La tesis tiene como objetivo investigar métodos de bajo coste para la deposición de películas delgadas con a aplicaciones fotovoltaicas. Particular atención se ha prestado a la aplicabilidad de los materiales obtenidos. La primera parte (en Español) investiga la deposición de películas de dióxido de titanio y la preparación de células de colorante sensibilizadas con electrolitos sólidos. Se han obtenido capas nanocristalinas de anatasa con excelentes propiedades bactericida. La segunda parte investiga métodos de bajo coste para la deposición de capas de calcopiritas CuInS2, CuIn,GaS2 Cu(In,Ga)Se2, Cu(In,Ga)(S,Se)2, Cu2ZnSnS4 y capas búfer sin contenido de cadmio. La mayoría de los métodos empleados han sido novedosos y publicados por primera vez. La eficiencia más alta de conversión fotoellectrica se ha obtenido en la segunda parte con el calcopirita Cu(In,Ga)Se2, llegando al 7.5%.

This thesis presents results related to the design, modeling and control of a low temperature ethanol reformer as a source of hydrogen designed to feed a fuel cell (PEMFC). As fuel, ethanol has been selected as one of the renewable energy sources currently under study due to its interest for scientific and economic fields. The reformer has been separated into three stages in order to guarantee the maximum production of H2 and the minimum production of CO. SnO2 and Co(Fe)Na+/ZnO catalytic monoliths have been used, where in the first stage ethanol is dehydrogenated over SnO2 and, in the second stage, the reforming of acetaldehyde over Co(Fe)Na+/ZnO takes place under the presence of hydrogen, generated in stage 1. Then we add a third stage with a Fe2O3-Cr2O3 commercial catalyst to complete the WGS reaction. In addition to ensure a reducing environment in the reforming step, this configuration also allows optimizing the conditions of each stage of the reaction. Constant pressure has been imposed as a condition of the reformer design, but the variation of temperatures in each stage has been considered. In this thesis dynamic models have been developed for the reformer of ethanol with vapour at low temperatures described previously, the stationary and dynamic response has been analysed and controllers have been designed to meet the requirements of the system. Up until now there have only been a few works that address the design and implementation of controllers for fuel reformers, and none of these have used ethanol fuel. Some are in the area of automatic control and have been applied to tubular reformers but consider other type of fuel, not ethanol, for its alimentation In this thesis the mathematical model used to represent the state of the monolithic reformer has been presented, considered and implemented. Through a study of the stationary state one can validate the different hypothesis of assumed design and through an analysis of the parametric sensitivity the operational conditions for the reform process are discussed. This way the mathematic model of the reactor can be used to explore other alternatives for the operation of the reformer putting an emphasis on the influence of temperature in the second stage as this is a variable. Afterwards a study is made of the control of the models based on the balance of mass and linearised energy. In order to realise the control study the mathematic tools RGA, MRI and CN have been used. Through this analysis the control structures have been selected which will be most suitable for design controllers which can guarantee the requirements for the fuel cell.

El aluminio y sus aleaciones son las matrices metálicas más utilizadas para la fabricación de materiales compuestos, debido a su baja densidad, capacidad de endurecimiento por precipitación, buena resistencia a la corrosión y elevadas conductividades térmica y eléctrica. Las propiedades de los materiales compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas cerámicas (AMCp) dependen de su microestructura, composición, proceso de conformación, tamaño y distribución de las partículas de refuerzo y grado de adhesión entre la matriz y las partículas. En este trabajo se revisan los antecedentes y el estado del arte de estos materiales, y se realiza un estudio con el fin de determinar la interdependencia entre microestructura, proceso de fabricación y propiedades. Se han obtenido componentes mediante distintos procesos metalúrgicos: un material de forja, producido con la aleación 2124, y otro de fundición, con la aleación 359, ambos reforzados con partículas de SiC. La caracterización microestructural de los distintos materiales estudiados permite determinar el efecto del proceso y del refuerzo en la porosidad y en la microestructura. El proceso de pulvimetalúrgia y forja proporciona un material con menos defectos y con una distribución más homogénea del refuerzo que el proceso de moldeo. La optimización de los tratamientos térmicos en los materiales con matriz 2124 permite determinar el efecto del refuerzo en la cinética de precipitación. Las propiedades mecánicas se determinan mediante ensayos de tracción y de dureza. Estos ensayos ponen de manifiesto que la adición de partículas de refuerzo a las aleaciones de aluminio incrementa la resistencia a la tracción y el módulo elástico, y disminuye la ductilidad. Este efecto se incrementa con una distribución homogénea del refuerzo. El comportamiento en servicio se evalúa mediante ensayos tribológicos, ensayos de fatiga y estudios de corrosión. Los resultados ponen de manifiesto que la incorporación de partículas de SiC a las aleaciones de aluminio mejora la resistencia al desgaste e incrementa el coeficiente de fricción de estos materiales. También se mejora la resistencia a la fatiga, observándose una mayor resistencia a la nucleación de grietas, pero una mayor velocidad de crecimiento de las mismas. La influencia del refuerzo en la corrosión se debe a la precipitación localizada de compuestos intermetálicos y a la generación de tensiones en las interfases matriz/refuerzo. / Aluminium and its alloys are the metallic matrixes most used in order to the manufacture of composites, due to its low density, capability of precipitation hardening, good corrosion resistance and high thermal and electrical conductivities. The properties of the aluminium matrix composites reinforced with ceramic particles (AMCp) depend on its microstructure; composition; manufacturing process; reinforcement particles size and distribution; and grade of adhesion between the matrix and particles. The background and the status of the art of these materials come under review in this work, and a study with the aim of determining the interdependence among microstructure, process of manufacture and properties comes true. The components by means of different metallurgic processes have been obtained: A forged material, manufactured with the alloy 2124, and another one of casting, with the alloy 359, both reinforced with SiC particles. Characterization microstructure allows micro structural of different studied materials determining the effect of the process of the reinforcement in the porosity and microstructure. The process of powder metallurgy and forging provides a material with fewer defects and with a more homogenous distribution of the reinforcement than the casting process. The optimization of heat treatments in materials with 2124 matrix allows determining the effect of the reinforcement in the kinetics of precipitation. The mechanical properties have been obtained by means of tensile and hardness tests. These essays reveal that the addition of reinforcement particles to the aluminium alloys increases the tensile strength and the elastic module, and decrease the ductility. This effect rises with a homogenous distribution of the reinforcement. The in service behaviour is evaluated by means of tribological test; fatigue test and corrosion studies. The results bring forth how the incorporation of particles of SiC of aluminium improvement to the alloys wears resistance and it increases the friction coefficient of these materials. The fatigue properties show a greater resistance to the cracks nucleation, but a bigger rate of growth of the same. The influence of the reinforcement in corrosion is due to the precipitation localized of intermetallic compounds and the stresses generation in interphases between matrix and reinforcement.

L'estudi de la metal·lúrgia del plom (processos productius, usos, intercanvis comercials, valor social del metall) ha ocupat sempre un espai marginal dins la investigació arqueològica i arqueometal·lúrgica, centrada sobretot en altres metalls. Tanmateix, els minerals de plom són abundants a la natura i les tasques d'extracció i transformació de la galena es coneixen des de les primeres etapes metal·lúrgiques de moltes societats prehistòriques. Ara bé, què en sabem de l'explotació, transformació, circulació, treball i ús del plom entre les poblacions protohistòriques que habitaven l'actual Principat?Amb aquesta tesi es pretén realitzar una primera aproximació general a aquestes qüestions durant l'època ibèrica. L'objectiu principal és revisar de manera crítica i posar sobre la taula el màxim de dades i evidències arqueològiques d'una metal·lúrgia ara per ara molt desconeguda; per a tal fi, hem hagut de centrar-nos especialment en els objectes acabats i en les evidències de treball i manipulació del plom detectades en els assentaments. Aquesta tesi s'ha desenvolupat en el marc del projecte I+D "Aprovechamiento de recursos de plomo y plata en el primer milenio aC: Interacción comercial y cultural en el Mediterráneo Occidental", dirigit per la Dra. Núria Rafel. / The study of the metallurgy of lead (production processes, uses, trade, social value of the metal) has always occupied a marginal space within the archaeological and archaeometallurgical research, that has especially focused on other metals. However, lead minerals are abundant in nature and the extraction and transformation of galena are known from the earliest stages of metallurgy in many prehistoric societies. But what do we know about the exploitation, processing, circulation, work and use of lead by the late prehistoric populations that inhabited present Catalonia?The aim of this thesis is to achieve a first general approach to these issues for the Iberian period. The main objective is, then, to present and review, in a critical manner, the available archaeological data about this metallurgy to which very little attention has been paid; to this end, we had to focus especially on finished objects and on the evidence concerning the work and handling of lead, detected in late iron age settlements.This thesis has been carried out in the framework of the R+D project "Use of lead and silver in the first millennium BCE: commercial and cultural interaction in Western Mediterranean", coordinated by Prof. Nuria Rafael (University of Lleida).

Aquesta tesi ha consistit en el disseny, fabricació i estudi de les propietats d'aleacions Cr-Re destinades a substituir els aliatges base Pt utilitzats en els motors d'apogeu i de correcció orbital de satél.lits i ha estat recolzada pel Centre de Recerca d'EADS en col.laboració amb la Universitat Politècnica de Catalunya. Els aleatges de Cr-Re han estat objecte d'alguns estudis en el passat que indicaven una millora de les propietats mecàniques amb addicions de fins un 35% de Re. Malhauradament aquests estudis de caire fonamental no incluïen la investigació de la influència del Re en altres proprietats importants per aplicacions estructurals. En aquesta tesi s'ha dissenyat un métode de fabricació semi-industrial pels aliatges Cr-18at%Re i Cr-35at%Re i s'ha estudiat les propietats mecàniques, químiques i tèrmiques rellevants a l'aplicació potencial dels aliatges en càmeres de combustió de motors de satél.lit Un métode de fabricació pulvimetal.lúrgic ha estat dissenyat per la producció d'aliatges prototip i s'ha desenvolupat un métode de fabricació per fosa mitjançant arc eléctric en cressol fred per produir els aliatges d'alta puresa. Per millorar l'homogeneïtat dels aliatges Cr-18Re s'ha implementat un métode d'inoculació de la fosa amb Cr, Pr i Sc. Els aliatges produits per aquest métode presenten una alta puresa i homogeneïtat.Les proprietats mecàniques dels aliatges milloren amb percentatges de Re creixents. Els aliatges Cr-35Re produits en fase líquida presenten les millors propietats mecàniques amb un límit elàstic de 800 MPa a temperatura ambient i una deformació a la ruptura del 5% en tracció. A 1400°C el límit elàstic en tracció i compressió és superior a 140MPa. El Cr-35Re presenta fractura en mode mixte intergranular-transgranular fins a 1200°C i intergranular a temperatura més elevada, això limita la seva plasticitat a alta temperatura. La ductilitat màxima, amb una deformació en tracció del 10% s'assoleix en mode intergranular entre 600 i 1000°C. La resistència dels aliatges Cr-18Re i Cr-35Re a l'oxidació i a la nitruració va ser assajada fins a 1500°C. L'estabilitat dels Cr-35Re a alta temperatura és molt bona i la influència de l'exposició a alta temperatura en la ductilitat és limitada. Els aliatges Cr-18Re presenten una resistència a temperatures elevades mediocre, caracteritzada per la la segregació del Cr a les boreres gra durant l'exposició i la seva evaporació.Com era previsible les addicions de Re al Cr disminueixen la conductivitat tèrmica i elèctrica, ja que els àtoms de Re distorsionen la simetria cristal.lina de l'aliatge. La disminució de la conductivitat térmica unida a la millora de les propietats mecàniques fa difícil fer una estimació sobre la resitència de l'aliatge al xoc tèrmic. Per aquesta raó es va decidir comprovar experimentalment la resistència dels aliatges als gradients térmics característics de l'aplicació. La cinètica d'escalfament de 500K/s i el gradient térmic geomètric de 500K/mm van ser impossibles de reproduir amb equips comercials i va ser necessàri dissenyar una instal.lació específica basada en un forn d'arc eléctric. Els aliatges de Cr-35Re donen la millor resposta en xoc i gradient tèrmic, presentant micro fissures de menys de 150µm a la superfície després de 100 cícles i cap fissuració interna, mentre que els aleatges de Cr-18Re presenten fissuració a les boreres de gra de la superfícies fins a una findària de 200µm.La millora de les propietats mecàniques, químiques i de ciclatge tèrmic de l'aleatge contenint un 35% de Re es significativa i indica que s'adequa a l'aplicació. L'estudi ha resultat en la fabricació d'un motor de 22N que serà assajat a les instal.lacions de EADS Space a Lampoldhausen, Alemanya. / The manufacturing process and properties of various Cr-Re alloys have been investigated in this work to replace Pt alloys used currently in the satellite thruster combustion chambers. This Thesis has been supported by the Corporate Research Center of EADS and tutored by the Technical University of Catalonia. The studies carried out in the past on the Re effect on the mechanical properties of refractory alloys resulted in the industrial application of Mo-Re and W-Re alloys. Cr-Re alloys have been studied at a fundamental level indicating an improvement of the mechanical properties of the alloys containing Re. Other properties related to its potential application in satellite thrusters were not characterized and an industrial manufacturing process for Cr-Re alloys does not exist, hence the motivation for this PhD. In this work Cr-Re alloys were manufactured initially by means of powder metallurgy. Their mechanical properties improved with increasing Re content verifying the results of the few literature references available. High purity Cr-18at%Re and Cr-35at%Re alloys were produced by melting and casting by a specific procedure. Heterogeneity problems in Cr-18Re alloys were reduced by inoculation of the melt with Ce, Pr and Sc. Mechanical properties of the high purity Cr-Re alloys improve significantly over the powder metallurgical alloys. Compressive elastic limit of both Cr-18 and Cr-35Re alloys at room temperature is over 800 MPa and compressive deformation is possible up to 70% without formation of surface cracks. Elastic limit at 1400°C is over 140 MPa both under compression and tension. Fracture under tension is mixed transgranular and intergranular up to 1200°C. Above this fracture becomes intergranular, characterized by very little plasticity. Best ductility under tension is obtained between 600 and 1000°C with a deformation to fracture of about 10%.Resistance of the alloys to oxidation and nitruration was characterized up to 1700 °C. Tests revealed that Cr-18Re alloys are not capable of building a stable protective layer during exposure to air or nitrogen at the test temperature. They also present a grain boundary instability caused by Cr segregation and evaporation during exposure. Cr-35Re alloys create a stable protective layer of Cr oxide that protects the substrate against light element diffusion. In nitrogen atmosphere Cr-35Re builds a stable layer that is not protective against diffusion of nitrogen. The investigation of the plasticity of the samples after exposure shows that diffused nitrogen does not affect significantly the plasticity of Cr-35Re however there is some scatter in the results due to the small sample cross section relative to grain size. Exposure to vacuum at 1700 °C verified that the grain boundary instability of Cr-18Re was not related to any reaction with the atmosphere as it also takes place in vacuum. Cr-35Re alloys did not present any significant sublimation at this temperature and no grain growth could be detected after exposure. Additions of Re to Cr reduce the thermal and electric conductivity of the alloys as the symmetry of the lattice is distorted by the Re atoms. This, coupled to the improvement of the mechanical properties makes a prediction of the thermal shock resistance of the alloys difficult. For this reason it was decided to build an installation reproducing the thermal shocks and thermal gradients, of 500K/s and 500K/mm respectively, characteristic of the application. When cycled, Cr-18Re alloys suffered also from the grain boundary instability and fractured up to a depth of 200µm. Cr-35Re alloys showed minor cracks and accommodated the linear thermal gradient by means of twinning. The mechanical, chemical and thermal cycling properties of the Cr-35Re alloys indicate that it is suitable for the application. This work resulted in the construction of a 22N satellite thruster with Cr-35Re alloy that will be tested in EADS Space Transportation in Lampoldshausen.

The main goal of this thesis is to develop advanced mathematical programming tools to address the design and planning of sustainable engineering systems and the modeling and optimization of biological systems. First we introduce a novel framework for the coupled use of Geographical Information Systems (GIS), Mixed-Integer Linear Programming (MILP) and decomposition algorithm for GIS based MILP models. Our approaches combine optimization tools, spatial decision support tools, economic and environmental analysis. Second we propose the general framework for sustainable design of energy systems like heat exchanger networks and utility plant. Our method is based on the combined use of the multi-objective optimization tools, Life Cycle Assessment methodology (LCA) and a rigorous dimensionality reduction method that allows identifying key environmental metrics. Finally we introduce multi-objective Mixed-Integer Non-Linear Programming (MINLP) based method for identifying in a rigorous and systematic manner the most probable biological objective functions explaining the operation of metabolic networks. / El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de herramientas de programación matemática para abordar el diseño y planificación de procesos industriales sostenibles y la optimización en el área de la biología de sistemas. Primeramente se establece un nuevo marco para el uso simultáneo de Sistemas de Información Geográfica (GIS), Programación Lineal Entera Mixta (MILP) y algoritmos de descomposición para modelo basados en MILP-GIS. Nuestros enfoques combinan herramientas de optimización, herramientas espaciales para la toma de decisiones y análisis económicos y medioambientales. En segundo lugar, se propone el marco general para el diseño de sistemas de energía sostenibles, como las redes de intercambio de calor y plantas de servicio para la industria del proceso. Nuestro método se basa en el uso combinado de herramientas de optimización multiobjetivo, metodología de Análisis de Ciclo de Vida (LCA) y un riguroso método de reducción de dimensionalidad que permite la identificación de indicadores ambientales clave. Finalmente introducimos un método basado en Programación Multiobjetivo Mixta Entera no Lineal (MINLP) aplicado a la identificación rigurosa y sistemática de las funciones objetivo biológicas más probables que explican el funcionamiento de las redes metabólicas

En la presente tesis doctoral se han realizado estudios estructurales de DNA. Estudios previos han demostrado que los coiled-coils de d(ATATATATATAT) y d(ATATATATAT) tienen unos parámetros geométricos muy diferentes. El objetivo de esta tesis es aclarar las propiedades de los coiled-coils.Con esta finalidad se han estudiado por cristalografía de Rayos X oligonucleótidos con diferentes secuencias y con extremos cohesivos que fijen la geometría de los coiled-coils. Se han utilizado oligonucleótidos con la secuencia d(CG)n(AT)m o (AT)m(CG)n y otros semejantes. En la mayor parte de ellos n=1 y m>1, con lo que el extremo cohesivo es normalmente la secuencia CG. La estructura (a una resolución de 3.1 Å) de los cristales generados por la secuencia d(CGATATATATAT) ha sido resuelta y publicada (De Luchi et al., ChemBiochem 2006, 7, 585-587). La estructura es isomorfa con la estructura de d(AT)6 y los enlaces a puente de hidrogeno entre las bases A y T son de tipo Hoogsteen, como en el caso de la secuencia d(ATATAT). Se han obtenido diferentes tipos de coiled-coils y se han estudiado sus características y propiedades.Hemos analizado las propiedades geométricas de los coiled coils: hemos visto que los parámetros que determinan el numero de oligonucleótidos por vuelta son el "kink angle" θ, y el ángulo de torsión τ. Ha sido estudiada la relación entre estos parámetro, en función del numero de oligonucleótidos por vuelta N y el ángulo de inclinación β del coiled-coil.Hemos intentado determinar si la formación de apareamientos de tipo Hoogsteen puede influir en la geometría de los coiled-coils, los resultados sugieren que los puentes de hidrogeno de tipo Hoosteeen favorecen la formación de coiled-coils, mientras los enlaces de tipo Watson-Crick generan mas fácilmente estructuras estándar de DNA pseudocontinuas. La secuencia d(CGATATGCATAT) genera columnas tradicionales de DNA, las bases centrales G y C, apareándose con enlaces Watson-Crick fuerzan las bases ATs a aparearse de la misma manera, generando así una hélice recta pseudocontinua.Como complemento de estos estudios se han obtenido las curvas de fusión de oligonucleótidos ricos en AT, los resultados, que incluyen una formula que permite un calculo aproximado de la temperatura de fusión de secuencias cortas de DNA, han sido publicados (De Luchi et al., Analytical Biochemistry, 2003, 322, 279-282).También he tenido la oportunidad de refinar la estructura de d(TAGG) en complejo con un derivado antraquinonico que ya había sido resuelta en nuestro laboratorio. Inesperadamente, encontramos que en esta estructura no se forman G-cuádruplex como fue descrito en solución por Kettani et al, las moléculas de fármaco, a través de interacciones de stacking forman un retículo de columnas perpendiculares una a la otra, estabilizado en los "crossing points" por las flexibles y cortas moléculas de DNA. La flexibilidad del DNA gracias a sus siete ángulos de torsión, le permite adoptar una conformación tal que se adapta a la estructura creada por las columnas de fármaco. La capacidad de formar diferentes tipos de enlaces a puente de hidrogeno estabiliza su conformación en este caso no canónica. En esta estructura hemos encontrado los siguientes tipos de enlaces a puente de hidrogeno: estándar Watson-Crick, reverse Watson-Crick, interacciones simétricas Guanina-Guanina.

La legislació europea i espanyola vigent pretén que les empreses redueixin la quantitat de compostos orgànics volàtils que usen en els seus processos industrials. L’origen dels compostos orgànics volàtils en la industria de la pell es troba en les substàncies químiques utilitzades en les diferents etapes del procés de fabricació del cuir. Un dels objectius dels adobers és intentar eliminar o reduir el seu ús i obtenir pells de la mateixa qualitat respectuoses amb el medi ambient. Com que la literatura contenia molt poca informació sobre la presència de COVs a la pell, el primer que ha aportat aquesta tesi és metodologia analítica, sobretot per la caracterització qualitativa, que és essencial per identificar als processos d’adoberia on s’introdueixen els COVs. El mètode HS-SPME-GC-MS és una innovació en el món de l’adoberia introduïda en aquesta tesi. La microextracció en fase sòlida (SPME) és una tècnica de preparació de mostra que s’utilitza per l’extracció de compostos orgànics volàtils i semi volàtils, que està guanyant molta acceptació com a tècnica de preferència per a moltes aplicacions i es pot acoblar perfectament a la cromatografia de gasos. És una tècnica que té com avantatges principals; la rapidesa, sensibilitat, no requereix manipulació de mostra, sense ús de dissolvent, aconsegueix l’extracció i concentració de forma simultània i permet l’extracció de l’analit “in situ”, sense inclús prèvia destrucció de la mostra. Amb tot això es considera molt innovador aplicar la tècnica per l’anàlisi de mostres de pell. Entre els treballs realitzats en aquesta tesi destaquen: S’ha desenvolupat un nou mètode HS-SPME-CG-MS amb patró intern deuterat per detectar i identificar els compostos orgànics volàtils que emeten els articles de pell. Aquest mètode permet determinar d’una manera més simple i ràpida la composició qualitativa i semi quantitativa de les substàncies orgàniques volàtils presents en les mostres. S’ha comprovat que la concentració de COVs a les pells no és estable i tendeix a la disminució amb el temps degut a les pèrdues per volatilització. Unes condicions adequades de seguretat i higiene en l’àmbit laboral en les empreses del sector adober minimitzen els efectes nocius sobre la salut dels treballadors. S’ha desenvolupat un mètode per determinar dimetilfumarat (DMFU) en pell i calçat mitjançant HS-SPME-CG-MS, ja que no hi havia fins el moment cap mètode oficial per la determinació d’aquesta substància. Arrel d’una problemàtica de salut sorgida a Europa provocada per la presència de dimetilfumarat en articles de consum com sabates o sofàs, l’Institut Nacional de Consum, va prohibir la comercialització de qualsevol article que pel seu ús estigués en contacte amb la pell i que contingués dimetilfumarat. S’han comparat formulacions majoritàriament d’acabats que utilitzen productes aquosos amb menys quantitat de solvent en la seva composició. S’han valorat les emissions de COVs de l’article acabat, els assajos de solideses de les pells i l’emissió a l’atmosfera dels productes utilitzats en funció de la productivitat de l’empresa. S’ha investigat la correlació entre el procés d’adobament de la pell i els compostos orgànics volàtils obtinguts en l’anàlisi d’aquestes que permet incidir en l’origen del problema. Com a síntesi de les conclusions del treball es pot afirmar que amb una aplicació adequada dels productes i l’ús de substàncies amb menys solvent a la seva composició, s’aconsegueix reduir considerablement l’emissió de COVs del l’article fabricat i també la quantitat de volàtils que arriben al consumidor final, que actualment ja és molt reduïda però encara es podria limitar més. / Current Spanish and European legislation intends to reduce the amount of volatile organic compounds (VOC) used in industrial processes. The presence of volatile organic compounds in the leather industry arises from the chemicals used in the various stages of the leather manufacturing process. An environmental goal of tanners is to reduce or eliminate VOCs, though not by lowering the quality of their leather products. Since the existing literature contained very little information about the presence of VOCs in leather, the first contribution of this thesis involves analytical methodology, specifically qualitative characterization, which is essential to identify the tanning processes where VOCs are introduced. The HS-SPME-GC-MS method is an innovation in leather analysis introduced by this thesis. The solid phase microextraction (SPME) is a sample preparation technique used for the extraction of volatile and semi-volatile organic compounds that is becoming widely accepted as the technique of choice for many applications and that can be smoothly connected to gas chromatography. The main advantages of this technique are speed, sensitivity, and the fact that it requires no sample handling or solvent extraction. Other advantages include the fact that the concentration and the extraction are reached simultaneously and that it enables on-site extraction of the analyte, even without a prior destruction of the sample. This technique is thus very innovative for application to the analysis of leather samples. The work developed in this thesis includes significant contributions, which are detailed below: Development of a new HS-SPME-GC-MS method with internal standard deuterate to detect and identify volatile organic compounds emitted by leather. This method enables a simpler and faster determination of the qualitative and semi-quantitative composition of the organic compounds in the samples. This shows that the concentration of VOCs in the leather is not stable and tends to decrease over time due to volatility losses. Proper health and safety conditions in the workplace minimize these harmful effects on workers'health. Development of a method for determining dimethylfumarate (DMFU) in leather and footwear through HS-SPME-GC-MS, since there was previously no official method for the detection of this substance. Due to health problems in Europe caused by the presence of dimethylfumarate in consumer goods such as shoes or sofas, the National Institute of Consumption prohibited the sale of any product containing dimethylfumarate that might come into contact with skin. Formulations of finishings were compared using aqueous products with a lower amount of solvent composition. The VOCs emissions from the finished article, the fastness tests on leather, and the total emission of the chemicals against the production of a given company were also evaluated. It was investigated the correlation between the tanning process and the volatile organic compounds obtained in the analysis of leather to explore the source of the problem. This study shows that with the proper application of leather manufacturing chemicals, and reliance on substances with less solvent composition, VOC emissions are significantly reduced. In addition, the amount of volatiles reaching the end consumer, which is currently already very low, can still be further limited.

The storage of hazardous materials is a necessary part of the life cycle and operation of any process plant, which intrinsically entails certain hazards and dangers. The results of historical analysis reveal that 17% of major accidents in the process industry occur in storage terminals, and the NFPA of the USA reported that in 2009, 13% percent of the major fire accidents that occurred in that country took place in storage installations, causing $69,980,000 in losses. Therefore, it is clear that a methodology for the optimization of the design of storage terminals from a safety point of view could be very useful. A method that allows doing this, through the combination of Quantitative Risk Assessment, Inherently Safer Design and mathematical optimization, has been developed in this thesis. This methodology has been applied to a real life case study, obtaining results that validate it as a useful tool in the design of storage terminals.

La modelació del transport reactiu multifàsic (TRMF) involucra la simulació del flux de fases fluïdes, el transport de compostos químics i energia, i les reaccions químiques. La majoria dels codis de transport reactiu desacoblen els càlculs de flux de fases del transport reactiu. Aquesta metodologia que s'utilitza per resoldre diversos problemes de TRMF resulta inadequada per adreçá problemes com ara l'evolució de piles de deixalles mineres o la salinització de sòls a on poden trobar-se solucions concentrades o condicions d'extrema sequedat. En aquests casos la quantitat d'aigua líquida pot ser tan petita que tant el vapor com la precipitació mineral poden afectar el seu balanç. Wissmeier i Barry (2008) han desenvolupat un codi que acobla el terme font químic i els càlculs de flux, però solament serveix per a casos on el transport està limitat a la fase líquida. Tot i això, sota aquestes condicions, el transport de gas pot ser important i l'activitat de l'aigua que controla la pressió de vapor es pot veure afectada tan per efectes capil·lars com ara de la salinitat. A més, certes paragènesis (les que produeixen punts invariants) poden fixar l'activitat de l'aigua, produint que la geoquímica controli la pressió de vapor, la qual és una variable clau per simular correctament el flux de gas. Per tant, una solució que acobli el flux de fases i el transport reactiu és necessària.El principal objectiu d'aquesta tesi és desenvolupar un codi de TRMF capaç de representar la influència de la geoquímica sobre els fluxes i el transport en solucions concentrades i condicions d'extrema sequedat. Com objectiu secundari s'estudien alguns casos sota aquestes condicions.En primer lloc, es discuteix l'acoblament de la salinitat i la pressió de vapor (i per tant l'evaporació), i es presenta un mètode per calcular l'evolució de sistemes altament salins. Es fa especial èmfasi en la valoració de punts invariants, on l'activitat de l'aigua és controlada pel conjunt de minerals precipitats. El mètode és contrastat contra un experiment d'evaporació d'una salmorra natural rica en MgSO4 i amb un model simplificat d'una llacuna salobre perenne. Els resultats obtinguts indiquen que la paragènesis mineral pot tenir una influència considerable sobre l'evolució de sistemes salobres en fixar la composició química durant un interval considerable de temps.En segon lloc, es discuteix l'evolució d'una solució concentrada en un mitjà porós. En aquestes condicions l'evaporació es veu afectada no solament per efectes de la salinitat sinó també per capil·lars, i per processos de transport. Es presenta una formulació composicional per TRMF que considera els efectes de l'acoblament entre processos geoquímics i hidrodinàmics, i es discuteixen alguns aspectes en relació a la seva solució numèrica. Els avantatges d'aquesta formulació són il·lustrades mitjançant la simulació de l'efecte de la deshidratació mineral en els processos hidrodinàmics en una columna de guix en condicions d'extrema sequedat. Els resultats indiquen que els efectes acoblats poden tenir una influència significativa en l'evolució de sistema.Finalment, presentem la implementació del codi. Es discuteix la importància de la flexibilitat en el desenvolupament de codis de transport reactiu mitjançant la programació orientada a objectes. Es presenten les principals classes que utilitza el codi i com interaccionen entre elles. El codi s'utilitza per modelar un experiment d'evaporació d'una columna de sorra saturada en una solució de MgSO4. La interacció entre processos hidrodinàmics i geoquímics és analitzada. Els resultats obtinguts mostren que l'aparició de punts invariants en l'extrem superior de la columna té un efecte apreciable en la valoració de la sortida de vapor i en la precipitació de sals en la columna. De fet, els punts invariants expliquen les fluctuacions espacials observades en la precipitació de sals. / Multiphase Reactive Transport (MPRT) modelling involves simulating flow of fluid phases, transport of species and energy, and reactions between species within the same or different phases. Reactive transport codes decouple phase flow calculations from reactive transport. This approach has been successfully applied to a wide range of MPRT problems, but it may be unsuitable for problems like the chemical evolution of unsaturated tailings or the salinization of soils, where concentrated solutions or extremely dry conditions are be reached. The amount of liquid water in these cases can be so small that both vapor and water in hydrated minerals can be significant for the water balance. Wissmeier and Barry (2008) developed a code which couples chemical sink-sources and water flow, but only for cases where transport is limited to unsaturated liquid phase. However, under these extreme conditions gas transport becomes important and water activity, which controls vapor pressure, is affected by capillary and salinity effects. Moreover, certain mineral paragenesis (the ones that produce invariant points) fix water activity, causing the geochemistry to control vapor pressure, which is a key gas flow variable. Thus, a fully coupled solution of phase fluxes and reactive transport is required for these conditions.The main objective of this thesis is to develop a general MPRT code capable of representing the effect of geochemistry on flow and transport for concentrated solutions under extreme dry conditions. As a secondary objective, the behavior of some cases under such conditions is studied. Different aspects of this code and different cases are discussed through the chapters of this thesis. First, coupling of salinity and vapor pressure (and thus evaporation rate) is discussed, and a method for computing the evolution of high salinity systems is presented. Special emphasis is placed on the treatment of invariant points, that are sets of minerals that fix water activity. The method is applied to a natural MgSO4-rich brine evaporation experiment and to a simplified model of a perennial saline playa lake. The results indicate that mineral paragenesis can have a considerable influence on the evolution of shallow brine systems by fixing chemical composition for a significant portion of time. Second, the evolution of concentrated solution in porous media is discussed. In this scenario evaporation is affected not only by salinity but also by capillary effects. Also transport is considered. A generalized compositional formulation for MPRT, which considers coupling effects between geochemical and hydrodynamic process problems, is presented. Some aspects related to its numerical solution are discussed as well. The advantages of the formulation are illustrated by simulating the effect of mineral dehydration on the hydrodynamic processes in a gypsum column that reaches extremely dry conditions. The results indicate this significantly affects the evolution of the system.Finally, implementation of the code is presented. The importance of flexibility for reactive transport codes and the way how objects oriented programming can facilitate this feature is discussed. The code's main classes and their interactions are presented. The code is used to model a laboratory experiment where a sand column saturated with an MgSO4 solution is subject to evaporation. Extreme dry conditions and high salinity content are reached in this experiment. The interaction between hydrodynamic and geochemical processes on the model is analyzed. Model results shows that the occurrence of invariant points on the top of the domain can have an appreciable effect on the outlet of vapor from the column and on the distribution of salt precipitates along the column. In fact, invariant points explain spatial fluctuation of salt precipitates.