMOS technology. This study demonstrates that the development of important SiC digital blocks by transferring CMOS topologies (such as Master Slave Data Flip-Flop and Data-Reset Flip-Flop) is successfully achieved. Hence, demonstrating that our 4H-SiC MESFET technology enables the fabrication of mixed signal ICs capable to operate at high temperature (300ºC) and high frequencies (300kHz). We consider this study an important step ahead regarding the future ICs developments on SiC. Finally, experimental irradiations were performed on W-Schotthy diodes and mesa-MESFET devices (with the same Schottky gate than the planar SiC MESFET) in order to study their radiation hardness stability. The good radiation endurance of SiC Schottky-gate devices is proven. It is expected that the new developed devices with the same W-Schottky gate, to have a similar behavior in radiation rich environments.

This work has been developed in a line of research related whit the Intermediate Band (IB) concept, which explores overcoming the photovoltaic efficiency limits established for solar cells. The IB concept implies two issues: a) the determination of materials capable to generate or create an IB b) the incorporation of these materials optimally within the photovoltaic device. The first stage of this work is focused on the synthesis of GaAs layers with high doses of Titanium impurities (GaAs(Ti)) as IB candidate material. Thin layers of GaAs(Ti) have been deposited by sputtering and its optical and compositional characteristics have been characterized. In a second stage, structures and processes are designed to incorporate the GaAs(Ti) layers in photovoltaic devices. Moreover, devices with a HIT structure are fabricated using (p) c-Si substrates with high dose of implanted titanium. Other structures are developed to incorporate quantum dots and / or metallic nanoparticles. / Este trabajo se ha desarrollado en el marco de una línea de investigación relacionada con en el concepto de la Banda Intermedia (BI), que explora la superación del límite de eficiencia fotovoltaica establecido para las células solares. Este concepto implica dos aspectos: a) la determinación de materiales capaces de manifestar o crear una BI, b) la incorporación de una forma óptima de estos materiales en el seno del dispositivo fotovoltaico. El primer estadio de este trabajo se ha centrado en la síntesis de capas de GaAs con dosis altas de impurezas de Titanio (GaAs(Ti)) como candidato a presentar BI. En un segundo estadio se han diseñado estructuras y procesos para incorporar las capas de GaAs(Ti) en dispositivos fotovoltaicos. También se han desarrollado estructuras HIT para la incorporación de sustratos de (p) c-Si con altas dosis de Titanio implantado y estructuras enfocadas a la incorporación de puntos cuánticos y/o nano-partículas metálicas.

In Nuclear Fusion Technology, MHD flows can be encountered in liquid metal (LM) breeding blankets, the part of a fusion reactor where tritium, one of the fusion fuels, is to be produced. There are several types of LM breeding blankets, which can be classified according to the fraction of the thermal load extracted by the LM. Such classification provides valuable information on liquid metal flow properties. For instance, if no heat removal is carried out by the LM, its velocity can be quite low, what makes buoyancy the predominant force in front of inertia. The flow inside breeding blanket channels can be very complex, particularly in those blanket types where buoyancy plays a relevant role. The understanding of the flow nature, including the possible instabilities that might appear, the exact knowledge of flow profiles for tritium control purposes, and the prediction of thermal fluxes for thermal efficiency analysis are of great interest for blanket design optimization. In this direction, a thermal-MHD coupled simulation tool has been implemented in the OpenFOAM toolkit. The resultant code can be understood as a preliminary predictive tool for liquid metal breeding blanket channel design. The developed code is a transient 3D tool that accounts for thermal-MHD coupling and can deal with several layers of materials. Various MHD modeling strategies have been studied, starting with the implementation of an induced magnetic field formulation and continuing with an electric potential formulation based on the low magnetic Reynolds approximation, in this case using the conservative formula of the Lorentz force proposed by Ni et al. (2007). Two pressure-velocity couplings have been analyzed. The first one is based on a projection method whereas the second one, which has proved to be more robust, follows a PISO-like algorithm (Weller et al. 1998). The thermal coupling has been achieved by means of the Boussinesq hypothesis. The developed tool accounts for the linear wall function for Hartmann boundary layers from Leboucher (1999), which reduces substantially the CPU time of the simulations. The code also accounts for fluid-solid thermal and electrical coupling by means of implicit coupling of fluid and solid grids. Special attention has been placed in correctly coupling liquid-solid energy transport equations by means of the conservative form of the equations in both domains. All along the development process, validation steps have been carried out with successful results. An alternative thermal-MHD tool has also been implemented following the 2D approach from Sommeria and Moreau (1982). Such code accounts for the 0-equation Q2D turbulence RANS model from Smolentsev and Moreau (2006). Three application cases are considered. In the first case, the integrated effect of volumetric heating and magnetic field on tritium transport in a U-bend flow, as applied to the EU HCLL blanket concept, is studied. The second application case corresponds to the thermal analysis of the blanket design that is being developed in the framework of the Spanish National Project on Breeding Blanket Technologies TECNO_FUS (through CONSOLIDER-INGENIO 2010 Programme). The third and last case includes the instability analysis of a pressure-driven MHD flow in a horizontal channel with a constant thermal load. The application cases have not only shown the code capabilities to simulate liquid metal channels in breeding blankets but, also, have provided a useful know-how on flow properties inside those channels. / En Tecnologia de Fusió Nuclear, per descriure la circulació de fluids dins dels embolcalls regeneradors de metall líquid (ML) cal recórrer a la magnetohidrodinàmica (MHD). Un embolcall regenerador (o tritigeni) és la zona d'un reactor de fusió on es produeix triti, un dels combustibles de fusió. Els embolcalls regeneradors de ML poden classificar-se atenent a la fracció de la càrrega tèrmica extreta pel ML. Aquesta classificació proporciona informació valuosa sobre les propietats del flux de metall líquid. Per exemple, si el ML no extreu potència tèrmica, la seva velocitat pot ser bastant baixa, el que implica que la força dominant sigui la flotació en front de la inèrcia. El flux dins dels canals d’un embolcall regenerador pot ser molt complex, especialment en aquells tipus d’embolcall on la flotació juga un paper rellevant. La comprensió de la naturalesa del flux, incloent les inestabilitats que podrien aparèixer, el coneixement exacte dels perfils de flux per al control de triti, i la predicció de fluxos tèrmics per a l’anàlisi de l’eficiència tèrmica són de gran interès per a l’optimització del disseny. En aquest sentit, s’ha implementat un codi de simulació acoblada tèrmica-MHD en l’eina de codi lliure OpenFOAM. El codi resultant pot ser entès com una eina predictiva preliminar per al disseny dels canals de ML dels embolcalls regeneradors. El codi desenvolupat permet el càlcul transitori en 3D amb acoblament tèrmic-MHD i pot tractar amb diverses capes de materials. S’ha estudiat diferents models MHD, començant per la implementació d’una formulació basada en el camp magnètic induït i continuant amb una formulació basada en el potencial elèctric mitjançant l’aproximació per a Reynolds magnètics baixos, en aquest darrer cas utilitzant la fórmula conservativa de la força de Lorentz proposada per Ni et al. (2007). S’han analitzat dos acoblaments pressió-velocitat. El primer acoblament es basa en un mètode de projecció, mentre que el segon, que ha demostrat ser més robust, segueix un algorisme tipus PISO (Weller et al. 1998). L’acoblament tèrmic s'ha modelat per mitjà de la hipòtesi de Boussinesq. El codi desenvolupat compta amb la funció de paret lineal de Leboucher (1999) per a les capes límit de Hartmann, cosa que redueix substancialment el temps de CPU de les simulacions. El codi també inclou acoblament tèrmic i magnètic líquid-sòlid mitjançant l'acoblament implícit de les malles del fluid i del sòlid. S’ha tingut una cura especial en realitzar correctament aquest acoblament fluid-sòlid fent ús de la forma conservativa de l’equació d’energia en ambdós dominis. Al llarg del procés de desenvolupament, s’han dut a terme les corresponents validacions amb resultats satisfactoris. També s'ha implementat un codi tèrmic-MHD alternatiu basat en el model MHD 2D de Sommeria i Moreau (1982). Aquest segon codi té implementat el model RANS de 0-equacions de Smolentsev i Moreau (2006) per a la turbulència Q2D. Els codis desenvolupats s’han emprat en tres casos d’interès. En el primer cas, s’ha estudiat l’efecte integrat de l’escalfament volumètric i el camp magnètic en el transport de triti en un canal en U, com el que es pot trobar en el disseny d’embolcall regenerador UE HCLL. En el segon cas, s’ha realitzat una anàlisi tèrmica del disseny d’embolcall que s’està definint dins del Programa Nacional Espanyol en Tecnologia d’Embolcalls Regeneradors TECNO_FUS (a través del Programa CONSOLIDER-INGENIO 2010). En el tercer i últim cas, s’han analitzat les inestabilitats que tenen lloc en fluxos MHD en canals horitzontals amb gradient de pressió extern, amb camp magnètic transversal i amb una càrrega tèrmica uniforme. Els casos d’aplicació no només han demostrat la capacitat del codi per simular canals de metall líquid en embolcalls regeneradors; també han permès caracteritzar el flux a l’interior d’aquests canals.

Tesi per compendi de publicacions / Els darrers anys han experimentat un augment de la demanda de serveis interactius per satèl·lit per al gran consum, cobrint serveis fixes i mòbils, tal i com accés de banda ampla, comunicacions màquina-màquina (M2M), supervisió, control i adquisició de dades (SCADA), transaccions i aplicacions de seguretat crítiques. Aquestes xarxes de comunicacions es caracteritzen per tenir una gran població d’usuaris compartint l’amplada de banda amb unes condicions de tràfic molt dinàmiques. Concretament, en el canal de retorn (de l’usuari a la xarxa) de xarxes d’accés de banda ampla, els usuaris residencials generen grans ràfegues de tràfic amb períodes d’inactivitat freqüents. Una situació similar succeeix en xarxes de comunicacions mòbils per satèl·lit, on una gran població de terminals generen transmissions infreqüents de senyalització, serveis basats en la localització or altres aplicacions de missatgeria. Aquests serveis requereixen el desenvolupament de protocols d’accés múltiple eficients que puguin operar en les condicions descrites anteriorment. Els protocols d´accés aleatori són bons candidats per servir tràfic poc predictiu, amb transmissions infreqüents així com sensibles amb el retard. A més, els protocols d´accés aleatori suporten un gran nombre de terminals compartint el canal de comunicacions i requereixen poca complexitat en el terminals. El protocols d´accés aleatori han estat àmpliament estudiats i desplegats en xarxes terrestres, però les seves prestacions són pobres en el entorn satèl·lital, que està caracteritzat per retards de propagació molt grans. Avui en dia, el seu ús en les xarxes de comunicacions per satèl·lit està principalment limitat a la senyalització d’inici de sessió, transmissió de paquets de control i en alguns casos a la transmissió de petits volums de dades amb unes eficiència d’utilització del canal molt baixa. Aquesta tesi proposa tres noves tècniques d’accés aleatori, bens adaptades per proveir els serveis esmentats anteriorment en un entorn satèl·lital, amb altes prestacions i una complexitat en el terminal d’usuari reduïda. Les noves tècniques d’accés aleatori són Contention Resolution Diversity Slotted Aloha (CRDSA), Asynchronous Contention Resolution Diversity Aloha (ACRDA) i Enhanced Spread Spectrum Aloha (E-SSA), adaptades per un tipus d’accés ranurat, asíncron i d’espectre eixamplat respectivament. Les tres tècniques utilitzen una codificació de canal (FEC) robusta, capaç d’operar en front de interferències elevades, que són típiques en l’accés aleatori, i d’un mecanisme de cancel·lació successiva d’interferència que s’implementa en el receptor sobre els paquets descodificats satisfactòriament. Els nous protocols obtenen un throughput normalitzat superior a 1 bit/s/Hz amb una tassa de pèrdua de paquets inferior a 10-3, el qual representa un factor de millora de 1000 respecte a protocols d’accés aleatori tradicionals com l’ALOHA ranurat. Les prestacions de les noves tècniques d’accés aleatori has estat analitzades per mitjà de simulacions, així com amb nou models analítics desenvolupats en aquesta tesi capaços de caracteritzar el tràfic, la distribució estadística de la potència dels paquets, les prestacions de la codificació de canal (FEC) i el procés de cancel·lació d’interferència successiva. / Los últimos años han experimentado un crecimiento de la demanda de servicios interactivos por satélite para el gran consumo, cubriendo servicios fijos i móviles, como el acceso de banda ancha, comunicaciones máquina a máquina (M2M), supervisión, control y adquisición de datos (SCADA), transacciones i aplicaciones criticas de seguridad. Estas redes de comunicaciones se caracterizan por tener una gran población de usuarios compartiendo el ancho de banda en unas condiciones de tráfico muy dinámicas. Concretamente, en el canal de retorno (del usuario a la red) de redes de acceso de banda ancha, los usuarios residenciales generan grandes ráfagas de tráfico con periodos frecuentes de inactividad. Una situación similar ocurre en las redes de comunicaciones móviles por satélite, donde una gran población de terminales generan transmisiones infrecuentes de señalización, servicios basados en la localización u otras aplicaciones me mensajería. Estos servicios requieren el desarrollo de protocolos de acceso múltiple eficientes capaces de operar en las condiciones descritas anteriormente. Los protocolos de acceso aleatorio son buenos candidatos para servir el tráfico poco predictivo, con transmisiones infrecuentes así como sensibles al retardo. Además, los protocolos de acceso soportan un gran número de terminales compartiendo el canal de comunicaciones y requieren poca complejidad en los terminales. Los protocolos de acceso aleatorio han estado ampliamente estudiados i desplegados en las redes terrestres, pero sus prestaciones son pobres en el entorno satelital, que se caracteriza por retardos de comunicaciones muy elevados. Hoy en día, su uso en la redes de comunicaciones por satélite está principalmente limitado a la señalización de inicio de sesión, transmisión de pequeños volumenes de datos con eficiencia de utilización del canal muy baja. Esta tesis propone tres nuevas técnicas de acceso aleatorio bien adaptadas para proveer los servicios mencionados anteriormente en un entorno de comunicaciones por satélite, con altas prestaciones y una complejidad en el terminal de usuario reducida. Las nuevas técnicas de acceso aleatorio son Contention Resolution Diversity Slotted Aloha (CRDSA), Asynchronous Contention Resolution Diversity Aloha (ACRDA) y Enhanced Spread Spectrum Aloha (E-SSA), adaptadas para un tipo de acceso ranurado, asíncrono y de espectro ensanchado respectivamente. Las tres técnicas utilizan una codificación de canal (FEC) robusta, capaz de operar en condiciones de interferencia elevadas, que son típicas en el acceso aleatorio, y de un mecanismo de cancelación sucesiva de interferencias que se implementa en el receptor sobre los paquetes que han sido decodificados satisfactoriamente. Los nuevos protocolos obtienen un throughput normalizado superior a 1 bit/s/Hz con una tasa de pérdida de paquetes inferior a 10-3, lo cual representa un factor de mejora de 1000 respecto a los protocolos de acceso aleatorio tradicionales como el ALOHA ranurado. Las prestaciones de las nuevas técnicas de acceso aleatorio han sido analizadas con simulaciones así como con nuevos modelos analíticos desarrollados en esta tesis, capaces de caracterizar el tráfico, la distribución estadística de la potencia de los paquetes, las prestaciones de la codificación de canal (FEC) y el proceso de cancelación sucesiva de interferencias. / Over the past years there has been a fast growing demand for low-cost interactive satellite terminals supporting both fixed and mobile services, such as consumer broadband access, machine-to-machine communications (M2M), supervisory control and data acquisition (SCADA), transaction and safety of life applications. These networks, are generally characterized by a large population of terminals sharing the available resources under very dynamic traffic conditions. In particular, in the return link (user to network) of commercial satellite broadband access networks, residential users are likely to generate a large amount of low duty cycle bursty traffic with extended inactivity periods. A similar situation occurs in satellite mobile networks whereby a large number of terminals typically generate infrequent packets for signaling transmission as well for position reporting or other messaging applications. These services call for the development of efficient multiple access protocols able to cope with the above operating conditions. Random Access (RA) techniques are by nature, good candidates for the less predictive, low duty cycle as well as time sensitive return link traffic. Besides, RA techniques are capable of supporting large population of terminals sharing the same capacity and require low terminal complexity. RA schemes have been widely studied and deployed in terrestrial networks, but do not perform well in the satellite environment, which is characterized by very long propagation delays. Today, their use in satellite networks is mainly limited to initial network login, the transmission of control packets, and in some cases, for the transmission of very small volumes of data with very low channel utilization. This thesis proposes three novel RA schemes well suited for the provision of the above-mentioned services over a satellite environment with high performance and low terminal complexity. The new RA schemes are Contention Resolution Diversity Slotted Aloha (CRDSA), Asynchronous Contention Resolution Diversity Aloha (ACRDA) and Enhanced Spread Spectrum Aloha (E-SSA), suited for slotted, unslotted and spread spectrum-based systems respectively. They all use strong Forward Error Correction (FEC) codes, able to cope with heavy co-channel interference typically present in RA, and successive interference cancellation implemented over the successfully decoded packets. The new schemes achieve a normalized throughput above 1 bit/s/Hz for a packet loss ratio below 10-3, which represents a 1000-fold increase compared to Slotted ALOHA. The performance of the proposed RA schemes has been analyzed by means of detailed simulations as well as novel analytical frameworks that characterize traffic and packets power statistical distributions, the performance of the FEC coding as well as the iterative interference cancellation processing at the receiver.

Cardiovascular diseases are an increasing source of concern in modern societies due to their increasing prevalence and high impact on the lives of many people. Monitoring cardiovascular parameters in ambulatory scenarios is an emerging approach that can provide better medical access to patients while decreasing the costs associated to the treatment of these diseases. This work analyzes systems and methods to measure time intervals between the electrocardiogram (ECG), impedance plethysmogram (IPG), and the ballistocardiogram (BCG), which can be obtained at the limbs in ambulatory scenarios using simple and cost-effective systems, to assess cardiovascular intervals of interest, such as the pulse arrival time (PAT), pulse transit time (PTT), or the pre-ejection period (PEP). The first section of this thesis analyzes the impact of the signal acquisition system on the uncertainty in timing measurements in order to establish the design specifications for systems intended for that purpose. The minimal requirements found are not very demanding yet some common signal acquisition systems do not fulfill all of them while other capabilities typically found in signal acquisition systems could be downgraded without worsening the timing uncertainty. This section is also devoted to the design of systems intended for timing measurements in ambulatory scenarios according to the specifications previously established. The systems presented have evolved from the current state-of-the-art and are designed for adequate performance in timing measurements with a minimal number of active components. The second section is focused on the measurement of time intervals from the IPG measured from limb to limb, which is a signal that until now has only been used to monitor heart rate. A model to estimate the contributions to the time events in the measured waveform of the different body segments along the current path from geometrical properties of the large arteries is proposed, and the simulation under blood pressure changes suggests that the signal is sensitive to changes in proximal sites of the current path rather than in distal sites. Experimental results show that the PAT to the hand-to-hand IPG, which is obtained from a novel four-electrode handheld system, is correlated to changes in the PEP whereas the PAT to the foot-to-foot IPG shows good performance in assessing changes in the femoral PAT. Therefore, limb-to-limb IPG measurements significantly increase the number of time intervals of interest that can be measured at the limbs since the signals deliver information from proximal sites complementary to that of other measurements typically performed at distal sites. The next section is devoted to the measurement of time intervals that involve different waves of the BCG obtained in a standing platform and whose origin is still under discussion. From the relative timing of other physiological signals, it is hypothesized that the IJ interval of the BCG is sensitive to variations in the PTT. Experimental results show that the BCG I wave is a better surrogate of the cardiac ejection time than the widely-used J wave, which is also supported by the good correlation found between the IJ interval and the aortic PTT. Finally, the novel time interval from the BCG I wave to the foot of the IPG measured between feet, which can be obtained from the same bathroom scale than the BCG, shows good performance in assessing the aortic PAT. The results presented reinforce the role of the BCG as a tool for ambulatory monitoring since the main time intervals targeted in this thesis can be obtained from the timing of its waves. Even though the methods described were tested in a small group of subjects, the results presented in this work show the feasibility and potential of several time interval measurements between the proposed signals that can be performed in ambulatory scenarios, provided the systems intended for that purpose fulfill some minimal design requirements. / Les malalties cardiovasculars són una tema de preocupació creixent en societats modernes, degut a l’augment de la seva prevalença i l'elevat impacte en les vides dels pacients que les sofreixen. La mesura i monitoratge de paràmetres cardiovasculars en entorns ambulatoris és una pràctica emergent que facilita l’accés als serveis mèdics i permet reduir dràsticament els costos associats al tractament d'aquestes malalties. En aquest treball s’analitzen sistemes i mètodes per la mesura d’intervals temporals entre l’electrocardiograma (ECG), el pletismograma d’impedància (IPG) i el balistocardiograma (BCG), que es poden obtenir de les extremitats i en entorns ambulatoris a partir de sistemes de baix cost, per tal d’avaluar intervals cardiovasculars d’interès com el pulse arrival time (PAT), pulse transit time (PTT) o el pre-ejection period (PEP). En la primera secció d'aquesta tesi s’analitza l’impacte del sistema d’adquisició del senyal en la incertesa de mesures temporals, per tal d’establir els requeriments mínims que s’han de complir en entorns ambulatoris. Tot i que els valors obtinguts de l’anàlisi no són especialment exigents, alguns no són assolits en diversos sistemes habitualment utilitzats mentre que altres solen estar sobredimensionats i es podrien degradar sense augmentar la incertesa en mesures temporals. Aquesta secció també inclou el disseny i proposta de sistemes per la mesura d’intervals en entorns ambulatoris d’acord amb les especificacions anteriorment establertes, a partir de l’estat de l’art i amb l’objectiu de garantir un correcte funcionament en entorns ambulatoris amb un nombre mínim d’elements actius per reduir el cost i el consum. La segona secció es centra en la mesura d’intervals temporals a partir de l’IPG mesurat entre extremitats, que fins al moment només s’ha fet servir per mesurar el ritme cardíac. Es proposa un model per estimar la contribució de cada segment arterial per on circula el corrent a la forma d’ona obtinguda a partir de la geometria i propietats físiques de les artèries, i les simulacions suggereixen que la senyal entre extremitats és més sensible a canvis en arteries proximals que en distals. Els resultats experimentals mostren que el PAT al hand-to-hand IPG, obtingut a partir d’un innovador sistema handheld de quatre elèctrodes, està fortament correlacionat amb els canvis de PEP, mentre que el PAT al foot-to-foot IPG està correlat amb els canvis en PAT femoral. Conseqüentment, l’ILG entre extremitats augmenta de manera significativa els intervals d’interès que es poden obtenir en extremitats degut a que proporciona informació complementària a les mesures que habitualment s’hi realitzen. La tercera secció està dedicada a la mesura d’intervals que inclouen les ones del BCG vertical obtingut en plataformes, de les que encara se’n discuteix l’origen. A partir de la posició temporal relativa respecte altres ones fisiològiques, s’hipostatitza que l’interval IJ del BCG es sensible a variacions del PTT. Els resultats experimentals mostren que la ona I del BCG és un millor indicador de l’ejecció cardíaca que el pic J, tot i que aquest és el més utilitzat habitualment, degut a la bona correlació entre l’interval IJ i el PTT aòrtic. Finalment, es presenta un mètode alternatiu per la mesura del PTT aòrtic a partir de l’interval entre el pic I del BCG i el peu del foot-to-foot IPG, que es pot obtenir de la mateixa plataforma que el BCG i incrementa la robustesa de la mesura. Els resultats presentats reforcen el paper del BCG com a en mesures en entorns ambulatoris, ja que els principals intervals objectiu d’aquesta tesi es poden obtenir a partir de les seves ones. Tot i que els mètodes descrits han estat provats en grups petits de subjectes saludables, els resultats mostren la viabilitat i el potencial de diversos intervals temporals entre les senyals proposades que poden ésser realitzats en entorns ambulatoris, sempre que els sistemes emprats compleixin els requisits mínims de disseny.

Electricity market analysis is important to access strategic market information which can be further employed to pass energy policies. Due to the advantages of privatization, the Iranian government has taken certain fundamental steps in order to construct a competitive market, after passing the pertinent laws in its parliament as to the privatization of the electricity market. This PhD thesis presents a detailed econometric analysis of the Iranian electricity market by means of various approaches of time series analysis. The main idea of this thesis rests on the investigation of the state and degree of competition in the Iranian electricity market using the time series analysis approach. This research explains Iranian electricity market mechanisms with linear and nonlinear time series statistical approaches. Mechanisms that were previously developed in the Spanish electricity market provide an opportunity to employ time series modeling to further compare the two markets as a benchmark. This study examines the two indices-price and load-of these markets via time series analysis. In following, it compares these time series analysis in order to present separate estimation models for each index price and load time series (for each market). Implemented models include: linear models (ARIMA), conditional heteroskedastic models (ARMA-GARCH) and nonlinear models (SETAR and ARMA-TGARCH). To assess the best fitted model, MSE and residual volatility analysis tests were implemented. Assuming the conditional variance of our data, the researcher propose the ARMA-TGARCH model as the best suited model for the Iranian electricity market price, ARMA-GARCH model for Iranian electricity load and also for Spanish electricity price and load. Finally, this research explored the role of load in each market using specific statistical methods such as scatter plots, etc. This study will be quite helpful to establish the state of the Iranian electricity market and how exactly to stimulate its degree of competition. The researcher further suggested that at current state, no significant relationship between price and load in the Iranian electricity market exists. This result led the researcher to examine the impact of other macro and microeconomic factors and indices on the electricity prices in the Iranian market. The most important of these factors have been selected through the study and research of energy markets; the most significant include the Henry Hub Natural Gas Spot Price, Europe Brent Crude Oil Spot Price, the US dollar/Iranian Rial foreign exchange rate, and the Iranian (Tehran) Stock Exchange, specifically the TEPIX. Here, the goal was to survey the potential relationship between these factors and Iranian electricity prices via time series correlation analysis. The researcher also clarified that no significant relationship exists between price and these macro and microeconomic factors in the Iranian electricity market. The researcher also assembled forecast from the best estimates derived from the study models and carry out simulations to develop forecasting models. This short-term forecasting is applied to both Iranian and Spanish electricity prices and their respective loads. These predictions also clearly showed the different patterns between these indices¿price and load¿in the Iranian electricity market. Finally, considering the results obtained through the tests and data analysis which examined the Iranian electricity market, it is concluded that the Iranian electricity market could be still recognized as a non-free/centralized market questioning the claimed policies thus far implemented toward decentralizing and privatizing the Iranian market / NasrazadaniAnalizar el mercado de la electricidad es muy importante para acceder a la información estratégica de dicho mercado que además puede ser empleado para aprobar las políticas energéticas. Debido a las ventajas de la privatización, el gobierno iraní ha tomado ciertas medidas fundamentales para construir un mercado competitivo, después de aprobar las leyes fundamentales en su parlamento que permiten la privatización del mercado eléctrico. Esta tesis doctoral presenta un análisis econométrico detallado del mercado eléctrico iraní, mediante diversos enfoques de análisis de series temporales. La idea principal de esta tesis se basa en la investigación así como el grado de consecución en el mercado eléctrico de Irán utilizando el enfoque de análisis de series temporales. En esta investigación se explican los mecanismos de mercado de la electricidad iraní mediante enfoques de series temporales lineales y no lineales. Los mecanismos que se han desarrollado con anterioridad en el mercado eléctrico español ofrecen la oportunidad de emplear el modelado de series temporales para comparar los dos mercados analizados como punto de referencia.Este estudio examina los dos índices –precio y potencia– de estos mercados mediante series temporales. A continuación, se comparan estas series temporales con el fin de presentar modelos para cada precio y potencia de dichas series temporales. Los modelos implementados incluyen: modelos lineales (ARIMA), modelos heterocedásticos condicionales (ARMA-GARCH) y modelos no lineales (SETAR y ARMA-TGARCH). Para evaluar el mejor modelo ajustado se calcula el error cuadrático medio (ECM) y se implementan los tests que permiten analizar la volatilidad residual. Suponiendo que nuestros datos detectan varianza condicional, la investigadora propone el modelo ARMA-TGARCH como el modelo más apropiado para el precio de mercado de la electricidad de Irán, modelo ARMA-GARCH para la potencia iraní y también para los precios y potencia de la electricidad española. Por último, esta investigación explora el papel de la potencia en cada mercado usando métodos estadísticos específicos, tales como gráficos de dispersión, etc. Este estudio será de gran ayuda para establecer el estado del mercado de la electricidad de Irán y cómo exactamente se puede estimular su grado de competencia. La investigadora sugiere, además, que en el estado actual, no existe una relación significativa entre el precio y la potencia en el mercado eléctrico iraní. Este resultado ha llevado a la investigadora a examinar el impacto de otros factores e índices macro y microeconómicos sobre los precios de la electricidad en el mercado de Irán. Los factores más importante han sido seleccionados a través del estudio y la investigación de los mercados energéticos; los más significativos incluyen el precio “Spot del Henry Hub Natural Gas”, “Precio Spot del Petróleo Brent Europeo”, “Dólar estadounidense / Rial iraní tipo de cambio”, y la Bolsa de Valores (Teherán), en concreto el TEPIX. En este caso, el objetivo ha sido estudiar la posible relación entre estos factores y precios de la electricidad de Irán a través de la correlación de series temporales. La investigadora también ha reunido las predicciones de las mejores estimaciones derivadas de los modelos estudiados y ha llevado a cabo simulaciones para desarrollar modelos de predicción. Finalmente, considerando los resultados obtenidos a través de los testes y análisis de datos que examinó el mercado de la electricidad de Irán, se concluye que el mercado de la electricidad de Irán podría ser aún reconocido como un mercado no libre / centralizado cuestionando las políticas reclamadas hasta ahora implementadas hacia la descentralización y la privatización del mercado iraní.

En aquesta tesis s’estudia l’aplicació de la tècnica Extremum Seeking Control per extreure la màxima potència de generadors fotovoltaics. Es realitza una anàlisi detallada d’aquesta tècnica per tal d’ajustar els paràmetres de l’algoritme i aconseguir així les prestacions desitjades. Per a millorar aquestes prestacions de l’algoritme de la dependència de la curvatura de la característica V-P del panel. El segon vol millorar les prestacions mitjançant la sincronització de senyals amb l’addició d’una unitat de processament de fase. Finalment, es limiten els transitoris dels elements dinàmics del generador fotovoltaic mitjançant un saturador que aportem al llaç de control. Amb totes aquestes millores i el correcte ajustament dels paràmetres de control es poden assolir temps d’establiment de l’ordre de milisegons i rendiments del control per sobre del 99.5%. / En esta tesis se estudia la aplicación de la técnica Extremum Seeking Control para extraer la máxima potencia de generadores fotovoltaicos. Se realiza un análisis detallado de esta técnica con el fin de ajustar los parámetros del algoritmo para conseguir las prestaciones deseadas. Para mejorar estas prestaciones se implementa la adición de diferentes bloques al algoritmo ESC. El primero de ellos se trata de un estimador del hessiano que permite desvincular las prestaciones del algoritmo de la dependencia de la curvatura de la característica V-P del panel. El segundo pretende mejorar las prestaciones mediante la sincronización de señales con la adición de una unidad de procesamiento de fase. Finalmente, se limitan los transitorios de los elementos dinámicos del generador fotovoltaico mediante un saturador que aportamos al lazo de control. Con todas estas mejoras y el correcto ajuste de los parámetros de control se puede alcanzar tiempos de establecimiento de la orden de milisegundos y rendimientos del control por encima del 99.5%. / n this thesis the application of the Extremum Seeking Control technique is studied to extract the maximum power of photovoltaic generators. A detailed analysis of this technique is carried out in order to adjust the algorithm parameters to achieve desired performances. To improve these benefits different blocks are added to ESC algorithm. The first one is an estimate of the Hessian that allows decoupling algorithm performances dependence on the curvature of the V-P characteristic of the panel. The second one aims to improve the performances by synchronizing signals with the addition of a phase processing unit. Finally, transients dynamic elements of the PV array are limited by a saturator added to the control loop. With all these improvements and the correct setting of the control parameters can be setup times achieving the order of milliseconds and returns control over 99.5%.

La demanda de climatització ha augmentat en els últims anys a causa de l'escalfament global i als estàndards de confort que han augmentat no només als països desenvolupats, sinó també als països en desenvolupament, on la deshumectación té una gran importància. Els sistemes dessecants híbrids són una tecnologia molt eficient quan la temperatura i la humitat han de ser controlats. En aquest sentit, els sistemes dessecants líquids ofereixen interessants avantatges quan es comparen amb els sistemes dessecants sòlids. No obstant això, la corrosió és un problema que encara no ha pogut ser resolt en els líquids. El principal objectiu d'aquesta tesi és realitzar un estudi teòric i experimental d'un sistema híbrid basat en dessecants líquids que utilitza materials no corrosibles i econòmicament viables, mantenint unes bones prestacions del sistema i aconseguint una alta eficiència energètica. El sistema dessecant líquid, al que se li ha acoblat una bomba de calor de compressió de vapor, conté contactores d'aire-solució no adiabàtics de polipropilè, al que se li ha realitzat un tractament superficial de plasma que millora la mojabilidad dels tubs. Aquest tractament millora la transferència de calor i de massa i, per tant, les prestacions globals del sistema. Després de ser dissenyat, dimensionament i muntat, el sistema està operant en dos vestuaris en Taipei (Taiwan). Les prestacions experimentals dels contactores d'aire-solució i del sistema complet durant la seva operació s'han avaluat. La màxima producció de fred mesurada en el sistema és 34 kW i la màxima deshumectación és gairebé 0.012 kgw/kga. A més, el sistema ha aconseguit un bon control de la temperatura i de la humitat. Així mateix, el sistema ha estat modelat per ser simulat dinàmicament. Aquest model ha estat validat amb els resultats experimentals del sistema real. Finalment, el model dinàmic ha estat utilitzat per conèixer les condicions d'operació i l'estratègia de control que optimitzen les prestacions anuals del sistema. / La demanda de climatización ha aumentado en los últimos años debido al calentamiento global y a los estándares de confort que han aumentado no sólo en los países desarrollados, sino también en los países en desarrollo, donde la deshumectación tiene una gran importancia. Los sistemas desecantes híbridos son una tecnología muy eficiente cuando la temperatura y la humedad han de ser controlados. En este sentido, los sistemas desecantes líquidos ofrecen interesantes ventajas cuando se comparan con los sistemas desecantes sólidos. Sin embargo, la corrosión es un problema que todavía no ha podido ser resuelto en los líquidos. El principal objetivo de esta tesis es realizar un estudio teórico y experimental de un sistema híbrido basado en desecantes líquidos que utiliza materiales no corrosibles y económicamente viables, manteniendo unas buenas prestaciones del sistema y consiguiendo una alta eficiencia energética. El sistema desecante líquido, al que se le ha acoplado una bomba de calor de compresión de vapor, contiene contactores de aire-solución no adiabáticos de polipropileno, al que se le ha realizado un tratamiento superficial de plasma que mejora la mojabilidad de los tubos. Este tratamiento mejora la transferencia de calor y de masa y, por tanto, las prestaciones globales del sistema. Después de ser diseñado, dimensionado y montado, el sistema está operando en dos vestuarios en Taipei (Taiwán). Las prestaciones experimentales de los contactores de aire-solución y del sistema completo durante su operación se han evaluado. La máxima producción de frío medida en el sistema es 34 kW y la máxima deshumectación es casi 0.012 kgw/kga. Además, el sistema ha conseguido un buen control de la temperatura y de la humedad. Asimismo, el sistema ha sido modelado para ser simulado dinámicamente. Este modelo ha sido validado con los resultados experimentales del sistema real. Finalmente, el modelo dinámico ha sido utilizado para conocer las condiciones de operación y la estrategia de control que optimizan las prestaciones anuales del sistema. / The air conditioning demand is rising in the last years because of the global warming and the increasing of the standard of living that is happening not only in industrial countries, but also in developing countries, where dehumidification has a great impact. Hybrid desiccant systems are a very efficient HVAC technology when humidity and temperature are required to be separately controlled. In this sense, liquid desiccant systems offer attractive benefits in comparison with solid desiccant systems. However, corrosion is a big issue to be solved in them. The main objective of this thesis is to make a theoretical and an experimental study of a hybrid liquid desiccant system using rustproof and cost-effective materials, keeping a good performance of the system and achieving high energy efficiency. The liquid desiccant system, which is coupled with a vapour compression heat pump, contains non-adiabatic air-solution contactors made of polypropylene with a plasma surface treatment that improves the wettability of the tubes. This treatment enhances the heat and mass transfer, and, therefore, the global performance of the system. After being designed, sized and assembled, the system is operating in two locker rooms in Taipei (Taiwan). The experimental performance of the air-solution contactors and the complete system during its operation is evaluated. The maximum cooling production measured of the system is 34 kW and the maximum dehumidification is almost 0.012 kgw/kga. Furthermore, good control of air temperature and humidity is achieved. Moreover, the system has been modelled in order to be dynamically simulated. This model has been validated with the experimental results obtained from the real system. Finally, the dynamic model has been used in order to find out the operational conditions and control strategy that optimize the annual performance of the hybrid liquid desiccant system.

The main goal of this thesis is to develop lossless compression schemes for analog and binary sources. All the considered compression schemes have as common feature that the encoder can be represented by a graph, so they can be studied employing tools from modern coding theory. In particular, this thesis is focused on two compression problems: the group testing and the noiseless compressed sensing problems. Although both problems may seem unrelated, in the thesis they are shown to be very close. Furthermore, group testing has the same mathematical formulation as non-linear binary source compression schemes that use the OR operator. In this thesis, the similarities between these problems are exploited. The group testing problem is aimed at identifying the defective subjects of a population with as few tests as possible. Group testing schemes can be divided into two groups: adaptive and non-adaptive group testing schemes. The former schemes generate tests sequentially and exploit the partial decoding results to attempt to reduce the overall number of tests required to label all members of the population, whereas non-adaptive schemes perform all the test in parallel and attempt to label as many subjects as possible. Our contributions to the group testing problem are both theoretical and practical. We propose a novel adaptive scheme aimed to efficiently perform the testing process. Furthermore, we develop tools to predict the performance of both adaptive and non-adaptive schemes when the number of subjects to be tested is large. These tools allow to characterize the performance of adaptive and non-adaptive group testing schemes without simulating them. The goal of the noiseless compressed sensing problem is to retrieve a signal from its lineal projection version in a lower-dimensional space. This can be done only whenever the amount of null components of the original signal is large enough. Compressed sensing deals with the design of sampling schemes and reconstruction algorithms that manage to reconstruct the original signal vector with as few samples as possible. In this thesis we pose the compressed sensing problem within a probabilistic framework, as opposed to the classical compression sensing formulation. Recent results in the state of the art show that this approach is more efficient than the classical one. Our contributions to noiseless compressed sensing are both theoretical and practical. We deduce a necessary and sufficient matrix design condition to guarantee that the reconstruction is lossless. Regarding the design of practical schemes, we propose two novel reconstruction algorithms based on message passing over the sparse representation of the matrix, one of them with very low computational complexity. / El objetivo principal de la tesis es el desarrollo de esquemas de compresión sin pérdidas para fuentes analógicas y binarias. Los esquemas analizados tienen en común la representación del compresor mediante un grafo; esto ha permitido emplear en su estudio las herramientas de codificación modernas. Más concretamente la tesis estudia dos problemas de compresión en particular: el diseño de experimentos de testeo comprimido de poblaciones (de sangre, de presencia de elementos contaminantes, secuenciado de ADN, etcétera) y el muestreo comprimido de señales reales en ausencia de ruido. A pesar de que a primera vista parezcan problemas totalmente diferentes, en la tesis mostramos que están muy relacionados. Adicionalmente, el problema de testeo comprimido de poblaciones tiene una formulación matemática idéntica a los códigos de compresión binarios no lineales basados en puertas OR. En la tesis se explotan las similitudes entre todos estos problemas. Existen dos aproximaciones al testeo de poblaciones: el testeo adaptativo y el no adaptativo. El primero realiza los test de forma secuencial y explota los resultados parciales de estos para intentar reducir el número total de test necesarios, mientras que el segundo hace todos los test en bloque e intenta extraer el máximo de datos posibles de los test. Nuestras contribuciones al problema de testeo comprimido han sido tanto teóricas como prácticas. Hemos propuesto un nuevo esquema adaptativo para realizar eficientemente el proceso de testeo. Además hemos desarrollado herramientas que permiten predecir el comportamiento tanto de los esquemas adaptativos como de los esquemas no adaptativos cuando el número de sujetos a testear es elevado. Estas herramientas permiten anticipar las prestaciones de los esquemas de testeo sin necesidad de simularlos. El objetivo del muestreo comprimido es recuperar una señal a partir de su proyección lineal en un espacio de menor dimensión. Esto sólo es posible si se asume que la señal original tiene muchas componentes que son cero. El problema versa sobre el diseño de matrices y algoritmos de reconstrucción que permitan implementar esquemas de muestreo y reconstrucción con un número mínimo de muestras. A diferencia de la formulación clásica de muestreo comprimido, en esta tesis se ha empleado un modelado probabilístico de la señal. Referencias recientes en la literatura demuestran que este enfoque permite conseguir esquemas de compresión y descompresión más eficientes. Nuestras contribuciones en el campo de muestreo comprimido de fuentes analógicas dispersas han sido también teóricas y prácticas. Por un lado, la deducción de la condición necesaria y suficiente que debe garantizar la matriz de muestreo para garantizar que se puede reconstruir unívocamente la secuencia de fuente. Por otro lado, hemos propuesto dos algoritmos, uno de ellos de baja complejidad computacional, que permiten reconstruir la señal original basados en paso de mensajes entre los nodos de la representación gráfica de la matriz de proyección.

The present thesis aims at developing robust numerical and experimental methods for the simulation of composite adhesive joints. Firstly, a new method for the experimental characterization of adhesive joints is presented. The proposed method widens the range of applicability of the existing methods at the same time that lowers the uncertainty of the results. By means of this method, a critical study on the validity of the existing experimental methods is presented, as well as the thorough characterization of an adhesive in terms of the cohesive laws of the material. The experimental evidences are analyzed to obtain a guideline for the simulation of adhesive joints and a formulation of a new cohesive elements is presented. The proposed formulation allows the simulation of the elastic response, damage and failure of adhesive layers by using experimentally measurable material properties, with no further calibrations required. / L’objectiu de la present tesi és el desenvolupament de mètodes numèrics i experimentals robustos per a la simulació de la fractura en unions adhesives de material compòsit. En primer lloc es presenta un nou mètode per a la caracterització experimental d’unions adhesives que amplia el rang d’aplicació dels mètodes existents i en disminueix la incertesa. A partir d’aquí, es realitza un estudi crític sobre la idoneïtat dels mètodes de caracterització d’unions adhesives existents i es presenta la caracterització exhaustiva d’un adhesiu en termes de la llei cohesiva del material. Les evidencies experimentals obtingudes s’analitzen per tal de proporcionar les directrius necessàries per a la simulació d’unions adhesives i es presenta la formulació d’un nou element cohesiu per modelar la resposta elàstica, el dany i la fallada d’adhesius. El model proposat permet l’ús de propietats del material mesurables experimentalment, sense la necessitat de dur a terme ajustaments o calibratges addicionals.