Los primeros robots operaban en entornos especialmente preparados para ellos. Cada componente de su espacio de trabajo se encontraba situado en una posición y orientación predefinidas, de modo que el robot conocía a priori y con exactitud el escenario donde se encontraba. En la actualidad muchas de las aplicaciones requieren que los robots tengan rasgos de autonomía como son la capacidad para identificar mediante sus sensores las características que tiene el entorno, la capacidad para autolocalizarse dentro del mismo, y la capacidad para navegar por su espacio de trabajo respondiendo a las variaciones temporales que vayan surgiendo. A pesar de que los resultados obtenidos en el campo de la construcción de mapas y auto-localización de robot móviles son abundantes y muy significativos, aun existen problemas por resolver sobre todo los vinculados al uso de sensores imprecisos y de bajo costo, ya que la información obtenida con estos sensores resulta poco fiable al momento de integrarla a las distintas aplicaciones en este tipo de sistemas. Este trabajo se centra en el estudio y modelado de sensores de bajo costo de uso típico en robótica móvil (codificadores rotativos, sensores de ultrasonidos e infrarrojos, compás magnético), y de cómo pueden ser utilizados en labores de auto-localización y representación del entorno. Mediante la fusión de datos provenientes de sensores de bajo coste se logra que un robot móvil se auto localice adecuadamente de forma que pueda navegar confiablemente en entornos estructurados. Para probar y evaluar off-line los distintos mecanismos de fusión y filtrado propuestos, a lo largo de esta tesis se desarrollan modelos sensoriales así como un pseudo código para la simulación de la operación de estos sensores en un robot real. Igualmente, en esta tesis se formulan los procedimientos y se elabora el software que se insertará en un robot real para que éste ejecute las acciones de control de navegación, de adquisición y filtrado de datos sensoriales, y de fusión pertinente a la localización y el mapeado en su entorno de operación. / Navarro García, DA. (2009). Contribución a la autolocalización de robots móviles basada en la fusión de información multisensorial [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6285 / Palancia

ELECTROCHEMICAL TREATMENT OF DYE DISSOLUTIONS OBTAINED FROM THE MIXTURE OF HYDROLYZED BIFUNCTIONAL REACTIVE DYES In this Doctoral Thesis the degradation of the three reactive dyestuffs that make up the Tricromia Procion HEXL is studied by applying the oxidation-reduction electrochemical treatment to 125mA/cm2 in a filter-press cell using a stainless steel cathode, and as anode, an Ti / SnO2-Sb-Pt type DSA electrode are used. The degree of decolorization / mineralization is evaluated by Total Organic Carbon (TOC), Total Nitrogen (TN) and Chemical Oxygen Demand (COD), data that also allow us to know Average Oxidation State (AOS) at the end of each as well as information on the efficiency in each case through the Carbon Oxidation State (COS), State of Average Oxidation (EOP), Instantaneous Currente Efficiency (ICE) and Average Current Efficiency (ACE). The kinetics of discoloration and the evolution of the generated intermediates have been studied through measurements of High Resolution Liquid Chromatography (HPLC). The spectra obtained through UV-Visible Spectroscopy and FTIR allows us to follow the discoloration from the initial and final state of the solutions after the electrolysis. The main objective is to obtain discolored water with organic matter contents significantly lower than the initial values and to study the possibility of reuse of these purified waste water in subsequent dyeing processes. In this first part of the work we studied the electrochemical treatment for the degradation of these dyes using solutions with the hydrolyzed dyes. Na2SO4 is used as electrolyte. Next, we study the degradation and electrochemical behavior of baths containing the dyes: Procion Yellow HEXL, Procion Crimson HEXL and Procion Navy HEXL after the dyeing of cotton fabrics. Dyes are made at the laboratory level, subsequently the waters resulting from these dye baths are subjected to an electrochemical oxidation-reduction treatment at 125mA / cm2 in a filter-press cell. Proceed to study and to verify that these treated waters can be reused in later dyes obtaining acceptable values of equalization in the dyed tissues. We perform a color equalization study of the cotton fabrics tinted with the dyes of the Tricromia Procion HEXL, using solutions with different proportions of distilled water and recovery water and verify the equalization of the same, the data that we obtain from this study indicate us that good results are obtained from mixtures of 70% recovery water and 30% water. The color differences obtained in the fabrics dyed in the reuses are below the maximum limit of acceptance of color differences in the textile industry, which is one unit (DECMC(2:1) ¿ 1). Subsequently we study the degradation and mineralization of the bath resulting from the dyeing of cotton fabrics at the laboratory level with a mixture of the colorants the Tricromia Procion HEXL using NaCl as electrolyte by subjecting these baths to a treatment Oxide-reduction electrochemical at 125mA/cm2 in a filter-press cell. In all cases a decrease of COD, TOC and TN is obtained, AOS and COS data indicate that the oxidation state of Carbon in all solutions increases, the ACE and COS results show that the process takes place in a way efficient. The discoloration kinetics of all processes correspond to pseudo-first order, UV-Visible spectroscopy reveals that the bands corresponding to the chromophore group of the dyes are eliminated. This treatment of successive dyes and discolorations could be a viable alternative in the purification of actual textile effluents containing this type of dyes. / TRATAMIENTO ELECTROQUÍMICO DE DISOLUCIONES DE TINTURAS OBTENIDAS A PARTIR DE LA MEZCLA DE COLORANTES REACTIVOS BIFUNCIONALES HIDROLIZADOS Se estudia la degradación de los tres colorantes reactivos bifuncionales que componen la Tricromía Procion HEXL mediante la aplicación del tratamiento electroquímico de óxido-reducción a 125mA/cm2 en una célula filtro-prensa empleando un cátodo de acero inoxidable, y como ánodo se utiliza un electrodo tipo DSA de Ti/SnO2-Sb-Pt. Se evalúa el grado de decoloración/mineralización mediante medidas de Carbono Orgánico Total (COT), Nitrógeno Total (TN) y Demanda Química de Oxigeno (DQO), datos que además nos permiten conocer el Estado de Oxidación Promedio (EOP) al final de cada electrolisis, así como información de la eficiencia en cada caso a través del Estado de Oxidación del Carbono (EOC), Eficiencia en Corriente Instantanea (ECI) y Eficiencia en Corriente Promedio (ECP). La cinética de decoloración y la evolución de los intermedios generados se han estudiado a través medidas de Cromatografía Liquida de Alta Resolución (HPLC). Los espectros obtenidos a través de Espectroscopia UV-Visible y FTIR nos permiten hacer un seguimiento de la decoloración desde el estado inicial y final de las disoluciones tras la electrolisis. El objetivo principal es obtener aguas decoloradas con contenidos en materia orgánica sensiblemente inferiores a los valores iniciales y estudiar la posibilidad de reutilización de esas aguas residuales depuradas en posteriores procesos de tintura. En la primera parte del trabajo se estudió el tratamiento electroquímico para la degradación de estos colorantes empleando disoluciones con los colorantes hidrolizados. Se utiliza Na2SO4 como electrolito. Seguidamente se estudia la degradación y comportamiento electroquímico de baños que contienen los colorantes: Procion Yellow HEXL, Procion Crimson HEXL y Procion Navy HEXL tras la tintura de tejidos de algodón. Se realizan tinturas a nivel de laboratorio, posteriormente las aguas resultantes de estos baños de tintura se someten a un tratamiento electroquímico de óxido-reducción a 125mA/ cm2 en una célula filtro-prensa. Se procede a estudiar y verificar que estas aguas tratadas pueden ser reutilizadas en posteriores tinturas obteniendo valores aceptables de igualación en los tejidos teñidos. Se realiza un estudio de igualación del color de los tejidos de algodón tintados con los colorantes de la Tricromía Procion HEXL, utilizando disoluciones con distintas proporciones de agua destilada y agua de recuperación y comprobando la igualación de las mismas, los datos obtenidos en este estudio nos indican que se consiguen buenos resultados a partir de mezclas de 70% agua de recuperación y 30% agua. Las diferencias de color obtenidas en los tejidos tintados en cuatro reutilizaciones son inferiores al límite máximo de aceptación de diferencias de color en la industria textil, que es de una unidad (DECMC(2:1) ¿ 1). Posteriormente hemos estudiado la degradación y mineralización del baño resultante de la tintura de tejidos de algodón a nivel de laboratorio con una mezcla de los colorantes de la Tricromía Procion HEXL utilizando NaCl como electrolito al someterlos a un tratamiento electroquímico de óxido-reducción a 125mA/ cm2 en una célula filtro-prensa. En todos los casos se obtiene una disminución de DQO, COT y TN, los datos de EOP y EOC nos indican que aumenta el Estado de Oxidación del Carbono en todas las disoluciones, los resultados de ECP y EOC demuestran que el proceso tiene lugar de forma eficiente. La cinética de decoloración de todos los procesos corresponde a pseudo-primer orden, la espectroscopia UV-Visible revela que las bandas correspondientes al grupo cromóforo de los colorantes son eliminadas. Este tratamiento de sucesivas tinturas y decoloraciones podría ser una alternativa viable en la depuración de efluentes textiles reales que contienen es / TRACTAMENT ELECTROQUÍMIC DE DISSOLUCIONS DE TINTURES OBTINGUDES A PARTIR DE LA MESCLA DE COLORANTS REACTIUS BIFUNCIONALES HIDROLITZATS En la present Tesi Doctoral s'estudia la degradació dels tres colorants reactius bifuncionals que componen la Tricromia Procion HEXL mitjançant l'aplicació del tractament electroquímic d'òxid-reducció a 125mA/cm2 en una cèl¿lula filtre-premsa emprant un càtode d'acer inoxidable, i com a ànode s'utilitza un elèctrode tipus DSA de Ti/SnO2-Sb-Pt. S'avalua el grau de decoloració/mineralització mitjantçant mesures de Carboni Orgànic Total (COT), Nitrogen Total (TN) i Demanda Química d'Oxigen (DQO), dades que a més ens permeten conéixer l'Estat d'Oxidació Mitjana (EOM) al final de cada electròlisi, així com informació de l'eficiència en cada cas a través de l'Estat d'Oxidació del Carboni (EOC) , Eficiència en Corrent Instantània (ECI) i Eficiència en Corrent Mitjana (ECM). La cinètica de decoloració i l'evolució dels intermedis generats s'han estudiat a través de mesures de Cromatografia Liquida d'Alta Resolució (HPLC). Els espectres obtinguts a través d'Espectroscòpia UV-Visible i FTIR ens permet fer un seguiment de la decoloració des de l'estat inicial i final de les dissolucions després de l'electròlisi. L'objectiu principal és obtindre aigües decolorades amb continguts en matèria orgànica sensiblement inferiors als valors inicials i estudiar la possibilitat de reutilització d'eixes aigües residuals depurades en posteriors processos de tintura. A la primera part del treball es va estudiar el tractament electroquímic per a la degradació d'estos colorants emprant dissolucions amb els colorants hidrolitzats. S¿utilitza Na2SO4 com electròlit. A continuació s'estudia la degradació i comportament electroquímic de banys que contenen els colorants: Procion Yellow HEXL, Procion Crimson HEXL i Procion Navy HEXL després de la tintura de teixits de cotó. Es realitzen tintures a nivell de laboratori, posteriorment les aigües resultants d'estos banys de tintura se sotmeten a un tractament electroquímic d'òxid-reducció a 125mA/cm2 en una cèl¿lula filtre-premsa. Procedim a estudiar i verificar que estes aigües tractades poden ser reutilitzades en posteriors tintures aconseguint valors acceptables d'igualació en els teixits tenyits. Es realitza un estudi d'igualació del color dels teixits de cotó tintats amb els colorants de la Tricromia Procion HEXL, utilitzant dissolucions amb distintes proporcions d'aigua destil¿lada i aigua de recuperació i comprovant la igualació de les mateixes, les dades obtingudes en este estudi ens indiquen que s¿aconsegueixen bons resultats a partir de mescles de 70% aigua de recuperació i 30% aigua. Les diferències de color obtingudes en els teixits tintats en les quatre reutilitzacions són inferiors al límit màxim d'acceptació de diferències de color en la indústria tèxtil que és d'una unitat (DECMC(2:1) ¿ 1). Posteriorment hem estudiat la degradació i mineralització del bany resultant de la tintura de teixits de cotó a nivell de laboratori amb una mescla dels colorants de la Tricromia Procion HEXL, utilitzant NaCl com a electròlit al sotmetre'ls a un tractament electroquímic d'òxid-reducció a 125mA/cm2 en una cèl¿lula filtre-premsa. En tots els casos s'obté una disminució de DQO, COT i TN, les dades d'EOP i EOC ens indiquen que augmenta l'estat d'Oxidació del Carboni en totes les dissolucions, els resultats d'ECP i EOC demostren que el procés té lloc de forma eficient. La cinètica de decoloració de tots els processos correspon a pseudo-primer ordre, l'espectroscòpia UV-Visible revela que les bandes corresponents al grup cromóforo dels colorants són eliminades. Este tractament de successives tintures i decoloracions podria ser una alternativa viable en la depuració d'efluents tèxtils reals que contenen este tipus de colorants. / Orts Maiques, FJ. (2017). TRATAMIENTO ELECTROQUÍMICO DE DISOLUCIONES DE TINTURAS OBTENIDAS A PARTIR DE LA MEZCLA DE COLORANTES REACTIVOS BIFUNCIONALES HIDROLIZADOS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86153 / TESIS

En la actualidad, los desarrollos en el campo de los motores de combusti on interna alternativos est an principalmente dirigidos al aumento de la e ciencia energ etica y a la reducci on de las emisiones contaminantes. La consecuci on de este ultimo objetivo, marcado por las normativas que limitan las emisiones de contaminantes, ha forzado a la instalaci on progresiva de sistemas de post-tratamiento de gases de escape. Atendiendo a la emisi on de part culas, el ltro de part culas di esel se ha convertido en un elemento indispensable y completamente estandarizado en las l neas de escape de los motores Diesel. Tradicionalmente, los sistemas de post-tratamiento se encuentran localizados en las l neas de escape aguas abajo de la turbina de sobrealimentaci on. Esto limita el nivel t ermico en los sistemas de post-tratamiento, lo que afecta a la e ciencia de conversi on del DOC tras el arranque del motor o en condiciones de bajo grado de carga, as como a la capacidad de regeneraci on pasiva del DPF. Adem as, a medida que se produce la acumulaci on de holl n en este, el consumo del motor se ve perjudicado. A n de contribuir a mitigar estas respuestas, se propone la ubicaci on del sistema de post-tratamiento, en concreto DOC y DPF, aguas arriba de la turbina. Por este motivo, el objetivo principal de la presente tesis doctoral ha sido la evaluaci on de las interacciones del sistema de post-tratamiento en con guraci on pre-turbo con el motor Diesel. Para alcanzar este objetivo se hace necesario el uso combinado de t ecnicas de modelado y experimentales. Con respecto a la primera de ellas, se ha tomado como base un modelo de acci on de ondas que permite el c alculo de la respuesta del motor en funci on de la ubicaci on del sistema de post-tratamiento. Para el uso able del modelo con ubicaci on pre-turbo del sistema de post-tratamiento, es necesaria la correcta predicci on de la temperatura a lo largo del DPF tanto en condiciones estacionarias como transitorias, as como tener en cuenta en el c alculo diferentes niveles de acumulaci on de holl n. Por esta raz on, parte importante del trabajo ha estado dirigido a la mejora del modelo de ltros de part culas di esel de ujo de pared previamente desarrollado en aspectos b asicos, realizando aportaciones en aspectos tales como la predicci on del comportamiento t ermico y de p erdida de presi on en condiciones de acumulaci on de holl n. Con el n de con rmar los resultados aportados por el modelo, se ha realizado una evaluaci on experimental de la con guraci on pre-turbo del sistema de post-tratamiento en un motor Diesel turbosobrealimentado. Este trabajo ha permitido analizar las prestaciones del motor en condiciones de operaci on estacionaria y transitoria as como cuanti car los efectos de la ubicaci on del sistema de post-tratamiento sobre las emisiones contaminantes, la e ciencia de ltrado y la capacidad de regeneraci on pasiva del DPF o la e ciencia de conversi on del DOC. Fruto de estos trabajos se ha obtenido una evaluaci on rigurosa de los efectos que sobre el motor tiene el instalar los sistemas de post-tratamiento en con guraci on preturbo, con rmando las ventajas que ofrece esta arquitectura de la l nea de escape y describiendo soluciones para las debilidades que pueda presentar. / García Afonso, Ó. (2013). Análisis teórico-experimental de la arquitectura pre-turbo de sistemas de post-tratamiento en MCIA [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34178 / Alfresco

This thesis deals with different approaches to filtering the signal output of a three axis accelerometerfor free space orientation, that is, finding the orientation of a sensor relative to gravity. Theplatform this orientation system is to be developed for is a low-power, high-efficiency fixed-pointmath microprocessor, therefore efficiency and mathematical operation precision are factors thatalso need to be taken into consideration in this work.This is an exploratory work which goals are to analize potential filtering solutions for free spaceorientation with a three-axis accelerometer, develop a tool to validate the theorical analysis, studythe repercusions of limited precision math on those algorithms and implement a filtering solutionas versatile as possible.The goal of finding the orientation with the output of an accelerometer and without a prioriinformation is deceptively simple: while in relaxed state and within inertial systems the outputof a three axis accelerometer and the direction of gravity is the same, when that hypothesis istaken away measurements output by the accelerometer include both gravity and acceleration dueto external forces applied to the system.The contributions of this thesis are a discussion of potential solutions for free space orientationwith unrestrictive preconditions by use of an accelerometer, and an implementation of such solutionfor the MSP430, popular platform of choice for digital signal processing. The main purposeof such a solution is to improve the precision with which gravity is estimated from the outputof the accelerometer. Potential applications of this work are relative position tracking, mapping,positioning systems (for example, within buildings or vehicles, where any other existing positioningsystem cannot work, such as tunnels for GPS).Instead of just low-pass filtering the output of the accelerometer, estimations to the state ofexternal forces applied to the system and tracking of changes to those forces are presented. Tomodel that system, the Kalman filter and the Particle filter are introduced and analyzed as potentialsolutions.This document includes a discussion of both Kalman and Particle filters, implementation ofa tool to compare and validate the models to estimate gravity, a discussion of the effect of fixedpoint math to those models and an implementation of a gravity estimation algorithm that is typeand plattform agnosic based on the output of a 3-axis accelerometer.All relevant code has been included as an appendix to this work This thesis deals with di_erent approaches to _ltering the signal output of a three axis accelerometer for free space orientation, that is, _nding the orientation of a sensor relative to gravity. The plattform this orientation system is to be developed for is a low-power, high-e_ciency _xed-point math microprocessor, therefore e_ciency and mathematical operation precision are factors that also need to be taken into consideration in this work. This is an exploratory work which goals are to analize potential _ltering solutions for free space orientation with a three-axis accelerometer, develop a tool to validate the theorical analysis, study the repercusions of limited precision math on those algorithms and implement a _ltering solution as versatile as possible. The goal of _nding the orientation with the output of an accelerometer and without a priori information is deceptively simple: while in relaxed state and within inertial systems the output of a three axis accelerometer and the direction of gravity is the same, when that hypothesis is taken away measurements output by the accelerometer include both gravity and acceleration due to external forces applied to the system. The contributions of this thesis are a discussion of potential solutions for free space orientation with unrestrictive preconditions by use of an accelerometer, and an implementation of such solution for the MSP430, popular platform of choice for digital signal processing. The main purpose of such a solution is to improve the precision with which gravity is estimated from the output of the accelerometer. Potential applications of this work are relative position tracking, mapping, positioning systems (for example, within buildings or vehicles, where any other existing positioning system cannot work, such as tunnels for GPS). Instead of just low-pass _ltering the output of the accelerometer, estimations to the state of external forces applied to the system and tracking of changes to those forces are presented. To model that system, the Kalman _lter and the Particle _lter are introduced and analyzed as potential solutions. This document includes a discussion of both Kalman and Particle _lters, implementation of a tool to compare and validate the models to estimate gravity, a discussion of the e_ect of _xed point math to those models and an implementation of a gravity estimation algorithm that is type and plattform agnosic based on the output of a 3-axis accelerometer. All relevant code has been included as an appendix to this work. / Denna avhandling beskriver olika metoder för filtrering av utsignalen från en tre-axlig accelerationsmätare för orientering i ledigt utrymme, det vill säga att finna en sensors orientering iförhållande till tyngdkraften. Den plattform detta orienteringssystem ska utvecklas för är en högeffektivmikro-processor med fixed-point matematik, därför är även matematisk operationsprecisionoch efiektivitet faktorer som måste beaktas i detta arbete.Detta är ett förberedande arbete där målet är att analysera möjliga filtreringslösningar för friutrymmesorientering med en tre-axlig accelerationsmätare, utveckla ett verktyg för att validerateoretisk analys, studera konsekvenserna av att använda begränsad precisionsmatematik både algoritmernaoch implementera en filtreringslösning för mikroprocessorerna.Målet med att finna orienteringen med hjälp av utsignalen från en accelerationsmätare ochutan a priori-information är bedrägligt enkel: I avslappnat tillstånd och inom interna system ärutgången hos en tre-axlig accelerationsmätare och tyngdkraftens riktning densamma, när den hypotesenär borttagen visar mätningar att utgång av accelerometern inkluderar både gravitationoch acceleration pågrund av yttre påfrestningarna påsystemet.Bidragen från denna uppsats är en diskussion om möjliga lösningar för orientering i frittutrymme med orestriktiva förutsättningar genom användning av en accelerationsmätare, och ettgenomförande av en sådan lösning för fixed-point matematik mikrokontrollerna. Det huvudsakligasyftet med en sådan läsning är att förbättra den precision med vilken gravitation uppskattas frånutsignalen från en accelerationsmätare. Potentiella tillämpningar av detta arbete är relativ positionsspårning, kartläggning, positioneringssystem (till exempel inom byggnader eller fordon, därandra befintliga positioneringssystem inte kan arbeta, till exempel tunnlar för GPS).Istället för att bara lågpass-filtrera utsignalen från en accelerationsmätare appliceras uppskattningartill stadiet av yttre krafter påsystemet och spårning av ändringar i dessa krafter presenteras.För att modellera systemet introduceras Kalman-filter och partikelfilter för att analyseras som potentiellalösningar.Det här dokumentet innehåller en diskussion om både Kalman och Partikelfilter, implementationav ett verktyg för att jämföra och validera modeller i syfte att uppskatta gravitationen,en diskussion om effekten av fixed-point matematik för dessa modeller och ett genomförande aven gravitationsuppskattningsalgoritm för mikrokontrollerna utifrån utgången hos en treaxlig accelerometer.Relevant kod finns som bilaga till detta arbete.. Denna avhandling beskriver olika metoder för filtrering av utsignalen från en tre-axlig accelerationsm ätare för orientering i ledigt utrymme, det vill säga att finna en sensors orientering i förhållande till tyngdkraften. Den plattform detta orienteringssystem ska utvecklas för är en högeffektiv mikro-processor med fixed-point matematik, därför är även matematisk operationsprecision och efiektivitet faktorer som måste beaktas i detta arbete. Detta är ett förberedande arbete där målet är att analysera möjliga filtreringslösningar för fri utrymmesorientering med en tre-axlig accelerationsmätare, utveckla ett verktyg för att validera teoretisk analys, studera konsekvenserna av att använda begränsad precisionsmatematik både algoritmerna och implementera en filtreringslösning för mikroprocessorerna. Målet med att finna orienteringen med hjälp av utsignalen från en accelerationsmätare och utan a priori-information är bedrägligt enkel: I avslappnat tillstånd och inom interna system är utgången hos en tre-axlig accelerationsmätare och tyngdkraftens riktning densamma, när den hypotesen är borttagen visar mätningar att utgång av accelerometern inkluderar både gravitation och acceleration pågrund av yttre påfrestningarna påsystemet. Bidragen från denna uppsats är en diskussion om möjliga lösningar för orientering i fritt utrymme med orestriktiva förutsättningar genom användning av en accelerationsmätare, och ett genomförande av en sådan lösning för fixed-point matematik mikrokontrollerna. Det huvudsakliga syftet med en sådan läsning är att förbättra den precision med vilken gravitation uppskattas från utsignalen från en accelerationsmätare. Potentiella tillämpningar av detta arbete är relativ positionssp årning, kartläggning, positioneringssystem (till exempel inom byggnader eller fordon, där andra befintliga positioneringssystem inte kan arbeta, till exempel tunnlar för GPS). Istället för att bara lågpass-filtrera utsignalen från en accelerationsmätare appliceras uppskattningar till stadiet av yttre krafter påsystemet och spårning av ändringar i dessa krafter presenteras. För att modellera systemet introduceras Kalman-filter och partikelfilter för att analyseras som potentiella lösningar. Det här dokumentet innehåller en diskussion om både Kalman och Partikelfilter, implementation av ett verktyg för att jämföra och validera modeller i syfte att uppskatta gravitationen, en diskussion om effekten av fixed-point matematik för dessa modeller och ett genomförande av en gravitationsuppskattningsalgoritm för mikrokontrollerna utifrån utgången hos en treaxlig accelerometer. Relevant kod finns som bilaga till detta arbete.. / Este documento presenta y discute diferentes soluciones para filtrar la señal de salida de un acelerómetro triaxial con el objetivo de conocer su orientación en el espacio libre, es decir, estimar la orientacifion del senson en relación con la gravedad. La plataforma sobre la cual estos algoritmos han de ser desplegados es un microcontrolador de bajo consumo y alta eficiencia, TI MSP430, por ello, la eficiencia y la precisión de las operaciones matemáticas en los diferentes algoritmos son también tratadas en este documento. Éste es un trabajo de exploración cuyos objectivos son el análisis de soluciones para el filtrado de la señal de un acelerómetro triaxial, el desarrollo de una herramienta para la validación del análisis teórico, el estudio de la repercusión sobre los algoritmos de filtrado de la limitada precisión en las operaciones matemáticas, y la implementación de una solución de filtrado para el microcontrolador MSP430 de Texas Instruments. Encontrar la orientación de un sensor con la señal de salida de un acelerómetro es un abjetivo relativamente complejo: mientras el sensor están estacionario, la señal de salida es la orientación, pero cuando fuerzas externas son aplicadas sobre el sensor, estas fuerzas contribuyen como ruido al problema que se presenta. Las contribuciones de este documento son una discusión sobre potenciales soluciones para el filtrado de la señal de un acelerómetro triaxial para la orientación en el espacio libre, y una implementación de una solución para el microcontrolador MSP430, plataforma popular para el proceso digital de señales. La principal misión de esta implementación es la mejora de la precisión con la que se estima la dirección de la gravedad mediante el uso de un acelerómetro triaxial. Aplicaciones potenciales están relacionadas con seguimiento de posición, mapeado, sistemas de posicionamiento (por ejemplo, dentro de vehiculos o edificios donde otros sistemas no funcionarían, como por ejemplo GPS en un túnel). En lugar de un simple filtro paso bajo para eliminar el ruido introducido por fuerzas externas, estimaciones del estado de las fuerzas externas y filtros para el seguimiento de las mismas son presentados en este documento. Para modelar dicho sistema, se introcucen el filtro de Kalman y el filtro de Partículas, y ambos se analizan como soluciones para este problema. Este documento incluye una discusión de ambos tros, la implementacion de una herramienta de validación para los mismos, anfialisis del efecto de la introducción de álgebra de punto fijo sobre los modelos, y una implementacion del sistema para el MSP430 de Texas Instruments. El código relevante de este trabajo se incluye como apéndice a este trabajo.

[ES] El tema de la investigación se centra en técnicas avanzadas para manejar problemas de aguas subterráneas y superficiales relacionados con métodos inversos y cambio climático. Los filtros de Kalman, con especial atención en Ensemble Smoother with Multiple Data Assimilation (ES-MDA), se analizan y mejoran para la solución de diferentes tipos de problemas inversos. En particular, la principal novedad es la aplicación de estos métodos para la identificación de series temporales. La primera parte de la tesis, luego de la descripción del método, presenta el desarrollo de un software escrito en Python para la aplicación de la metodología propuesta. El software cuenta con un flujo de trabajo flexible que puede adaptarse fácilmente para implementar diferentes variantes del filtro de Kalman y ser aplicado para la solución de varios tipos de problemas. Un paquete de herramientas proporciona varias funcionalidades que permiten de configurar el algoritmo de acuerdo con el problema específico analizado. La primera aplicación se refiere a la solución del problema inverso de flujo en ríos. Este es un procedimiento inverso destinado a estimar el flujo de entrada a un sistema hidráulico en función de información recopilada abajo. El procedimiento se prueba mediante dos ejemplos sintéticos y un estudio de caso real; se investiga el impacto de los tamaños de los conjuntos y la aplicación de técnicas de localización e inflación de covarianzas. Los resultados muestran la capacidad del método propuesto de resolver este tipo de problemas; el rendimiento de ES-MDA mejora, especialmente para tamaños de conjuntos pequeños, cuando se aplican técnicas de inflación y localización de covarianza. La segunda aplicación en el campo de las aguas superficiales se refiere a la calibración de un modelo hidrológico-hidráulico que simula los mecanismos de formación de eventos de inundación. ES-MDA se acopla al modelo numérico de forma paralela para la estimación de los coeficientes de rugosidad e infiltración en base al conocimiento de un hidrograma de flujo en una sección del dominio. Los resultados de dos casos sintéticos y un estudio de caso real demuestran la capacidad del método propuesto para calibrar el modelo hidrológico-hidráulico con un tiempo computacional razonable. En el campo de aguas subterráneas, ES-MDA se aplica por primera vez para identificar simultáneamente la ubicación de la fuente y el historial de liberación de un contaminante en un acuífero a partir de datos de concentración detectados en diferentes puntos del dominio. Se realizaron numerosas pruebas para evaluar la influencia de la distribución espacial y temporal de los datos de concentración, el número del conjunto y el uso de técnicas de localización e inflación; además, se presenta un nuevo procedimiento para realizar una localización iterativa espacio-temporal. La metodología se valida mediante un ejemplo analítico y un estudio de caso que utiliza datos obtenidos en el laboratorio mediante una caja de arena. ES-MDA conduce a una buena estimación de los parámetros investigados; una red de monitoreo bien diseñada y la aplicación de correcciones de covarianza mejoran el rendimiento del método y ayudan a mitigar el posible problema de no unicidad de la solución. Otro propósito de la tesis es investigar el efecto del cambio climático en las aguas subterráneas. Se presenta un modelo simplificado que describe la respuesta de los niveles de agua subterránea a las variables meteorológicas hasta 2100. Es un enfoque estadístico sencillo basado en las correlaciones entre los niveles de agua subterránea y dos índices de sequía que dependen de los datos de precipitación y temperatura. El método se utiliza para evaluar el impacto del cambio climático en los recursos de agua subterránea en un área de estudio ubicada en el norte de Italia utilizando datos históricos y de modelos climáticos regionales. Los resultados m / [CA] El tema de la investigació se centra en tècniques avançades per a manejar problemes d'aigües subterrànies i superficials relacionats amb mètodes inversos i canvi climàtic. Els filtres de Kalman, amb especial atenció en Ensemble Smoother with Multiple Data Assimilation (ES-MDA), s'analitzen i milloren per a la solució de diferents tipus de problemes inversos. En particular, la principal novetat és l'aplicació d'aquests mètodes per a la identificació de sèries temporals. La primera part de la tesi presenta el desenvolupament d'un programari escrit en Python per l'aplicació de la metodologia presentada. El programari compta amb un flux de treball flexible que pot adaptar-se fàcilment per a implementar diferents variants del filtre de Kalman i ser aplicat per a la solució de diversos tipus de problemes. Un paquet complementar d'eines proporciona diverses funcionalitats que permeten de configurar l'algorisme d'acord amb el problema específic analitzat. La primera aplicació es un nou enfocament per la solució del problema invers de flux en rius. Aquest és un procediment invers destinat a estimar el flux d'entrada a un sistema hidràulic en funció d'informació recopilada aigües avall. El procediment es prova mitjançant dos exemples sintètics i un estudi de cas real; s'investiga l'impacte de les grandàries dels conjunts i l'aplicació de tècniques de localització i inflació de covariàncies. Els resultats mostren la capacitat del mètode proposat de resoldre aquest tipus de problemes; el rendiment de ES-MDA millora, especialment per a grandàries de conjunts xicotets, quan s'apliquen tècniques d'inflació i localització de covariància. La segona aplicació en el camp de les aigües superficials es refereix al calibratge d'un model hidrològic-hidràulic que simula els mecanismes de formació d'esdeveniments d'inundació a partir de sollicitació hidrometeorológicas i la seua posterior propagació. ES-MDA s'acobla al model numèric de manera paral·lela per l'estimació dels coeficients de rugositat i infiltració sobre la base del coneixement d'un hidrograma de flux en una secció del domini. Els resultats de dos casos sintètics i un estudi de cas real demostren la capacitat del mètode proposat per calibrar el model hidrològic-hidràulic amb un temps computacional raonable. En el camp d'aigües subterrànies, ES-MDA s'aplica per primera vegada per identificar simultàniament la ubicació de la font i l'historial d'alliberament d'un contaminant en un aqüífer a partir d'un conjunt de dades de concentració detectats en diferents punts del domini. Es van realitzar nombroses proves per avaluar la influència de la distribució espacial i temporal de les dades de concentració, el número del conjunt i l'ús de tècniques de localització i inflació; a més, es presenta un nou procediment per realitzar una localització iterativa espaciotemporal. La metodologia es valguda mitjançant un exemple analític i un estudi de cas per al qual s'utilitzen dades obtingudes en el laboratori mitjançant una caixa d'arena. ES-MDA condueix a una bona reconstrucció dels paràmetres investigats; una xarxa de monitoratge ben dissenyada i l'aplicació de correccions de covariància milloren el rendiment del mètode i ajuden a mitigar el possible problema de no unicitat de la solució. Un altre propòsit de la tesi és investigar l'efecte del canvi climàtic en les aigües subterrànies. Es presenta un model simplificat que descriu la resposta dels nivells d'aigua subterrània a les variables meteorològiques fins a 2100. És un enfocament estadístic senzill basat en les correlacions entre els nivells d'aigua subterrània i dos índexs de sequera que depenen de les dades de precipitació i temperatura. El mètode s'utilitza per a avaluar l'impacte del canvi climàtic en els recursos d'aigua subterrània en una àrea d'estudi situada en el nord d'Itàlia utilitzant dades històriques i de models climàtics regionals. / [EN] This work focuses on the investigation of advanced techniques to handle groundwater and surface water problems in the framework of inverse methods and climate change. The Ensemble Kalman filter methods, with particular attention to the Ensemble Smoother with Multiple Data Assimilation (ES-MDA), are extensively analyzed and improved for the solution of different types of inverse problems. In particular, the main novelty is the application of these methods for the identification of time series function. In the first part of the thesis, after the description of the ES-MDA method, the development of a Python software package for the application of the proposed methodology is presented. It is designed with a flexible workflow that can be easily adapted to implement different variants of the Ensemble Kalman filter and to be applied for the solution of various types of inverse problems. A complemented tool package provides several functionalities that allow to setup the algorithm configuration suiting the specific analyzed problem. The first novelty application of the ES-MDA method aimed at solving the reverse flow routing problem. The objective of the inverse procedure is the estimation of an unknown inflow hydrograph to a hydraulic system on the basis of information collected downstream and a given forward routing model that relates inflow hydrograph and downstream observations. The procedure is tested by means of two synthetic examples and a real case study; the impact of ensemble sizes and the application of covariance localization and inflation techniques are also investigated. The tests show the capability of the proposed method to solve this type of problem; the performance of ES-MDA improves, especially for small ensemble sizes, when covariance localization and inflation techniques are applied. The second application, in the context of surface water, concerns the calibration of a hydrological-hydraulic model that simulates rainfall-runoff processes. The ES-MDA is coupled with the numerical model by parallel way for the estimation of roughness and infiltration coefficients based on the knowledge of a discharge hydrograph at the basin outlet. The results of two synthetic tests and a real case study demonstrate the capability of the proposed method to calibrate the hydrological-hydraulic model with a reasonable computational time. In the groundwater field, ES-MDA is applied for the first time to simultaneously identify the source location and the release history of a contaminant spill in an aquifer from a sparse set of concentration data collected in few points of the aquifer. The impacts of the concentration sampling scheme, the ensemble size and the use of covariance localization and covariance inflation techniques are tested; furthermore, a new procedure to perform a spatiotemporal iterative localization is presented. The methodology is tested by means of an analytical example and a study case that uses real data collected in a laboratory sandbox. ES-MDA leads to a good estimation of the investigated parameters; a well-designed monitoring network and the use of covariance corrections improve the performance of the method and help to minimize ill-posedness and equifinality. A part of the thesis investigates the impact of climate change on the groundwater availability. A surrogate model that describes the response of groundwater levels to meteorological variables up to 2100 is presented. It is a simple statistical approach based on the correlations between groundwater levels and two drought indices that depend on precipitation and temperature data. The presented method is used to evaluate the impact of climate change on groundwater resources in a study area located in Northern Italy using historical and regional climate model data. The results denote a progressive increase of groundwater droughts in the investigated area. / Todaro, V. (2021). Advanced techniques for solving groundwater and surface water problems in the context of inverse methods and climate change [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/166439 / TESIS

[pt] Atualmente cresce o interesse científico e industrial na elaboração de métodos de controle não lineares. Porém, estes modelos costumam ter difícil implementação e um custo elevado até que se obtenha uma ferramenta de controle confiável. Desta forma, estudos na área de métodos de apoio à decisão procuram desenvolver aplicações inteligentes com custos reduzidos, capazes de executar controles industriais avançados com excelentes resultados, como no caso da indústria petroquímica. Na destilação de derivados de petróleo, por exemplo, é comum fazer uso de análises laboratoriais de amostras para identificar se uma substância está com suas características físico-químicas dentro das normas internacionais de produção. Além disso, o laudo pericial desta análise permite regular os instrumentos da planta de produção para que se consiga um controle mais acurado do processo e, conseqüentemente, um produto final com maior qualidade. Entretanto, apesar da análise laboratorial ter maior acurácia nos resultados que avaliam a qualidade do produto final, exige, às vezes, muitas horas de análise, o que retarda o ajuste dos equipamentos de produção, reduzindo a eficiência do processo e aumentando o tempo de produção de certos produtos, que precisam ter sua composição, posteriormente, corrigida com outros reagentes. Outra desvantagem está relacionada aos custos de manutenção e calibração dos instrumentos localizados na área de produção, pois, como estes equipamentos estão instalados em ambientes hostis, normalmente sofrem uma degradação acelerada, o que pode gerar leituras de campo erradas, dificultando a ação dos operadores. Em contrapartida, dentre os métodos inteligentes mais aplicados em processos industriais químicos, destacam-se as redes neurais artificiais. Esta estrutura se inspira nos neurônios biológicos e no processamento paralelo do cérebro humano, tendo assim a capacidade de armazenar e utilizar o conhecimento experimental que for a ela apresentado. Apesar do bom resultado que a estrutura de redes neurais gera, existe uma desvantagem relacionada à necessidade de re-treinamento da rede quando o processo muda seu ponto de operação, ou seja, quando a matériaprima sofre algum tipo de mudança em suas características físico-químicas. Como solução para este problema, foi elaborado um método híbrido que busca reunir as vantagens de uma estrutura de redes neurais com a habilidade de um filtro estocástico, conhecido por filtro de Kalman estendido. Em termos práticos, o filtro atua em cima dos pesos sinápticos da rede neural, atualizando os mesmos em tempo real e permitindo assim que o sistema se adapte constantemente às variações de mudança de processo. O sistema também faz uso de pré-processamentos específicos para eliminar ruídos dos instrumentos de leitura, erros de escalas e incompatibilidade entre os sinais de entrada e saída do sistema, que foram armazenados em freqüências distintas; o primeiro em minutos e o segundo em horas. Além disso, foram aplicadas técnicas de seleção de variáveis para melhorar o desempenho da rede neural no que diz respeito ao erro de inferência e ao tempo de processamento. O desempenho do método foi avaliado em cada etapa elaborada através de diferentes grupos de testes utilizados para verificar o que cada uma delas agregou ao resultado final. O teste mais importante, executado para avaliar a resposta da metodologia proposta em relação a uma rede neural simples, foi o de mudança de processo. Para isso, a rede foi submetida a um grupo de teste com amostras dos sinais de saída somados a um sinal tipo rampa. Os experimentos mostraram que o sistema, utilizando redes neurais simples, apresentou um resultado com erros MAPE em torno de 1,66%. Por outro lado, ao utilizar redes neurais associadas ao filtro de Kalman estendido, o erro cai à metade, ficando em torno de 0,8%. Isto comprova que, além do filtro de Kalman não destruir a qualidade da rede neural original, ele consegue adaptá-la a mudanças de processo, permitindo, assim, que a variável de saída seja inferida adequadamente sem a necessidade de retreinamento da rede. / [en] Nowadays, scientific and industrial interest on the development of nonlinear control systems increases day after day. However, before these models become reliable, they must pass through a hard and expensive implementation process. In this way, studies involving decision support methods try to develop low cost intelligent applications to build up advanced industrial control systems with excellent results, as in the petrochemical industry. In the distillation of oil derivatives, for example, it is very common the use of laboratorial sample analysis to identify if a substance has its physical- chemistry characteristics in accordance to international production rules. Besides, the analyses results allow the adjustment of production plant instruments, so that the process reaches a thorough control, and, consequently, a final product with higher quality. However, although laboratory analyses are more accurate to evaluate final product quality, sometimes it demands many hours of analysis, delaying the adjustments in the production equipment. In this manner, the process efficiency is reduced and some products have its production period increased because they should have its composition corrected with other reagents. Another disadvantage is the equipments´ maintenance costs and calibration, since these instruments are installed in hostile environments that may cause unaccurate field measurements, affecting also operator´s action. On the other hand, among the most applied intelligent systems in chemical industry process are the artificial neural networks. Their structure is based on biological neurons and in the parallel processing of the human brain. Thus, they are capable of storing and employing experimental knowledge presented to it earlier. Despite good results presented by neural network structures, there is a disadvantage related to the need for retraining whenever the process changes its operational point, for example, when the raw material suffers any change on its physical-chemistry characteristics. The proposed solution for this problem is a hybrid method that joins the advantages of a neural network structure with the ability of a stochastic filter, known as extended Kalman filter. This filter acts in the synaptic weights, updating them online and allowing the system to constantly adapt itself to process changes. It also uses specific pre-processing methods to eliminate scale mistakes, noises in instruments readings and incompatibilities between system input and output, which are measured with different acquisition frequencies; the first one in minutes and the second one in hours. Besides, variable selection techniques were used to enhance neural network performance in terms of inference error and processing time. The method´s performance was evaluated in each process step through different test groups used to verify what each step contributes to the final result. The most important test, executed to analyse the system answer in relation to a simple neural network, was the one which simulated process changes. For that end, the network was submitted to a test group with output samples added to a ramp signal. Experiments demonstrated that a system using simple neural networks presented results with MAPE error of about 1,66%. On the other hand, when using neural networks associated to an extended Kalman filter, the error decreases to 0,8%. In this way, it´s confirmed that Kalman filter does not destroy the original neural network quality and also adapts it to process changes, allowing the output inference without the necessity of network retraining.

[ES] Como parte de los métodos de asimilacíon de datos, los métodos basados en conjuntos han ganado popularidad en hidrogeología dada su capacidad para manejar grandes cantidades de datos observados simultáneamente. Recientemente, se ha comenzado a emplear este método para la identificacíon de fuentes de contaminacíon en casos sintéticos. Basándonos en estos trabajos anteriores, hemos dado un paso adelante evaluando su rendimiento en experimentos de tanque de laboratorio. La tesis se puede dividir en cuatro partes. En la primera parte, el filtro de Kalman de conjuntos con reinicio (r-EnKF) se utiliza para la identificacíon espacio-temporal de una fuente puntual de contaminantes en un experimento en tanque de laboratorio, junto con la identificacíon de la posicíon y longitud de una placa vertical insertada en el tanque que modifica la geometría del sistema. Los resultados muestran que el r-EnKF es capaz de identificar tanto la fuente como los parámetros relacionados con la geometría del acuífero. La segunda parte muestra una aplicacíon del filtro de Kalman de conjuntos con anamorfosis normal y reinicio (NS-EnKF) y con inflacíon de la covarianza en un experimento de laboratorio con conductividad heterogénea. El método se prueba primero utilizando un caso sintético que imita el experimento del tanque para establecer el número mínimo de miembros del conjunto y la mejor técnica para evitar el colapso del filtro. Luego, su aplicacíon a los datos del tanque muestra que el NS-EnKF con reinicio puede beneficiarse de la inflacíon de Bauser para reducir el tama ñ o del conjunto y llegar a una buena identificacíon conjunta tanto de la fuente de contaminantes como de la heterogeneidad espacial de las conductividades. En la tercera parte, el filtro de Kalman de conjuntos suavizado con asimilacíon múltiple de datos (ES-MDA) se emplea para la identificacíon simultánea de una fuente de contaminantes y la distribucíon espacial de la conductividad hidráulica utilizando el r-EnKF como punto de referencia. El resultado muestra que el ES-MDA puede superar al r-EnKF, marginalmente, para el caso sintético específico analizado con el mismo consumo de CPU, y puede funcionar mucho mejor que el r-EnKF a cambio de un mayor costo de CPU. La cuarta y última parte investiga el rendimiento del ES-MDA en un problema de identificacíon de una inyeccíon de contaminante que varía en el tiempo. Se analiza la influencia de diferentes intervalos de observacíon y esquemas de inflacíon de la covarianza en la determinacíon de la curva de inyeccíon. El resultado muestra que el ES-MDA funciona muy bien en la identificacíon de la curva de inyeccíon cuando la discretizacíon de la misma no es muy alta, pero encuentra problemas de fluctuacíon en los casos con discretizaciones altas. La frecuencia con la que se muestrean los datos de observacíon es un factor influyente, mientras que el número de iteraciones o los métodos de inflacíon de la covarianza tienen menos efecto. / [CA] Com a part dels mètodes d'assimilació de dades, els mètodes basats en conjunts han guanyat popularitat en hidrogeologia donada la seua capacitat per a manejar grans quantitats de dades observades simultàniament. Recentment, s'ha començat a emprar aquest mètode per a la identificació de fonts de contaminació en casos sintètics. Basant-nos en aquests treballs anteriors, hem fet un pas avant avaluant el seu rendiment en experiments de tanc de laboratori. La tesi es pot dividir en quatre parts.En la primera part, el filtre de Kalman de conjunts amb reinici (r-EnKF) s'utilitza per a la identificació espaciotemporal d'una font puntual de contaminants en un experiment en tanc de laboratori, juntament amb la identificació de la posició i longitud d'una placa vertical inserida en el tanc que modifica la geometria del sistema. Els resultats mostren que el r-EnKF és capaç d'identificar tant la font com els paràmetres relacionats amb la geometria de l'aqüífer. La segona part mostra una aplicació del filtre de Kalman de conjunts amb anamorfosis normal i reinici (NS-EnKF) i amb inflació de la covariància en un experiment de laboratori amb conductivitat heterogènia. El mètode es prova primer utilitzant un cas sintètic que imita l'experiment del tanc per a establir el nombre mínim de membres del conjunt i la millor tècnica per a evitar el col·lapse del filtre. Després, la seua aplicació a les dades del tanc mostra que el NS-EnKF amb reinici pot beneficiar-se de la inflació de Bauser per a reduir la grandària del conjunt i arribar a una bona identificació conjunta tant de la font de contaminants com de l'heterogeneïtat espacial de les conductivitats. En la tercera part, el filtre de Kalman de conjunts suavitzat amb assimilació múltiple de dades (ES-MDA) s'empra per a la identificació simultània d'una font de contaminants i la distribució espacial de la conductivitat hidràulica utilitzant el r-EnKF com a punt de referència. El resultat mostra que l'ES-MDA pot superar al r-EnKF, marginalment, per al cas sintètic específic analitzat amb el mateix consum de CPU, i pot funcionar molt millor que el r-EnKF a canvi d'un major cost de CPU. La quarta i última part investiga el rendiment de l'ES-MDA en un problema d'identificació d'una injecció de contaminant que varia en el temps. S'analitza la influència de diferents intervals d'observació i esquemes de inflació de la covariància en la determinació de la corba d'injecció. El resultat mostra que l'ES-MDA funciona molt bé en la identificació de la corba d'injecció quan la discretització no és massa alta, però troba problemes de fluctuació amb discretitzacions massa fines. La freqüència amb la qual es mostregen les dades d'observació és un factor influent en aquesta aplicació, mentre que el nombre d'iteracions o els mètodes d'inflació de la covariància tenen menys efecte. / [EN] As part of the data assimilation methods, the ensemble-based methods have gained popularity in hydrogeology given their ability to deal with huge amounts of observed data simultaneously. More recently, researchers have started to employ these methods to deduce contamination source information in synthetic cases. Based on these previous work, we take a step further to evaluate their performance in sandbox experiments. The main objective of this thesis is to verify the capacity of the ensemble-based methods in identifying contaminant sources and complex geological heterogeneity. The thesis could be divided into four parts. In the first part, the restart ensemble Kalman filter (r-EnKF) is used for the spatiotemporal identification of a point contaminant source in a sandbox experiment, together with the identification of the position and length of a vertical plate inserted in the sandbox that modifies the geometry of the system. The results show that the r-EnKF is capable of identifying both contaminant source information and aquifer-geometry-related parameters. The second part shows an application of the restart normal-score ensemble Kalman filter (NS-EnKF) with covariance inflation in a heterogenous conductivity laboratory experiment. The method is first tested using a synthetic case that mimics the sandbox experiment to establish the minimum number of ensemble members and the best technique to prevent filter collapse. Then, its application to the sandbox data shows that the restart NS-EnKF can benefit from Bauser's inflation to reduce the ensemble size and to arrive to a good joint identification of both the contaminant source and the spatial heterogeneity of conductivities. In the third part, the ensemble smoother with multiple data assimilation (ES-MDA) is employed for the simultaneous identification of a contaminant source and the spatial distribution of hydraulic conductivity while using the r-EnKF as a benchmark. The outcome shows that the ES-MDA is able to outperform the r-EnKF, marginally, for the specific synthetic case analyzed with almost the same CPU consumption, and it can perform far better than the r-EnKF just with a cost of larger CPU usage. The forth and last part investigates the performance of the ES-MDA in a time-varying release history identification problem. The influence of different observation intervals and inflation factor schemes on the determination of the release curve are discussed. The outcome shows that the ES-MDA performs great in recovering release history when the history curve is discretized in not too many steps, and that it fails when the discretization is large. The frequency at which observation data are sampled is an influential factor in this application, while the number of iterations or the inflation scheme have less effect. / Thanks to the institutions that financed my studies. The support to carry out my work was received from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness through project CGL2014-59841-P, and from the Spanish Ministry of Education, Culture and Sports through a fellowship for the mobility of professors in foreign research and higher education institutions to my supervisor, reference PRX17/00150 / Chen, Z. (2020). Stochastic Identification of Pollutant Sources in Aquifers by the Ensemble Kalman Filter [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160628 / TESIS

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nayara Szymanski.pdf: 2166541 bytes, checksum: d5ebf09357be44af458b98aeeb5d43bc (MD5) Previous issue date: 2011-02-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Aquatic macrophytes are known to remove heavy metals from the surface by adsorption or absorption and incorporate them into systems, in different ways. The main objective of this work is to study the multicomponent bioaccumulation of copper and lead by the living aquatic macrophyte Eicchornia crassipes. The experiments were performed in triplicate using about 30g healthy young plants and 5L Clark s hydroponic solution doped with non-toxic concentration of copper and lead metals combined. All experiments have been carried out in a greenhouse, for 20 days, monitoring the loss of water volume and adding deionized water as it was needed. Samples were performed in predetermined collection times (2, 4, 7, 12 and 20 days) to determined the metal content by the synchrotron radiation reflection X-ray fluorescence technique (SR-TXRF), and the measurements of SR-TXRF were performed at the Brazilian Light Synchrotron Laboratory (LNLS). It was observed that at least 90% metal concentration was removed of all experiments by bioaccumulation process, this indicates that the adsorption process is quick in roots, but slow if accumulation process takes place in aerial parts. The kinetics of biosorption that better fits the experimental data was Irreversible Langmuir for Cu and Pb, and Pseudo-first order and Pseudo-second order for Cu and Pb, respectively at the multicomponent experiment. / Macrófitas aquáticas são conhecidas por removerem metais pesados pela superfície, por adsorção ou absorção, e incorporá-los em seu sistema de diversas formas. O objetivo principal deste trabalho é estudar a remoção multicomponente de cobre e chumbo pela macrófita aquática flutuante Eicchornia crassipes viva. Experimentos foram realizados em triplicata, utilizando em média 30 gramas de plantas, jovens e sadias em 5L de solução hidropônica de Clark dosada a uma concentração não tóxica de metais cobre e chumbo em três combinações. Todos os experimentos foram conduzidos em estufa externa, durante 20 dias, monitorando-se o nível do volume de água pela adição de água deionizada quando necessário. Coletas de amostras foram feitas em tempos pré-determinados (2, 4, 7, 12 e 20 dias). A determinação das quantidades de metais foi feita utilizando-se da técnica de espectroscopia de Raios-X por Reflexão Total (SR-TXRF), e as medidas de SR-TXRF foram efetuadas no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS). Foi observada redução de até 90% nos valores de concentração dos metais, nos experimentos realizados, indicando que cobre e chumbo foram removidos pela macrófita pelo processo de bioacumulação, ou seja, rápida adsorção pelas raízes e um lento processo de acumulação nas partes aéreas. As cinéticas de biossorção que melhor ajustaram-se aos dados experimentais foram de Langmuir Irreversível para Cu e Pb, e de Pseudo-primeira ordem e Pseudo-segunda ordem para Cu e Pb, respectivamente no experimento multicomponente.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-07-21T14:26:57Z No. of bitstreams: 1 marciodocarmobarbosaponciliorodrigues.pdf: 24085481 bytes, checksum: a2ce2552f002816f01354d228d257f85 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-09T13:18:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marciodocarmobarbosaponciliorodrigues.pdf: 24085481 bytes, checksum: a2ce2552f002816f01354d228d257f85 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T13:18:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marciodocarmobarbosaponciliorodrigues.pdf: 24085481 bytes, checksum: a2ce2552f002816f01354d228d257f85 (MD5) Previous issue date: 2014-11-20 / A gradativa substituição da atual frota de veículos de motor de combustão interna por veículos elétricos (VEs) pode ser vista como um importante fator para a melhoria das condições ambientais nos centros urbanos, uma vez que possibilita a redução das emissões de poluentes atmosféricos nocivos à saúde humana. Os conversores estáticos existentes no sistema de propulsão de veículos puramente elétricos e híbridos "plug-in" podem ser utilizados para funções adicionais, diferentes da tração elétrica. Com poucas adaptações nos circuitos eletrônicos do VE é possível integrar funções como recarga de baterias, geração distribuída de energia elétrica e compensação de reativos. Este tipo de aplicação é particularmente interessante no contexto de redes inteligentes de energia elétrica (smart grids). Esta integração de funcionalidades ao VE, além de permitir a redução de custos e economia de recursos naturais, poderá resultar em retorno financeiro aos proprietários destes veículos pela prestação de serviços auxiliares ao sistema elétrico. Neste trabalho é proposta a utilização de veículos elétricos na compensação de harmônicos de corrente e de potência reativa em instalações elétricas residenciais e comerciais, utilizando o próprio sistema de propulsão do VE para operar como filtro ativo de potência, o que pode ser realizado de forma simultânea à recarga do banco de baterias do VE ou durante seu uso como unidade de geração distribuída de ener-gia elétrica (operação no modo V2G, vehicle-to-grid). Sendo o padrão de conexão de VEs à rede de energia elétrica atualmente adotado pela maior parte dos fabricantes de automóveis elétricos baseado em alimentação monofásica (com possibilidade de alimen-tação bifásica), é explorada, neste trabalho, a utilização de um VE na compensação de cargas monofásicas e bifásicas, em condições típicas de instalações elétricas residenciais e comerciais, de forma compatível a tal padrão. A inclusão desta funcionalidade aos VEs pode contribuir para a redução do impacto da eletrificação veicular no sistema elétrico, pois com a diminuição do fluxo de potência reativa e harmônica na rede elé-trica, torna-se maior a sua capacidade disponível para transporte de potência ativa, facilitando o suprimento de energia a novas cargas (que podem ser os próprios VEs). / The gradual replacement of the current internal combustion engine vehicles by elec-tric vehicles (EVs) comes up as being an important factor to the improvement of urban centers environmental conditions, since it enables reduction on the emissions of atmo-spheric pollutants harmful to human health. Additional tasks, apart from traction, can be performed by battery and plug-in hybrid electric vehicle powertrain on-board power electronic converters. It is possible to integrate functions such as battery charge, electric distributed power generation and reactive power compensation with few modifications on the EV electronics circuitry. This kind of application is especially interesting under the context of smart grids. The integration of these additional functions to an electric vehicle is a very desirable feature, since it can result on cost reduction (in comparison to the separated implementation of the integrated functions) and revenue to the owner of the vehicle by providing ancillary services to the electric power system. This work proposes the application of electric vehicles on the compensation of cur-rent harmonic components and reactive power in residential and commercial electricity networks by means of the integration of a shunt active power filter (APF) into their powertrain electronics circuitry, which can simultaneously operate with the EV bat-tery pack charging or during its use as an electric distributed power generator unit (vehicle-to-grid, V2G, operation mode). Since the EV grid connection standard cur-rently adopted by electric automobiles manufacturers is based on a single-phase power supply system (with a possible two-phase power supply connection), this work focuses on the application of an electric vehicle in the compensation of single-phase and two-phase loads under residential and commercial electricity networks typical conditions, in order to meet the compliance to the requirements of such standard. The inclusion of this functionality to EVs can contribute on the reduction of vehicular electrification impact on the electric power system, since the decrease of reactive and harmonic power flow into the grid results in higher available capacity of active power flow in the power conductors, which allows to supply electricity to new electric loads (that can be the EVs themselves).

Cada vez mais robôs móveis autônomos estão sendo utilizados em diversas tarefas e em ambientes com elevado risco para atividades humanas que a paralisação de suas atividades podem gerar outros riscos, perdas e elevados custos. Assim, o estado de carga (SOC) de sistemas de baterias em robôs móveis autônomos é um parâmetro importante na prevenção de uma falha primária nessa aplicação, a ausência de energia. Este trabalho apresenta os métodos existentes na literatura para a determinação do estado de carga de baterias e as tecnologias de baterias disponíveis utilizadas em robôs móveis autônomos ou veículos autônomos guiados. A partir desses estudos foi desenvolvido um modelo de medida, baseado no modelo combinado e foram realizados testes de bancadas para levantamento dos parâmetros e características de três modelos de células de baterias: Lítio Polímero (Li-PO), Níquel-Cádmio (NiCd) e Lítio-Ferro-Polímero (LiFePO4). Com esses parâmetros, aplicou-se o método de estimativa de carga baseado na técnica do Filtro de Kalman Estendido (EKF). Através dos testes, analisou-se comparativamente a resposta do método proposto e a resposta do método OCV e a capacidade de carga real. / Autonomous mobile robots have being increasingly used in various tasks, environments and activities of high risk to human that the stoppage of its activities may generate other risks, losses and high costs. Thus the state of charge (SOC) of battery systems in autonomous mobile robots, is an important parameter to prevent a primary failure in this application, the lack of energy. The paper presents the existing methods in the literature to determine the battery state of charge and battery commercial technologies available used in an autonomous mobile robot or autonomous guided vehicle, from these studies a measurement model based on combined model was developed and testing benches for three cells models on Lithium Polymer Battery (Li-PO), Nickel Cadmium (NiCd) and lithium-iron-Polymer (LiFePO4) batteries were performed for lifting the parameters and apply the battery state of charge method based on the Extended Kalman Filter (EKF) technique. The tests were analyzed in order to observe the comparatively response of the proposed method, the OCV method and Real charge capacity.