Las características de cada matriz alimentaria, la composición y estructura de los ingredientes, así como el efecto de las interacciones entre ellos, pueden modificar el impacto de la grasa y del azúcar en la estructura y en las propiedades físicas y sensoriales del alimento y en su aceptación por el consumidor. Para diseñar nuevos alimentos más saludables es necesario conocer y entender el efecto de estos componentes en las características del producto y las repercusiones que su reducción o eliminación pueden tener en la calidad del mismo. En este contexto, la investigación realizada en esta tesis se ha llevado a cabo en diferentes tipos de matrices alimentarias semisólidas (lácteas, emulsiones agua/aceite y proteicas) y se ha centrado en tres temas: a) analizar los efectos de la modificaciones en la composición de la matriz en sus características físicas y estructurales; b) establecer las conexiones entre dichos cambios, la liberación en la boca de los estímulos odoríferos y sápidos y la percepción del sabor, del dulzor y de la textura y c) explorar la utilización de nuevas metodologías para investigar las percepciones de los consumidores y favorecer la optimización de la calidad sensorial de nuevos productos. En la primera parte se analizó la influencia del contenido en grasa y de la adición de diferentes concentraciones de dos espesantes de distinta estructura (carboximetilcelulosa y almidón) en la estructura y en las propiedades físicas de postres lácteos y de emulsiones agua/aceite, y la influencia de la adición de los mismos hidrocoloides y del contenido en proteína, en las de los postres de soja. Tanto el contenido en grasa o en proteína, como el tipo y concentración de hidrocoloide modificaron de forma distinta las características físicas y estructurales de las diferentes matrices. En las matrices lácteas, el color se relacionó principalmente con el contenido en grasa; el comportamiento de flujo dependió principalmente del tipo de hidrocoloide y la viscoelasticidad, de la concentración de este ingrediente. En las emulsiones agua/aceite, tanto la concentración de CMC como la de almidón tuvieron un efecto importante en el comportamiento de flujo, en el que también influyó la concentración de las gotas de grasa. Sin embargo, en las emulsiones con CMC, el contenido en grasa fue el factor más influyente en su viscoelasticidad mientras que, en las emulsiones con almidón, lo fue la concentración de este espesante. Estas diferencias estuvieron bien relacionadas con las observadas en la microestructura y en la distribución del tamaño de partícula de las distintas muestras. En los postres de soja, el efecto de las interacciones, proteína-CMC y proteína-almidón, fue significativo en los valores de todos los parámetros reológicos y el efecto de ambos hidrocoloides, tanto en el comportamiento de flujo como en la viscoelasticidad, dependió de la concentración de proteína. Para analizar el efecto que los cambios en la composición, estructura y comportamiento reológico tenían en las características sensoriales de diferentes matrices, se realizaron dos estudios. Uno en postres lácteos y otro, en emulsiones, ambos con sabor a cítrico. Se estudió el efecto de la composición (contenido en grasa, tipo y concentración de espesante) en la liberación del sabor y en la percepción sensorial del sabor a limón, dulzor y textura. La liberación in vivo de los volátiles responsables del sabor fue cualitativamente similar en ambos tipos de matrices. El contenido en grasa afectó claramente a la liberación del volátil más lipofílico (linalool) pero no, a la del más hidrofílico (cis-3-hexen-1-ol). La disminución del contenido en grasa, no solo influyó en la intensidad del olor y sabor, sino que modificó cualitativamente las sensaciones percibidas al variar la secuencia de liberación de los volátiles desde la matriz, en función de la polaridad de cada uno de ellos. En ambos tipos de matrices la liberación de volátiles fue mayor en los productos que contenían almidón que en los que contenían CMC. En los postres lácteos, la intensidad del sabor cítrico percibida dependió solo del contenido en grasa, mientras que en las emulsiones, la intensidad dependió principalmente del tipo de hidrocoloide. Independientemente del contenido en grasa y de la concentración de espesante, las muestras con almidón se percibieron como más dulces que las muestras con CMC. Ello parece indicar que las diferencias estructurales entre CMC (polimérica) y el almidón (globular) influyeron en el comportamiento de cada matriz durante su transformación en la cavidad bucal modificando la liberación de las moléculas de sacarosa desde la matriz y su posterior contacto con los receptores. Además del impacto en el sabor y en el dulzor, tanto el contenido en grasa como el tipo de hidrocoloide influyeron significativamente en la textura percibida en ambos tipos de matrices. Conseguir de los consumidores información válida y que tenga utilidad práctica para la formulación de nuevos productos o para incrementar su aceptabilidad, no es tarea fácil. En la tercera parte de esta tesis se exploró la posibilidad de combinar determinadas metodologías para obtener información sobre como perciben y describen los consumidores las diferencias entre muestras (descripción entrecruzada+perfil de libre elección +análisis de Procrustes Generalizado) y también, sobre como las preferencias individuales pueden ayudar a identificar los motivos de los cambios en la aceptación de un producto y facilitar su reformulación (método de superficie de respuesta+escalas JAR (Just About Right)). En la primera experiencia se determinó hasta que punto un grupo de consumidores era capaz de percibir y describir diferencias en el color y en la textura de una serie de muestras de bebidas lácteas de distinta composición que diferían en sus propiedades ópticas y reológicas. La metodología propuesta resultó útil, no solo para comprobar que los consumidores eran capaces de detectar las diferencias sino también, que lo eran para identificarlas y para obtener información preliminar sobre la importancia relativa de cada una de ellas. En la segunda experiencia se estudió la relación entre la aceptabilidad y las variables de composición de un postre de soja con alto contenido en proteína. Se optimizó la aceptabilidad del producto para toda la población de consumidores consultada y para dos subgrupos de dicha población con distintos criterios de preferencia. Mientras que para uno de estos subgrupos los cambios en la composición de las muestras no influyó claramente en su aceptación, para el otro, dichos cambios explicaron satisfactoriamente las diferencias en aceptación detectadas entre las muestras. La información obtenida con las escalas JAR permitió identificar los atributos que debían modificarse para obtener postres de soja más aceptables. / Arancibia Aguilar, CA. (2013). Impacto de la grasa y del azúcar en las propiedades físicas y sensoriales de diferentes tipos de matrices alimentarias [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/33933

El objetivo principal del proyecto de tesis doctoral es proponer y evaluar soluciones técnicas compatibles con la familia de estándares DVB diseñados para redes TDT que permitan por un lado, la transmisión simultánea de contenidos de TV a receptores fijos y móviles en configuraciones de red con alta capacidad de transmisión, y por otro lado la e ficiente provisión de contenidos locales en topologías SFN. Esta propuesta de tesis está dividida en tres secciones. La primera sección consiste en una revisión del estado del arte respecto a la planificación y diseño de redes de TDT que utilizan los estándares DVB, las soluciones propuestas e implementadas a día de hoy para la provisión de contenidos de TV digital a terminales móviles a través de las infraestructuras de TDT; así como las técnicas de transmisión utilizadas para la provisión de contenidos locales en redes de TDT, las soluciones propuestas en el estándar de segunda generación DVB-T2 y los requerimientos técnicos del futuro estándar DVB-NGH para la e ficiente emisión de estos contenidos en topologías de red SFN. Con base en el estado del arte se de ne en la segunda sección el objetivo principal, los objetivos específicos y los resultados esperados en el desarrollo de la tesis doctoral. Finalmente en la tercera sección se describe la metodología y los escenarios de evaluación que se utilizarán en las diferentes etapas del proceso de investigación. / López Sánchez, J. (2014). Transmisión Eficiente de Servicios Fijos/Móviles y Servicios Locales en Redes de Televisión Digital Terrestre de Primera y Segunda Generación [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/35134

Tesis por compendio / [ES] Todos los pronósticos indican que en los próximos años va a existir un aumento importante de población, que conllevará un crecimiento en la demanda de recursos hídricos y energéticos. Este hecho, junto a la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero para hacer frente al cambio climático, ponen de relevancia la importancia de optimizar cualquier proceso relacionado con el nexo agua y energía. Los sistemas de distribución de agua a presión son demandantes de energía, y un claro ejemplo de este nexo, ya que es imprescindible aportar energía al fluido para llevarlo desde la fuente de captación hasta los puntos de consumo. La fase del transporte de agua es una de las que mayor energía consume, representando habitualmente un importante porcentaje de los costes totales del servicio, por lo que parece oportuno hacer una revisión en profundidad de las necesidades energéticas del transporte de agua a presión. En este trabajo se presenta un protocolo de actuación con diferentes etapas a abordar para disminuir el consumo energético en el transporte de agua a presión. Una ruta que permita reducir de manera general el consumo de energía de la instalación, garantizando en todo momento el suministro bajo los estándares de calidad establecidos. La optimización energética de los sistemas de transporte de agua a presión debe comenzar en la fase de diseño. La concepción de las redes debe tener en cuenta el consumo energético que ésta tendrá en su fase de funcionamiento, aspectos fundamentales para ello son la selección de la fuente de suministro, la sectorización de los sistemas, y, en definitiva, el layout propuesto. En la fase de operación, el análisis energético a realizar dependerá de la cantidad y calidad de los datos de la instalación. Un primer diagnóstico permite detectar si existe la necesidad de realizar un análisis más específico que detalle la energía consumida por el sistema. Este diagnóstico se puede llevar a cabo con pocos datos. Si el resultado del diagnóstico indica que existe un margen de mejora considerable, será necesario realizar la auditoría de la red, para lo cual es esencial contar con su correspondiente modelo matemático, y por tanto con datos mucho más precisos. La auditoría de la red permite conocer en detalle cómo se distribuye la energía en el sistema, qué cantidad de energía es aprovechada por los usuarios, y cuanta se pierde por el camino. Lo idóneo sería inyectar únicamente la energía mínima requerida por los usuarios, pero esto es imposible de alcanzar, ya que existen diferentes ineficiencias desde la fuente de suministro hasta los puntos de consumo. Estas pérdidas se dividen en estructurales y operacionales. Las pérdidas estructurales están vinculadas a los desniveles del sistema, de ahí que a la energía relacionada con estas pérdidas se le denomine energía topográfica. Mientras que las pérdidas operacionales están vinculadas a la gestión de la red: energía embebida en fugas, pérdidas energéticas en las estaciones de bombeo, fricción en tuberías, energía de exceso y cualquier otro tipo de pérdida energética vinculada a la gestión del sistema. Para mejorar la eficiencia del sistema se debe realizar un análisis en profundidad de las pérdidas estructurales y operacionales de la red. El análisis de las pérdidas estructurales permitirá decidir si es aconsejable acometer actuaciones de mejora relacionadas con la energía topográfica. En tal caso, se evaluará la posibilidad de modificar el layout del sistema, recuperar parte de la energía topográfica o disiparla con válvulas reductoras de presión. El análisis de las pérdidas energéticas operacionales vendrá definido por los niveles de referencia alcanzables de las mismas. Lo ideal sería que no existiese ningún tipo de pérdida, pero esto es imposible en un sistema real, por lo que para cada pérdida energética operacional se calcula un nivel de referencia a alcanzar basado en criterios económicos y de gestión. Comparando estos niveles de referencia, con las pérdidas de energía reales existentes, se puede evaluar y calificar el estado energético de la red desde el punto de vista operacional. A partir de esta calificación se estudiarán las acciones de mejora operacionales a llevar a cabo. Una vez analizadas y evaluadas las acciones de mejora correspondientes a las pérdidas estructurales y operacionales, se realizará una calificación final del sistema que permite caracterizarlo energéticamente. En definitiva, el protocolo propuesto es el eje central de esta tesis y las aportaciones que se presentan facilitan su comprensión y seguimiento. / [EN] Pressurized water distribution systems are a clear example of water and energy nexus. It is essential to provide energy to the fluid to transport it from the catchments to the points of consumption. The water transport phase is one of the phases that consume more energy, and usually represents a significant percentage of the total costs of the service. Therefore, it seems appropriate to make an in-depth revision of the energy needs this phase. This work presents an action protocol with different stages to be tackled in order to reduce energy consumption in pressurised water transport. It allows a general reduction of the energy consumption in water networks, guaranteeing at any time the supply under the established quality standards. The optimisation of energy in pressurised water transport systems must begin in the design phase. Therefore, the design of the networks must consider the energy consumption that it will have in its operation phase. Fundamental decisions in this phase are the selection of the supply source, the sectorization of the systems, and, in short, the proposed layout. In the operation phase, the energy analysis to be carried out will depend on the quantity and quality of the data available from the system. A first diagnosis allows us to detect if there is a need to perform a more specific analysis that details the energy consumed by the system. If the result of the diagnosis indicates that there is considerable room for improvement, it will be necessary to conduct a network audit, for which it is essential to have a corresponding mathematical model, and therefore much more precise data. The network audit allows us to know in detail how the energy is distributed in the system. Ideally, only the minimum energy required by users should be injected. However, this is unfeasible, as there are different inefficiencies from the source of supply to the consumption points. These losses are divided into structural and operational. Structural losses are linked to the topography of the system. Hence, the energy related to these losses is called topographic energy. Operational losses are linked to the management of the network: energy embedded in leaks, energy losses in pumping stations, friction in pipes, excess energy and any other type of energy loss linked to the management of the system. To improve the efficiency of the system, an in-depth analysis of structural and operational losses in the network must be carried out. The analysis of the structural losses will allow to decide whether it is advisable to undertake improvement actions related to topographic energy. In this case, the possibility of modifying the layout of the system, recovering part of the topographic energy or dissipating it with pressure reducing valves will be evaluated. The analysis of operational energy losses will be defined by the target of loses established. Ideally, there should be no losses at all, but this is impossible in a real system. Hence, for each type of operational energy loss, it is calculated a reference level to be reached, based on economic and management criteria. By comparing these reference levels with the actual existing energy losses, the energy status of the network can be evaluated and qualified from an operational point of view. Based on this qualification, improvement actions can be drawn. Once the improvement actions corresponding to the structural and operational losses have been analysed, the system will be given a complete qualification that will characterise its global energy behaviour. To sum up, the proposed protocol is the central axis of this thesis and the contributions presented facilitate its comprehension. / [CA] Tots els pronòstics indiquen que en els pròxims anys existirà un augment important de població, que comportarà un creixement en la demanda de recursos hídrics i energètics. Aquest fet, al costat de la necessitat de reduir les emissions de gasos d'efecte d'hivernacle per a fer front al canvi climàtic, posen de rellevància la importància d'optimitzar qualsevol procés relacionat amb el nexe aigua i energia. Els sistemes de distribució d'aigua a pressió són demandants d'energia, i un clar exemple d'aquest nexe, ja que és imprescindible aportar energia al fluid per a portar-lo des de la font de captació fins als punts de consum. La fase del transport d'aigua és una de les quals major energia consumeix, representant habitualment un important percentatge dels costos totals del servei. Per la qual cosa, sembla oportú fer una revisió en profunditat de les necessitats energètiques del transport d'aigua a pressió. En aquest treball es presenta un protocol d'actuació amb diferents etapes a abordar per a disminuir el consum energètic en el transport d'aigua a pressió. Una ruta que permeta reduir de manera general el consum d'energia de la instal·lació, garantint en tot moment el subministrament sota els estàndards de qualitat establits. L'optimització energètica dels sistemes de transport d'aigua a pressió ha de començar en la fase de disseny. La concepció de les xarxes ha de tindre en compte el consum energètic que aquesta tindrà en la seua fase de funcionament. Aspectes fonamentals per a això són la selecció de la font de subministrament, la sectorització dels sistemes, i, en definitiva, el layout proposat. En la fase d'operació, l'anàlisi energètic a realitzar dependrà de la quantitat i qualitat de les dades de la instal·lació. Un primer diagnòstic permet detectar si existeix la necessitat de realitzar una anàlisi més específic que detalle l'energia consumida pel sistema. Aquest diagnòstic es pot dur a terme amb poques dades. Si el resultat del diagnòstic indica que existeix un marge de millora considerable, serà necessari realitzar l'auditoria de la xarxa, per a això és essencial comptar amb el seu corresponent model matemàtic, i per tant amb dades molt més precises. L'auditoria de la xarxa permet conéixer detalladament com es distribueix l'energia en el sistema, quina quantitat d'energia és aprofitada pels usuaris, i quanta es perd pel camí. L'idoni seria injectar únicament l'energia mínima requerida pels usuaris, però això és impossible d'aconseguir, ja que existeixen diferents ineficiències des de la font de subministrament fins als punts de consum. Aquestes pèrdues es divideixen en estructurals i operacionals. Les pèrdues estructurals estan vinculades als desnivells del sistema, per aquest motiu a l'energia relacionada amb aquestes pèrdues se l’anomena energia topogràfica. Mentre que les pèrdues operacionals estan vinculades a la gestió de la xarxa: energia embeguda en fuites, pèrdues energètiques en les estacions de bombeig, fricció en canonades, energia d'excés i qualsevol altre tipus de pèrdua energètica vinculada a la gestió del sistema. Per a millorar l'eficiència del sistema s'ha de realitzar una anàlisi en profunditat de les pèrdues estructurals i operacionals de la xarxa. L'anàlisi de les pèrdues estructurals permetrà decidir si és aconsellable escometre actuacions de millora relacionades amb l'energia topogràfica. En tal cas, s'avaluarà la possibilitat de modificar el layout del sistema, recuperar part de l'energia topogràfica o dissiparla amb vàlvules reductores de pressió. L'anàlisi de les pèrdues energètiques operacionals vindrà definit pels nivells de referència assolibles d'aquestes. L'ideal seria que no existira cap mena de pèrdua, però això és impossible en un sistema real. Per la qual cosa, per a cada pèrdua energètica operacional es calcula un nivell de referència a aconseguir basat en criteris econòmics i de gestió. Comparant aquests nivells de referència, amb les pèrdues d'energia reals existents, es pot avaluar i qualificar l'estat energètic de la xarxa des del punt de vista operacional. A partir d'aquesta qualificació s'estudiaran les accions de millora operacionals a dur a terme. Una vegada analitzades i avaluades les accions de millora corresponents a les pèrdues estructurals i operacionals, es realitzarà una qualificació final del sistema que permet caracteritzar-lo energèticament. En definitiva, el protocol proposat és l'eix central d'aquesta tesi i les aportacions que es presenten faciliten la seua comprensió i seguiment. / Del Teso March, R. (2020). Ecodiseño y ecogestión de redes de distribución de agua a presión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153135 / Compendio

[ES] Aquesta tesi presenta els resultats de la feina de recerca dut a terme sobre el modelatge i el disseny de controladors per a micro-aeronaus no tripulades mitjançant tècniques d'optimització multi-objectiu. Dos principals camps d'estudi estan presents al llarg d'ella. D'una banda, l'estudi de com modelar i controlar plataformes aèries de petita envergadura. I, de l'altra, l'estudi sobre l'ús de tècniques heurístiques d'optimització multi-objectiu per aplicar en el procés de parametrització de models i controladors en micro-aeronaus no tripulades. S'obtenen com a resultat principal una sèrie d'eines que permeten prescindir d'experiments en túnels de vent o de sensòrica d'alt cost, passant directament a la utilització de dades de vol experimental a la identificació paramètrica de models dinàmics. A més, es demostra com la utilització d'eines d'optimització multi-objectiu en diferents fases de desenvolupament de controladors ajuda a augmentar el coneixement sobre la plataforma a controlar i augmenta la fiabilitat i robustesa dels controladors desenvolupats, disminuint el risc de passar de les fases prèvies de el disseny a la validació en vol real. / [CA] Esta tesis presenta los resultados del trabajo de investigación llevado a cabo sobre el modelado y el diseño de controladores para micro-aeronaves no tripuladas mediante técnicas de optimización multi-objetivo. Dos principales campos de estudio están presentes a lo largo de ella. Por un lado, el estudio de cómo modelar y controlar plataformas aéreas de pequeña envergadura. Y, por otro, el estudio sobre el empleo de técnicas heurísticas de optimización multi-objetivo para aplicar en el proceso de parametrización de modelos y controladores en micro-aeronaves no tripuladas. Se obtienen como resultado principal una serie de herramientas que permiten prescindir de experimentos en túneles de viento o de sensórica de alto coste, pasando directamente a la utilización de datos de vuelo experimental en la identificación paramétrica de modelos dinámicos. Además, se demuestra como la utilización de herramientas de optimización multi-objetivo en diferentes fases del desarrollo de controladores ayuda a aumentar el conocimiento sobre la plataforma a controlar y aumenta la fiabilidad y robustez de los controladores desarrollados, disminuyendo el riesgo de pasar de las fases previas del diseño a la validación en vuelo real. / [EN] This thesis presents the results of the research work carried out on the modelling and design of controllers for micro-unmanned aerial vehicles by means of multi-objective optimization techniques. Two main fields of study are present throughout it. On one hand, the study of how to model and control small aerial platforms. And, on the other, the study on the use of heuristic multi-objective optimization techniques to apply in the process of models and controllers parameterization in micro-unmanned aerial vehicles. The main result is a series of tools that make it possible manage without wind tunnel experiments or high-cost air-data sensors, going directly to the use of experimental flight data in the parametric identification of dynamic models. In addition, a demonstration is given on how the use of multi-objective optimization tools in different phases of controller development helps to increase knowledge about the platform to be controlled and increases the reliability and robustness of the controllers developed, reducing the risk of hoping from the initial design phases to validation in real flight. / Velasco Carrau, J. (2020). Unmanned Aerial Vehicles Modelling and Control Design. A Multi-Objective Optimization Approach [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/156034

[ES] En esta tesis doctoral se estudia el problema de secuenciación de máquinas paralelas no relacionadas con necesidad de ajustes y recursos adicionales asignados en los ajustes. En este problema, se tiene un grupo de tareas (también llamadas trabajos), donde cada una debe ser procesada en una de las máquinas paralelas disponibles. Para procesar una tarea después de otra en la misma máquina, se debe hacer un ajuste en la máquina. Se asume que estos ajustes deben ser realizados por un recurso adicional limitado (por ejemplo, operarios). En esta tesis doctoral se estudian dos variantes del problema planteado: 1) considerando el problema con el único objetivo de minimizar el tiempo máximo de finalización de todos los trabajos (makespan), y 2) considerando el problema multi-objetivo minimizando simultáneamente el makespan y el consumo máximo de recursos adicionales. Inicialmente, se realiza una completa revisión bibliográfica sobre estudios relacionados con el problema planteado. En esta revisión se detecta que, a pesar de existir numerosos estudios de secuenciación de máquinas paralelas, no muchos de estos estudios tienen en cuenta recursos adicionales. Posteriormente, para introducir el problema a estudiar antes de plantear métodos de resolución, se realiza una breve explicación de los principales problemas de secuenciación de máquinas paralelas. El problema de un solo objetivo está clasificado como NP-Hard. Por ello, para abordar su resolución se han diseñado e implementado heurísticas y metaheurísticas siguiendo dos enfoques diferentes. Para el primer enfoque, que ignora la información sobre el consumo de recursos adicionales en la fase constructiva, se adaptan dos de los mejores algoritmos existentes en la literatura para el problema de máquinas paralelas con ajustes sin necesidad de recursos adicionales. En el segundo enfoque, que sí tiene en cuenta la información sobre el consumo de recursos adicionales en la fase constructiva, se proponen nuevos algoritmos heurísticos y metaheurísticos para resolver el problema. Tras analizar los resultados de los experimentos computacionales realizados, concluimos que hay diferencias entre los dos enfoques, siendo significativamente mejor el enfoque que tiene en cuenta la información sobre los recursos adicionales. Al igual que en el caso de un solo objetivo, la complejidad del problema multi-objetivo obliga a presentar algoritmos heurísticos o metaheurísticos para resolverlo. En esta tesis se presenta un nuevo algoritmo metaheurístico multi-objetivo eficiente para encontrar buenas aproximaciones a la frontera de Pareto del problema. Además, se adaptaron otros tres algoritmos que han mostrado buenos resultados en diferentes estudios de problemas de secuenciación de máquinas multi-objetivo. Después de realizar experimentos computacionales exhaustivos, concluimos que el nuevo algoritmo propuesto en esta tesis es significativamente mejor que los otros tres algoritmos existentes, y que se han adaptado para resolver este problema. / [CAT] En aquesta tesi doctoral s'estudia el problema de seqüenciació de màquines paral·leles no relacionades amb necessitat d'ajustos i recursos addicionals assignats en els ajustos. En aquest problema, es tenen un grup de tasques (també anomenades treballs), on cadascuna ha de ser processada en una de les màquines paral·leles disponibles. Per processar una tasca després d'una altra en la mateixa màquina, s'ha de fer un ajustament en la màquina. S'assumeix que aquests ajustos en les màquines per a processar una tasca després del processament d'una altra, han de ser realitzats per un recurs addicional limitat (per exemple, operaris). En aquesta tesi doctoral s'estudien dos variants al problema plantejat: 1) considerant el problema com l'únic objectiu de minimitzar el temps màxim de finalització de tots els treballs (makespan), i 2) considerant el problema multi-objectiu minimitzant simultàniament el makespan i el consum màxim de recursos addicionals. Inicialment, es realitza una completa revisió bibliogràfica sobre estudis relacionats amb el problema plantejat. En esta revisió es detecta que, tot i existir nombrosos estudis de seqüenciació de màquines paral·leles, hi ha molts pocs que tenen en compte recursos addicionals. Posteriorment, per introduir el problema a estudiar abans de plantejar mètodes de resolució, es realitza una breu explicació dels principals problemes de seqüenciació de màquines paral·leles. El problema d'un sol objectiu està classificat com NP-Hard. Per això, per abordar la seua resolució s'han dissenyat i implementat heurístiques y metaheurístiques seguint dos enfocs diferents. El primer enfoc ignora la informació sobre el consum de recursos en la fase constructiva, adaptant dos dels millors algoritmes existents en la literatura per al problema de seqüenciació de màquines paral·leles amb ajustaments sense necessitat de recursos. Per al segon enfoc si es té en compte la informació sobre el consum de recursos en la fase constructiva. Després d'analitzar els resultats dels experiments computacionals realitzats, concloem que hi ha diferencies entre els dos enfocs, sent significativament millor l'enfoc que té en compte la informació sobre el recursos. De la mateixa manera que en el cas d'un sol objectiu, la complexitat del problema multi-objectiu obliga a presentar algoritmes heurístics o metaheurístics per a resoldre-ho. En aquesta tesi es presenta un nou algoritme metaheurístic multi-objectiu eficient per trobar bones aproximacions a la frontera de Pareto del problema. A més, es van adaptar altres tres algoritmes que han mostrat bons resultats en diferents estudis de problemes de seqüenciació de màquines multi-objectiu. Després de realitzar experiments computacionals exhaustius, concloem que el nou algoritme proposat en aquesta tesi és significativament millor que els altres tres algoritmes existents i que s'han adaptat per resoldre aquest problema. / [EN] In this thesis we study the unrelated parallel machine scheduling problem with setup times and additional limited resources in the setups. In this problem, we have a group of tasks (also called jobs), where each one must be processed on one of the available parallel machines. To process one job after another on the same machine, a setup must be made on the machine. It is assumed that these setups on machines must be made by a limited additional resource (eg, operators). In this thesis two variants of the problem are studied: 1) considering the problem with the objective of minimizing the maximum completion time of all jobs (makespan), and 2) considering the multi-objective problem, minimizing the makespan and the maximum consumption of additional resources. Initially, a complete literature review is carried out on studies related to the problem addressed in this thesis. This review finds that despite numerous parallel machine scheduling studies, there are very few that take into account additional resources. Subsequently, to introduce the problem addressed before proposing resolution methods, a brief explanation of the main parallel machines scheduling problems is made. The problem with a single objective is classified as NP-Hard. Therefore, to solve it, heuristics and metaheuristics have been designed and implemented following two different approaches. For the first approach, which ignores the information on the consumption of resources in the construction phase, two of the best algorithms existing in the literature for the problem of parallel machines with setups without additional resources are adapted. For the second approach, which does take into account information on the consumption of resources in the construction phase, new heuristic and metaheuristic algorithms are proposed to solve the problem. Following the results of the computational experiments, we conclude that there are differences between the two approaches, the approach that takes into account the information on resources being significantly better. As in the case of a single objective, the complexity of the multi-objective problem requires the formulation of heuristic or metaheuristic algorithms to solve it. In this thesis, a new efficient multi-objective metaheuristic algorithm is presented to find good approximations to the Pareto front of the problem. In addition, three other algorithms that have shown good results in different studies of multi-objective machine scheduling problems were adapted. After carrying out exhaustive computational experiments, we concluded that the new algorithm proposed in this thesis is significantly better than the other three adapted algorithms. / Yepes Borrero, JC. (2020). Secuenciación de máquinas con necesidad de ajustes y recursos adicionales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/158742

[ES] La vulnerabilidad de los sistemas denominados de infraestructura crítica (IC), entre ellos los sistemas de distribución de agua potable (SDAP), ha sido uno de los temas de investigación de gran relevancia durante las últimas décadas, particularmente enmarcado en un contexto de peligro y/o amenaza. En general, los sistemas de IC proveen servicios esenciales para la sociedad actual. La seguridad, el crecimiento económico y el bienestar social de un país pueden verse comprometidos cuando alguno de esos sistemas es dañado, deshabilitado o interrumpido en su funcionamiento. Además de los accidentes y fallos característicos de los SDAPs, ciertos peligros y amenazas extraordinarios, tales como desastres naturales o actos relacionados con violencia a diferentes niveles, han generado un interés creciente entre gestores, tomadores de decisiones, ingenieros y la sociedad en general. El abastecimiento de agua potable es uno de los servicios fundamentales para el desarrollo de una ciudad y la calidad de vida de los ciudadanos. Sin embargo, un SDAP tiene propiedades que lo hacen especialmente vulnerable en comparación con otros sistemas. La interrupción total o parcial del suministro de agua por un período de tiempo, causa graves efectos en los usuarios y en el resto de sistemas que dependen de él. Debido a su importancia como infraestructuras, los SDAPs han sido un objetivo especialmente atrayente para ataques maliciosos, específicamente, posibles eventos de contaminación intencional. Este tipo de sucesos ha puesto de manifiesto las debilidades de estos sistemas y la necesidad de establecer medidas de prevención y mitigación que mejoren su seguridad, evitando que la salud de los usuarios sea afectada. En la literatura se pueden encontrar diversos métodos para evaluar, prevenir y mitigar aspectos asociados a la vulnerabilidad de las ICs. Entre ellos se encuentra el enfoque de la teoría de redes complejas, basada en las técnicas de la teoría de grafos, que ha sido ampliamente utilizado, entre otros fines, para obtener parámetros relacionados con la estructura y conectividad de los elementos de una IC, para identificar los elementos más importantes, y para analizar el impacto en el funcionamiento del sistema debido a la eliminación de uno o más elementos. Investigaciones recientes han demostrado la validez de estas técnicas para la evaluación de la vulnerabilidad de redes de diversa clase y, particularmente, de las redes de distribución de agua (RDAs). Mediante la abstracción de la RDA a un grafo con características especiales (donde los arcos son las líneas hidráulicas y los vértices son los puntos de consumo) es posible cuantificar sus atributos estructurales, facilitando su análisis a un nivel de detalle más preciso, incluida la división en sectores. Esta tesis doctoral surge de la motivación de abordar este tema y de enfocarlo en la identificación y prevención de eventos de fallo en la calidad del agua. El estudio se centra en el análisis de la RDA que, por la ordenación y exposición de los diferentes elementos que la componen, es la parte más vulnerable de todo el sistema. Bajo el marco conceptual de la teoría de redes, se cuantifican atributos como la robustez y redundancia de la estructura de la RDA. Además, se utiliza el algoritmo evolutivo multiagente Agent Swarm Optimization (ASO) para identificar los lugares óptimos para ubicar sensores de monitorización de la calidad del agua, como una medida de vigilancia preventiva de cara a un evento de contaminación intencional o accidental. Al medir continuamente parámetros de la calidad del agua, entre ellos la conductividad, el pH, la concentración de diferentes sustancias y otros parámetros relacionados, directamente desde la red, una red adecuada de estos sensores ayudará a las empresas de distribución de agua a detectar la intrusión de contaminantes y a evaluar los problemas de calidad en sus redes. Decidir dónde colocar los sensores en la red y cuántos de ellos deben colocarse es un problema difícil de enfrentar, debido a la naturaleza de los objetivos que implica. Los objetivos contemplados en este trabajo son: el tiempo de detección, el volumen de agua contaminada consumida, el fallo de detección y los costes de implementación. Esta tesis presenta una forma de resolver el problema mencionado mediante la hibridación de la teoría de redes y el enfoque multiobjetivo del algoritmo ASO. Finalmente, la contribución principal de esta tesis es una metodología que ayude a las empresas de agua a establecer redes de monitoreo para detectar y estimar con rapidez posibles fallos en la calidad del agua, y que dé soporte a la toma de decisiones y a la mejora de la seguridad. Para demostrar el funcionamiento de la metodología propuesta, se presenta un caso de estudio referido a una red real, con el que se demuestran las posibilidades del acoplamiento de las técnicas propuestas. El resultado es un conjunto de posibles redes de sensores de calidad del agua, obtenido mediante un estudio a priori basado en el preproceso desarrollado a partir de la teoría de redes. Este conjunto es, posteriormente, ampliado y optimizado bajo el enfoque multiobjetivo de ASO, de modo que presente una cantidad suficiente de soluciones no dominadas de la frontera de Pareto del problema multiobjetivo estudiado. El fin último es dotar a los gestores del abastecimiento de una herramienta para seleccionar, mediante una toma de decisiones adecuada, aquella solución que mejor satisfaga, no solo lo requerimientos técnicos y económicos, sino otros menos objetivables que puedan existir. / [CA] La vulnerabilitat dels anomenats sistemes d'infraestructura crítica (IC), inclosos els sistemes de distribució d'aigua potable (SDAP), ha estat un dels temes de recerca altament rellevants de les darreres dècades, especialment emmarcat en un context de perill i/o amenaça. En general, els sistemes IC ofereixen serveis essencials per a la societat actual. La seguretat, el creixement econòmic i el benestar social d'un país es poden comprometre quan algun d'aquests sistemes es danya, es desactiva o s'interromp en el seu funcionament. A més dels accidents i falles característics dels SDAPs, certs perills i amenaces extraordinaris, com ara desastres naturals o actes relacionats amb la violència a diferents nivells, han generat un interès creixent entre els administradors, els responsables de la presa de decisions, els enginyers i la societat en general. El abastiment d'aigua potable és un dels serveis fonamentals per al desenvolupament d'una ciutat i la qualitat de vida dels ciutadans. No obstant això, un SDAP té propietats que el fan especialment vulnerable en comparació amb altres sistemes. La interrupció total o parcial de l'abastiment d'aigua durant un període de temps provoca greus efectes en els usuaris i en la resta de sistemes que en depenen. A causa de la seva importància com a infraestructures, els SDAPs han estat un objectiu especialment atractiu per a atacs maliciosos, específicament possibles esdeveniments de contaminació intencionals. Aquest tipus d'esdeveniments han posat de manifest les debilitats d'aquests sistemes i la necessitat d'establir mesures de prevenció i mitigació que millorin la seva seguretat, evitant que es vegi afectada la salut dels usuaris. Es poden trobar diversos mètodes a la literatura per avaluar, prevenir i mitigar aspectes associats a la vulnerabilitat de les ICs. Entre ells es troba l'enfocament complex de la teoria de xarxes, basat en les tècniques de la teoria de grafs, que s'ha utilitzat àmpliament, entre altres finalitats, per obtenir paràmetres relacionats amb l'estructura i la connectivitat dels elements d'una IC, per identificar-ne els elements més crítics, i analitzar l'impacte en el funcionament del sistema a causa de l'eliminació d'un o més elements. Investigacions recents han demostrat la validesa d'aquestes tècniques per avaluar la vulnerabilitat de xarxes de diversos tipus i, en particular, de xarxes de distribució d'aigua (XDAs). Abstraient la XDA a un gràfic amb característiques especials (on els arcs són les línies hidràuliques i els vèrtexs són els punts de consum) és possible quantificar-ne els atributs estructurals, facilitant les anàlisis a un nivell de detall més precís, inclosa la divisió en sectors. Aquesta tesi doctoral sorgeix de la motivació per abordar aquesta qüestió i centrar-se en la identificació i prevenció d'esdeveniments de fallida en la qualitat de l'aigua. L'estudi se centra en l'anàlisi de la XDA que, a causa de la disposició i exposició dels diferents elements que el componen, és la part més vulnerable de tot el sistema. Sota el marc conceptual de la teoria de xarxes, es quantifiquen atributs com la robustesa i la redundància de l'estructura de la XDA. A més, s'utilitza l'algorisme evolutiu multi-agent Agent Swarm Optimization (ASO) per identificar els llocs òptims per localitzar els sensors de control de la qualitat de l'aigua, com a mesura de vigilància preventiva davant d'un esdeveniment de contaminació intencional o accidental. Mesurant contínuament els paràmetres de qualitat de l'aigua, inclosa la conductivitat, el pH, la concentració de diferents substàncies i altres paràmetres relacionats, directament des de la xarxa, una xarxa adequada d'aquests sensors ajudarà les empreses de distribució d'aigua a detectar la intrusió de contaminants i avaluar els problemes de qualitat a les seves xarxes. Decidir on col·locar els sensors a la xarxa i quants d'ells s'hauria de col·locar és un problema difícil d’afrontar, a causa de la naturalesa dels objectius implicats. Els objectius considerats en aquest treball són: temps de detecció, volum d’aigua contaminada consumida, fallada de detecció i costos d’implementació. Aquesta tesi presenta una manera de resoldre el problema esmentat mitjançant la hibridació de la teoria de xarxes i l'enfocament multiobjectiu de l'algorisme ASO. Finalment, la principal contribució d’aquesta tesi és una metodologia destinada a ajudar les empreses d’aigua a establir xarxes de control per detectar i estimar ràpidament possibles fallades en la qualitat de l’aigua, i donar suport a la presa de decisions i la millora de la seguretat de l’aigua. Per demostrar el funcionament de la metodologia proposada, es presenta un cas d’estudi relacionat amb una xarxa real, amb la qual es demostren les possibilitats d'acoblament de les tècniques proposades. / [EN] The vulnerability of so-called critical infrastructure (CI) systems, including water distribution systems (WDSs), has been one of the highly relevant research topics in recent decades, particularly framed in a context of danger and/or threat. In general, CI systems provide essential services for today's society. The security, economic growth and social welfare of a country can be compromised when any of these systems is damaged, disabled or interrupted in its operation. In addition to the accidents and failures characteristic of WDSs, certain extraordinary dangers and threats, such as natural disasters or acts related to violence at different levels, have generated a growing interest among managers, decision makers, engineers and the society in general. The supply of drinking water is one of the fundamental services for the development of a city and the quality of life of citizens. However, a WDS has properties that make it especially vulnerable compared to other systems. The total or partial interruption of the water supply for a period of time, causes serious effects on the users and on the rest of the systems that depend on it. Due to their importance as infrastructures, WDSs have been an especially attractive target for malicious attacks, specifically potential intentional contamination events. This type of event has revealed the weaknesses of these systems and the need to establish prevention and mitigation measures that improve their safety, preventing the health of users from being affected. Various methods can be found in the literature to assess, prevent and mitigate aspects associated with the vulnerability of CIs. The complex network theory approach, based on the techniques of graph theory, is one of them. This approach has been widely used, among other purposes, to obtain parameters related to the structure and connectivity of the elements of an IC, to identify its most critical elements, and to analyze the impact on the operation of the system due to the elimination of one or more elements. Recent research has demonstrated the validity of these techniques for assessing the vulnerability of networks of various kinds and, particularly, of water distribution networks (WDNs). By abstracting the WDN to a graph with special characteristics (where the arcs are the hydraulic lines and the vertices are the consumption points) it is possible to quantify its structural attributes, facilitating analyses at a more precise level of detail, including the division into district metered areas. This doctoral thesis arises from the motivation to address this issue and to focus on the identification and prevention of failure events in water quality. The study focuses on the analysis of the WDN, which, due to the arrangement and exposure of the different elements integrating it, is the most vulnerable part of the entire system. Under the conceptual framework of the network theory, attributes such as robustness and redundancy of the WDN structure are quantified. In addition, the evolutionary multi-agent Agent Swarm Optimization (ASO) algorithm is used to identify optimal places to locate water quality monitoring sensors, as a preventive surveillance measure to face any accidental or intentional contamination event. By continuously measuring water quality parameters, including conductivity, pH, concentration of different substances and other related parameters, directly from the network, a suitable network of these quality sensors will help water distribution companies detect the intrusion of pollutants and assess quality problems in their networks. Deciding where to place the sensors on the network and how many of them should be placed is a difficult problem to face, due to the nature of the objectives involved. The objectives considered in this work are: detection time, volume of consumed contaminated water, detection failure and implementation costs. This thesis presents a way to solve the aforementioned problem through the hybridization of the network theory and the multi-objective approach of the ASO algorithm. With the graph theory, an approach to the search for possible solutions is sought, thus reducing the search space. With the ASO multi-objective evolutionary algorithm, instead of a unique specific solution, the idea is to find a wide range of solutions that represent the best tradeoff among all the objectives considered in the problem. Finally, the main contribution of this thesis is a methodology intended to help water companies to set monitoring networks to quickly detect and estimate possible failures in water quality, and to support decision-making and improvement of water safety. To demonstrate the operation of the proposed methodology, a case study related to a real-world network is presented, with which the possibilities of coupling the proposed techniques are demonstrated. The result is a set of water quality sensor networks, obtained through an a priori study based on the pre-process developed from the network theory. This set is later expanded and optimized under the ASO multi-objective approach, so that it presents a sufficient number of non-dominated solutions of the Pareto front of the studied multi-objective problem. The ultimate goal is to provide supply managers with a tool to select, through appropriate decision-making, the solution that best satisfies, not only technical and economic requirements, but also other less objective objectives that may exist. / Gutiérrez Pérez, JA. (2021). Monitorización, detección y estimación de estados de fallo en la calidad del agua de redes de distribución urbanas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/169363

[ES] El objetivo general de la presente Tesis es investigar metodologías que permitan obtener en tiempo real los parámetros de operación de redes hidráulicas a presión que minimicen el consumo y/o el coste energético, garantizando el cumplimiento de las condiciones de funcionamiento necesarias para una adecuada calidad del servicio. Al tratarse del ámbito de la operación diaria de la red, una de las condiciones indispensables que deben reunir los métodos de optimización es una respuesta lo suficientemente rápida como para que no solo se pueda disponer de las soluciones más convenientes en el momento de ejecutar las consignas de operación, sino que además se habilite un procedimiento flexible que permita dar respuesta a posibles cambios en las predicciones o eventos que puedan producirse. Se ha abordado de manera aislada la optimización energética de los subsistemas de transporte de agua y la de los subsistemas de distribución debido a las distintas características que se pueden observar en ellos. En la parte relativa a los subsistemas de distribución, particularizada al caso de un sistema de riego con bombeo directo a red, se han explorado los métodos metaheurísticos de optimización, realizando varias aportaciones originales orientadas a la mejora en la eficiencia computacional de los mismos, debido a la necesidad de obtener una respuesta rápida compatible con la toma de decisiones en tiempo real. En cuanto a los subsistemas de transporte, se ha explorado la aplicabilidad del método determinista de optimización por programación lineal, a la vista de las importantes ventajas que presenta respecto al resto de métodos generales de optimización. Asimismo, en el contexto de los subsistemas de transporte, se ha trabajado en la definición de una heurística basada en el cálculo del coste energético y/o económico del agua entregada en los puntos de consumo y almacenada en los depósitos intermedios, que ha permitido formular un algoritmo voraz para la optimización energética en cada instante de tiempo. Este método ha conseguido igualar el desempeño alcanzado mediante la programación lineal y se espera que ofrezca unas mejores capacidades en sistemas con un comportamiento marcadamente no lineal, así como también una mejor adaptación a problemas de optimización con la participación de energías renovables. / [CA] L'objectiu general de la present Tesi és la investigació de metodologies que permeten obtindre en temps real els paràmetres d'operació de xarxes hidràuliques a pressió que minimitzen el consum i/o el cost energètic, garantint el compliment de les condicions de funcionament necessàries per a una adequada qualitat del servei. En tractar-se de l'àmbit de l'operació diària de la xarxa, una de les condicions indispensables que han de reunir els mètodes d'optimització és una resposta prou ràpida com perquè no sols es puga disposar de les solucions més convenients en el moment d'executar les consignes d'operació, sinó que a més s'habilite un procediment flexible que permeta donar resposta a possibles canvis en les prediccions o esdeveniments que puguen produir-se. S'ha abordat de manera aïllada l'optimització energètica dels subsistemes de transport d'aigua i la dels subsistemes de distribució (reg per injecció directa) a causa de les diferents característiques que es poden observar en ells. En el treball amb els subsistemes de distribució s'han explorat les possibilitats que ofereixen els mètodes meta-heurístics d'optimització, realitzant diverses aportacions originals orientades a la millora en l'eficiència computacional dels mateixos a causa de la necessitat d'obtindre una resposta més ràpida que siga compatible amb la presa de decisions en temps real. Quant als subsistemes de transport, s'ha explorat l'aplicabilitat del mètode determinista d'optimització per programació lineal a la vista dels importants avantatges que presenta respecte a la resta de mètodes generals d'optimització. Així mateix, en el context dels subsistemes de transport, s'ha treballat en la definició d'una bona heurística basada en el càlcul del cost energètic i/o econòmic de l'aigua entregada en els punts de consum i en els dipòsits intermedis, que ha permés formular un mètode voraç per a l'optimització energètica en cada instant de temps. Aquest mètode ha aconseguit igualar l'acompliment aconseguit mitjançant la programació lineal i s'espera que oferisca unes millors capacitats en sistemes amb un comportament més marcadament no lineal, així com també una millor adaptació a problemes d'optimització amb participació d'energies renovables. / [EN] The general objective of this Thesis is the research of methodologies to obtain in real time the operating parameters of pressurized hydraulic networks that minimize energy consumption and/or cost, ensuring compliance with the operating conditions necessary for an appropriate quality of service. Since this is the field of daily network operation, one of the indispensable conditions that optimization methods must meet is a response fast enough so that not only the most convenient solutions are available at the time of executing the operating instructions, but also a flexible procedure is provided to allow a response to possible changes in the predictions or events that may occur. The energy optimization of the water transport subsystems and that of the distribution subsystems (direct injection irrigation) have been approached separately due to the different characteristics that can be observed in them. In the work with distribution subsystems, the possibilities offered by metaheuristic optimization methods have been explored, making several original contributions aimed at improving their computational efficiency due to the need to obtain a faster response that is compatible with real-time decision making. Regarding transport subsystems, the applicability of the deterministic method of optimization by linear programming has been explored in view of the important advantages it presents with respect to the rest of the general optimization methods. Also, in the context of transport subsystems, there has been a work on the definition of a good heuristic based on the calculation of the energy and/or economic cost of the water delivered at the consumption points and intermediate reservoirs, which has allowed to formulate a greedy method for energy optimization at each time instant. This method has been able to match the performance achieved by linear programming and is expected to offer better capabilities in systems with a more marked non-linear behaviour, as well as a better adaptation to optimization problems involving renewable energies. / Alonso Campos, JC. (2021). Desarrollo e implementación de algoritmos para la optimización energética en tiempo real de redes hidráulicas a presión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180389

Tesis por compendio / [ES] La emisión de gases de efecto invernadero de manera desmesurada, ha generado la degradación de la capa de ozono, provocando variaciones en los procesos ambientales que afectan a los organismos vivientes en el planeta Tierra. En los últimos años debido al cambio climático, los seres humanos buscamos enfatizar en el cuidado del medio ambiente y la preservación de los recursos naturales. Por lo que, en la mayoría de los casos, el avance tecnológico se enfoca en alcanzar las metas de desarrollo sostenible planteadas por la Organización de las Naciones Unidas (ONU). El mundo del agua no queda atrás, al tener que utilizar equipos energéticamente cada vez más consuntivos para suplir la demanda hídrica, se determina que existe una relación entre la emisión de GEI y el consumo de agua. Existen numerosos estudios que demuestran que, al optimizar las redes de distribución de agua: 1) se reduce la cantidad de energía requerida en las redes de agua; 2) se reduce la emisión de GEI; 3) se aumenta el tiempo de vida útil de una red de abastecimiento; 4) se mejora el aprovechamiento del agua; 5) se logra disminuir el coste relacionado con la operación, entre otros. El desarrollo del objetivo de esta tesis conllevó consigo la creación de tres (3) artículos científicos publicados en revistas JCR de alto impacto, con lo que se consiguió: 1)Contextualización del estudio, estableciendo las diferencias existentes en los sistemas de distribución de agua desde el punto de vista de la sostenibilidad. 2)Optimización de redes de riego en busca de un sistema híbrido que persiga una configuración de utilización nula de energía neta. 3)La aplicación y la optimización de una red de abastecimiento aislada que suple la demanda urbana, turística y paisajística. En el capítulo 2 se muestran distintos métodos de optimización de redes mediante la modelación, calibración y análisis hidráulicos donde varios estudios presentan tecnologías y herramientas que permiten estimar la cantidad de energía utilizada por el uso del agua en suministros de distintas envergaduras, exponiendo datos de las redes como son volumen inyectado, presión de abastecimiento, energía suministrada, regulación de los sistemas, entre otros. La revisión del estado del arte pone de manifiesto que tras la instalación de PAT se logra tener una recuperación energética desde un valor nulo hasta conseguir 0.042 kWh/m3. De igual manera se pudo estimar que tras la instalación de PFV para suministrar energía en las estaciones de bombeo se logra una reducción anual en la emisión de GEI de 16571 tCO2. A su vez, se pudo determinar que, tras la modificación en la operación del sistema, se consigue modificar el consumo inicial anual de 11651 a 2100 MWh. En el capítulo 3, se propone una metodología de optimización que muestra cómo se puede realizar la optimización de una red de riego real ubicada en Aspe (Alicante, España). Esta metodología emplea el método de optimización de "simulated annealing", tanto para conocer la mejor ubicación para instalar sistema micro hidroeléctricos como definir la regulación. El estudio muestra alternativas que alcanzan una reducción anual de emisión de GEI de hasta 2838 tCO2, y, de igual manera, se aprecia la posibilidad anual de vender hasta 283 MWh al sistema de abastecimiento de energía local. La metodología propuesta, asimismo fue aplicada en un sistema de abastecimiento de una ciudad aislada (Bahamas), mostrado en el capítulo 4. Se puede apreciar que al realizar modificación en la regulación del sistema se puede reducir el consumo energético anual de una estación de bombeo en un 32% y una reducción de la emisión de GEI en un 40%, esto se consiguió tras realizar un método de optimización basado en la búsqueda de los mejores puntos de funcionamiento de las bombas. / [CA] L'emissió de gasos d'efecte d'hivernacle de manera desmesurada, ha generat la degradació de la capa d'ozó, provocant variacions en els processos ambientals que afecten els organismes vivents en el planeta Terra. En els últims anys a causa del canvi climàtic, els éssers humans busquem emfatitzar en la cura del medi ambient i la preservació dels recursos naturals. Pel que, en la majoria dels casos, l'avanç tecnològic s'enfoca a aconseguir les metes de desenvolupament sostenible plantejades per l'Organització de les Nacions Unides (ONU). El món de l'aigua no queda arrere, en haver d'utilitzar equips energèticament cada vegada més consumptius per a suplir la demanda hídrica, es determina que existeix una relació entre l'emissió de *GEI i el consum d'aigua. Existeixen nombrosos estudis que demostren que, en optimitzar les xarxes de distribució d'aigua: 1) es redueix la quantitat d'energia requerida en les xarxes d'aigua; 2) es redueix l'emissió de *GEI; 3) s'augmenta el temps de vida útil d'una xarxa de proveïment; 4) es millora l'aprofitament de l'aigua; 5) s'aconsegueix disminuir el cost relacionat amb l'operació, entre altres. El desenvolupament de l'objectiu d'aquesta tesi va comportar amb si la creació de tres (3) articles científics publicats en revistes *JCR d'alt impacte, amb el que es va aconseguir: 1)Contextualització de l'estudi, establint les diferències existents en els sistemes de distribució d'aigua des del punt de vista de la sostenibilitat. 2)Optimització de xarxes de reg a la recerca d'un sistema híbrid que perseguisca una configuració d'utilització nul·la d'energia neta. 3)L'aplicació i l'optimització d'una xarxa de proveïment aïllada que supleix la demanda urbana, turística i paisatgística. En el capítol 2 es mostren diferents mètodes d'optimització de xarxes mitjançant el modelatge, calibratge i anàlisis hidràuliques on diversos estudis presenten tecnologies i eines que permeten estimar la quantitat d'energia utilitzada per l'ús de l'aigua en subministraments de diferents envergadures, exposant dades de les xarxes com són volum injectat, pressió de proveïment, energia subministrada, regulació dels sistemes, entre altres. La revisió de l'estat de l'art posa de manifest que després de la instal·lació de *PAT s'aconsegueix tindre una recuperació energètica des d'un valor nul fins a aconseguir 0.042 kWh/m³. D'igual manera es va poder estimar que després de la instal·lació de *PFV per a subministrar energia en les estacions de bombament s'aconsegueix una reducció anual en l'emissió de *GEI de 16571 *tCO2. Al seu torn, es va poder determinar que, després de la modificació en l'operació del sistema, s'aconsegueix modificar el consum inicial anual de 11651 a 2100 *MWh. En el capítol 3, es proposa una metodologia d'optimització que mostra com es pot realitzar l'optimització d'una xarxa de reg real situada a Aspe (Alacant, Espanya). Aquesta metodologia empra el mètode d'optimització de "*simulated *annealing", tant per a conéixer la millor ubicació per a instal·lar sistema micro hidroelèctrics com definir la regulació. L'estudi mostra alternatives que aconsegueixen una reducció anual d'emissió de *GEI de fins a 2838 *tCO2, i, d'igual manera, s'aprecia la possibilitat anual de vendre fins a 283 *MWh al sistema de proveïment d'energia local. La metodologia proposada, així mateix va ser aplicada en un sistema de proveïment d'una ciutat aïllada (Bahames), mostrat en el capítol 4. Es pot apreciar que en realitzar modificació en la regulació del sistema es pot reduir el consum energètic anual d'una estació de bombament en un 32% i una reducció de l'emissió de *GEI en un 40%, això es va aconseguir després de realitzar un mètode d'optimització basat en la cerca dels millors punts de funcionament de les bombes. / [EN] The disproportionate emission of greenhouse gases has led to the degradation of the ozone layer, causing variations in environmental processes that affect living organisms on planet Earth. In recent years, due to climate change, human beings seek to emphasize the care of the environment and the preservation of natural resources. Therefore, in most cases, technological progress is focused on achieving the sustainable development goals set by the United Nations (UN). The world of water is not left behind, as it is necessary to use more and more energy-consuming equipment to meet the demand for water, and it has been determined that there is a relationship between GHG emissions and water consumption. There are numerous studies that show that, by optimizing water distribution networks: 1) the amount of energy required in water networks is reduced; 2) GHG emissions are reduced; 3) the useful life of a supply network is increased; 4) the use of water is improved; 5) the cost related to operation is reduced, among others. The development of the objective of this thesis entailed the creation of three (3) scientific articles published in high impact JCR journals, thus achieving: 1)Contextualization of the study, establishing the existing differences in water distribution systems from the point of view of sustainability. 2)Optimization of irrigation networks in search of a hybrid system that pursues a configuration of zero net energy use. 3)The application and optimization of an isolated supply network that meets urban, tourist and landscape demand. Chapter 2 shows different methods of network optimization through modeling, calibration and hydraulic analysis where several studies present technologies and tools that allow estimating the amount of energy used by the use of water in supplies of different sizes, exposing network data such as volume injected, supply pressure, energy supplied, regulation of the systems, among others. The review of the state of the art shows that after the installation of PAT it is possible to have an energy recovery from a null value to 0.042 kWh/m3. Likewise, it was estimated that after the installation of PFV to supply energy to the pumping stations, an annual reduction in GHG emissions of 16571 tCO2 was achieved. At the same time, it was determined that, after the modification in the operation of the system, it was possible to modify the initial annual consumption from 11651 to 2100 MWh. In Chapter 3, an optimization methodology is proposed that shows how the optimization of a real irrigation network located in Aspe (Alicante, Spain) can be carried out. This methodology uses the "simulated annealing" optimization method, both to know the best location to install micro hydroelectric systems and to define the regulation. The study shows alternatives that achieve an annual GHG emission reduction of up to 2838 tCO2, and, likewise, the annual possibility of selling up to 283 MWh to the local energy supply system. The proposed methodology was also applied in a supply system of an isolated city (Bahamas), shown in Chapter 4. It can be seen that by modifying the regulation of the system, the annual energy consumption of a pumping station can be reduced by 32% and GHG emissions can be reduced by 40%, this was achieved after performing an optimization method based on the search for the best operating points of the pumps. / Fundings: Grant PID2020-114781RA-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 / Mercedes García, ÁV. (2023). Metodología de análisis para la mejora de los indicadores de sostenibilidad en las redes de distribución presurizadas mediante el uso de sistemas híbridos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192475 / Compendio

[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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62692

En el pasado, la investigación de los motores de combustión interna se ha centrado en la reducción del combustible y las emisiones, manteniendo constante el rendimiento. Además, en los últimos años la presión está aumentando aún más para los fabricantes de motores. La nueva homologación es un gran desafío, principalmente debido a la introducción de los ciclos de emisiones de conducción reales (RDE), lo que obligará a homologar los coches en condiciones reales de conducción, más dinámicas y con un amplio rango de condiciones ambientales, donde la altitud ambiente puede llevar a los 1300 metros sobre el nivel del mar. Hoy en día, los fabricantes tienen diferentes formas de ensayar los motores y los automóviles en condiciones de altitud. Pruebas en altitud real, donde el automóvil, los ingenieros y los sistemas de medida y ensayo deben desplazarse a un lugar en altitud durante largos períodos de tiempo. La otra solución es ensayar el automóvil en una cámara hipobárica, donde se puede controlar la presión. Sin embargo, estas cámaras son costosas, difíciles de operar e intensivas en espacio y recursos. En la presente tesis, se desarrolla un simulador de altitud, que presentará otra alternativa para el ensayo de motores en altitud. En este simulador de altitud, el motor está a presión ambiente y solo sus conductos de admisión y escape están a la altitud del ensayo. En la tesis, se describe el principio de operación del simulador de altitud, sus diferentes elementos y su efecto sobre el rendimiento del simulador de altitud, así como las estrategias de control aplicadas para controlar las diferentes variables y elementos. Para estudiar el potencial del simulador de altitud, un motor diésel turboalimentado se ha ensayado a diferentes altitudes y su rendimiento y emisiones se han comparado con los obtenidos en una cámara hipobárica. Además, el motor se ha ensayado a diferentes altitudes en ciclos dinámicos y se ha analizado su rendimiento y emisiones, cuyos resultados muestran que la estrategia de control del motor cuando está operando en altitud se centra en la protección de los diferentes elementos sin tener en cuenta las emisiones. Por estas razones, es importante estudiar diferentes estrategias para reducir las emisiones de los motores en altitud. Finalmente, se han realizado diferentes estudios paramétricos cambiando la geometría de las válvulas del motor y colector de escape para analizar su efecto sobre la temperatura de entrada de los sistemas de postratamiendo y el consumo especifico de combustible, como una forma de reducir el tiempo que tardan dichos sistemas en alcanzar la temperatura objetivo con mayor eficiencia de trabajo. / In the last decades, the internal combustion engines research has been focused in the reduction of the fuel consumption and emissions while keeping constant the performance. Besides, in the last years the pressure is increasing even more to the engine manufacturers. The new homologation is a big challenge, mainly because of the introduction of the real driving emissions cycles, which will force to homologate the cars under real driving conditions, more dynamic and with an extended range of ambient conditions. The ambient altitude can reach up to 1300 meters above sea level. Nowadays, the manufacturers have different ways to test the engines and cars in altitude conditions. Real altitude tests, where the car, engineers and testing systems have to be displaced to an altitude place during long periods of time. The other solution is to test the car in a hypobaric chamber, where the pressure can be controlled. However, these chambers are expensive, difficult to operate and intensive in space and resources. In the present thesis, an altitude simulator is developed, which will introduce another alternative to test engines in altitude. In this altitude simulator, the engine or car is at room pressure and only its intake and exhaust pipes are at the tested altitude. In the thesis, it is described the altitude simulator operation principle, its different elements and their effect on the altitude simulator performance, as well as the control strategies applied to control the different variables and elements. In order to proof the potential of the altitude simulator, a turbocharged diesel engine is tested at different altitudes and its performance and emissions results are compared with those obtained in a hypobaric chamber. Also the engine is tested at the different altitudes in dynamic cycles and its performance and emissions are analyzed, showing that the engine control strategy when it is operating in altitude is focused in the protection of the different elements without taking into account the emissions. For these reason, it is important to study different strategies to reduce engine emissions in altitude. Finally, different parametric studies changing different geometries of the engine valves and exhaust manifold in order to analyze its effect on the aftertreatment inlet temperature and the specific fuel consumption, as a way to reduce the time that it takes to the aftertreatment to reach the target conversion efficiency temperature. / En el passat, la investigació dels motors de combustió interna s'ha centrat en la reducció del combustible i les emissions, mantenint constant el rendiment. A més, en els últims anys la pressió està augmentant encara més per als fabricants de motors. La nova homologació és un gran desafiament, principalment a causa de la introducció dels cicles d'emissions de conducció reals (RDE), el que obligarà a homologar els cotxes en condicions reals de conducció, més dinàmiques i amb un ampli rang de condicions ambientals, on l'altitud ambient pot portar els 1300 metres sobre el nivell del mar. Avui dia, els fabricants tenen diferents formes d'assajar els motors i els automòbils en condicions d'altitud. Proves en altitud real, on l'automòbil, els enginyers i els sistemes de mesura i assaig han de desplaçar-se a un lloc en altitud durant llargs períodes de temps. L'altra solució és assajar l'automòbil en una cambra hipobàrica, on es pot controlar la pressió. No obstant això, aquestes càmeres són costoses, difícils d'operar i intensives en espai i recursos. En la present tesi, es desenvolupa un simulador d'altitud, que presentarà una altra alternativa per a l'assaig de motors en altitud. En aquest simulador d'altitud, el motor està a pressió ambient i només els seus conductes d'admissió i escapament estan a l'altitud de l'assaig. A la tesi, es descriu el principi d'operació del simulador d'altitud, els seus diferents elements i el seu efecte sobre el rendiment del simulador d'altitud, així com les estratègies de control aplicades per controlar les diferents variables i elements. Per estudiar el potencial del simulador d'altitud, un motor dièsel turboalimentat s'ha assajat a diferents altituds i el seu rendiment i emissions s'han comparat amb els obtinguts en una cambra hipobàrica. A més, el motor s'ha assajat a diferents altituds en cicles dinàmics i s'ha analitzat el seu rendiment i emissions, els resultats mostren que l'estratègia de control del motor quan està operant en altitud se centra en la protecció dels diferents elements sense tenir en compte les emissions. Per aquestes raons, és important estudiar diferents estratègies per reduir les emissions dels motors en altitud. Finalment, s'han realitzat diferents estudis paramètrics canviant la geometria de les vàlvules del motor i col·lector d'escapament per analitzar el seu efecte sobre la temperatura d'entrada dels sistemes de postratamiendo i el consum especäifico de combustible, com una forma de reduir el temps que triguen aquests sistemes en arribar a la temperatura objectiu amb major eficiència de treball. / Gómez Gil, J. (2018). Development of an altitude simulator and analysis of the performance and emissions of turbocharged Diesel engines at different altitudes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/101284