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.

This thesis presents diverse theoretical and practical applications of the ERS 1/2 and RADARSAT satellite images of the Synthetic Aperture Radar SAR sensor (near 330 images in the Northwest Mediterranean NWM and 980 in European coastal waters) Other types of satellite images were used to study the marine pollution and dynamics studies of the NWM and other European areas. Principal source of information constitutes a collection of the SAR images obtained on periodic form during the 1996-1998 years generally by the Clean Seas European project, also by the Oil Watch and the ERS-1/2 SAR Exploitation Study in Catalonia projects. The geographical area of interest includes the NWM maritime zone: Balearic Islands - Ebro Delta - Cap of Creus - Gulf of Leon - Marseilles - Balearic Islands. During the presents studies there we elaborated a thematic collection of the SAR (full and detailed fragments) images of the almost 300 oil spills and of the 42 coastal plumes detected in the NWM in the period 1996-1998 also thematic maps and the statistical analysis of their topologic characteristics and of their temporary/spatial occurrences were elaborated. The area of the all accidental spills and plumes that took place in the period 1996-1998 in the NWM was also estimated (the diameter is 146 km and it oil mass is 4.477 Tm), we made a comparative analysis of the results of the Clean Seas project from different zones of studies (NWM, North Sea, Baltic Sea) and the statistical analysis of the occurrence of disasters involving oil spills in European waters in base of the results of the present work and of the historical information of the past 34 years, relating them to Zipf's law. The general conclusion is that the small habitual oil spills play a significant role in the overall marine pollution due to its very frequent occurrence.In the area of study of the dynamics of the NWM we present the results of the topologic and spatial analysis of the vortices detected by the satellite sensors, the thematic maps, the comparison with the laboratory experiments, the quantitative analysis of the particularities of tide in different points of the NWM, the examples of the application of the multifractal analysis and also a practical method proposed in order to distinguish the sea surface structures of different origins.The obtained results have allowed to obtain a general and statistically justified vision of the level of the marine pollution of the NWM, as well as in other European maritime zones. It was also possible to obtain quantitative information on the complex superficial dynamics of the NWM, which can be useful to quantify the capacity of surface diffusion of the ocean. / PER NAVEGAR ENTRE ELS FITXERS D'AQUESTA TESI PARTIU DEL FITXER: inicio.pdfPARA NAVEGAR ENTRE LOS FICHEROS DE ÉSTA TESIS PARTIR DEL FICHERO: inicio.pdfTHE FIRST FILE IS inicio.pdf

Se ha sintetizado la información de las temperaturas de emisión superficial obtenidas mediante 53 imágenes del satélite Terra MODIS, aplicando para ello promedios anuales y estacionales de las temperaturas estandarizadas, y reducción de las imágenes a factores complejos de los patrones espaciales usando Análisis de Componentes Principales (ACP); finalmente, se han realizado mapas de diferencias térmicas para conocer la intensidad de la isla de calor urbana de superficie (ICUs) estacional y anual. Los resultados muestran que la isla de calor tiende a localizar el máximo térmico en las comunas de Santiago, Providencia, Las Condes, Ñuñoa y Vitacura, conformando un núcleo cálido asociado a la mayor densidad construida; además, las comunas de Huechuraba y Quilicura conforman otro núcleo cálido, el que está asociado a viviendas de alto nivel de ingresos en el primer caso e industrias en el caso de Quilicura. El ACP revela cuatro patrones típicos, que explican el 90,6% de las situaciones, a saber: ICUs consolidada (44,5%), ICUs del piedmont y cuña de altos ingresos (22,3%), un tipo sin isla de calor urbana (20,2%) e ICUs más intensa al sur (3,6%). Finalmente, la intensidad de la isla de calor urbana de superficie es de mayor magnitud durante el otoño (7,4ºC), seguida de verano (5,9ºC), primavera (5,4ºC) e invierno (5,0ºC); incluso en verano y otoño supera los 7ºC en la zona oriente de la ciudad. De las situaciones sin isla de calor, se ha sugerido la hipótesis de efecto sumidero de calor o «urban heat sink», asociado a fuerte brisa de la Cordillera de Los Andes, que barre la ICUs y la desplaza al poniente de la ciudad, lo que en días de contaminación por material particulado (PM10) tendría efectos nocivos sobre la salud de la población de esa parte de la ciudad. Además, se modela la isla de calor urbana de superficie (ICUs) en función de una serie de variables geográficas y urbanas, con el propósito de plantear alternativas para la mitigación de los efectos negativos que las ICUs provocan a los habitantes de la ciudad de Santiago. Además, se entregan algunas directrices para una planificación territorial más sostenible. En total se utilizaron 42 mapas de isla de calor del año 2010, los cuales se generaron con imágenes satelitales Terra MODIS. Ellos fueron sintetizados en cinco cartografías, un mapa anual y cuatro correspondientes a las estaciones del año. Las variables explicativas para predecir la isla de calor fueron nueve: densidad de población y construida, elevación topográfica, NDVI, albedo, radiación solar y las distancias euclidianas al centro, la costa y los ríos y esteros. Los resultados de los modelos de regresión lineal múltiple por pasos indican coeficientes de determinación entre 47,39% y 80,08% (invierno y verano respectivamente). Las variables explicativas más influyentes son el albedo y el NDVI (relación negativa), y la densidad construida (relación positiva). Al modificar las variables que explican la ICUs se podría variar la intensidad de ella, por ejemplo: al aumentar de 10.000 m2 a 20.000 m2 construidos por hectárea la temperatura deberá aumentar entre 1ºC y 2ºC; implementando de áreas verdes un espacio sin vegetación, la isla de calor se verá reducida entre 1,2ºC y 5,5ºC; y al modificar el albedo de la ciudad desde un 10% a un 20% se consigue una reducción de la ICUs entre 1,1ºC y 2,7ºC.

[ES] La presente tesis doctoral tiene como objetivo principal el estudio, desarrollo, diseño y fabricación de nuevos componentes pasivos de microondas, tales como filtros y multiplexores que operen en las bandas de alta frecuencia de los actuales y futuros satélites de telecomunicación (bandas Ku, K y Ka) entre 12 y 40 GHz. Dichos componentes deben ser capaces de ofrecer tanto respuestas clásicas sencillas como avanzadas (elípticas), y presentar una capacidad de resintonización (tanto en términos de frecuencia central como de ancho de banda). Estos componentes darán solución a las necesidades actuales de los sistemas de comunicaciones espaciales, que requieren de mayores tasas de transmisión de datos (señales de mayor ancho de banda), así como de mayor flexibilidad en las frecuencias de operación, para ofrecer con un mismo dispositivo distintos servicios y prestaciones. Para ello, se proponen tanto modificaciones a las estructuras de filtros clásicos de microondas actuales, como la introducción de nuevas estructuras. Asimismo, también se investigará el uso de los tornillos de ajuste post-fabricación de los filtros como tornillos de sintonía metálicos, así como la posible introducción de tornillos de sintonía realizados con distintos materiales dieléctricos. Se pretende, de esta forma, mejorar las respuestas de los dispositivos actuales; reduciendo su tamaño y costes de producción (debido a la relajación de las tolerancias de fabricación), abaratando de esta forma la fabricación y futura operación de los mismos. Aprovechando estos nuevos dispositivos, se abordará también el diseño, fabricación y medida de componentes más complejos, como pueden ser los los diplexores de canal o los conmutadores con respuesta selectiva en frecuencia, todos ellos necesarios en los sistemas de comunicaciones espaciales y en íntima relación con los filtros previamente mencionados. Por último, el desarrollo de todos estos nuevos dispositivos vendrá acompañado de una metodología de diseño basado en el uso del Mapeo Espacial Agresivo (Aggressive Space Mapping, ASM) especialmente adaptado a los filtros en guía de onda. / [CA] La present tesis doctoral té com a objectiu el estudi, desenvolupament, diseny i fabricació de nous components pasius de microones, tals com els filtres i multiplexors que operen en les bandes d'alta freqüencia dels actuals i futurs satèl.lits de telecomunicació (bandes Ku, K i Ka) entre 12 i 40 GHz, Aquests components han de ser capaços d'oferir tant, respostes clàsiques sencilles com avançades (eliptiques), i que a més a més presenten una capacitat de resintonització (tant en termes de freqüència central com d'amplada de banda). Aquestos nous components pasius donaràn solució a les necesitats dels actuals sistemes espacials, que requereixen de majors taxes de transmissió de dades (senyals de major amplada de banda), així com de major flexibilitat en les frequencies de operació, per oferir en un mateix dispositiu distints serveis i prestacions. Per aquesta raó, es proposen tant modificacions a les estructures del filtres clàsics de microones actuals, com la introducció de noves estructures. Així mateix, també s'investigarà l'us dels tornells d'ajustament post-fabricació dels filtres com a tornells de sintonía metàl.lica i la introducció de tornells de sintonía realitzats amb diferents materials dielèctrics Es pretén, d'aquesta forma, la millora de les respostes del dispositius actuals; reduint la envergadura i els costos de producció (gràcies a la relaxació de les toleràncies de fabricació), abaratint d'aquesta forma la fabricació i futura operació dels filtres mateixos. Aprofitant aquestos nous dispositius es treballarà també en el disseny, fabricaçió i mesura de components més complexes, com poden ser els multiplexors de canal i els commutadors amb resposta selectiva en freqüencia, tots ells necessaris en els sistemes de comunicacions espacials i en íntima relació amb els filtres abans esmenats. Per analitzar, el desenvolupament de tots aquestos dispositius vindrà acompanyat d'una metodologia de disseny basada en l'us del Mapatge Espacial Agressiu (Aggressive Space Mapping, ASM), especialment adaptat als filtres en guia d'ona. / [EN] The main objective of this doctoral thesis is the study, development, design and manufacture of new passive microwave components in waveguide technology, such as filters and multiplexers, that operate in the high frequency bands of current and future telecommunication satellite payloads between 12 and 40 GHz (Ku, K and Ka bands). The new solutions developed must other both classic and advanced (elliptical) responses, as well as the possibility of being reconfigured both in terms of center frequency and bandwidth. The motivation for this research is to address the current and future needs of space communication systems which require higher data rate transmission (that is larger bandwidths), as well as flexibility with respect to the operating frequency to dynamic adaptation to possible changes in user demands. In this context, we propose in this thesis alternative microwave filter structures in metallic waveguide, as well as novel solutions. We explore different approaches to adjust the filter performance, using both traditional metallic tuning screws as well as tuning elements made with dierent dielectric materials. We also advance the state-of-the-art by developing more performing Space Mapping procedures for the design, optimization and tuning of the filter structures that we propose. The objective is to improve the response of the devices and reduce, at the same time, their manufacturing time and costs. As a fundamental element of our work, in addition to theoretical developments, we also apply the findings of our research to the design, manufacture and measurement of a number of more complex components, such as diplexers and integrated switches and filters. They are practical devices to demonstrate the ability of the novel filters that we propose to satisfy the requirements of current and future advanced satellite payloads. / Ossorio García, J. (2021). Development of New Tunable Passive Microwave Components in Waveguide Technology [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/166100 / TESIS