Tesis por compendio / [ES] El modelo M-GRCT, principal producto desarrollado en esta investigación, tiene por objeto promover mejores prácticas ambientales de gestión de residuos sólidos aprovechables en contextos municipales desfavorecidos (municipalidades de economía deprimida). Se trata de un importante instrumento técnico que brinda soporte a la gestión de residuos municipales con un enfoque de promoción de la economía circular. M-GRCT esta soportado en una herramienta ofimática dinámica que se ha programado para calcular variables de dos grandes módulos en escenarios predefinidos de simulación, con el objetivo de evaluar su eficiencia comparando el modelo tradicional de gestión de residuos reciclables (lineal) y el promocionado (circular). Los dos módulos principales del modelo corresponden a un módulo de evaluación ambiental y otro de evaluación financiera. En el módulo ambiental se calculan entre otras variables, los beneficios por reducción de huella de carbono que se logran al minimizar volúmenes de residuos aprovechables transportados y dispuestos en vertederos, o el censo de recuperadores/recicladores de oficio para promover su importante labor en la cadena de gestión de residuos, diseño de rutas selectivas y promoción de empleo. En el módulo financiero, se calculan las variables económicas a partir de la cuantificación de residuos aprovechables producidos en las municipalidades de interés, considerándolos como unidad de negocio asociada a la correcta separación que deben realizar todos los sectores de generación tipificados. Se realizan así, estimaciones de ingresos, costes e inversiones para la implementación de plantas de aprovechamiento de residuos, a partir de flujos de caja con un horizonte de evaluación predefinido y consideraciones de financiación. Como ejemplos de aplicación, M-GRCT se ha utilizado para simular la gestión de residuos aprovechables en un conjunto de municipios de economía deprimida en Colombia. Las características socioeconómicas de estos territorios, los informes oficiales asociados a la gestión de sus residuos y otros criterios base, permitieron la selección de estos. Los resultados logrados, exponen interesantes contrastes y cifras asociadas a los potenciales beneficios ambientales y económicos que se pueden lograr con la implementación real del modelo. / [CA] El model M-GRCT, principal producte desenvolupat en aquesta investigació, té per objecte promoure millors pràctiques ambientals de gestió de residus sòlids aprofitables en contextos municipals desafavorits (municipalitats d'economia deprimida). Es tracta d'un important instrument tècnic que brinda suport a la gestió de residus municipals amb un enfocament de promoció de l'economia circular. M-GRCT està suportat en una eina ofimàtica dinàmica que s'ha programat per calcular variables de dos grans mòduls en escenaris predefinits de simulació, amb l'objectiu d'avaluar-ne l'eficiència comparant el model tradicional de gestió de residus reciclables (lineal) i el promocionat (circular). Els dos mòduls principals del model corresponen a un mòdul d'avaluació ambiental i un altre d'avaluació financera. Al mòdul ambiental es calculen entre altres variables, els beneficis per reducció d'empremta de carboni que s'aconsegueixen en minimitzar volums de residus aprofitables transportats i disposats en abocadors, o el cens de recuperadors/recicladors d'ofici per promoure'n l'important labor a la cadena de gestió de residus, disseny de rutes selectives i promoció d'ocupació. Al mòdul financer, es calculen les variables econòmiques a partir de la quantificació de residus aprofitables produïts a les municipalitats d'interès, considerant-los com a unitat de negoci associada a la correcta separació que han de realitzar tots els sectors de generació tipificats. Es fan així, estimacions d'ingressos, costos i inversions per a la implementació de plantes d'aprofitament de residus, a partir de fluxos de caixa amb un horitzó d'avaluació predefinit i consideracions de finançament. Com a exemples d'aplicació, M-GRCT s'ha utilitzat per simular la gestió de residus aprofitables en un conjunt de municipis d'economia deprimida a Colòmbia. Les característiques socioeconòmiques d'aquests territoris, els informes oficials associats a la gestió dels seus residus i altres criteris base, van permetre'n la selecció. Els resultats aconseguits exposen interessants contrastos i xifres associades als potencials beneficis ambientals i econòmics que es poden aconseguir amb la implementació real del model. / [EN] The M-GRCT model, main product developed in this research, aims to promote better environmental practices for the management of usable solid waste in disadvantaged municipal contexts (municipalities with depressed economies). It is an important technical instrument that provides support for municipal waste management with a focus on promoting the circular economy. M-GRCT is supported by a dynamic office automation tool that has been programmed to calculate variables of two large modules in predefined simulation scenarios, with the aim of evaluating its efficiency by comparing the traditional recyclable waste management model (linear) and the promoted-do (circular). The two main modules of the model correspond to an environmental assessment module and a financial assessment module. The environmental module calculates, among other variables, the benefits of reducing the carbon footprint achieved by minimizing volumes of usable waste transported and disposed of in landfills, or the census of collectors/recyclers by trade to promote its important work in the waste management chain, design of selective routes and employment promotion. In the financial module, the economic variables are calculated based on the quantification of usable waste produced in the municipalities of interest, considering them as a business unit associated with the correct separation that all typified generation sectors must carry out. Thus, estimates of income, costs and investments are made for the implementation of waste utilization plants, based on cash flows with a predefined evaluation horizon and financing considerations. As application examples, M-GRCT has been used to simulate the management of usable waste in a group of municipalities with depressed economies in Colombia. The socioeconomic characteristics of these territories, the official reports associated with their waste management and other basic criteria, allowed their selection. The results achieved expose interesting contrasts and figures associated with the potential environmental and economic benefits that can be achieved with the real implementation of the model. / Vargas Terranova, CA. (2022). Desarrollo de un modelo de economía circular para la gestión de residuos sólidos. Aplicación en municipios de economía deprimida en Colombia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191028 / Compendio

[pt] Esta pesquisa teve como principal objetivo contribuir para a avaliação da influência da forma dos grãos na condutividade hidráulica (k) de areias. Para tanto, ensaios de laboratório foram realizados em uma amostra da areia da Praia de Ipanema (D10 = 0,28 mm, D30 = 0,34 mm, D50 = 0,41 mm, D60 = 0,45 mm, CNU = 1,61 e CC = 0,92), constituída por grãos subarredondados a arredondados (esfericidade = 0,65 e arredondamento = 0,70), e em uma amostra de microesferas de vidro, tipo Drop-On II A (esfericidade = 0,95 e arredondamento = 0,95), preparada com granulometria igual à da areia. O programa experimental envolveu: (a) limpeza e tratamento das amostras; (b) análises microscópicas para avaliação da forma dos grãos; (c) ensaios de granulometria por peneiramento; (d) reconstituição granulométrica da amostra de microesferas de vidro; (e) densidade relativa (Gs) das microesferas de vidro; (f) ensaios de índices de vazios máximo, pelo método B da ABNT (2020), e ensaios de índices de vazios mínimo e intermediários, pela método MSP de Miura e Toki (1982); e (g) ensaios de permeabilidade sob carga hidráulica constante em permeâmetro de parede rígida e em permeâmetro de parede flexível. Para ambas as amostras, verificou-se experimentalmente a validade da relação linear entre a condutividade hidráulica (k) e e(3)/(1+e), sendo e o índice de vazios, em consonância com as formulações teóricas propostas por Kozeny-Carman (1927) e por Taylor (1948). Para um dado índice de vazios, constatou-se que a condutividade hidráulica da amostra de microesferas de vidro é maior do que a da amostra da areia da Praia de Ipanema. / [en] The main objective of this research was to contribute to the evaluation of the influence of the grain shape on the hydraulic conductivity (k) of sands. For that, laboratory tests were carried out on a sample from Ipanema Beach sand (D10 = 0.28 mm, D30 = 0.34 mm, D50 = 0.41 mm, D60 = 0.45 mm, CNU = 1.61 e CC = 0.92), composed by sub-rounded to rounded grains (sphericity = 0.65 and roundness = 0.70), and on a sample of glass microspheres, Drop-On II A type (sphericity = 0.95 and roundness = 0.95), prepared with the same grain size distribution of the sand. The experimental program comprised: (a) cleaning and processing of the samples; (b) microscopic analysis to evaluate the grain shape; (c) grain-size analysis by sieving; (d) reconstitution of the grain-size distribution of the glass microspheres sample; (e) glass microspheres specific gravity (Gs); (f) maximum void ratio tests, by method B of ABNT (2020), and minimum and intermediate void ratio tests, by MSP method of Miura and Toki (1982); and (g) constant head permeability tests in rigid-wall permeameter and in flexible-wall permeameter. For both samples, it was experimentally verified the validity of the linear relationship between the hydraulic conductivity (k) and e (3)/(1+e), being e the void ratio, in agreement with the theoretical formulations proposed by Kozeny-Carman (1927) and by Taylor (1948). For a given void ratio, it was observed that the hydraulic conductivity of the glass microsphere sample is higher than that of the sample from Ipanema Beach sand.

Tesis por compendio / [ES] La contaminación del agua representa un desafío ambiental crítico a nivel global y en la Unión Europea (UE), particularmente en la región mediterránea de España. El crecimiento poblacional, la demanda creciente de alimentos y combustibles, junto con el cambio climático, intensifican la contaminación por nutrientes en los cuerpos de agua. Esta contaminación amenaza la calidad del agua y los ecosistemas acuáticos, así como la salud humana. La complejidad de las vías de transporte de nutrientes hace que su monitoreo y mitigación sean complicados. Se requieren modelos integrales que vinculen procesos y relaciones de causa y efecto para controlar eficazmente la contaminación. En la región mediterránea, como la Demarcación Hidrográfica del Júcar (DHJ), la interacción entre agua superficial y subterránea es clave, pero los modelos tradicionales presentan limitaciones. Esta tesis aborda estos desafíos al caracterizar la contribución de nutrientes a las masas de agua superficiales de la DHJ, evaluar medidas de reducción de la contaminación, considerando el cambio climático a largo plazo y aplicar técnicas de aprendizaje supervisado para predecir la concentración de nitratos. El acoplamiento de modelos hidrológicos y de calidad del agua, junto con el aprendizaje automático, ofrece una comprensión profunda y valiosa de los factores detrás de la contaminación por nutrientes y proporciona una base sólida para la toma de decisiones y la gestión sostenible del agua en la DHJ y regiones similares. Esta tesis fue estructurada como un compendio de tres artículos que abarcan estos desafíos. El primer artículo profundiza en la compleja interacción entre las aguas superficiales y las subterráneas en las cuencas de la DHJ, centrándose en la dinámica de la contaminación por nitratos. Los resultados muestran una correlación directa entre las concentraciones de nitratos en ríos y acuíferos a lo largo del eje principal de los ríos Júcar y Turia, lo cual destaca el papel fundamental de las aportaciones de agua subterránea en la contribución a los niveles de nitratos de los ríos. Además, el estudio identifica regiones aguas abajo con actividades agrícolas y urbanas intensificadas como focos de contaminación por nitratos. El segundo artículo aborda la vulnerabilidad de la calidad de las aguas superficiales al cambio climático y escenarios de reducción de la contaminación difusa y puntual en las cuencas de la DHJ a largo plazo. Los resultados indican que, en los escenarios de cambio climático, se espera que aumenten significativamente las masas de agua con un mal estado de amonio, fósforo y DBO5, y en menor proporción las masas en mal estado de nitratos. En concreto, las concentraciones medias de amonio y fósforo podrían duplicarse durante los meses de bajo caudal. Para mantener la calidad actual del agua, se requieren reducciones sustanciales de al menos el 25% de la contaminación difusa por nitratos y del 50% de las cargas puntuales de amonio, fósforo y DBO5. El tercer artículo presenta un enfoque innovador para simular la concentración de nitratos en masas de agua superficiales mediante modelos de aprendizaje automático. Aprovechando los métodos de selección de características y los algoritmos random forest (RF) y eXtreme Gradient Boosting (XGBoost), el estudio logró una gran precisión en la predicción de la concentración de nitratos. Estos modelos analizaron 19 variables de entrada, que abarcan factores ecológicos, hidrológicos y ambientales, junto con datos de concentración de nitratos procedentes de estaciones de aforo de la calidad de las aguas superficiales. En particular, la investigación destaco que la localización desempeña un papel dominante, explicando el 87% de la variabilidad de los nitratos en relación con la concentración de nitrógeno y fósforo. Esta investigación destaco el potencial del aprendizaje automático en la predicción de la calidad del agua y la evaluación de riesgos. / [CA] La contaminació de l'aigua representa un desafiament ambiental crític a nivell global i a la Unió Europea (UE), particularment a la regió mediterrània d'Espanya. El creixement poblacional, la demanda creixent d'aliments i combustibles, juntament amb el canvi climàtic, intensifiquen la contaminació per nutrients en els cossos d'aigua. Aquesta contaminació amenaça la qualitat de l'aigua i els ecosistemes aquàtics, així com la salut humana. La complexitat de les vies de transport de nutrients fa que el seu monitoratge i mitigació siguin complicats. Es requereixen models integrals que vinculin processos i relacions de causa i efecte per a controlar eficaçment la contaminació. A la regió mediterrània, com la Demarcació Hidrogràfica del Xúquer (DHJ), la interacció entre aigua superficial i subterrània és clau, però els models tradicionals presenten limitacions. Aquesta tesi aborda aquests desafiaments en caracteritzar la contribució de nutrients a les masses d'aigua superficials de la DHJ, avaluar mesures de reducció de la contaminació, considerant el canvi climàtic a llarg termini i aplicar tècniques d'aprenentatge supervisat per a predir la concentració de nitrats. L'acoblament de models hidrològics i de qualitat de l'aigua, juntament amb l'aprenentatge automàtic, ofereix una comprensió profunda i valuosa dels factors darrere de la contaminació per nutrients i proporciona una base sòlida per a la presa de decisions i la gestió sostenible de l'aigua en la DHJ i regions similars. Aquesta tesi va ser estructurada com un compendi de tres articles que abasten aquests desafiaments. El primer article aprofundeix en la complexa interacció entre les aigües superficials i les subterrànies en les conques de la DHJ, centrant-se en la dinàmica de la contaminació per nitrats. Els resultats mostren una correlació directa entre les concentracions de nitrats en rius i aqüífers al llarg de l'eix principal dels rius Xúquer i Túria, la qual cosa destaca el paper fonamental de les aportacions d'aigua subterrània en la contribució als nivells de nitrats dels rius. A més, l'estudi identifica regions aigües avall amb activitats agrícoles i urbanes intensificades com a focus de contaminació per nitrats. El segon article aborda la vulnerabilitat de la qualitat de les aigües superficials al canvi climàtic i escenaris de reducció de la contaminació difusa i puntual en les conques de la DHJ a llarg termini. Els resultats indiquen que, en els escenaris de canvi climàtic, s'espera que augmentin significativament les masses d'aigua amb un mal estat d'amoni, fòsfor i DBO5, i en menor proporció les masses en mal estat de nitrats. En concret, les concentracions mitjanes d'amoni i fòsfor podrien duplicar-se durant els mesos de baix cabal. Per a mantenir la qualitat actual de l'aigua, es requereixen reduccions substancials d'almenys el 25% de la contaminació difusa per nitrats i del 50% de les càrregues puntuals d'amoni, fòsfor i DBO5. El tercer article presenta un enfocament innovador per a simular la concentració de nitrats en masses d'aigua superficials mitjançant models d'aprenentatge automàtic. Aprofitant els mètodes de selecció de característiques i els algorismes random forest (RF) i extremi Gradient Boosting (XGBoost), l'estudi va aconseguir una gran precisió en la predicció de la concentració de nitrats. Aquests models van analitzar 19 variables d'entrada, que abasten factors ecològics, hidrològics i ambientals, juntament amb dades de concentració de nitrats procedents d'estacions d'aforament de la qualitat de les aigües superficials. En particular, la recerca destaco que la localització exerceix un paper dominant, explicant el 87% de la variabilitat dels nitrats en relació amb la concentració de nitrogen i fòsfor. Aquesta recerca destaco el potencial de l'aprenentatge automàtic en la predicció de la qualitat de l'aigua i l'avaluació de riscos. / [EN] Water pollution poses a critical environmental challenge globally and in the European Union (EU), particularly in the Mediterranean region of Spain. Population growth, increasing demand for food and fuels, coupled with climate change, intensify nutrient pollution in water bodies. This pollution threatens water quality, aquatic ecosystems, and human health. The complexity of nutrient transport pathways makes monitoring and mitigation challenging. Comprehensive models that link processes and cause-and-effect relationships are required to effectively control pollution. In the Mediterranean region, such as the Júcar River Basin District (RBD), the interaction between surface and groundwater is crucial, but traditional models have limitations. This thesis addresses these challenges by characterising the contribution of nutrients to surface waters in the Júcar RBD, evaluating pollution reduction measures considering long-term climate change, and applying supervised learning techniques to predict nitrate concentrations. The coupling of hydrological and water quality models, along with machine learning, provides a deep and valuable understanding of the factors behind nutrient pollution and establishes a solid foundation for decision-making and sustainable water management in the Júcar RBD and similar regions. This thesis is structured as a compendium of three articles that encompass these challenges. The first article delves into the complex interaction between surface and groundwater in the Júcar RBD basins, focusing on nitrate pollution dynamics.The results reveal a direct linear correlation between nitrate concentrations in rivers and aquifers along the main axes of the Júcar and Turia rivers, highlighting the fundamental role of groundwater contributions to river nitrate levels. Additionally, the study identifies downstream regions with intensified agricultural and urban activities as nitrate pollution hotspots. This research not only identifies pollution sources but also offers a means to predict nitrate concentrations and assess the effectiveness of pollution prevention measures. The second article addresses the vulnerability of surface water quality to climate change and long-term diffuse and point source pollution reduction scenarios in the Júcar RBD basins. In a region where nutrient concentrations are of particular concern, the study investigates how changing climatic conditions, including rising temperatures and altered precipitation patterns, affect nitrate, ammonium, phosphorus, and biochemical oxygen demand (BOD5) levels. The results indicate that under climate change scenarios, significantly more water bodies are expected to be in poor condition for ammonium, phosphorus, and BOD5, and to a lesser extent, nitrate. Specifically, average concentrations of ammonium and phosphorus could double during low-flow months. To maintain current water quality, substantial reductions of at least 25% in diffuse nitrate pollution and 50% in point source loads of ammonium, phosphorus, and BOD5 are required. This research underscores the importance of water quality management strategies. The third article introduces an innovative approach to simulate nitrate concentrations in surface water bodies using machine learning models. Leveraging feature selection methods and artificial intelligence algorithms, including random forest (RF) and eXtreme Gradient Boosting (XGBoost), the study achieved high precision in predicting nitrate concentrations. These models analysed 19 input variables spanning ecological, hydrological, and environmental factors, along with nitrate concentration data from surface water quality gauging stations. In particular, the research highlighted the dominant role of location, explaining 87% of nitrate variability in relation to nitrogen and phosphorus concentration. This research showcased the potential of machine learning in water quality prediction and risk assessment. / We appreciate the help provided by the Júcar River Basin District Authority (CHJ), who gathered field data. The first author’s research was partially funded by a PhD scholarship from the food research stream of the programme “Colombia Científica—Pasaporte a la Ciencia”, granted by the Colombian Institute for Educational Technical Studies Abroad (Instituto Colombiano de Crédito Educativo y Estudios Técnicos en el Exterior, ICETEX). The authors thank the Spanish Research Agency (AEI) for the financial support to RESPHIRA project (PID2019-106322RB- 100)/AEI/10.13039/501100011033. The contributors gratefully acknowledge funding for open access charge: CRUE-Universitat Politècnica de València / Dorado Guerra, DY. (2024). Modelización integrada con aprendizaje automático para evaluar la contaminación por nutrientes en las masas de agua actual y bajo el efecto del cambio climático. Aplicación a la Demarcación Hidrográfica del Júcar [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202898 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] La disponibilidad de recursos hídricos a nivel mundial ha disminuido significativamente. Entre los principales agentes que han provocado esta situación se encuentran el cambio climático, la contaminación ambiental, las actividades humanas y las fallas en las estructuras hidráulicas, entre otros. Cada vez es más complicado acceder a fuentes apropiadas que cumplan con la calidad y cantidad del recurso. A pesar de ello, la pérdida de agua debida a fugas en sistemas de distribución presurizados todavía maneja valores considerables, con pérdidas significativas a nivel mundial. Teniendo en cuenta que la necesidad de agua es cada vez mayor, se deben implementar proyectos sostenibles que permitan optimizar al máximo la disponibilidad y el uso del recurso. El objetivo principal de esta tesis es desarrollar una propuesta metodológica, que permita estimar las curvas características de las bombas que trabajan como turbinas (PATs) a partir del número específico de la máquina y en función de la velocidad de giro, desarrollando las leyes modificadas de semejanza. El cumplimiento de los objetivos de esta tesis es a través de la elaboración de tres artículos publicados, que permitieron: (i) Realizar la contextualización respecto al estado del arte en PATs con énfasis en las metodologías de obtención de la predicción del comportamiento en las mismas tales como la realización de modelos numéricos con CFDs; (ii) Proponer una nueva estrategia para desarrollar un modelo matemático para bombas que funcionan como turbinas (PATs), considerando las leyes de afinidad modificadas; (iii) Ejecutar la modelación numérica a través del paquete de código libre OpenFOAM de una bomba que trabaja como turbina y , (iv)Validar los resultados , tanto de la aplicación de las nuevas expresiones y de la modelación numérica, a través de la comparación con resultados experimentales obtenidos de los ensayos realizados a una PATs. En el Articulo 1, que corresponde a la Fase de Contextualización, se realizó una investigación en la literatura técnica sobre PATs: Características, aplicaciones y diferentes estrategias utilizadas para comprender el comportamiento del flujo. Dentro de estas estrategias, se encuentra la simulación numérica del fenómeno con paquetes CFD (Dinámica Fluido Computacional). Se analizaron 56 casos donde se estudian diferentes tipos de máquinas: axiales, mixtas y radiales bajo operación con velocidad de giro fija y velocidad de giro variable. En función de esta información se calculó el error entre la modelación numérica y los resultados experimentales; y se verificaron las principales características de las modelaciones tales como paquete CFD utilizado, modelos de cierre, tipo de mallado, etc. En el Artículo 2, que corresponde a la primera parte de la Fase del Procedimiento Analítico, se propuso un análisis con diez expresiones generales (polinómicas y exponenciales), considerando las variables más significativas. En función de este análisis se obtuvieron nuevas expresiones para obtener las curvas características de las PATs. Estas expresiones se verificaron y compararon con 15 máquinas diferentes, que se probaron variando su velocidad de rotación y su velocidad específica. En la segunda parte de la Fase del Procedimiento Analítico, se realizó una simulación numérica con el paquete CFD OpenFOAM de una PATs que ha sido ensayada en el instituto CERIS de Portugal. Por medio de los resultados experimentales se logró validar tanto las nuevas expresiones propuestas en el Artículo 2 así como la modelación numérica. En el Artículo 3 se presenta el desarrollo de esta metodología. / [CA] La disponibilitat de recursos hídrics a nivell mundial ha disminuït significativament. Entre els principals agents que han provocat aquesta situació es troben el canvi climàtic, la contaminació ambiental, les activitats humanes i les falles en les estructures hidràuliques, entre altres. Cada vegada és més complicat accedir a fonts apropiades que complisquen amb la qualitat i quantitat del recurs. Malgrat això, la pèrdua d'aigua deguda a fugides en sistemes de distribució pressuritzats encara maneja valors considerables, amb pèrdues significatives a nivell mundial. Tenint en compte que la necessitat d'aigua és cada vegada major, s'han d'implementar projectes sostenibles que permeten optimitzar al màxim la disponibilitat i l'ús del recurs. L'objectiu principal d'aquesta tesi és desenvolupar una proposta metodològica, que permeta estimar les corbes característiques de les bombes que treballen com a turbines (PATs) a partir del número específic de la màquina i en funció de la velocitat de gir, desenvolupant les lleis modificades de semblança. El compliment dels objectius d'aquesta tesi és a través de l'elaboració de tres articles publicats, que van permetre: (i) Realitzar la contextualització respecte a l'estat de l'art en PATs amb èmfasi en les metodologies d'obtenció de la predicció del comportament en les mateixes com ara la realització de models numèrics amb CFDs; (ii) Proposar una nova estratègia per a desenvolupar un model matemàtic per a bombes que funcionen com a turbines (PATs), considerant les lleis d'afinitat modificades; (iii) Executar el modelatge numèric a través del paquet de codi lliure OpenFOAM d'una bomba que treballa com a turbina i , (iv)Validar els resultats , tant de l'aplicació de les noves expressions i del modelatge numèric, a través de la comparació amb resultats experimentals obtinguts dels assajos realitzats a una PATs. En l'Articule 1 , que correspon a la Fase de Contextualització, es va realitzar una investigació en la literatura tècnica sobre PATs: Característiques, aplicacions i diferents estratègies utilitzades per a comprendre el comportament del flux. Dins d'aquestes estratègies, es troba la simulació numèrica del fenomen amb paquets CFD (Dinàmica Fluid Computacional). Es van analitzar 56 casos on s'estudien diferents tipus de màquines: axials, mixtes i radials sota operació amb velocitat de gir fixa i velocitat de gir variable. En funció d'aquesta informació es va calcular l'error entre el modelatge numèric i els resultats experimentals; i es van verificar les principals característiques. dels modelatges com ara paquet CFD utilitzat, models de tancament,tipus d'emmallat, etc. En l'Article 2, que correspon a la primera part de la Fase del Procediment Analític, es va proposar una anàlisi amb deu expressions generals (polinòmiques i exponencials), considerant les variables més significatives. En funció d'aquesta anàlisi es van obtindre noves expressions per a obtindre les corbes característiques de les PATs. Aquestes expressions es van verificar i van comparar amb 15 màquines diferents, que es van provar variant la seua velocitat de rotació i la seua velocitat específica. En la segona part de la Fase del Procediment Analític, es va realitzar una simulació numèrica amb el paquet CFD OpenFOAM d'una PATs que ha sigut assajada en l'institut CERIS de Portugal. Per mitjà dels resultats experimentals es va aconseguir validar tant les noves expressions proposades en l'Article 2 així com el modelatge numèric. En l'Article 3 es presenta el desenvolupament d'aquesta metodologia. / [EN] The availability of water resources worldwide has decreased significantly. Among the main agents that have caused this situation are climate change, environmental pollution, human activities, and failures in hydraulic structures, among others. It is becoming increasingly difficult to access appropriate sources that meet the quality and quantity of the resource. Despite this, water loss due to leaks in pressurized distribution systems still manages considerable values, with significant losses worldwide. Considering that the need for water is increasing, sustainable projects should be implemented to optimize the availability and use of the resource to the maximum. The main objective of this thesis is to develop a methodological proposal that allows estimating the characteristic curves of pumps that work as turbines (PATs) from the specific number of the machine and, depending on the rotation speed, developing the modified laws of similarity. The fulfillment of the objectives of this thesis is through the elaboration of three published articles, which allowed: (i) To carry out the contextualization regarding the state of the art in PATs with emphasis on the methodologies of obtaining the prediction of the behavior in them such as the realization of numerical models with CFDs; (ii) To propose a new strategy to develop a mathematical model for pumps that work as turbines (PATs), considering the modified affinity laws; (iii) To execute the numerical modeling through the OpenFOAM free code package of a pump that works as a turbine and, (iv) Validate the results, both of the application of the new expressions and the numerical modeling, through the comparison with experimental results obtained from the tests carried out to a PATs. In Article 1, corresponding to the Contextualization Phase, an investigation was carried out in the technical literature on PATs: Characteristics, applications, and different strategies used to understand the flow behavior. The numerical simulation of the phenomenon with CFD (Computational Fluid Dynamics) packages is found within these strategies. 56 cases were analyzed where different types of machines were studied: axial, mixed, and radial under operation with fixed rotational speed and variable rotational speed. Based on this information, the error between the numerical modeling and the experimental results was calculated; and the main characteristics of the modeling were verified, such as the CFD package used, closure models, type of meshing, etc. In Article 2, which corresponds to the first part of the Phase of the Analytical Procedure, an analysis was proposed with ten general expressions (polynomial and exponential), considering the most significant variables. Based on this analysis, new expressions were obtained to obtain the characteristic curves of the PATs. These expressions were verified and compared with 15 different machines, which were tested by varying their rotation and specific speeds. In the second part of the Analytical Procedure Phase, a numerical simulation was performed with the OpenFOAM CFD package of a PATs that has been tested at the CERIS Institute in Portugal. The experimental results made it possible to validate both the new expressions proposed in Article 2 and the numerical modeling. The development of this methodology is presented in Article 3. / Plua Aguirre, FA. (2024). Metodología de análisis para la mejora de la predicción de las curvas características de bombas trabajando como turbina operando a velocidad variable [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203125 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] Los Pavimentos Permeables (PP) son una técnica de los denominados Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS). A diferencia de otras técnicas de este tipo, proporciona una superficie dura transitable a la vez que gestiona las aguas pluviales superficiales, siendo sus propiedades hidráulicas fundamentales para su rendimiento como SUDS. Esta tesis explora el rendimiento hidráulico de los PP, basándose en el modelo hidrológico-hidráulico de PP proporcionado en el ampliamente utilizado Storm Water Management Model (SWMM). La tesis se presenta en un formato de tres artículos. Así, tras una aproximación a la pregunta general de investigación dada en el primer capítulo introductorio, el segundo capítulo del documento analiza qué parámetros son los más influyentes y cuáles son despreciables en el modelo, proporcionando un análisis de sensibilidad general. El siguiente capítulo explora la relación entre el modelo de PP de SWMM y el modelo de número de curva (CN), ampliamente utilizado, en lo que respecta a la escorrentía deducida por ambos modelos en función de la permeabilidad del pavimento. En el cuarto capítulo se analiza la respuesta del PP en condiciones experimentales controladas y se compara con el modelo de PP dado en SWMM. Tras una discusión general de los resultados en el quinto capítulo, se ofrecen unas conclusiones generales en el último. La tesis profundiza en el conocimiento del comportamiento hidráulico de los PP para ayudar a profesionales e investigadores en su caracterización. / [CA] Els Paviments Permeables (PP) són una tècnica dels denominats Sistemes Urbans de Drenatge Sostenible (SUDS). A diferència d'altres tècniques d'aquest tipus, proporciona una superfície dura transitable alhora que gestiona les aigües pluvials superficials, sent les seues propietats hidràuliques fonamentals per al seu rendiment com SUDS. Aquesta tesi explora el rendiment hidràulic dels PP, basant-se en el model hidrològic-hidràulic de PP proporcionat en l'àmpliament utilitzat Storm Water Management Model (SWMM). La tesi es presenta en un format de tres articles. Així, després d'una aproximació a la pregunta general d'investigació donada en el primer capítol introductori, el segon capítol del document analitza quins paràmetres són els més influents i quins són menyspreables en el model, proporcionant una anàlisi de sensibilitat general. El següent capítol explora la relació entre el model de PP de SWMM i el model de número de corba (CN), àmpliament utilitzat, pel que fa a l'escolament deduït per tots dos models en funció de la variable permeabilitat del paviment. En el quart capítol s'analitza la resposta del PP en condicions experimentals controlades i es compara amb el model de PP donat en SWMM. Després d'una discussió general dels resultats en el cinqué capítol, s'ofereixen unes conclusions generals en l'últim. La tesi aprofundix en el coneixement del comportament hidràulic dels PP per a ajudar a professionals i investigadors en la seua caracterització. / [EN] Permeable Pavements (PP) are a Sustainable Urban Drainage System (SUDS) technique. Unlike other such techniques, it provides a transitable hard surface while managing surface stormwater, being its hydraulic properties fundamental for its performance as a SUDS. This dissertation explores the hydraulic performance of PPs, based on the hydrologic-hydraulic model of PP provided in the widely used Storm Water Management Model (SWMM). The dissertation is presented in a \textit{three-paper} format. Accordingly, after an approach to the general research question given in the first introductory chapter, the second chapter of the document analyses which parameters are the most influential and which are negligible in the model by providing a general sensitivity analysis. The next chapter explores the relation between the PP model from SWMM and the widely used Curve Number (CN) model regarding runoff generated by both models and examines the relationship between both approaches based on the pavement permeability variable. The fourth chapter analyses the PP response under controlled experimental conditions and compares it with the PP model given in SWMM. After a general discussion of the results in the fifth chapter, general conclusions are given in the last chapter. The dissertation deepens the understanding of the hydraulic behaviour of PPs to help practitioners and researchers with its characterisation. / Madrazo Uribeetxebarria, E. (2023). Modelling the Hydraulic Response of Permeable Pavements: a Numerical and Experimental Approach for Model Comparison and Sensitivity Analysis to Design Parameters [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196085 / Compendio

[ES] El Reino de Arabia Saudí está experimentando un importante crecimiento económico, industrial, comercial y demográfico. Este crecimiento, a su vez, provoca un aumento de la demanda de agua en la región. Además del crecimiento demográfico, también la industrialización y la modernización han ejercido una presión cada vez mayor sobre las infraestructuras hídricas del país. Urge aumentar la disponibilidad de agua para satisfacer la demanda prevista y mantener la seguridad y fiabilidad de los sistemas hídricos. Por lo tanto, es imperativo encontrar soluciones que mejoren la eficiencia del sistema hídrico del país. Un elemento clave en este esfuerzo es comprender y clasificar cómo se consume el agua con sus microcomponentes dentro de varios segmentos. La tesis recopila conocimientos precisos sobre las pautas y tendencias del consumo municipal de agua para comprender mejor los patrones de consumo y los comportamientos de los consumidores, así como desarrollar estimaciones e hipótesis preliminares. De este modo, se impulsará el modelo de demanda de agua municipal en el país para que sea capaz de hacer frente a diferentes escenarios y limitaciones. El desarrollo del modelo municipal de demanda de agua ha mostrado la necesidad de disponer de datos estadísticos y de facturación del agua fiables. Éstos constituyen el punto de partida de la previsión y deben estar disponibles con una resolución suficientemente alta. El modelo aquí presentado proporciona un marco para que nuevos desarrollos futuros. Los resultados del análisis también determinarán los factores y categorías utilizados en el modelo. El modelo se centra en la demanda de agua no residencial. No obstante, se incluyen previsiones separadas para la categoría residencial a fin de permitir la extrapolación de los resultados y el análisis top-down para un enfoque más preciso de las previsiones y, también, para una mejor comprensión general de los comportamientos de consumo de agua de la población. / [CA] El Regne de l'Aràbia Saudita està experimentant un important creixement econòmic, industrial, comercial i demogràfic. Aquest creixement, al seu torn, provoca un augment de la demanda d'aigua a la regió. A més del creixement demogràfic, també la industrialització i la modernització han exercit una pressió cada vegada major sobre les infraestructures hídriques del país. Urgeix augmentar la disponibilitat d'aigua per a satisfer la demanda prevista i mantindre la seguretat i fiabilitat dels sistemes hídrics. Per tant, és imperatiu trobar solucions que milloren l'eficiència del sistema hídric del país. Un element clau en aquest esforç és comprendre i classificar com es consumeix l'aigua amb els seus microcomponents dins de diversos segments. La tesi recopila coneixements precisos sobre les pautes i tendències del consum municipal d'aigua per a comprendre millor els patrons de consum i els comportaments dels consumidors, així com desenvolupar estimacions i hipòtesis preliminars. D'aquesta manera, s'impulsarà el model de demanda d'aigua municipal al país perquè siga capaç de fer front a diferents escenaris i limitacions. El desenvolupament del model municipal de demanda d'aigua ha mostrat la necessitat de disposar de dades estadístiques i de facturació de l'aigua fiables. Aquests constitueixen el punt de partida de la previsió i han d'estar disponibles amb una resolució prou alta. El model ací presentat proporciona un marc perquè nous desenvolupaments futurs. Els resultats de l'anàlisi també determinaran els factors i categories utilitzats en el model. El model se centra en la demanda d'aigua no residencial. No obstant això, s'inclouen previsions separades per a la categoria residencial a fi de permetre l'extrapolació dels resultats i l'anàlisi *top-*down per a un enfocament més precís de les previsions i, també, per a una millor comprensió general dels comportaments de consum d'aigua de la població. / [EN] The Kingdom of Saudi Arabia is undergoing substantial economic, industrial, commercial, and population growth. This growth, in turn, leads to increased water demand in the region. In addition to population growth, industrialization and modernization have placed increasing pressure on KSA's water infrastructure. There is an urgent need to increase the water capacity to meet the projected demand and maintain the water systems' security and reliability. Therefore, it is imperative to find solutions that improve the efficiency of the Kingdom's water system. A key element in this effort is understanding and classifying how water is consumed with its micro-components within various segments. The thesis aims to collect precise knowledge about municipal water consumption patterns and trends to understand water consumption patterns and consumer behaviours better and develop preliminary estimates and assumptions. This will drive the municipal water demand model in KSA to be capable of dealing with different scenarios and constraints. The development of the municipal water demand model highlighted the need for reliable statistical and water billing data. These form the starting point of the forecast and need to be available at a high enough resolution. The model provides a framework for the required data to be built on further. The analysis results will also determine the drivers and categories used in the model. The model focuses on the non-Residential water demand. Still, separate forecasts are included for the residential category to enable the extrapolation of the results and downward analysis for a more accurate and cost-effective bottom-up approach to forecasting and an overall better understanding of the population's water consumption behaviours. / Alhudaithi, M. (2023). A Sectorial Analysis of Municipal Water Consumption and Management in Saudi Arabia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201553

[EN] Due to the rise of energy prices, the energy cost of pumping represents most of the total operation cost in water distribution systems. In addition, energy price varies according to the tariff structure. For these reasons, optimal real-time control of the pumping stations and the valve operation settings is required in order to minimize energy costs while controlling pressure in the network. To achieve this objective it is necessary to define an optimization model that results in a reliable operation scenario. Moreover, simulation of hydraulic models allows tracking the daily operation schedule of the water supply network. Its integration into a SCADA system is a valuable tool to aid the making of decisions. For this aim, the mathematical model must be calibrated, and regularly updated. Finally, to perform optimal control in real-time, it is necessary to define a demand forecast model to know in advance the state of the network for the following 24 hours. This thesis exposes a methodology for optimal real-time operation of a hydraulic network based on the development of a platform that allows the integration of hydraulic simulation models, forecast models and optimization algorithms in SCADA systems. With the aim of performing the most adjusted model to actual scenarios, a demand forecast model has been developed based on historical patterns obtained from the SCADA system. Finally, an optimization module has been developed to minimize the energy costs of pumping systems, which basically consists of two blocks. In the first block, the goal is to optimize the operating regime of pumps using a linear programming model to minimize the operating costs while maintaining the water levels in tanks within a threshold range. In the second block, once optimal pump operation is set, setting of pressure reducing valves is optimized in order to satisfy the total expected demand within the system's restrictions of maximum and minimum pressure, according to the pump operation. An important contribution of this thesis has been the replacement of the hydraulic model by an equivalent model based on parallelized architecture neural network (ANN), which significantly reduces the computation time, a very important aspect when a system for real-time optimization is implemented. The proposed methodology has been applied to the water supply network of Valencia and its metropolitan area, taking into account current energy tariff structure. Results prove the effectiveness of the proposed model in the search for feasible operation strategies, to be applied to a real distribution system with two water pumping stations, several tanks, and various regulation valves remotely operated. Many of the physical components of the system have been replaced by using ANN architecture, without affecting the pressure constraints at critical points. The achieved energy saving highlights the importance of applying optimization models as a mean of improving system energy efficiency. / [ES] Con el aumento de precios de la energía, el coste de la energía eléctrica utilizada por los sistemas de bombeo representa la mayor parte del coste total de la operación en los sistemas de distribución de agua. Por esta razón, y porque los precios de la energía son variables hora a hora, es necesario un control óptimo en tiempo real del régimen de operación de las estaciones de bombeo y el régimen de regulación de las válvulas, con el fin de minimizar los costes energéticos y al mismo tiempo controlar las presiones en la red. Para alcanzar este objetivo es necesario definir un modelo de optimización que dé como resultado un escenario de operación viable. Por otra parte, los modelos de simulación hidráulica permiten realizar el seguimiento del régimen de operación diaria de una red de abastecimiento de agua, y su integración en un sistema SCADA constituyen una herramienta de valiosa ayuda para la toma de decisiones. Para ello el modelo matemático deberá estar calibrado y permanentemente actualizado. Finalmente para llevar a cabo un control óptimo en tiempo real es necesario definir un modelo de previsión de demanda que permita anticipar el estado de la red para las próximas 24 horas. La presente tesis presenta una metodología de operación óptima en tiempo real de una red hidráulica basada en el desarrollo de una plataforma que permite la integración de modelos de simulación, los modelos de predicción y los algoritmos de optimización con los sistemas SCADA. Con vistas a realizar una optimización en tiempo real lo más ajustada a la realidad se ha adoptado un modelo de previsión de demanda basado en patrones históricos procedentes de los datos de consumos obtenidos a través del propio sistema SCADA. Finalmente se ha desarrollado un módulo de optimización para minimizar los costes energéticos del sistema de bombeo, el cual, consta básicamente de dos bloques. En el primer bloque el objetivo ha sido optimizar el régimen de operación de las bombas mediante un modelo por programación lineal con el objetivo de minimizar los costes de operación manteniendo los niveles en los depósitos dentro del rango prefijado. En el segundo bloque, una vez definido el estado de operación de las bombas, se han optimizado las consignas de las válvulas de regulación, consideradas como válvulas reductoras de presión, con tal de satisfacer la demanda total prevista cumpliendo las restricciones de presión máxima y mínima del sistema, de acuerdo con la operación de las bombas. Como una aportación importante de la tesis, a la hora de realizar las simulaciones hidráulicas de las diferentes soluciones propuestas por el optimizador, se ha sustituido el simulador hidráulico por un modelo equivalente basado en una arquitectura de red neuronal paralelizada (ANN), el cual permite reducir significativamente el tiempo de cálculo, aspecto de gran importancia cuando se trata de implantar un sistema de optimización en tiempo real. La metodología propuesta ha sido aplicada sobre la red a abastecimiento de agua a Valencia y su área metropolitana, considerando los bloques de tarifas eléctricas vigentes para el caso de estudio. La tesis doctoral presenta unos resultados que prueban la efectividad del modelo propuesto en la búsqueda de estrategias de operación viables para ser aplicado sobre un sistema de distribución de agua real compuesta por dos estaciones de bombeo, varios depósitos, y diversas válvulas de regulación motorizadas, en la que se han podido omitir muchos de los componentes físicos del sistema mediante el uso de una arquitectura ANN, pero sin perder de vista los puntos críticos donde se han establecido las restricciones del presión. La reducción del consumo eléctrico alcanzado, pone de manifiesto la importancia del modelo de optimización como instrumento de mejora de la eficiencia energética del sistema. / [CA] Amb l'augment de preus de l'energia, el cost de l'energia elèctrica utilitzada pels sistemes de bombament representa la major part del cost total de l'operació en els sistemes de distribució d'aigua. Per esta raó, i perquè els preus de l'energia són variables hora a hora, és necessari un control òptim en temps real del règim d'operació de les estacions de bombament i el règim de regulació de les vàlvules, a fi de minimitzar els costos energètics i al mateix temps controlar les pressions en la xarxa. Per a aconseguir este objectiu és necessari definir un model d'optimització que done com resultat un escenari d'operació viable. D'altra banda, els models de simulació hidràulica permeten realitzar el seguiment del règim d'operació diària d'una xarxa d'abastiment d'aigua, i la seua integració en un sistema SCADA contituyen una ferramenta de valuosa ajuda per a la presa de decisions. Per això el model matemàtic haurà d'estar calibrat i permanentment actualitzat. Finalment per a dur a terme un control òptim en temps real és necessari definir un model de previsió de la demanda que permeta anticipar l'estat de la xarxa per a les pròximes 24 hores. La present tesi presenta una metodologia d'operació òptima en temps real d'una xarxa hidràulica basada en el desenrotllament d'una plataforma que permet la integració de models de simulació, els models de predicció i els algoritmes d'optimització amb els sistemes SCADA. Amb vista a realitzar una optimització en temps real el més ajustada a la realitat s'ha adoptat un model de previsió de demanda basat en patrons històrics procedents de les dades de consums obtinguts a través del propi sistema SCADA. Finalment s'ha desenvolupat un mòdul d'optimització per minimitzar els costos energètics del sistema de bombament, el qual, consta bàsicament de dos blocs. En el primer bloc l'objectiu ha estat optimitzar el règim d'operació de les bombes mitjançant un model per programació lineal amb l'objectiu de minimitzar els costos d'operació mantenint els nivells en els dipòsits dins del rang prefixat. En el segon bloc, un cop definit l'estat d'operació de les bombes, s'han optimitzat les consignes de les vàlvules de regulació, considerades com vàlvules reductores de pressió, per tal de satisfer la demanda total prevista complint les restriccions de pressió màxima i mínima del sistema, d'acord amb l'operació de les bombes. Com una aportació important de la tesi, a l'hora de realitzar les simulacions hidràuliques de les diferents solucions proposades per l'optimitzador, s'ha substituït el simulador hidràulic per un model equivalent basat en una arquitectura de xarxa neuronal paralelizada (ANN), el qual permet reduir significativament el temps de càlcul, aspecte de gran importància quan es tracta d'implantar un sistema d'optimització en temps real. La metodologia proposada ha sigut aplicada sobre la xarxa a abastiment d'aigua a València i la seua àrea metropolitana, considerant els blocs de tarifes elèctriques vigents per al cas d'estudi. La tesi doctoral presenta uns resultats que proven l'efectivitat del model proposat en la busca d'estratègies d'operació viables per a ser aplicat sobre un sistema de distribució d'aigua real composta per dos estacions de bombament, uns quants depòsits, i diverses vàlvules de regulació motoritzades, en la que s'han pogut ometre molts dels components físics del sistema per mitjà de l'ús d'una arquitectura ANN, però sense perdre de vista els punts crítics on s'han establit les restriccions del pressió. La reducció del consum elèctric aconseguit, posa de manifest la importància del model d'optimització com a instrument de millora de l'eficiència energètica del sistema. / Bou Soler, V. (2016). Optimización en tiempo real del modo de operación de un abastecimiento de agua mediante técnicas metaheurísticas. Aplicación a la RED de suministro a Valencia y su área metropolitana [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62692 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] La mayoría de los estudios científicos pronostican un incremento en la frecuencia y magnitud de los episodios de precipitaciones extremas como consecuencia de los efectos del cambio climático. Además, se espera que en un plazo de 50 años el 80% de la población mundial viva en zonas propensas a inundaciones. Este incremento en la peligrosidad, vulnerabilidad y en la exposición al peligro de lluvias intensas supone un aumento significativo en el riesgo de inundaciones, ya de por si elevado, que manifiesta la urgente necesidad de tomar medidas encaminadas a reducir la vulnerabilidad y desarrollar metodologías capaces de estimar con la mayor precisión posible la magnitud y la probabilidad de ocurrencia de estos posibles fenómenos extremos. En esta última dirección va dirigida la presente tesis doctoral, presentando una nueva metodología basada en el uso de generadores meteorológicos estocásticos para la estimación de la frecuencia de avenidas extremas tanto en escenarios de clima actual como de cambio climático. Más allá del paradigma de la tormenta de diseño y de los estudios tradicionales de análisis de frecuencia de inundaciones, la metodología propuesta en esta tesis se basa en la simulación sintética continua: generador meteorológico estocástico + modelo hidrológico espacialmente distribuido. El uso de generadores meteorológicos estocásticos para el análisis de frecuencia de inundaciones es una práctica cada vez más común dentro de la comunidad hidrológica. Sin embargo, es necesario disponer de observaciones largas y completas para obtener estimaciones de cuantiles confiables para altos períodos de retorno. La novedad que introduce la metodología propuesta se basa en la integración de estudios regionales de precipitación máxima en la implementación del generador meteorológico, lo que reduce considerablemente la incertidumbre en las estimaciones de cuantiles (especialmente aquellos asociados a eventos de baja frecuencia) debida a los usualmente cortos y escasos registros hidrometeorológicos de los que se dispone hasta la fecha. Esta tesis se presenta como un compendio de cinco publicaciones: tres de ellas ya publicadas y dos en proceso de revisión en revistas indexadas en el Journal Citation Report. Estos documentos narran la progresión de la metodología a lo largo de diversas etapas hasta llegar al enfoque final. Inicialmente concebida para el clima actual a escala diaria, la metodología fue posteriormente adaptada a escala subdiaria y finalmente desarrollada para su aplicación en escenarios de clima futuro. A lo largo de este proceso, se abordaron estudios de incertidumbre asociados a la cantidad de información que involucran tanto las estimaciones de cuantiles de precipitación como de inundación. Las metodologías se han implementado en dos casos de estudio: Rambla de la Viuda (Castellón) y; la cuenca del río Segura, cuyos resultados han evidenciado la solidez y eficacia de las metodologías. En el ámbito de la modelización meteorológica, los resultados han sido consistentes y satisfactorios, demostrando la capacidad de la metodología para representar con precisión las complejidades de los patrones climáticos. Asimismo, en el ámbito hidrológico, la metodología ha exhibido una eficaz capacidad para representar y simular los procesos relacionados con el ciclo del agua, ofreciendo resultados coherentes y satisfactorios en la estimación de caudales y eventos de inundación tanto en clima actual como en clima futuro. Esta consistencia en la robustez de la metodología, tanto en la modelización meteorológica como hidrológica, respalda su aplicabilidad y confiabilidad en entornos y condiciones climáticas diversas. / [CA] La majoria dels estudis científics pronostiquen un increment de la freqüència i la magnitud dels episodis de precipitacions extremes a conseqüència dels efectes del canvi climàtic. A més, s'espera que en un termini de 50 anys el 80% de la població mundial habite en zones propenses a inundacions. Aquest acreixement en la perillositat, vulnerabilitat i exposició al perill de pluges intenses suposa un augment significatiu del risc d'inundacions, ja de per si elevat, que manifesta la urgent necessitat de prendre mesures encaminades a reduir la vulnerabilitat i desenvolupar metodologies que permeten estimar amb la major precisió possible la magnitud i la probabilitat d'ocurrència d'aquests possibles fenòmens extrems. En aquesta última direcció va dirigida la present tesi doctoral, que presenta una nova metodologia basada en l'ús de generadors meteorològics estocàstics per a l'estimació de la freqüència d'avingudes extremes, tant en escenaris de clima actual com de canvi climàtic. Més enllà del paradigma de la tempesta de disseny i dels estudis tradicionals d'anàlisis de freqüència d'inundacions, la metodologia proposada en aquesta tesi es basa en la simulació sintètica contínua: generador meteorològic estocàstic + model hidrològic espacialment distribuït. L'ús de generadors meteorològics estocàstics per a l'anàlisi de freqüència d'inundacions és una pràctica cada vegada més comuna dins de la comunitat hidrològica. No obstant això, és necessari disposar d'observacions llargues i completes per a obtindre estimacions de quantils de confiança per a alts períodes de retorn. La novetat que introdueix la metodologia proposada es basa en la integració d'estudis regionals de precipitació màxima en la implementació del generador meteorològic, la qual cosa redueix considerablement la incertesa en les estimacions de quantils (especialment d'aquells associats a esdeveniments de baixa freqüència) a causa dels usualment curts i escassos registres hidrometeorològics dels quals es disposa fins a la data. Auqesta tesi es presenta com un compendi de cinc publicacions: tres d'elles en ja publicades i dos en procés de revisió en revistes indexades en el Journal Citation Report. Aquests documents narren la progressió de la metodologia al llarg de diverses etapes fins arribar a l'enfocament final. Inicialment concebuda per al clima actual a escala diària, la metodologia va ser posteriorment adaptada a escala subdiària i finalment desenvolupada per a la seua aplicació en escenaris de clima futur. Al llarg d'aquest procés, es van abordar estudis d'incertesa associats a la quantitat d'informació que involucren tant les estimacions de quantils de precipitació com d'inundació. Les metodologies s'han implementat en dos casos d'estudi: Rambla de la Vídua (Castelló) i; la conca del riu Segura, els resultats del qual han evidenciat la solidesa i eficàcia de les metodologies. En l'àmbit de la modelització meteorològica, els resultats han estat consistents i satisfactoris, ja que han demostrat la capacitat de la metodologia per a representar amb precisió les complexitats dels patrons climàtics. Així mateix, en l'àmbit hidrològic, la metodologia ha exhibit una eficaç capacitat per a representar i simular els processos relacionats amb el cicle de l'aigua, i ens ha oferit resultats coherents i satisfactoris en l'estimació de cabals i esdeveniments d'inundació tant en clima actual com en clima futur. Aquesta consistència en la robustesa de la metodologia, tant en la modelització meteorològica com en la hidrològica, recolza la seua aplicabilitat i confiabilitat en entorns i condicions climàtiques diverses. / [EN] Most scientific studies predict an increase in the frequency and magnitude of extreme precipitation events as a consequence of climate change effects. Furthermore, it is expected that within 50 years, 80% of the global population will reside in flood-prone areas. This heightened risk, vulnerability, and exposure to intense rainfall hazards signify a significant rise in the flood risk, already elevated. It underscores the urgent need to implement measures to reduce vulnerability and develop methodologies capable of accurately estimating the magnitude and probability of occurrence of these potential extreme events. This doctoral thesis is directed towards this objective, presenting a new methodology based on the use of stochastic weather generators for estimating the frequency of extreme floods in both current and climate change scenarios. Beyond the Design Storm paradigm and traditional Flood Frequency Analysis studies, the methodology proposed in this thesis relies on continuous synthetic simulation: stochastic weather generator + spatially distributed hydrological model. The use of stochastic weather generators for Flood Frequency Analysis is becoming increasingly common within the hydrological community. However, reliable quantile estimates for high return periods require long and complete observations. The innovation introduced by the proposed methodology lies in the integration of regional studies of maximum precipitation into the implementation of the weather generator, significantly reducing uncertainty in quantile estimates (especially those associated with low-frequency events) due to the typically short and limited hydrometeorological records available to date. This thesis is presented as a compilation of five publications: three already published and two under review in journals indexed in the Journal Citation Report. These documents narrate the progression of the methodology through various stages to its final approach. Initially conceived for the current climate at a daily scale, the methodology was later adapted to a subdaily scale and ultimately developed for application in future climate scenarios. Throughout this process, uncertainty studies were addressed concerning the amount of information involving both precipitation and flood quantile estimates. The methodologies have been implemented in two case studies: Rambla de la Viuda (Castellón) and the Segura River basin, with results demonstrating the robustness and effectiveness of the methodologies. In the field of meteorological modeling, the results have been consistent and satisfactory, showcasing the methodology's ability to accurately represent the complexities of climate patterns. Likewise, in the hydrological domain, the methodology has exhibited effective capabilities in representing and simulating processes related to the water cycle, offering coherent and satisfactory results in the estimation of flows and flood events in both current and future climates. This consistency in the robustness of the methodology, both in meteorological and hydrological modeling, supports its applicability and reliability in diverse environmental and climatic conditions. / This work was supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation through the research projects TETISCHANGE (RTI2018-093717-B-100) and TETISPREDICT (PID2022-141631OB-I00). Funding for the Open Access charge has been provided by Universitat Politècnica de València / Beneyto Ibáñez, C. (2024). On the Use of Weather Generators for the Estimation of Low-Frequency Floods under a Changing Climate [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/205179 / Compendio

Após o aumento de potência do reator IEA-R1 de 2 MW para 5 MW observou-se um aumento da taxa de corrosão nas placas laterais de alguns elementos combustíveis e algumas dúvidas surgiram com relação ao valor de vazão utilizada nas análises termo-hidráulicas. A fim de esclarecer e medir a distribuição de vazão real pelos elementos combustíveis que compõe o núcleo do reator IEA-R1, um elemento combustível protótipo, sem material nuclear, chamado DMPV-01 (Dispositivo para Medida de Pressão e Vazão), em escala real, foi projetado e construído em alumínio. A vazão no canal entre dois elementos combustíveis é muito difícil de estimar ou ser medida. Esta vazão é muito importante no processo de resfriamento das placas laterais. Este trabalho apresenta a concepção e construção de um elemento combustível instrumentado para medir a temperatura real nestas placas laterais para melhor avaliar as condições de resfriamento do combustível. Quatorze termopares foram instalados neste elemento combustível instrumentado. Quatro termopares em cada canal lateral e quatro no canal central, além de um termopar no bocal de entrada e outro no bocal de saída do elemento. Existem três termopares para medida de temperatura do revestimento e um para a temperatura do fluido em cada canal. Três séries de experimentos, para três configurações distintas, foram realizadas com o elemento combustível instrumentado. Em dois experimentos uma caixa de alumínio foi instalada ao redor do núcleo para reduzir o escoamento transverso entre os elementos combustíveis e medir o impacto na temperatura das placas externas. Dada a tamanha quantidade de informações obtidas e sua utilidade no projeto, melhoria e capacitação na construção, montagem e fabricação de elementos combustíveis instrumentados, este projeto constitui um importante marco no estudo de núcleos de reatores de pesquisa. As soluções propostas podem ser amplamente utilizadas para outros reatores de pesquisa. / After the IEA-R1 upgrade from 2 MW to 5 MW it was observed that the corrosion rate increased in a lateral plate of one fuel element and some issues appeared concerning the flow values used in the thermal-hydraulic analysis. In order to clear it up and measure the actual flow distribution among the fuel elements composing the IEA-R1 active core, a dummy element without nuclear fuel material, called DMPV-01 (Pressure and Flow Measurement Device), full scale, was designed and manufactured in aluminum. The flow rate in the channel between two fuel assemblies is very difficult to estimate or measure. This flow rate is very important to the cooling process of the external plates. This work presents the design and construction of an instrumented fuel assembly in order to measure the actual temperature in these lateral plates. Fourteen thermocouples were installed in this instrumented fuel assembly. Four in each lateral channel, one in the inlet nozzle and one in the outlet nozzle. There are three thermocouples in each channel to measure the clad temperature and one thermocouple to measure the fluid temperature. Three series of experiments, for three different core configuration were carried out with the instrumented fuel assembly. In two experiments a box was installed around the core to reduce the cross flow between the fuel assembly and measure the impact in the temperatures of external plates. Given the amount of information generated and its utility in the design, improvement and qualification in construction, assembly and manufacturing of instrumented fuel, this project turned out to be an important landmark on the thermal-hydraulic study of research reactor cores. The proposed solutions could be useful for other research reactors.

Após o aumento de potência do reator IEA-R1 de 2 MW para 5 MW observou-se um aumento da taxa de corrosão nas placas laterais de alguns elementos combustíveis e algumas dúvidas surgiram com relação ao valor de vazão utilizada nas análises termo-hidráulicas. A fim de esclarecer e medir a distribuição de vazão real pelos elementos combustíveis que compõe o núcleo do reator IEA-R1, um elemento combustível protótipo, sem material nuclear, chamado DMPV-01 (Dispositivo para Medida de Pressão e Vazão), em escala real, foi projetado e construído em alumínio. A vazão no canal entre dois elementos combustíveis é muito difícil de estimar ou ser medida. Esta vazão é muito importante no processo de resfriamento das placas laterais. Este trabalho apresenta a concepção e construção de um elemento combustível instrumentado para medir a temperatura real nestas placas laterais para melhor avaliar as condições de resfriamento do combustível. Quatorze termopares foram instalados neste elemento combustível instrumentado. Quatro termopares em cada canal lateral e quatro no canal central, além de um termopar no bocal de entrada e outro no bocal de saída do elemento. Existem três termopares para medida de temperatura do revestimento e um para a temperatura do fluido em cada canal. Três séries de experimentos, para três configurações distintas, foram realizadas com o elemento combustível instrumentado. Em dois experimentos uma caixa de alumínio foi instalada ao redor do núcleo para reduzir o escoamento transverso entre os elementos combustíveis e medir o impacto na temperatura das placas externas. Dada a tamanha quantidade de informações obtidas e sua utilidade no projeto, melhoria e capacitação na construção, montagem e fabricação de elementos combustíveis instrumentados, este projeto constitui um importante marco no estudo de núcleos de reatores de pesquisa. As soluções propostas podem ser amplamente utilizadas para outros reatores de pesquisa. / After the IEA-R1 upgrade from 2 MW to 5 MW it was observed that the corrosion rate increased in a lateral plate of one fuel element and some issues appeared concerning the flow values used in the thermal-hydraulic analysis. In order to clear it up and measure the actual flow distribution among the fuel elements composing the IEA-R1 active core, a dummy element without nuclear fuel material, called DMPV-01 (Pressure and Flow Measurement Device), full scale, was designed and manufactured in aluminum. The flow rate in the channel between two fuel assemblies is very difficult to estimate or measure. This flow rate is very important to the cooling process of the external plates. This work presents the design and construction of an instrumented fuel assembly in order to measure the actual temperature in these lateral plates. Fourteen thermocouples were installed in this instrumented fuel assembly. Four in each lateral channel, one in the inlet nozzle and one in the outlet nozzle. There are three thermocouples in each channel to measure the clad temperature and one thermocouple to measure the fluid temperature. Three series of experiments, for three different core configuration were carried out with the instrumented fuel assembly. In two experiments a box was installed around the core to reduce the cross flow between the fuel assembly and measure the impact in the temperatures of external plates. Given the amount of information generated and its utility in the design, improvement and qualification in construction, assembly and manufacturing of instrumented fuel, this project turned out to be an important landmark on the thermal-hydraulic study of research reactor cores. The proposed solutions could be useful for other research reactors.