En los últimos años, las nuevas aplicaciones de Internet tales como aplicaciones multimedia, video a demanda, etc, requieren progresivamente mayor capacidad y garantías de calidad de servicio. En ese sentido el modelo de transmisión de tráfico ha ido cambiando hacia Redes Ópticas las cuales proporcionan mayor capacidad y fiabilidad. Esta Tesis se encamina a proporcionar nuevos mecanismos de routing basados en conceptos predictivos para ser aplicados tanto en Redes Ópticas como redes IP/MPLS. El proceso de routing implica seleccionar la ruta (o ruta y longitud de onda en Redes Ópticas) que mejor transporta la información desde el nodo fuente hasta el nodo destino en una red. El routing en redes IP/MPLS se conoce como QoS (Quality of Service) routing cuando calcula rutas que requieren ciertas garantías de calidad de servicio. Por otro lado, el routing en redes ópticas debe seleccionar no sólo el camino físico o ruta sino también la longitud de onda por donde el tráfico debe de ser transportado (conocido como problema de Routing and Wavelength Assignment, RWA). Con el propósito de introducir el escenario del problema ilustraremos el caso para redes ópticas. Las más recientes soluciones propuestas en la literatura para el problema de Routing and Wavelength Assignment, RWA, utilizan mecanismos distribuidos basados en routing de fuente. En routing distribuido, los nodos fuentes seleccionan la ruta y la longitud de onda basándose en la información de estado de la red contenida en sus bases de datos. En este escenario aparece el problema del routing inexacto (routing inaccuracy problem) porque por diferentes razones esta información de estado de la red contenida en las bases de datos no es exacta. El problema del routing inexacto describe el impacto en el rendimiento global debido a tomar decisiones RWA a partir de información inexacta o desactualizada. En general, una parte importante de un mecanismo de routing es la política de actualización. En routing distribuido los nodos fuentes deben intercambiar información sobre los recursos (ancho de banda disponible o longitudes de onda disponibles) de sus enlaces. En la literatura hay diferentes propuestas tratando el problema del routing inexacto. Estos trabajos proponen tanto nuevos algoritmos de routing como nuevas políticas de actualización. Acerca de las políticas de actualización, cuando la frecuencia de actualización de las bases de datos es alta, la información de estado de la red será más precisa. Pero debe existir un compromiso entre la frecuencia de actualización y la sobrecarga de señalización generada por los mensajes de actualización en la red. Incluso, asumiendo en una red óptica que la sobrecarga de señalización no es un problema porque una fibra o longitud de onda se dedica a tareas de señalización (fuera de banda), es posible que la información no sea completamente precisa. Existe un tiempo mínimo de propagación necesario para diseminar esta información en la red y para que se estabilice esta información en las bases de datos. Por otro lado, hasta ahora Internet sólo proporcionaba un modelo de transmisión ‘best effort’. Las aplicaciones a tiempo real mencionadas no pueden ser soportadas en este modelo ‘best effort’, ya que requieren cierto grado de calidad de servicio. El volumen de información que los nodos fuente deben intercambiar cuando se tienen en cuenta los parámetros de calidad de servicio es mayor, y esto impacta negativamente en la sobrecarga de señalización. Esta Tesis propone un nuevo mecanismo de routing, llamado Prediciton-Based Routing (PBR), basado en conceptos predictivos, el cual no necesita mensajes de actualización con información de estado de la red. La principal idea subyacente es que a frecuencias de actualización asequibles la información de estado obtenida en los mensajes de actualización puede no ser útil. Por lo tanto, no utilizar esta información es mejor ya que su efecto tiene un impacto negativo en el rendimiento global de la red. El mecanismo Prediction-Based Routing (PBR) propuesto en esta Tesis tiene el propósito de reducir tanto la sobrecarga de señalización como los efectos negativos del problema del routing inexacto. La información de estado utilizada por los nodos fuentes no se actualiza mediante mensajes sino que es deducida del comportamiento de peticiones de conexión previas. Es decir, el mecanismo PBR tiene en cuenta los bloqueos de conexión previamente producidos en el mismo ‘lightpath’ (ruta y longitud de onda). Además, otra importante característica del PBR es su simplicidad comparado con algoritmos propuestos previamente.

El objetivo principal de esta Tesis se centra en la mejora de la resolución axial de los sistemas de ultrasonidos basados en la medida del tiempo de vuelo y/o la recepción de ecos, utilizando soluciones de bajo coste. Se propone como excitación del transductor el uso de formas de onda simples cuyos parámetros básicos han sido obtenidos a partir del análisis de las características presentadas por uno de los pulsos acústicos emitido y recibido por el propio transductor. Esta técnica se muestra particularmente eficaz al aplicarla a transductores muy poco amortiguados, es decir, con un factor Q alto, lo que hace que sea muy adecuada para utilizarla con transductores de aire, cuyos pulsos presentan una respuesta transitoria de duración excesiva en forma de "colas de emisión".Tras la introducción del principio de funcionamiento en que se basa la técnica de cancelación por pulso, se desarrolla la teoría necesaria para poder determinar los parámetros básicos del pulso de cancelación, tanto en el dominio temporal como en el frecuencial. Previamente se han justificado los requisitos que debe cumplir la envolvente del pulso que se desea cancelar en parte.Se ha desarrollado un procedimiento de simulación basado en el software HSPICE para poder evaluar a priori la mejora introducida por la técnica de cancelación por pulso. Se evita así el tener que realizar medidas experimentales para determinar las características de la excitación necesaria. Los resultados obtenidos con simulación fueron contrastados con medidas experimentales viendo que existía una estrecha correlación entre ellos.Se hace también un estudio de la excitación específica que requiere uno de los transductores utilizados en este trabajo. El objetivo de este estudio será la comparación entre los resultados aportados por la técnica de cancelación por pulso y por la técnica de excitación basada en la inversa de la respuesta impulsional del transductor. Los pulsos acústicos emitidos con esta última técnica son analizados atendiendo a criterios energéticos. Se propone un nuevo procedimiento para determinar con precisión la respuesta impulsional de un sistema que ha sido aplicado a la caracterización de transductores de ultrasonidos.Se ha realizado un estudio sobre las mejoras introducidas en diversos sistemas de medida por ultrasonidos cuando a ellas se aplica la técnica de cancelación por pulso. El resultado es que se mejora notablemente la resolución de la medida y las prestaciones de los equipos de medida sin que ello signifique un coste adicional para el equipo.En resumen, como contribución fundamental de este trabajo de Tesis se ha formalizado la técnica de cancelación por pulso aportando la teoría necesaria para la obtención de los parámetros básicos característicos del pulso de cancelación.

Debido a los actuales niveles de integración que permite la tecnología de fabricación de circuitos integrados, las interconexiones juegan cada vez un papel más importante en el comportamiento de dichos circuitos introduciendo efectos que pueden causar errores en su funcionamiento.Los objetivos de esta tesis son por una parte la modelación adecuada de las interconexiones en circuitos integrados, y por otra parte un estudio del efecto de las señales espureas producidas por efectos parásitos de interconexiones. Se han considerado diferentes modelos de interconexiones con parámetros distribuidos y concentrados, para determinar el rango de validez de cada modelo en función de parámetros de diseño como son longitud de la línea y características de fuente y carga de la línea. Se han realizado medidas experimentales y simulaciones para el caso de líneas sobre sustrato semiconductor para una correcta modelación de estas, observándose que el efecto de la conductancia del sustrato no hace falta incluirlo en el modelo.Finalmente, se ha estudiado el efecto de señales espureas sobre circuitos digitales en base al concepto de curvas de propagación, que han sido calculadas teóricamente y obtenido experimentalmente para ciertos casos.

This Ph.D. thesis dissertation addresses multi-resolution image decomposition, a key issue in signal processing that in recent years has contributed to the emergence of the JPEG2000 image compression standard. JPEG2000 incorporates many interesting features, mainly due to the discrete wavelet transform stage and to the EBCOT entropy coder.Wavelet analysis perform multi-resolution decompositions that decorrelate signal and separate information in useful frequency-bands, allowing flexible post-coding. In JPEG2000, decomposition is computed through the lifting scheme, the so-called second generation wavelets. This fact has focused the community interest on this tool. Many works have been recently proposed in which lifting is modified, improved, or included in a complete image coding algorithm.The Ph.D. thesis dissertation follows this research line. Lifting is analyzed, proposals are made within the scheme, and their possibilities are explored. Image compression is the main objective and it is principally assessed by means of coding transformed signal with EBCOT and SPIHT coders. Starting from this context, the work diverges in two distinct paths, the linear and the nonlinear one.The linear lifting filter construction is based on the idea of quadratic interpolation and the underlying linear restriction due to the wavelet transform coefficients. The result is a flexible framework that allows the creation of new transforms using different criteria and that may adapt to the image statistics. The nonlinear part is founded on the adaptive lifting scheme, which is extensively analyzed and as a consequence, a generalization of the lifting is proposed. The discrete version of the generalized lifting is developed leading to filters that achieve good compression results, specially for biomedical and remote sensing images. / Esta tesis aborda el problema de la descomposición multi-resolución, tema clave en procesado del señal que ha llevado estos últimos años a la creación del sobresaliente estándar JPEG2000 de compresión de imágenes. JPEG2000 incorpora una serie de funcionalidades muy interesantes debido básicamente a la transformada wavelet discreta y al codificador entrópico EBCOT.La transformada wavelet realiza una descomposición multi-resolución que decorrela la señal separando la información en un conjunto de bandas frecuenciales útiles para la posterior codificación. En JPEG2000, la descomposición se calcula mediante el esquema lifting, también llamado wavelet de segunda generación. La integración del esquema lifting en el estándar ha centrado el interés de muchos investigadores en esta herramienta. Recientemente, han aparecido numerosos trabajos proponiendo modificaciones y mejoras del lifting, así como su inclusión en nuevos algoritmos de codificación de imágenes.La tesis doctoral sigue esta línea de investigación. Se estudia el lifting, se hacen propuestas dentro del esquema y sus posibilidades se exploran. Se ha fijado la compresión de imágenes como el principal objetivo para la creación de nuevas transformadas wavelet, que se evalúan en su mayor parte mediante la codificación de la señal transformada con EBCOT o SPIHT. Dentro de este contexto, el trabajo diverge en dos caminos distintos, el lineal y el no lineal.La construcción de filtros lifting lineales se basa en la idea de interpolación cuadrática y la restricción lineal subyacente de los coeficientes wavelet. El resultado es un marco de trabajo flexible que permite la creación de transformadas con distintos criterios y adaptables a la estadística de la imagen.La parte no lineal tiene sus fundamentos en el esquema lifting adaptativo, del cuál se ofrece un extenso análisis y como consecuencia se propone una generalización del lifting. Su versión discreta se desarrolla consiguiendo filtros lifting que obtienen buenos resultados, sobretodo en imágenes biomédicas y de detección remota.

En aquesta tesi s'utilitza la noció de resistor lliure de pèrdues (LFR) per dissenyar fonts d'alimentació destinades a iluminació eficient com son els light emmiting diodes (LEDs), làmpades d'alta intensitat de descàrrega (HID) i làmpades d'inducció sense electrodes (IEFL), amb la finalitat de reduir el consum elèctric tant en aplicacions domèstiques com industrials. Aprofitant la naturalesa del LFR, es a dir, un resistència emulada al port d'entrada y una font de potència al port de sortida, les làmpades mencionades anteriorment son alimentades a potència constant independentment del tipus de làmpada i de la seva impedància. La técnica de control en mode de lliscament ha sigut aplicada als convertidors per imposar el comportament de LFR treballant en mode de conducció contínu (CCM) en alguns casos, i en d'altres a la frontera entre CCM i mode de conducció discontinu (DCM). Aquesta técnica de control que s'ha utilitzat al llarg de la tesi, ha estat implementada mitjançant técniques de control analògiques i digitals, permetent regular la llum de les làmpades. / En esta tesis se usa la noción de resistor libre de pérdidas (LFR) para diseñar fuentes de alimentación destinadas iluminación eficiente como por ejemplo light emmiting diodes (LEDs), lamparas de alta intensidad de descarga (HID) y lámparas de inducción sin electrodos (IEFL), con el fin de reducir el consumo eléctrico tanto en aplicaciones domésticas como industriales. Aprovechando la naturaleza del LFR, es decir, una resistencia emulada en el puerto de entrada y una fuente de potencia en el puerto de salida, las lámparas mencionadas anteriormente son alimentadas a potencia constante independientemente del tipo de lámpara e impedancia de la misma, . La técnica de control en modo de deslizamiento es aplicada en los convertidores para imponer el comportamiento de LFR trabajando en modo de conducción continuo (CCM) en algunos casos, y en otros en la frontera entre CCM y modo de conducción discontinuo (DCM). Ésta técnica de control que se a implementado a lo largo de toda la tesis ha sido implementada mediante técnicas de control tanto analógicas como digitales permitiendo regular la luz de las lámparas. / In this thesis, the notion of loss-free resistor (LFR) is used systematically to design power supplies for efficient lighting, namely light emitting diodes (LEDs), high intensity-discharge lamps (HID) and induction electrode-less fluorescent lamps (IEFLs) with the aim of reducing the electrical energy consumption in domestic or industrial applications. The different lamps previously mentioned are supplied at constant power independently of the lamp type and impedance, taking advantage of the LFR nature, i.e. an emulated resistance in the input port and a power source in the output port. The sliding -mode control technique is applied in the converters to impose the LFR behaviour in continuous conduction mode (CCM) in some cases, and in the boundary between CCM and discontinuous conduction mode (DCM) in other cases. This control technique has been implemented throughout the thesis by either analogue or digital controllers and allows regulating the light emitted by the lamps.

La regulación de la actividad de la distribución, aspecto sobre el cual versa esta tesis, ha presentado un horizonte cambiante en los últimos años. Tales cambios se hallan relacionados con aspectos como:Retribución debido a la nueva estructuración de los mercados energéticos,· Calidad debido a la necesidad de un suministro de energía con unas características cada vez más estrictas como consecuencia de la participación creciente de sistemas de información y datos sensibles a estos aspectos,· Eficiencia energética, aspecto importante en el horizonte actual por su creciente importancia dentro del panorama de sostenibilidad ambiental en el que se suscribe el sector eléctrico.· Generación Distribuida, la cual hace que pensemos en una demanda y oferta más activa que la que hasta hace algún tiempo teníamos en mente dentro del sector eléctrico y específicamente en la distribución de energía eléctrica.El propósito de esta tesis es brindar en el proceso regulatorio herramientas no solo para la mejora de la regulación de la distribución por si misma sino para la evaluación del proceso a través de herramientas de simulación.De esta forma se presentan diferentes capítulos en los que se establecen diversas propuestas y metodologías para el desarrollo de una regulación de la distribución cercana a las necesidades actuales. En ellas, por ejemplo, se establece una metodología para la evaluación de la calidad de las empresas de distribución con una técnica de cálculo llamada DEA-Data Envelopment Analysis, igualmente se presentan aportes regulatorios en aspectos como el cálculo contable de las empresas de distribución, la eficiencia energética, la generación distribuida y otros aspectos relacionados con estas empresas.Para el análisis de los diversas propuestas regulatorias, se plantea la utilización de herramientas de simulación basadas en diversas plataformas, entre ellas las principales han sido elaboradas bajo metodologías de cálculo basadas en Dinámica de Sistemas (STELLA ITHINK). Se proponen, por lo tanto, herramientas que permiten simular el Valor Agregado de Distribución de una empresa VAD, el Costo promedio de capital WACC y los beneficios de instalar generación distribuida en una zona desde el punto de vista del generador y desde el punto de vista del distribuidor.Los resultados principales del estudio se muestran en cada capítulo; sin embargo, para este resumen cabe aclarar que se hacen propuestas en los siguientes:Análisis de la Regulación de la distribución desde el punto de vista metodológico y su aplicación en diversos países.Comparación internacional de la aplicación de las metodologías de regulación de la distribución en diversos países.Propuesta metodológica y aplicación de la metodología DEA para la comparación de la calidad en empresas de distribución.Propuestas regulatorias para evaluar diversos aspectos involucrados con la regulación de la distribución.Desarrollo de Modelos y Herramientas de cálculo para evaluar y simular efectos de políticas regulatorias en la retribución de la distribución.Análisis y propuestas para involucrar en el proceso retributivo de la distribución la eficiencia energética.Análisis y propuestas para involucrar en el proceso retributivo de la distribución de energía eléctrica los efectos de la generación distribuida.De un modo general, se establece una metodología que permite generar propuestas regulatorias para el sector de la distribución de energía eléctrica y su evaluación con herramientas de simulación. / The regulation of the distribution activity, aspect that deals with this thesis, has been submitted changing horizons in recent years. Such changes are related to issues such as:· Retribution: due to the new structuring of energy markets· Quality: due to the need of a supply energy with increasing stringent characteristics as a result of participation growing information systems and sensitive data these,· Energy efficiency, which is important in current horizon of it's growing importance within environmental sustainability of the landscape in which supports the electricity sector.· Distributed Generation, which makes think of a more active demand and supply than until some time had in mind within the electricity sector and specifically in the distribution electricity.The purpose of this thesis is to provide in the process regulatory tools not only for improving regulation of the distribution per se, but for through process evaluation tools simulation.This will have different chapters in establishing various proposals and methodologies development of a regulation of the distribution close to current needs. In them, example, establishing a methodology for assessing the quality of companies distribution with a technique called DEA-calculation DataEnvelopment Analysis, also presented regulatory contributions in areas such as the calculationAccounting for distribution companies, efficiency energy, distributed generation and other aspects associated with these companies.For the analysis of the various regulatory proposals, we propose the use of tools simulation based on various platforms, including the major have been produced under calculation methodologies based on System Dynamics (STELLA iThink). We propose, therefore, tools to simulate the Value AddedVAD distribution company, the average cost of WACC capital and the benefits of installing generation distributed in an area from the point of view generator and from the point of view of the distributor.The main results are shown in each chapter, but for this summary shall be clear that proposals are made as follows:Analysis of the regulation of the distribution from methodological point of view and it's application in various countries.International comparison of the implementation of methodologies for regulating the distribution various countries.Methodological proposal and application of the methodology DEA to compare the quality of distribution companies.Regulatory proposals to assess various aspects involved in the regulation of the distribution.Development of models and calculation tools evaluates and simulate effects of regulatory policies the remuneration of the distribution.Analysis and proposals to engage in the process remuneration of the distribution efficiency energy.Analysis and proposals to engage in the process remuneration of the electricity distribution effects of distributed generation.In general, establishing a methodology allows the generation of regulatory proposals for the sector of electricity distribution and evaluation simulation tools.

Las pilas de combustible son muy ventajosas debido a su alta eficiencia en la conversión de energía y nula contaminación. En esta tesis se realiza un extenso estudio sobre el control y diseño de sistemas de generación eléctrica basados en pilas de combustible. El núcleo principal de la misma son los sistemas híbridos con pilas de combustible y supercapacitores como elementos almacenadores de energía, orientado a aplicaciones automotrices. La determinación del Grado de Hibridización (i.e. la determinación del tamaño de la pila de combustible y del número de supercapacitores) se realiza mediante una metodología propuesta con el objetivo de satisfacer requisitos de conductibilidad y consumiendo la menor cantidad de hidrógeno posible.El proceso de diseño comienza con la determinación de la estructura eléctrica de generación del vehículo y utiliza un modelo detallado realizado en ADVISOR, una herramienta para modelado y estudio de sistemas híbridos. Se analiza el flujo de energía a través de los componentes del vehículo cuando el vehículo sigue diferentes ciclos de conducción estándares, mostrando las pérdidas en cada componente que degradan la eficiencia del sistema y limitan la recuperación de energía de frenado. Con respecto a la recuperación de energía, se ha definido y analizado un parámetro que cuantifica la cantidad de energía que realmente es reaprovechada: el ratio frenado/hidrógeno.Para controlar el flujo de energía entre la pila de combustible, los almacenadores de energía y la carga eléctrica, se proponen tres Estrategias de Gestión de Energía (EMS) para Vehículos Híbridos con Pila de Combustible (FCHVs) basadas en el mapa de eficiencia de la pila y se validan mediante un montaje experimental desarrollado para emular el sistema híbrido. Los resultados de consumo de hidrógeno son comparados con dos referencias: el consumo correspondiente al caso del vehículo sin hibridización y el caso óptimo con el menor consumo para el vehículo propuesto. El consumo óptimo se calcula mediante una metodología propuesta que, a diferencia de otras, evita la discretización de las variables de estado.Para operar el sistema eficientemente, la pila de combustible es controlada mediante una metodología de control, basada en Control de Matriz Dinámica (DMC). Esta metodología de control utiliza como variables de control el voltaje de compresor y una nueva variable propuesta: la apertura de una válvula proporcional ubicada a la salida del cátodo. Los objetivos de control son controlar el exceso de oxígeno en el cátodo y el voltaje generado por la pila. Se analiza tanto en régimen estacionario como transitorio las ventajas de emplear esta nueva variable de control y se muestran resultados de funcionamiento por simulación del controlador ante perturbaciones en la corriente de carga.Por otro lado, se aborda el diagnóstico y el control tolerante a fallos del sistema basado en pila de combustible proponiendo una metodología de diagnóstico basada en las sensibilidades relativas de los fallos y se muestra que la estructura de control con las dos variables propuestas tiene buena capacidad de rechazo a fallos en el compresor cuando se controla el exceso de oxígeno en el cátodo. / The use of fuel cell systems based on hydrogen is advantageous because of their high efficiency in the energy conversion and null emissions. In this thesis, an extensive study about the control and design of electrical generation systems based on fuel cells is performed. The main focus is in hybrid systems composed of fuel cells and supercapacitors as energy storage elements, oriented to automotive applications. The determination of the hybridization degree (i.e. the determination of the fuel cell size and the number of supercapacitors) is performed through a proposed methodology with the objective to fulfil the conductibility requirements and to consume the lowest amount of hydrogen.The process of design starts with the determination of the electrical structure and utilizes a detail model developed using ADVISOR, a MATLAB toolbox for modelling and studying hybrid vehicles. The energy flow between the vehicle components is analyzed when the vehicle is tested with different Standard Driving Cycles, showing how the losses in each component degrade the efficiency of the system and limit the energy recovery from braking.With regard to the energy recovery, a parameter to quantify the amount of energy that is actually reused is defined and analyzed: the braking/hydrogen ratio.To control the energy flow between the fuel cell, the energy storage system, and the electrical load in Fuel Cell Hybrid Vehicles (FCHVs), three Energy Management Strategies (EMSs) based on the fuel cell efficiency map are presented and validated through an experimental setup, which is developed to emulate the FCHV. The resulting hydrogen consumptions are compared with two references: the consumption of the pure fuel cell case, a vehicle without hybridization, and the optimal case with the minimum consumption. The optimal consumption for a given vehicle is determined through a methodology proposed that, unlike other previous methodologies, avoids the discretization of the state variables.To operate the fuel cell system efficiently, the system is controlled through a proposed control technique, which is based on Dynamic Matrix Control (DMC). This control technique utilizes the compressor voltage as control variable and also a new proposed variable: the opening area of a proportional valve at the cathode outlet. The control objectives are the control of the oxygen excess ratio at the cathode and the fuel cell voltage. The advantages of this new control variable are analyzed both in steady state and transient state. Simulation results show and adequate performance of the controller when a series of step changes in the load current is applied.On the other hand, the diagnosis and fault-tolerant control of the fuel cell-based system is approached. A diagnosis methodology based on the relative fault sensitivity is proposed. The performance of the methodology to detect and isolate a set of proposed failures is analyzed and simulation results in an environment developed to include the set of faults are given. The fault-tolerant control is approached showing that the proposed control structure with two control variables has good capability against faults in the compressor when the oxygen excess ratio in the cathode is controlled.

Los dispositivos de almacenamiento de energía térmica son ampliamente usados en diversos sistemas térmicos caracterizados por un desfase temporal entre la producción de energia y su consumo, como es el caso de los sistemas de energía solar térmica. El diseño optimizado de estos equipos puede representar un considerable aumento en el rendimiento térmico de la instalación de la cual forman parte. En la línea de optimización de sistemas y equipos térmicos, en los últimos años la Mecánica de Fluidos Computacional (CFD) se ha consolidado como una herramienta básica, proporcionando a investigadores e ingenieros un método para ensayar virtualmente sus diseños, disminuyendo los costes en términos de tiempo, recursos y personal. Es en esta línea se encuentran las principales aportaciones de esta tesis, la cual tiene como principal objetivo la simulación numérica de procesos de convección laminar en régimen transitorio y dominios cilíndricos para su aplicación al estudio de los fenómenos de transferencia de calor y dinámica de fluidos que tienen lugar en los tanques de almacenamiento de energía.Se presenta la metodología seguida para la resolución de las ecuaciones gobernantes de la transferencia de calor y dinámica de fluidos en coordenadas cilíndricas, mostrando las principales particularidades de su discretización para este tipo de geometrías y se detalla el tratamiento realizado para resolver estas singularidades dentro del código numérico. Posteriormente, se expone la metodología para la solución de flujos transitorios e incompresibles y se realiza un riguroso proceso de verificación del código y las soluciones numéricas obtenidas. Esta metodología se aplica al estudio del comportamiento de los tanques de almacenamiento de energía estratificados. Un aspecto básico del funcionamiento de estos equipos es la calidad de la energía almacenada. Esta calidad viene determinada por el grado de estratificación térmica, en la cual influyen diferentes factores como la mezcla que ocurre debido a las corrientes de fluido que entran durante los procesos de carga y descarga térmica y también debido al intercambio de calor con el ambiente. En este sentido, en este trabajo se analiza la estratificación térmica para diferentes condiciones de trabajo y configuraciones por medio de las simulaciones numéricas multidimensionales. Para medir el grado de estratificación se han tenido en cuenta diferentes parámetros y como resultado del estudio, se propone un parámetro adimensional basado en un análisis exergético. Esta exergía adimensional ha permitido comparar el funcionamiento de los tanques en las diferentes situaciones analizadas y se ha mostrado útil para cuantificar la calidad de la energía almacenada.Por otra parte, se estudia el comportamiento térmico de los tanques de almacenamiento durante su modo de operación estático y considerando las pérdidas de energía al ambiente. Este estudio tiene como objetivo fundamental caracterizar el proceso de enfriamiento del fluido en tanques que forman parte de sistemas solares térmicos para el rango de bajas y medianas temperaturas. Se presenta la metodología seguida para el análisis, desde la identificación de los números adimensionales que definen el problema, la formulación de un modelo zonal para la predicción del comportamiento térmico, el estudio paramétrico llevado a cabo y el posterior post-proceso de los resultados con el objetivo de proporcionar los parámetros necesarios para alimentar el modelo zonal. El modelo propuesto, junto con las correlaciones obtenidas, predicen correctamente el comportamiento del fluido, constituyendo una alternativa interesante para reproducir el proceso de enfriamiento del fluido en los tanques durante largos periodos de tiempo. / Thermal storage devices are widely used in many thermal systems and applications that are characterised by the delay between energy production and consumption, such as thermal solar systems. The improvement in their design and optimisation is a key aspect in the thermal optimisation of the system, where a good preformance of the storage tank can represent a considerable increase in the overall efficiency of the installation. In the subject of optimisation of thermal equipment, Computational Fluid Dynamics have been consolidated as an indispensable tool providing researchers and engineers with a method to test virtually their prototypes with low effort in time, personnel and resources. This thesis is focused in the numerical simulation of unsteady laminar convection in cylindrical domains and its application to the study of the heat transfer and fluid flow that take place in stratified storage tanks. The first part of this document is devoted to present the methodology followed for the numerical resolution of the governing equation of heat and fluid flow in cylindrical coordinates. The main particularities of the discretisation of the equations in these geometries, as well as the solution procedure for incompressible and transient flow problems are also presented. Special emphasis is given to the verification of the code, the appropriateness of the discretisation adopted and the verification of the numerical solution obtained.The second part of this thesis is focused on the study of the heat transfer and fluid flow phenomena that take place in stratified storage tanks, including the performance measures and modeling efforts of these devices. The quality of the energy stored is determined by the degree of the thermal stratification of the storage tank, which is affected by several factors such as the mixing due to the inlet streams during load and unload, the heat losses to the environment, among others. In this sense, thermal stratification analysis is carried out by means of the virtual prototyping of the tanks for different working conditions and configurations. In order to measure the performance of the tanks, different parameters are considered. The analysis led to the proposition of a new exergy-based parameter as a tool for assessing and comparing storage tanks. The usefulness of this parameter for quantifying the quality of the energy stored is also shown.Furthermore, the thermal behaviour of storage tanks during the static mode of operation considering the heat losses to the environment is also analysed. The study is addressed to characterise the cool down of the fluid inside storage tanks for solar thermal systems in the low-to-medium temperature range. The methodology followed, from the identification of the significant non-dimensional parameters that define the problem, the formulation of a zonal prediction model, a parametric numerical study by means of detailed multidimensional CFD computations and the post-processing of the results in order to feed the global model are exposed in detail. Zonal model presented, together with the correlations given are in good agreement with the numerical results and constitute an alternative for the prediction of the long-term performance of the storage tanks during the cooling process.

Esta tesis ha surgido por la confluencia de dos factores. Por un lado, mi interés en los mercados financieros y en especial por los más innovadores, como pueden ser los de derivados y, por otro, la liberalización y la consiguiente implementación de mercados en el sector eléctrico. Para estudiar los mercados eléctricos que se han ido creando internacionalmente, ha sido necesario adentrarnos en la estructura del sector, antes y después de la liberalización, lo que fue una labor difícil, dada la complejidad de estos peculiares mercados. Así mismo, se estudió el proceso liberalizador seguido en los países desarrollados, observándose que, en general, han pasado de unos monopolios verticalmente integrados, a una estructura en la que se configuran dos mercados: uno al por mayor (wholesale) y otro al por menor (retail). En esta nueva estructura permanecen dos monopolios naturales: el de transporte y el de distribución, administrados por entes reguladores con posibilidad de acceso de los distintos participantes en los mercados, mediante el pago de unas tarifas o peajes. Prácticamente todos los países analizados han comenzado por implementar, primero el mercado wholesale y, posteriormente, el retail. El crear de inicio un mercado y aplazar el establecimiento del otro, es dudoso que sea un acierto, no obstante, son los mercados wholesale los que proporcionan más datos y más estudios para debatir. Si bien la reestructuración del sector eléctrico se pensó para darle una mayor eficiencia, también trajo riesgos tales como la extrema volatilidad en los precios; la misma que según experiencias internacionales, se ha cubierto o, mejor dicho, redistribuido, con instrumentos financieros derivados.La electricidad, única por sus características, tiene que ser suministrada al instante, es decir no se puede almacenar, una particularidad que provoca que los generadores produzcan a su máxima capacidad en momentos punta, causando un aumento sustancial en los precios. Así pues, este riesgo ahora tiene que ser asumido por los participantes del mercado: los generadores querrán asegurar un precio que cubra sus costes de producción y los suministradores, por su parte, buscarán cubrir un precio que asegure un precio de venta. La mayoría de los países estudiados en esta tesis, primero han liberalizado el sector eléctrico y, posteriormente, han creado un mercado de instrumentos derivados sobre sus precios, con un gran número de participantes, lo que ha provocado que se redistribuya el riesgo, es decir, que existan algunos participantes menos adversos al riesgo que quieran asumirlo y, a su vez, otros menos adversos que asuman posiciones contrarias. Siendo la electricidad un elemento indispensable en una economía y para la subsistencia actual, es importante que sus precios se mantengan al alcance de los usuarios finales. Los instrumentos derivados han venido a dar confianza y certeza en los precios, la misma que hace que cualquier mercado financiero funcione eficientemente.La gran mayoría de artículos en revistas especializadas han reconocido que la introducción de instrumentos derivados podría disminuir la volatilidad de los precios spot. La creación reciente del mercado de futuros de la península Ibérica ha hecho posible que participáramos e hiciéramos nuestra aportación en este tema. Así, utilizando técnicas de procesos estocásticos para calcular la volatilidad de los precios spot, y el análisis estadístico de regresión, se llega a la conclusión de que, en principio, en el caso español, la implementación del mercado de futuros ha disminuido la volatilidad de los precios spot.Finalmente, y como una parte trascendental de esta investigación, se analiza el sector eléctrico de México -uno de los pocos países de la OCDE que no ha optado por una liberalización-: un sector ineficiente para el que como aportación, se establecen aquí -tras un análisis exhaustivo de experiencias internacionales exitosas-, una serie de propuestas para una posible desregulación y posterior aplicación de instrumentos derivados eléctricos en el existente mercado de derivados MexDer.

Microgrids are the near future candidate to reduce the dependence on the carbon-based generation, towards a more environmentally friendly and sustainable energy paradigm. The popularization of the use of renewable energy sources has fostered the development of better technologies for microgrids, particularly power electronics and storage systems. Following the improvements in microgrid technologies achieved in the last decade, a new challenge is being faced: the control and management of microgrids for its operation in islanded mode, in addition to its large scale integration into the current electrical power system. The unregulated introduction of distributed generation based on renewable energy sources into the power system could cause as many problems as it would solve. The unpredictability of the generated power would introduce large disturbances into the electric system, making it difficult to control, and eventually resulting in an unstable system. To overcome these issues, the paradigm of microgrids has been proposed: a small power system, able to operate islanded from the main grid, which will permit the large scale introduction of renewable energy sources interfaced with power electronic converters together with energy storage systems into the distribution grids. Microgrids¿ ability to allow their users to operate islanded from the utility grid, brings the potential to offer a high quality of service. It is in the islanded operation mode, particularly in microgrids with a high proportion of renewable based generation, where the major technical challenges are found. This thesis focuses in three of the main challenges of islanded and weak electrical grids: the power converter control of electrical storage systems, its decentralized control design, and also the improvement of power quality in grids disturbed by renewable generation. These topics are addressed from a control point of view, that is, to tackle the electrical problems, modelling them and proposing advanced control strategies to improve performance of microgrids. Energy storage system are a vital element to permit the islanded operation of microgrids, either in the long or short term. New control strategies are proposed in this thesis for the improvement of the converters¿ performance. In addition to the control of the converter, the management and control of different energy storage systems for microgrids are also studied. In particular, supercapacitors and batteries have been considered for the short and long term operation, respectively. Then, the control of islanded microgrids is addressed. Typical controls for islanded microgrids are analysed and new tools for designing stable controllers are proposed. Also, methodologies to analytically obtain the operating point (power flow) of droop controlled grids are studied and proposed. The high penetration of renewable energy sources in weak low-voltage grids results in undesirable electrical disturbances. This problematic in power quality is tackled and innovative solutions to mitigate it are proposed. In particular, a novel power smoothing scheme with simultaneous state of charge regulation of the ESS and power filtering. The new power smoothing scheme, along with the proposed control strategies for storage systems have been experimentally validated in a laboratory test bench, using a supercapacitor bank and a high power lithium-ion battery available at IREC's facilities. / Les microxarxes són les candidates en un futur a curt termini, a substituir la generació basada en el carbó, de cara a assolir un sistema energètic més respectuós amb el medi ambient i més sostenible. La popularització de l'ús d'energies renovables ha fomentat la millora de les tecnologies per a microxarxes, en particular els sistemes d'emmagatzematge i l'electronica de potència. Desprès de les millores en tecnologies de microxarxes aconseguides durant l'última dècada, hi ha un nou repte al qual fer front: el control i gestió de microxarxes per la seva operació aïllada, a més de la integració a gran escala dins del sistema elèctric actual. La introducció descontrolada de fonts de generació distribuides en el sistema elèctric pot causar tants problemes com els que podria sol·lucionar. La incertesa en la producció elèctrica pot introduir grans pertorbacions al sistema elèctric, fent-lo difícil de controlar, i fins i tot el pot arribar a inestabilitzar. Per tal de fer front a aquestes dificultats, es proposa el paradigma de microxarxa: un petit sistema elèctric capaç d'operar de forma aïlla de la xarxa de distribució elèctrica, el qual hauria de permetre la integració a gran escala d'energies renovables a través de l'electrònica de potència, juntament amb sistemes d'emmagatzematge d'energia, dins de les xarxes de distribució. Les microxarxes permeten als seus usuaris a funcionar aillats de la xarxa elèctrica, donant la possibilitat d'oferir una alta qualitat de servei. És en el mode de funcionament aïllat, particularment en microxarxes amb una altra proporció de generació basada en renovables, on es troben la major part de reptes tecnològics. Aquesta tesi es centra en tres d'aquests reptes de les xarxes aillades i dèbils: el disseny del control per a convertidors de potència per a sistemes d'emmagatzematge elèctric, el control descentralitzat de les microxarxes i també la millora en la qualitat de subministre elèctric en xarxes afectades per generació renovable. Aquestes temes es tracten des d'el punt de vista de la teoria de control de sistemes, aixó significa, abordar el problema elèctric, modelar-lo, i proposar estrategies de control avançades per millorar el funcionament de les microxarxes. Els sistemes d'emmagatzematge són un element vital per permetre l'operació aïllada de les microxarxes, tant a llarg com a curt termini. En aquesta tesi es proposen noves estratègies de control per millorar el funcionament dels convertidors d'electrònica de potència. A més del control del convertidor, també s'estudia la gestió i control de diferents sistemes d'emmagatzematge d'energia per a microxarxes. En particular, supercondensador i bateries s'han considerat per l'operació a curt i llarg termini respectivament. Seguidament, s'enfila el control de microxarxes aïllades. S'analitzen els controls típics per a microxarxes i es proposen noves eines de disseny que permeten garantitzar l'estabilitat. A més a més, metodologies per a obtenir el punt d'operació (el flux de potènica) per a xarxes amb control tipus "droop" també s'estudien i proposen. L'alta penetració de fonts d'energia renovables en xarxes de baixa tensió i febles resulta en pertorbacions elèctriques indesitjables. Aquesta problematica en la qualitat de subministrament s'aborda i es proposen solucions inovadores per mitigar els efectes negatius. En particular, s'ha proposat un nou sistema de suavitzat de potència que regula simltaneament l'estat de càrrega del sistema d'emmagatzematge i filtra la potencia fluctuant. El nou esquema de suavitzat de potència, juntament amb les estrategies proposades per als sistemes d'emmagatzematge elèctric s'han validat experimentalment en un banc de laboratori, emprant superconsadors i una bateria d'alta potència, disponibles a les instal·lacions de l'IREC.