The present work was accomplished in a slope with a pedological system composed of Red Argisol/Gleysol, in a pasture area located in an unit of agricultural production in the municipal district of Santa Maria - RS. It aimed at the characterization morphologic and the physic-hydrical and the discretization of the variability of the loss of soil of the slope. Thirteen aligned profiles were selected in a toposequency, of a total of 57, reconstituted by the polls method. After description the approach of the pedologic system in the thirteen profiles, considering the vertical and lateral succession of the verified horizons, the samples were collected for the chemical and physical-hydrical determinations in laboratory (texture, densities, porosities, retention hydrical and availability of water, saturated hydraulic conductivity and permeability to the air), in three sampling orientations. Furthermore, the soil losses were estimated through the coupling of the Universal Equation of Loss of the Soil - RUSLE, in SIG atmosphere. In the toposequency, three profiles were classified as Gleysol and the others as Red Argisol. Argisols and Gleysols presented variated chemical and physical limitations, producing strong use limitation. The horizons Bt in Argissolos are found in different depths in the studied profiles, implicating different behaviors, depending on the thickness of the horizons upper (suprajacente) The physical-hydrical dynamics of the system is marked by a different behavior among the surface (loam) and the subsurface (clayer), and it should be understood, considering the group of the horizons of each profile, to predict the physical-hydrical behavior of the soil. The saturated hydraulic conductivity of the soil presented a variation along the horizons of the soil profiles in different positions of the landscape, with great differences among the values observed in surface in relation to the ones of the subsurface, identifying the existence of a lateral flow of water in the soil, mainly in the portion of the hillside and its space variation in a topographical sequence. In the podzolic cover, the blockade of vertical drainage occurs in the top of the horizon Bt, generating a more humid zone above. The smallest retention of water in all the profiles occured in the loam horizons, Ap and A1, in all the tensions, while in the deepest horizons, Bt1 and Bt2, there was a larger retention as a consequence of the decrease of the sand tenor and increase of the clay tenor. The transition horizons, AB and BA, presented an intermediate behavior. The available water in the soil for the plants was influenced directly by the texture, which increased with the increment of the sand fraction and it decreases with the increase of the clay fraction. With the drier of the soil the permeability to the air tends to increase due to the drainage of the water of the pores which start to conduct air, being highly dependent of the macroporosity. The animal trampling and the preparation operations promoted an increase of the soil density, resulting in the reduction of the total porosity and of the macroporosity and consequently an increase in the microporosity in the horizons Ap and A1, which suffer the direct effects of the anthropic activity. The methodology application that engagement RUSLE in atmosphere SIG, allowed the discretization of the space variability of the factors that determine the losses, as well as the soil losses in a slope of the Central Depression of RS. / O presente trabalho foi realizado em uma vertente com sistema pedológico composto de Argissolo/Gleissolo, em área de pastagem, localizada em uma unidade de produção agropecuária, no município de Santa Maria RS. Objetivou-se, a caracterização morfológica e físico-hídrica e a discretização da variabilidade das perdas de solo da vertente. Foram selecionados treze perfis alinhados em uma topossequência, de um total de 57, descritos pelo método de tradagem. Após abordagem morfológica do sistema pedológico nos treze perfis, considerando a sucessão vertical e lateral, dos horizontes constatados, procederam-se as coletas de amostras para as determinações químicas e análise granulométricas, e em três orientações de amostragem as determinações físicohídricas (densidades, porosidades, retenção hídrica, condutividade hidráulica do solo saturado e permeabilidade ao ar). Além disso, foi estimada as perdas de solo através do acoplamento da Equação Universal de Perda do Solo RUSLE, em ambiente SIG. Na topossequência, três perfis foram classificados como Gleissolo e os demais como Argissolo Vermelho. Os Gleissolos apresentaram limitações variadas decorrentes do excesso de água e os Argissolos limitações químicas e físicas. O horizonte Bt nos Argissolos, encontra-se em profundidades variadas nos perfis estudados, implicando comportamentos distintos, dependendo da espessura do (s) horizontes (s) suprajacente (s). A dinâmica físico-hídrica do sistema, caracteriza-se por um comportamento distinto entre a superfície (textura média) e a subsuperfície (textura argilosa) devendo ser compreendida, considerando o conjunto dos horizontes de cada perfil, para predizer o comportamento físico-hídrico do solo. A condutividade hidráulica do solo apresentou variação ao longo dos horizontes dos perfis de solo em diferentes posições da paisagem, ocorrendo grandes diferenças entre os valores observados em superfície em relação a subsuperfície, identificando-se a existência de fluxo lateral de água no solo, principalmente, na porção da encosta e a sua variação espacial em uma sequência topográfica. Na cobertura argissólica, o bloqueio de drenagem vertical ocorre no topo do horizonte Bt, originando acima deste uma zona mais úmida. A menor retenção de água em todos os perfis ocorreu nos horizontes com textura média, Ap e A1, em todas as tensões, enquanto que nos horizontes mais profundos, Bt1 e Bt2, houve maior retenção, como consequência da diminuição do teor de areia e aumento do teor de argila. Os horizontes de transição, AB e BA, apresentaram um comportamento intermediário. A água disponível no solo para as plantas foi influenciada diretamente pela granulometria, aumentando nos horizontes com maior percentual de areia e diminuindo com o aumento da fração argila. Com o secamento do solo a permeabilidade ao ar tende a aumentar devido à drenagem da água dos poros os quais passam a conduzir maior quantidade de ar, sendo altamente dependente dos macroporos. O pisoteio animal e as operações de preparo promoveram aumento da densidade do solo, resultando na redução da porosidade total e da macroporosidade e consequentemente um aumento na microporosidade nos horizontes Ap e A1, os quais sofrem os efeitos diretos das atividades antrópicas. A aplicação de metodologia que acopla a RUSLE em ambiente SIG, permitiu a discretização da variabilidade espacial dos fatores que influenciam as perdas, bem como as perdas de solo de uma vertente da Depressão Central do RS.

Submitted by Gabriela Lopes (gmachadolopesufpel@gmail.com) on 2016-09-14T18:22:14Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese Juliano Dutra Schmitz.pdf: 9582623 bytes, checksum: f579b0458e2ab6f4ae5579715de842ea (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2016-09-15T19:46:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese Juliano Dutra Schmitz.pdf: 9582623 bytes, checksum: f579b0458e2ab6f4ae5579715de842ea (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-15T19:46:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese Juliano Dutra Schmitz.pdf: 9582623 bytes, checksum: f579b0458e2ab6f4ae5579715de842ea (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2014-12-03 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / A macieira (Malus X domestica Borkh.) apresenta anomalias fisiológicas quando cultivada em regiões de inverno ameno, onde o frio hibernal é insuficiente para superação da dormência. Assim, na presente tese foram estudados três temas de pesquisa. No tema 1 estudou-se a distribuição e fenologia da brotação e crescimento inicial da ramificação primaveril; No tema 2 estudou-se a brotação primaveril através da determinação do status hídrico de gemas laterais e da condutância hidráulica do xilema. O tema 3 realizou-se a análise do comportamento da brotação primaveril de uma cultivar de baixo exigência em frio cultivada em inverno ameno. Para isso, foram montados dois dispositivos experimentais: Experimento 1: realizado em Montpellier/França, onde foram estudadas quatro cultivares de macieira, com diferentes requerimentos em frio (‘Condessa’, ‘Granny Smith’, ‘Royal Gala’ e ‘Starkrimson’), submetidas a dois regimes térmicos (inverno frio, condições naturais de Montpellier; e inverno ameno, temperatura controlada em casa-de-vegetação). Experimento 2: realizado com a cultivar de baixo requerimento em frio ‘Eva’ sob regime térmico hibernal ameno (condição natural de Capão do leão/Brasil). A partir do experimento 1, dois artigos foram redigidos . Conclui-se a partir dos resultados obtidos (artigos 1 e 2) que as temperaturas hibernais têm o principal efeito na distribuição da ramificação ao longo do eixo principal e no tempo para brotação; a presença de folha das plantas submetidas ao regime térmico de inverno ameno não afeta a distribu ição de ramos prolépticos vegetativos; a cultivar exerce efeito no crescimento da ramificação. Com relação ao status hídrico, conclui-se que durante o inverno (período de dormência) as gemas laterais permanecem hidraulicamente isoladas do eixo principal; assim como o potencial de brotação está relacionado a um efeito ramo inteiro (todo eixo principal) do que ao potencial individual de cada gema lateral. Através do experimento 2, um artigo foi elaborado, tendo por objetivo testar a hipótese que a posição em que a gema lateral está localizada sobre o eixo principal têm efeito na brotação primaveril, no conteúdo de água e tamanho das mesmas. Pode-se concluir deste estudo que uma semana antes a brotação, as gemas localizadas na zona distal possuem maior potencial de crescimento (maior frequência de brotação e menor tempo médio para brotação), além de apresentarem maior umidade ponderal e tamanho. / The apple tree (Malus X domestica Borkh.) presents morphological and physiological anomalies when grown in mild winter climates with insufficient winter chilling to overcome winter dormancy. Symptoms are typically delayed and erratic budburst, entailing desynchronized flowering and fruitset and poor agronomic performances. This thesis aimed at gaining more insights on the following issues. Firstly, what are the effects of winter temperatures on axillary burdburst and bud outgrowth, and what are the respective effects of winter temperatures and cultivar?, and secondly, is there a link between the temperature-dependent budburst and bud water status? Works were done in France and Brazil. In France, experiments were carried out in controlled conditions on four apple cultivars characterized by either high chilling (‘Granny Smith’, ‘Royal Gala’, ‘Starkrimson’) or low chilling (‘Condessa’) requirements and were submitted to outdoor-cold and greenhouse-mild winter temperatures. We showed that the actual shoot architecture and budburst resulted from an ordered sequence of events with a pivotal role of winter temperatures on the dormancy completion of individual lateral buds. Endogenous factors related to the cultivar branching pattern overtook the temperature effect on the lateral bud outgrowth. Furthermore, the delayed senescence and subsequent leaf persistence during winter, characterizing the apple tree in the mild winter temperature conditions, had only a weak effect on the topological distribution of budburst and lateral outgrowth. The analyses of bud water status were done on distal buds only, characterized by high budburst frequency in cold winter conditions. We showed that, from endodormancy to the pre-budburst stage, xylem conductance at the stem-to-bud junction did not show consistent changes across cultivars and winter temperature treatments. Bud water potential had negative values, between -4.35 and -2.24 MPa, depending on cultivars and winter temperature treatments. Moreover, whatever the cultivar, there were no significant trends across dates for the effects of winter temperatures on bud water potential and relative water content without a consistent relationship with actual spring budburst frequency. These results suggested that lateral buds were hydraulically isolated from the parent stem during winter until a few days before budburst. The other set of experiments was carried out in Brazil, under mild winter conditions, on the low chilling apple cultivar ‘Eva’. The objectives were to gain more insights on the effect of the position of the over-wintering lateral bud along the whole-parent shoot on bud size and water content. Results highlighted that distal buds were larger and had a higher water content than proximal buds with a strong increase of water content a week before spring budburst. It was concluded that the acrotonic pattern of budburst was mainly established during ecodormancy. As a whole, we showed that spring budburst seemed more related to a whole-shoot effect than to the water status of the individual bud during winter dormancy. Our study substantiated the importance of the whole shoot as an integrated morphological and physiological unit in driving budburst and further growth.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-16T11:02:24Z No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 6134665 bytes, checksum: 349537ae72f568271488022944942fb6 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2015-12-16T11:20:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 6134665 bytes, checksum: 349537ae72f568271488022944942fb6 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-16T11:20:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 6134665 bytes, checksum: 349537ae72f568271488022944942fb6 (MD5) Previous issue date: 2015-02-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O Sistema Interligado Nacional (SIN) apresenta cerca de 150 usinas hidráulicas e o planejamento de médio prazo contempla entre 5 e 10 anos de estudo, a representação do sistema à usinas individualizadas faz com que a resolução do problema seja muito custoso computacionalmente. Para isso, o sistema é representado a partir de sistemas equivalentes de energia. Existe um trabalho anterior onde foi realizado a flexibilização da modelagem do sistema, denominada modelagem híbrida, em que parte do sistema é representado através de sistemas equivalentes de energia e outra é representada à usinas individualizadas com a produtibilidade constante. Desta forma, consegue-se um maior detalhamento nos estudos de médio prazo mantendo a complexidade do sistema em um nível adequado computacionalmente. Este trabalho apresenta a modelagem híbrida entre sistemas equivalentes de energia e à usinas individualizadas, porém, considerando as não linearidades das usinas hidráulicas. As não linearidades das usinas basicamente se dão em relação a variação do nível do reservatório e da vazão defluente (vazão turbinada acrescida da vazão vertida), o que implica diretamente na geração hidráulica. A proposta consiste em modelar a geração hidráulica das usinas (Função de Produção Hidráulica - FPH), que é uma função analítica não linear e não convexa, por uma função linear por partes convexa que represente adequadamente a função de produção hidráulica analítica. Há um trabalho anterior onde a FPH é aproximada por uma função linear por partes em duas etapas, inicialmente a função é aproximada nas dimensões do armazenamento e do turbinamento e, em uma segunda etapa, é adicionado a contribuição do vertimento. Já neste trabalho, a FPH é aproximada por uma função linear por partes obtida em apenas uma etapa para as três dimensões a partir do algoritmo Convex Hull. Assim, é possível resolver o problema de médio prazo considerando parte do sistema representado de forma equivalente e outra parte de forma individualizada considerando a variação da geração hidráulica em função do volume armazenado, vazão turbinada e vertida (se houver influência no canal de fuga). / The National Interconnected Power System (NIPS) presents around 150 hydraulic plants and the medium term planning contemplates between 5 to 10 years of study, the representation of the system to individualized plants makes the problem impracticable in computing; then the system is represented from equivalent systems of energy. There is an alternative of modeling flexibility of the system named hybrid modeling, in which part of the system is represented through equivalent systems of energy and the other is represented to individualized plants with constant productivity. As a consequence, it is obtained greater detail in the long term studies, maintaining the complexity of the system in an adequate level in computing. This paper presents the hybrid modeling between equivalent systems of energy and individualized plants. However, it considers non-linearities on generation of hydraulic plants. The non-linear characteristic on generation function basically comes from the influence of the reservoir level (head term) and the release term (turbinated outflow added to spilled outflow). The suggestion is to model the hydraulic generation of the plants (Hydraulic Production Function - HPF), which is a non-linear and non-convex analytical function, into a convex piecewise linear function that represents appropriately the function of the analytical hydraulic production. It will be described in detail in this paper the technique used to obtain this piecewise linear function by applying the Convex Hull algorithm to guarantee the convexity of this function. To conclude, it is possible to solve the problem of long term considering part of the system represented by equivalent form and the other part in individualized manner considering the variation of the hydraulic generation in relation to the volume stored, turbaned and spilled outflow.

La realización de nuevas infraestructuras para la mejora de la eficiencia global del riego, deben de venir acompañadas de una gestión adecuada, ya que sin ésta no se justifican las grandes inversiones acometidas. Para optimizar el uso de todos los insumos que participan en el riego, agua, energía y fertilizantes, se necesita realizar un seguimiento de todos los procesos en que están implicados, con el fin de detectar los puntos débiles de la gestión y mejorarlos. Dada la gran cantidad de información requerida para ello, resulta recomendable desarrollar un Sistema de Soporte a la toma de Decisiones (DSS). Puesto que la mayoría de la información utilizada es de carácter espacial, los Sistemas de Información Geográfica (SIG) se muestran como la herramienta de trabajo más idónea para ello. En el trabajo desarrollado se describe la metodología seguida para la elaboración de un DSS orientado a la gestión del riego en redes a presión, denominado HuraGIS (Herramientas para el Uso Racional del Agua con el soporte de un GIS). Con este fin se ha diseñado primeramente un modelo de datos relacional, vinculado al propio tiempo con la información espacial. Para su implementación, se han desarrollado una serie de módulos que permiten la captura y edición de los datos, así como su depuración. Otros módulos de la aplicación HuraGIS permiten simular todos los procesos agronómicos del riego. Además, con el fin de reproducir los procesos hidráulicos se ha integrado el módulo de cálculo de EPANET. Finalmente, como herramientas de optimización se han incorporado librerías de programación lineal y de optimización heurística, como son los Algoritmos Genéticos. La metodología desarrollada se ha aplicado a un caso real de estudio, la Comunidad de Regantes de Senyera (Valencia). Para ello se tomaron los datos necesarios en campo y se introdujeron en la aplicación HuraGIS. En una primera fase se realizó un diagnóstico sobre la gestión llevada a cabo durante la campaña de riegos de 2006, media / Jiménez Bello, MÁ. (2008). Integración de los procesos agronómicos e hidráulicos del riego a presión en un entorno SIG para la gestión eficiente de comunidades de regantes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4101

Tesis por compendio / [ES] Uno de los mayores retos para el mercado de bombas de calor geotérmicas es el alto coste asociado a la perforación de los intercambiadores de calor geotérmicos. Conseguir unos intercambiadores de calor geotérmicos más eficientes reduciría dicho coste, ya que sería necesaria una menor longitud de intercambiador para obtener las mismas temperaturas de trabajo en él (misma eficiencia de la bomba de calor). La eficiencia térmica de un intercambiador de calor geotérmico está caracterizada por su resistencia térmica. Dicha resistencia térmica depende de una serie de elementos entre los que se encuentran: propiedades y caudal del fluido que recorre el intercambiador de calor, diámetro de la perforación geotérmica, geometría y materiales de la tubería del intercambiador de calor y las propiedades del material de relleno de la perforación (grouting). Cuanto mayor sea la resistencia térmica del intercambiador de calor, menor será el calor transferido entre el fluido caloportador y el terreno, traduciéndose en una necesidad mayor de longitud de intercambiador enterrado. Por lo tanto, es necesario una reducción de este parámetro al mínimo posible. En consecuencia, el objetivo principal de esta tesis doctoral consiste en, a partir de un modelo analítico comprensivo de cuantificación del impacto de los parámetros anteriores, realizar un estudio detallado para analizar su influencia combinada en la resistencia térmica del intercambiador geotérmico, pero también examinando dicho efecto en otros planos, como costes económicos de ejecución del intercambiador y de explotación (consumo eléctrico de la bomba de calor y costes de bombeo asociados). / [CA] Un dels majors reptes per al mercat de bombes de calor geotèrmiques és l'alt cost associat a la perforació dels bescanviadors de calor geotèrmics. Aconseguir uns bescanviadors de calor geotèrmics més eficients reduiria aquest cost, ja que seria necessària una menor longitud de bescanviador per a obtenir les mateixes temperatures de treball en ell (mateixa eficiència de la bomba de calor). L'eficiència tèrmica d'un bescanviador de calor geotèrmic està caracteritzada per la seva resistència tèrmica. Aquesta resistència tèrmica depèn d'una sèrie d'elements entre els quals es troben: propietats i cabal del fluid que recorre el bescanviador de calor, diàmetre de la perforació geotèrmica, geometria i materials de la canonada del bescanviador de calor i les propietats del material de farciment de la perforació (grouting). Com més gran sigui la resistència tèrmica del bescanviador de calor, menor serà la calor transferida entre el fluid termòfor i el terreny, traduint-se en una necessitat major de longitud de bescanviador enterrat. Per tant, és necessari una reducció d'aquest paràmetre al mínim possible. En conseqüència, l'objectiu principal d'aquesta Tesi Doctoral consisteix en, a partir d'un model analític comprensiu de quantificació de l'impacte dels paràmetres anteriors, realitzar un estudi detallat per a analitzar la seva influència combinada en la resistència tèrmica del bescanviador geotèrmic, però també examinant aquest efecte en altres plans, com a costos econòmics d'execució del bescanviador i d'explotació (consum elèctric de la bomba de calor i costos de bombament). / [EN] One of the biggest challenges for the ground source heat pump market is the high cost associated with drilling geothermal borehole heat exchangers. Achieving more efficient geothermal heat exchangers would reduce this cost, since a shorter exchanger length would be required to obtain the same working temperatures in it (same efficiency of the heat pump). The thermal efficiency of a geothermal heat exchanger is characterized by its borehole thermal resistance. This borehole thermal resistance depends on a number of parameters, mainly: properties and flow rate of the working fluid that flows through the borehole heat exchanger, diameter of the geothermal borehole, geometry and materials of the heat exchanger pipe and the properties of the borehole grouting material. The higher thermal resistance of the heat exchanger, the less heat is transferred between the heat carrier fluid and the ground, resulting in an increased requirement for the length of the buried heat exchanger. Consequently, it is essential to reduce this parameter to the minimum possible. Therefore, the main objective of this Ph. Doctoral Thesis is to carry out, based on a comprehensive analytical model of quantification of the impact of the above mentioned parameters, a detailed study to analyze their combined influence on the thermal resistance of the geothermal borehole, but also exploring this effect in other less researched areas, such as economic costs of running the exchanger and operating it (electricity consumption of the heat pump and associated pumping costs). / This research has received funding from the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation program under grant agreement No [657982], [727583] and [792355]. / Badenes Badenes, B. (2020). Optimización teórico-experimental de sondas de calor para intercambio geotérmico (SGE) según condiciones hidrogeológicas, características geométricas y propiedades de sus materiales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160477 / Compendio

[ES] La industria y la comunidad investigadora están trabajando para desarrollar herramientas y tecnologías que contribuyan a la reducción de emisiones contaminantes. Uno de los sectores afectados por la normativa anticontaminación es el transporte. Nuevas tecnologías están evolucionando, especialmente componentes de los sistemas de inyección, diseño de cámaras de combustión, elementos de postratamiento, la hibridación, entre otros. Los sistemas de reducción catalítica selectiva (SCR) han sido una de las claves para alcanzar los objetivos de las normativas de emisiones, especialmente de Óxidos Nitrosos (NO𝑥). La tecnología SCR se emplea para eliminar los NO𝑥 presentes en los gases de escape de un motor. El proceso de inyección de la solución de urea-agua (UWS) determina las condiciones iniciales para la mezcla y evaporación del fluido en el sistema de reducción catalítica selectiva. Para un correcto funcionamiento, el inyector UWS debe dosificar una cantidad adecuada de líquido en el tubo de escape para evitar la formación de depósitos y garantizar la eficiencia del post-tratamiento. Esta tarea requiere la caracterización hidráulica del inyector y de la evolución del spray. El objetivo de esta tesis es la comprensión de los procesos de inyección de solución urea-agua en condiciones de funcionamiento realistas, similares a las que se encuentran en un tubo de escape de motor. Para ello, este trabajo se centra en el desarrollo de nuevas instalaciones experimentales que permitan realizar la caracterización hidráulica combinando medidas de flujo de cantidad de movimiento y masa inyectada. Posteriormente, el chorro de UWS se visualiza aplicando técnicas ópticas a varios niveles de temperatura y flujo másico de aire, en un banco de pruebas diseñado para este propósito. En cuanto a la caracterización hidráulica del inyector de UWS, el método se basa en medir el flujo de cantidad de movimiento para comprender la influencia de diferentes variables como el fluido inyectado, la presión de inyección, entre otros. Las medidas se realizaron utilizando una instalación experimental desarrollada en CMT-Motores Térmicos para la determinación del flujo de cantidad de movimiento, la cual fue modificada para cumplir con los requisitos de operación de estos inyectores. Además, la masa inyectada se obtiene experimentalmente para las mismas condiciones de funcionamiento. La metodología propuesta permitió calcular el flujo másico de estos atomizadores de baja presión, así como el coeficiente de descarga, que son datos útiles para futuras actividades de modelado. Se diseñó una instalación experimental para estudiar la atomización del fluido UWS en condiciones similares a las del tubo de escape del motor. La evolución del spray se caracterizó desde el punto de vista macroscópico, desarrollando una metodología para la determinación de la penetración y del ángulo del chorro. El método se basa en la configuración óptica conocida como diffused-back-light en una configuración de campo lejano. La penetración del spray se dividió en dos zonas: el inicio del chorro y el cuerpo principal. Se observó que la parte inicial del spray inyectado no se ve particularmente afectada por la presión de inyección sino más bien por la temperatura de la camisa de enfriamiento del inyector. El proceso de atomización se investigó mediante la misma técnica de diagnóstico óptico, diffused-back-lighting, acoplado a una lente microscópica especial. Se cuantificó la distribución del diámetro de las gotas y la velocidad de las gotas (en los componentes axial y tangencial) del chorro, en diferentes niveles de presión de inyección y flujo de aire. Se empleó una cámara de alta velocidad para capturar las imágenes de la fase líquida, comparando las gotas de líquido atomizado en tres regiones diferentes del chorro. Como resultado de este estudio, se puede observar que una mayor presión de inyección produce más gotas con diámetros menores favoreciendo el proceso de atomización. / [CA] Noves tecnologies estan evolucionant, especialment components dels sistemes d'injecció, disseny de cambres de combustió, elements de posttractament, la hibridació, entre altres. Els sistemes de reducció catalítica selectiva (SCR) han sigut una de les claus per a aconseguir els objectius de les normatives d'emissions, especialment d'Òxids Nitrosos (NO𝑥). La tecnologia SCR s'empra per a eliminar els NO𝑥 presents en els gasos de fuita d'un motor. El procés d'injecció de la solució d'urea aigua (UWS) determina les condicions inicials per a la mescla i evaporació del fluid en el sistema de reducció catalítica selectiva. Per a un correcte funcionament, l'injector UWS ha de dosar una quantitat adequada de líquid en el tub d'escapament per a evitar la formació de depòsits i garantir l'eficiència del post-tractament. Aquesta tasca requereix la caracterització hidràulica de l'injector i de l'evolució de l'esprai. L'objectiu d'aquesta tesi és la comprensió dels processos d'injecció de solució urea-aigua en condicions de funcionament realistes, similars a les que es troben en un tub d'escapament de motor. Per a això, aquest treball se centra en el desenvolupament de noves instal·lacions experimentals que permeten realitzar la caracterització hidràulica combinant mesures de flux de quantitat de moviment i massa injectada. Posteriorment, el doll de UWS es visualitza aplicant tècniques òptiques a diversos nivells de temperatura i flux màssic d'aire, en un banc de proves dissenyat per a aquest propòsit. Quant a la caracterització hidràulica de l'injector de UWS, el mètode es basa a mesurar el flux de quantitat de moviment per a comprendre la influencia de diferents variables com el fluid injectat, la pressió d'injecció, la contrapressió i la temperatura del sistema sobre les característiques del flux. Les mesures es van realitzar utilitzant una instal·lació experimental desenvolupada en CMT-Motores Térmicos per a la determinació del flux de quantitat de moviment, la qual va ser modificada per a complir amb els requisits d'operació d'aquests injectors. A més, la massa injectada s'obté experimentalment per a les mateixes condicions de funcionament. La metodologia proposada va permetre calcular el flux màssic d'aquests atomitzadors de baixa pressió, així com el coeficient de descàrrega, que són dades útils per a futures activitats de modelatge. Es va dissenyar una instal·lació experimental per a estudiar l'atomització del fluid UWS en condicions similars a les del tub d'escapament del motor. L'evolució de l'esprai es va caracteritzar des del punt de vista macroscòpic, desenvolupant una metodologia per a la determinació de la penetració i de l'angle del doll. El mètode es basa en la configuració òptica coneguda com diffusedback-light en una configuració de camp llunyà. La penetració de l'esprai es va dividir en dues zones: l'inici del doll i el cos principal. Es va observar que la part inicial de l'esprai injectat no es veu particularment afectada per la pressió d'injecció sinó més aviat per la temperatura de la camisa de refredament de l'injector. El procés d'atomització es va investigar mitjançant la mateixa tècnica de diagnòstic òptic, diffused-back-lighting, acoblat a una lent microscòpica especial. Es va quantificar la distribució del diàmetre de les gotes i la velocitat de les gotes (en els components axial i tangencial) del doll, en diferents nivells de pressió d'injecció i flux d'aire. Es va emprar una càmera d'alta velocitat per a capturar les imatges de la fase líquida, comparant les gotes de líquid atomitzat en tres regions diferents del doll: la primera prop de l'eixida de la tovera i les altres dues a la regió desenvolupada de l'esprai, una alineada amb l'eix de l'injector i l'altra en la perifèria del mateix. Com a resultat d'aquest estudi, es pot observar que una major pressió d'injecció produeix més gotes amb diàmetres menors afavorint el procés d'atomització. / [EN] One of the sectors affected by the anti-pollution regulations is the transportation, since it is responsible for around 20% of the green house gases emissions production. New technologies are evolving, especially subsystems as fuel injection components, combustion design, after-treatment and hybridization. The SCR has been one of the most important to reach the emission targets, specially for Nitrous Oxides (NO𝑥). The SCR technology is employed in the elimination of the NO𝑥 present in the exhaust gases of a combustion engine. The injection process of the urea-water solution (UWS) determines the initial conditions for the mixing and evaporation of the fluid in the selective catalytic reduction system. For a proper operation, the UWS injector must dose an adequate amount of liquid into the exhaust pipe to avoid deposit formation and to guarantee the SCR system efficiency. This task requires the knowledge of the performance of the injector and the evolution of the spray. The goal of this thesis is the comprehension of the urea-water solution injection processes under realistic operating conditions, similar to those of an engine exhaust pipe. To this end, this work focuses on the development of new experimental facilities that enable to perform the hydraulic characterization combining momentum flux measurements and injected mass. Afterwards, the UWS jet is visualized by applying optical techniques at various levels of air temperature and mass flow, in a novel test rig designed for this purpose. Regarding to the hydraulic performance of the UWS injector, the approach is based on measuring the spray momentum flux in order to understand the influence of different variables as injected mass, injection pressure, back pressure and cooling temperature on the flow characteristics. The measurements were carried out using an experimental facility developed at CMT-Motores Térmicos for the determination of spray momentum flux, where the configuration of the system was customized to fulfill the injector operation requirements. Also, the injected mass is obtained experimentally for the same operating conditions. The proposed methodology allowed to calculate the mass flow rate of this low pressure atomizers and the discharge coefficients, which are useful data for future computer modeling activities. A dedicated test facility was designed to study UWS spray under conditions that resemble those of the engine exhaust pipe. The liquid spray evolution is characterized from the macroscopic point of view, developing a methodology for the determination of the spray penetration and spreading angle. The method is based on the optical setup known as back-light in a far-field configuration. The spray penetration was divided in two zones, the spray burst and the body, where it was observed that the initial part of the injected spray is not particularly affected by the injection pressure but was rather influenced by the cooling temperature of the injector. Besides, the liquid atomization process of the UWS dosing system is investigated using optical diagnosis through back-light imaging coupled with a special lens. The droplet diameter distribution and the droplet velocity (in the injector axial and tangential components) of the liquid spray are quantified under different air flow and injection pressure levels. A high-speed camera was used for capturing the liquid phase images, comparing the atomized liquid drops in three different regions of the plume: the first one near the nozzle exit, and the other two in the developed region of the spray, one aligned with the injector axis and the other at the spray periphery. The results of this study demonstrated that injection pressure produces more droplets with smaller diameters favoring the atomization process. / Moreno, AE. (2022). Experimental Study of the Urea-Water Solution Injection Process [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181637

Tesis por compendio / [ES] Los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) plantean un llamamiento global para conseguir la sostenibilidad en aspectos esenciales de la vida humana. El actual consumo de energía para el tratamiento de aguas residuales es muy elevado, y las previsiones apuntan a un incremento de la demanda en la próxima década. En este contexto, resulta necesario aplicar la perspectiva de sostenibilidad, para conseguir de forma simultánea todos los ODS. Un desempeño energético más sostenible de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) implica acciones en dos líneas, reducir el consumo, y generar energías renovables in situ. Para implantar medidas a corto plazo, es necesario explorar las posibilidades que pueden ofrecer las tecnologías ya maduras, y evaluar su potencial contribución a la descarbonización del sector. La generación de electricidad mediante maquinaria hidráulica aprovechando la energía potencial de los efluentes podría ser una de ellas. El principal objetivo de esta tesis doctoral consiste en desarrollar una metodología, dirigida a los agentes de gobernanza, para evaluar el potencial de generación de energía hidráulica en EDAR, considerando las tres dimensiones de sostenibilidad. De este modo, poder ilustrar las posibilidades de aplicación de esta tecnología, actualmente poco conocida para el sector, que podría contribuir a una gestión más sostenible de las aguas residuales. Las fases desarrolladas incluyeron: 1) Contextualización: Se revisó el estado del arte sobre las necesidades energéticas y las tecnologías para la generación de energía renovable en EDAR. Paralelamente sobre el estado de la tecnología para la recuperación de energía en redes de agua existentes mediante maquinaria hidráulica. Para completar este marco, la revisión se amplió con una búsqueda exhaustiva de casos de estudio reales de aplicación en EDAR. En esta fase se identificaron 49 casos de estudio y se analizó su desempeño energético. Los resultados de esta fase en general demostraron que existe una experiencia real en la aplicación práctica de esta tecnología que no se está utilizando para el desarrollo de todo su potencial en este sector. 2) Desarrollo de la metodología: Se analizaron las metodologías existentes para evaluación del potencial de esta tecnología, y el resultado se comparó con la información obtenida en la contextualización. Como resultado, durante esta tesis se ha desarrollado una metodología con una nueva perspectiva. En primer lugar, se introduce la necesidad de considerar el nivel al que se produce la toma de decisiones, para adaptar el alcance del estudio (un grupo de EDAR). A continuación, la metodología se desarrolla en dos etapas. En la etapa 1 (evaluación técnica) el potencial de generación de energía hidráulica se estima de forma individual para cada EDAR. En la etapa 2 (evaluación global) se propone un método de decisión multicriterio (MCDA) introduciendo criterios de sostenibilidad. La alineación de la metodología con su contexto de aplicación se considera una cuestión clave, de modo que el método propuesto se basa en las directrices del instrumento de gobernanza para aguas residuales en España (Plan DSEAR). 3) Aplicación práctica: Esta fase completa el estudio con la aplicación a un grupo de 186 EDAR de la Comunidad Valenciana (España), con la misma modalidad de financiación. Se estimó una generación de electricidad de 340,472 kWh/año, aunque como hallazgo se observó la posibilidad de que dicho potencial sea mayor. En la etapa 2 se mostró que, cuando los resultados de la etapa 1 se ponen en el contexto de sostenibilidad, se obtiene una nueva perspectiva. Esta investigación demuestra que, en el marco de los ODS, la recuperación de energía hidráulica del agua residual podría ser una opción más en la descarbonización de este sector. Tomando como base esta propuesta, agentes de gobernanza para la gestión de aguas residuales en otro contexto podrían desarrollar metodologías similares adaptadas a su propio entorno. / [CA] Els Objectius de Desenvolupament Sostenible (ODS) plantegen una crida global per a aconseguir la sostenibilitat en aspectes essencials de la vida humana. L'actual consum d'energia per al tractament d'aigües residuals és molt elevat, i les previsions apunten a un increment de la demanda en la dècada vinent. En este context, resulta necessari aplicar la perspectiva de sostenibilitat, per a aconseguir de manera simultània tots els ODS. Un acompliment energètic més sostenible de les Estacions Depuradores d'Aigües Residuals (EDAR) implica accions en dues línies, reduir el consum, i generar energies renovables in situ. Per a implantar mesures a curt termini, és necessari explorar les possibilitats que poden oferir les tecnologies ja madures, i avaluar la seua potencial contribució a la descarbonització del sector. La generació d'electricitat mitjançant maquinària hidràulica aprofitant l'energia potencial dels efluents podria ser una d'elles. El principal objectiu d'esta tesi doctoral consisteix a desenvolupar una metodologia, dirigida als agents de governança, per a avaluar el potencial de generació d'energia hidràulica en EDAR, considerant les tres dimensions de sostenibilitat. D'aquesta manera, poder il·lustrar les possibilitats d'aplicació d'esta tecnologia, actualment poc coneguda per al sector, que podria contribuir a una gestió més sostenible de les aigües residuals. Les fases desenvolupades van incloure: 1) Contextualització: Es va revisar l'estat de l'art sobre les necessitats energètiques i les tecnologies per a la generació d'energia renovable en EDAR. Paral·lelament sobre l'estat de la tecnologia per a la recuperació d'energia en xarxes d'aigua existents mitjançant maquinària hidràulica. Per a completar este marc, la revisió es va ampliar amb una cerca exhaustiva de casos d'estudi reals d'aplicació en EDAR. En esta fase es van identificar 49 casos d'estudi i es va analitzar el seu acompliment energètic. Els resultats d'esta fase en general van demostrar que existeix una experiència real en l'aplicació pràctica d'esta tecnologia que no s'està utilitzant per al desenvolupament de tot el seu potencial en este sector. 2) Desenvolupament de la metodologia: Es van analitzar les metodologies existents per a avaluació del potencial d'esta tecnologia, i el resultat es va comparar amb la informació obtinguda en la contextualització. Com a resultat, durant esta tesi s'ha desenvolupat una metodologia amb una nova perspectiva. En primer lloc, s'introdueix la necessitat de considerar el nivell al qual es produeix la presa de decisions, per a adaptar l'abast de l'estudi (un grup de EDAR). A continuació, la metodologia es desenvolupa en dues etapes. En l'etapa 1 (avaluació tècnica) el potencial de generació d'energia hidràulica s'estima de manera individual per a cada EDAR. En l'etapa 2 (avaluació global) es proposa un mètode de decisió multicriteri (MCDA) introduint criteris de sostenibilitat. L'alineació de la metodologia amb el seu context d'aplicació es considera una qüestió clau, de manera que el mètode proposat es basa en les directrius de l'instrument de governança per a aigües residuals a Espanya (Pla DSEAR). 3) Aplicació pràctica: Esta fase completa l'estudi amb l'aplicació a un grup de 186 EDAR de la Comunitat Valenciana, amb la mateixa modalitat de finançament. Es va estimar una generació d'electricitat de 340,472 kWh/any, encara que com a troballa es va observar la possibilitat que aquest potencial siga major. En l'etapa 2 es va mostrar que, quan els resultats de l'etapa 1 es posen en el context de sostenibilitat, s'obté una nova perspectiva. Esta investigació demostra que, en el marc dels ODS, la recuperació d'energia hidràulica de l'aigua residual podria ser una opció més en la descarbonització d'este sector. Prenent com a base esta proposta, agents de governança per a la gestió d'aigües residuals en un altre context podrien desenvolupar metodologies similars adaptades al seu propi entorn. / [EN] The Sustainable Development Goals establish a universal agenda to call for action and achieve sustainability in essential aspects of human life. Nowadays the energy demand for wastewater treatment is very high and it is expected to increase in the next decade. Therefore, the performance of this industry will have an effect on SDG 6, but also on SDG 7 and 13. In this context, it is necessary to apply the sustainability approach to wastewater systems to simultaneously achieve all these goals. More sustainable energy performance of wastewater treatment plants (WWTPs) implies two parallel steps: a reduction of energy consumption and the implementation of renewable energy technologies. To take action in the short term, existing mature technologies should be explored to evaluate their potential contribution to the decarbonization roadmaps in the wastewater industry. Hydropower might be one of these technologies. The main objective of this thesis is to develop a methodology, addressed to wastewater governance stakeholders, to assess the potential of hydropower application to WWTPs, regarding all three dimensions of sustainability. According to this, the final aim of this study is to illustrate the practical possibilities, usually unknown, that hydropower could offer to the wastewater sector in the pathway towards more sustainable systems. To achieve that aim, the steps in this research included: 1) Contextualization: The review of the state of the art was conducted in two lines. Firstly, about the energy needs for wastewater treatment and technologies for renewable energy generation. Secondly, about hydropower for energy recovery from existing networks. To complete the framework, this stage was extended with an exhaustive search and analysis of real case studies of hydropower applications to WWTPs. In this stage, 49 case studies were identified, and their energy data were extracted to obtain energy self-sufficiency indicators and analyze their renewable energy profiles. Furthermore, the technical data of their hydropower systems were examined. The overall results of this stage showed that there is an existing experience that is not being used to explore hydropower as an option for energy recovery in the wastewater sector. 2) Methodology development: In a preliminary step, existing methodologies for hydropower potential assessment were analyzed and compared with the framework obtained from the contextualization. As a result, a methodology with a broader approach was developed. First, it introduces the consideration of the decision-making level to select the scope of the study (a group of WWTPs). Then, the proposed methodology consists of two steps. In step 1 (technical assessment of hydropower potential) individual power output is estimated for each site. This step was validated with the data obtained during the contextualization. In step 2 (global assessment), after analyzing existing guidelines, a multi-criteria decision analysis (MCDA) method with sustainability criteria is defined. As the alignment with the context is a key issue introduced in this proposal, this method is based on the guidelines in the wastewater governance instrument in Spain (PDSEAR). 3) Practical application: This stage completes the research with the application of the proposed methodology to a case study, a group of 186 WWTPs in the region of Valencia (Spain), selected according to their management model. The generation was estimated at 340,472 kWh/year, but it was found that the potential could be higher. The results also showed that the perspective may be different, if the outcomes from step 1, are put into context in step 2, with the application of the MCDA method. This research demonstrates that, in a sustainability framework, hydropower might be an interesting option to consider for the decarbonization of wastewater systems. Based on this study, decision-making stakeholders could design their own methodologies, adapted to the specific context. / The authors would like to acknowledge grant PID2020–114781RA-I00 funded by MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033. / Llácer Iglesias, RM. (2023). Hydropower Potential for Energy Recovery in Wastewater Systems. Assessment Methodology and Practical Application [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201558 / Compendio

Esta tesis doctoral es el resultado de una dilatada experiencia de investigación en torno al papel esencial protagonizado por la vertiente técnico¿científica en la restauración de bienes inmuebles principalmente. Para ello, se ha perseguido presentarla, de forma ordenada y sistemática, potenciando su aplicabilidad práctica por parte de los diferentes agentes que intervienen en los procesos de intervención. Aunque esta metodología se centra, sobre todo, en edificios con una amplia casuística desde el punto de vista de la conservación, es exportable también a otros casos para utilizarse como herramienta en la elaboración y desarrollo del proyecto y la intervención restauradora. Se demuestra que es posible establecer una retroalimentación entre la obra y el trabajo analítico para depurar un sistema de actuación que facilite la aplicación de los conocimientos y clarifique el proceso restaurador. Esta investigación ha dado como resultado un núcleo cohesionado de pautas que hace de ¿motor de arranque¿ para la aplicación de procedimientos técnico ¿ científicos creando una amplia red de relaciones, de forma que las experiencias desarrolladas se convierten en modelos de intervención al destacar lo más interesante de cada una. El método seguido se presenta en forma de protocolos, articulados de manera clara, para crear un sistema jerarquizado y ramificado en el que las secuencias lógicas pueden ejecutarse de forma independiente, en función de las prioridades o necesidades, facilitando su realización. Ha sido planteado, de manera directa, utilizando un lenguaje técnico asequible para los diferentes agentes que intervienen en los procesos. La herramienta conseguida es versátil y apta para servir de guía de buenas prácticas en las intervenciones. Uno de los ejes fundamentales de desarrollo es la conservación preventiva que establece la necesidad de planificar las acciones estudiando los riesgos a los que está sometido el patrimonio cultural, adoptar medidas para evitar posibles afecciones y procurar el mantenimiento correcto de sus características materiales, estrategias que permiten una gestión más adecuada de los recursos disponibles. Esa visión integradora incluye una comunicación constante con los actores implicados garantizando la sostenibilidad del proceso. La investigación aplicada se ha organizado a partir del caso concreto de la Catedral de Jaén, que presenta unas condiciones excepcionales para verificar la relación entre diferentes procesos de deterioro y la aplicación de una metodología de restauración en circunstancias reales y con una disponibilidad limitada de recursos. Aunque dicho inmueble actúa como fuente principal de la experiencia, existen abundantes ejemplos que provienen fundamentalmente de otros edificios en los cuales se ha aplicado el mismo criterio secuencial para ordenar la información y poderla utilizar de forma coherente y organizada. / Salmerón Escobar, P. (2013). Optimización de procedimientos técnico-científicos aplicados a la restauración del Patrimonio Cultural [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31206