Dpto. Ingeniería - Ingeniaritza Saila [desde mayo 2018 / 2018ko maiatzetik]

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http://hdl.handle.net/2454/29219

Véase además departamentos anteriores a mayo 2018 / Ikus, halaber, 2018ko maiatza baino lehenagoko sailak

Dpto. Automática y Computación - Automatika eta Konputazioa Saila

Dpto. Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales - Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza Saila

Dpto. Proyectos e Ingeniería Rural - Landa Ingeniaritza eta Proiektuak Saila

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Análisis comparativo del ciclo de vida de la patata aplicado a diferentes alternativas de procesado
(2024) Sáenz Baños, Mercedes Irache; Latorre Biel, Juan Ignacio; Jiménez Macías, Emilio; Ingeniería; Ingeniaritza
La industria alimentaria de la patata juega un papel fundamental en nuestra vida diaria y nos revela tanto nuestra cultura, como nuestro estilo de vida y patrones de consumo. La industria transformadora de la patata es consciente de que tanto su producción como el consumo de su producto conlleva implicaciones medioambientales. Por ello, con el fin de asegurar su sostenibilidad a lo largo del tiempo han visto la necesidad de optimizar y mejorar el comportamiento medioambiental de sus productos y de sus procesos. Todo ello, sin perder de vista la seguridad alimentaria, nutrición y las necesidades de los consumidores, las cuales van variando a lo largo del tiempo en nuestra sociedad. Esta esta tesis se reportan dos artículos que investigan el impacto ambiental del lavado, selección y embolsado de patata fresca y sus medidas para mitigarlo, junto con la metodología estudiada con el fin de reducir la demanda energética en el proceso de almacenamiento de la patata. Con el fin de estudiar los impactos más significativos del proceso, se han propuesto distintas medidas para reducir los consumos de recursos hídricos, responsables de la huella hídrica del proceso. Se trata de averiguar qué implicaciones medioambientales tiene la transformación de un kilogramo de patatas desde la llegada de la materia prima a la planta procesadora, hasta la salida del producto transformado, ya apto para el consumidor. Para ello, se necesita averiguar si existen diferencias entre las distintas variedades de patata y entre sus diferentes formatos a lo largo del proceso productivo; ya que es decisiva dicha información para alcanzar una optimización de los recursos y una mínima implicación medioambiental de nuestro entorno. De esta forma, se busca que la industria del procesado de patata fresca reduzca su consumo energético tanto en su producción como almacenamiento, el consumo de agua utilizado durante el proceso e incluso la generación de residuos, avanzando de esta forma en la eficiencia y disminución de los recursos implicados en la cadena alimentaria.
Embargo
Análisis de la siniestralidad laboral: España - Navarra - Empresa multinacional de componente de automoción
(2023) Ríos Eraso, Alonso; Jarén Ceballos, Carmen; Ingeniería; Ingeniaritza
El 8 de noviembre de 1995 se publicó en el BOE la Ley 31/1995 de Prevención de Riesgos Laborales en España, como transposición de una Directiva europea. Después de 25 años de su puesta en vigor se plantea la hipótesis de si realmente se han obtenido unos resultados de mejora en el espacio europeo, español, autonómico y en una empresa multinacional de componente de automoción. El objetivo general de esta tesis doctoral fue analizar la siniestralidad a través de los accidentes laborales en jornada de trabajo en series temporales superiores a 20 años, para poder evidenciar el impacto de dicha ley. Para alcanzar este objetivo, se realizó un análisis estadístico de los diferentes tipos de accidentes registrados y notificados al Ministerio de Trabajo y Economía Social y en la Oficina Estadística de la Unión Europea. Como resultado, se observó que España ha mejorado sus valores absolutos y su índice de incidencia de accidentes mortales desde el inicio del estudio, sin embargo, estuvo por encima de la media de los países europeos comparados. A nivel nacional, todas las comunidades autónomas mejoraron sus índices de incidencia y frecuencia de los accidentes mortales en jornada de trabajo. La radiografía de la siniestralidad es que 98,78% de los accidentes fueron leves, el 1,10% graves y el 0,1% mortales. El prototipo de accidente mortal en jornada de trabajo fue de un varón, representando el 95% del total, con una antigüedad inferior a 10 años, representando el 79,33%, y perteneciente mayoritariamente al sector económico de la construcción y agrario. En la empresa analizada, también mejoraron los valores e índices de accidentabilidad.
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Analysis of sediment export and ephemeral gully erosion in small agricultural watersheds of Iowa and Navarre
(2022) Luquin Oroz, Eduardo Adrián; Campo-Bescós, Miguel; Ingeniería; Ingeniaritza; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Agricultural activity can significantly affect the environment. The rising global demand for agricultural products, largely as a result of population growth, only increases the pressure on soil resources. In fact, soil erosion and water pollution with sediment are considered among the most critical environmental threats worldwide. This thesis aims to obtain new insights into the phenomenon of soil erosion and sediment export in cultivated areas, of its processes, and to the factors that control them, and evaluate our capacity to predict and simulate some of these processes. The spatial and temporal scale of the study consists of multiple levels, starting from the analysis of at the "watershed scale" using the Experimental Agricultural Watershed Network of the Government of Navarre, both at the multiannual and event-level, and going further into the analysis at the micro-watershed level by studying ephemeral gully erosion and its modeling using information from very detailed observations in Iowa. The following specific objectives addressed this general objective: (i) analyze the hydrological and sediment export behavior of small agricultural watersheds in Navarre; (ii) explore the use of high-resolution measurements of hydrological variables (turbidity, discharge and precipitation) to characterize sediment concentration in agricultural watersheds during storm events; (iii) obtain new insights about internal watershed processes by investigating the factors that condition the occurrence and growth of ephemeral gullies in agricultural micro-watersheds in Iowa; and (iv) to evaluate the capability of the AnnAGNPS-TIEGEM (Tillage lnduced Ephemeral Gully Erosion Model) model to simulate ephemeral gully erosion in Iowa, and propose improvements to the model in light of the results obtained.
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Assessment and modeling of the generation and transport of water and solutes in representative watersheds of Navarre (Spain): toward an optimal and sustainable agrarian activity
(2021) Hernández García, Iker; Casalí Sarasíbar, Javier; Campo-Bescós, Miguel; Merchán Elena, Daniel; Ingeniería; Ingeniaritza; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
El objetivo general de esta tesis es ampliar la base de conocimiento sobre la dinámica de los sólidos disueltos totales, con especial atención a los nutrientes más extendidos en los sistemas agrícolas (N, y en menor medida P). Para ello, (1) se han cuantificado las exportaciones de los sólidos disueltos totales y su dinámica en la red de cuencas experimentales de Navarra, considerando diferentes agrosistemas de la región de Navarra (España). Reconociendo la influencia de estos compuestos en diferentes masas de agua, y con el objetivo de arrojar más luz sobre el enfoque de la caja negra de las cuencas en la calidad del agua, (2) se ha evaluado el concepto relativamente novedoso de conectividad de flujo superficial a través de un índice de conectividad del flujo superficial. Este índice se basa en índices de conectividad de flujos superficiales ampliamente contrastados, aplicándose en dos cuencas de secano con cultivo de cereal de invierno (Latxaga y La Tejería). En cuanto a los nutrientes, y centrándonos en la dinámica de los nitratos y fosfatos, (3) se ha caracterizado la concentración y la exportación de nitratos y fosfatos en diferentes escalas temporales en estas dos cuencas. En ellas se han identificado los factores controladores de estas dinámicas para estas dos cuencas. Por último, (4) se han cuantificado los factores controladores de nutrientes previamente identificados considerando diferentes escenarios posibles, y se ha evaluado la capacidad del modelo AnnAGNPS para las exportaciones de nitrógeno disuelto en las dos cuencas de secano con cultivo de cereal de invierno.
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Aumento de potencia en un motor comercial de encendido provocado alimentado con hidrógeno: mezclas hidrógeno-metano y combustiones anómalas
(2020) Urroz Unzueta, José Carlos; Diéguez Elizondo, Pedro; Gandía Pascual, Luis; Ingeniería; Ingeniaritza
Este trabajo se ha centrado en el aumento de potencia de un motor comercial de encendido provocado alimentado con hidrógeno. La extremadamente baja densidad del hidrógeno conlleva una menor potencia, frente a otros combustibles como la gasolina, por unidad de cilindrada del motor. Con el objetivo de paliar esta deficiencia, el presente trabajo se centra en dos líneas de investigación. En primer lugar, se estudian las mezclas de hidrógeno con metano, compuesto éste de alto contenido energético por unidad de volumen. En segundo lugar, se analizan las combustiones anómalas, problemática inherente a los combustibles, pero muy determinante para el hidrógeno debido a su elevada reactividad química.
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Avances en el conocimiento de la erosión por flujos concentrados y su óptima evaluación en campo: un enfoque experimental
(2021) Zubieta Laseca, Elena; Giménez Díaz, Rafael; Casalí Sarasíbar, Javier; Ingeniería; Ingeniaritza; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
La presente tesis tiene como propósito (i) ampliar el conocimiento sobre la interrelación entre la hidráulica y la morfología de canales de erosión a través de una detallada caracterización y análisis de la macro-rugosidad en surcos de erosión desarrollados en campo; con el fin último de contribuir a un mejor entendimiento de la erosión por flujos concentrados y consecuentemente a su correcta modelización. (ii) Se busca, además, mejorar las técnicas de monitoreo de canales de erosión en campo, surcos y cárcavas (efímeras), mediante el análisis y estimación del error que inadvertidamente (y de forma sistemática) estarían cometiendo los investigadores al caracterizar la geometría de canales de erosión a partir de datos de campo. (iii) Y desarrollar y evaluar una innovadora metodología experimental para la detección de sedimentos generados por erosión por flujo concentrado, a partir de trazadores magnéticos, para su posterior uso en experimentos en campo. Esto incluye el análisis de los principales factores que afectan la señal magnética como así también técnicas de aplicación y distribución del trazador en la zona de estudio.
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Desarrollo de materiales de construcción sostenibles basados en cementantes de óxido de magnesio de bajo impacto ambiental. Aplicación a la estabilización de suelos con sulfatos
(2024) Del Castillo García, Jesús María; Seco Meneses, Andrés; Marcelino Sádaba, Sara; Ingeniería; Ingeniaritza
La presente tesis por compendio de publicaciones recoge la investigación realizada para la estabilización de suelos con sulfatos, dentro del contexto de la ingeniería civil, mediante el empleo de cementantes hidráulicos basados en el óxido de magnesio (MgO). Para ello se han desarrollado y ampliado investigaciones previas relacionadas con el uso de un cemento basado en la activación de escoria granulada de alto horno (GGBS: Ground Granulated Blast-furnace Slag) mediante la adición de un MgO de bajo grado de pureza. El MgO empleado en esta investigación procede de residuos o subproductos generados en los procesos de fabricación y uso de material refractario manufacturado a partir de la calcinación del mineral magnesita. La investigación llevada a cabo parte de otras investigaciones previas que derivaron en el desarrollo del citado cementante patentado de forma conjunta por la empresa Magnesitas Navarra S.A. (MAGNA) y la Universidad Pública de Navarra (patente conjunta UPNA/MAGNA 'Ligante hidráulico para materiales de construcción'). Este producto presentó una potencialidad muy alta para su empleo en la estabilización de suelos, así como una baja reactividad con los sulfatos, pudiendo limitar los efectos adversos que se producen en la interacción entre los sulfatos y los aditivos estabilizantes basados en el óxido de calcio (CaO) como son los cementos comunes y la cal (únicos estabilizantes indicados en la normativa nacional para la construcción de carreteras), lo que deriva en la generación de sulfatoaluminatos hidratados del grupo de la etringita, de muy alta capacidad expansiva.
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Desarrollo de recubrimientos funcionales nanoestructurados basados en la incorporación de óxidos metálicos fotocatalíticos
(2024) Sandúa Fernández, Xabier; Rivero Fuente, Pedro J.; Rodríguez Trías, Rafael; Ingeniería; Ingeniaritza; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
Este trabajo se centra en el desarrollo de recubrimientos fotocatalíticos funcionales mediante la incorporación de óxidos metálicos. Inicialmente se realiza la funcionalización y optimización de un recubrimiento fotocatalítico, con el TiO2 como precursor principal. Para ello, se elabora un estudio comparativo con diversas técnicas de deposición, capaces de inmovilizar el precursor TiO2 en una matriz de fibras poliméricas obtenidas por la técnica de electrospinning, empleando para ello el polímero PAA. Una vez identificadas las dos técnicas de inmovilización que mejores resultados presentan, se elabora un nuevo estudio comparativo en donde se introducen diferentes óxidos metálicos (WO3, Fe2O3, SrTiO3) como elementos coadyuvantes del TiO2. De este estudio se obtiene la combinación de compuestos activos y la técnica de inmovilización más funcional. Una vez obtenido el recubrimiento fotocatalítico óptimo, se realiza con éste un estudio de degradación de diferentes tintes orgánicos, para así estudiar la tendencia de degradación que presentan estos tintes depositados en un mismo tipo de recubrimiento fotocatalítico. Por último, con el fin de obtener un recubrimiento que también pueda ser activado en el rango visible de la luz, se sintetizan nanopartículas de oro en la superficie de las partículas de TiO2, para activar el efecto de resonancia localizada de plasmones superficiales (LSPR). De esta manera, la fotocatálisis puede ser activada con una fuente que emite dentro del espectro visible.
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Desarrollo de recubrimientos superhidrofóbicos y anti-hielo sobre materiales metálicos para aplicaciones aeronáuticas
(2024) Vicente Gómara, Adrián; Rodríguez Trías, Rafael; Rivero Fuente, Pedro J.; Ingeniería; Ingeniaritza; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Univertsitate Publikoa
La formación y acumulación de hielo supone un riesgo en la seguridad de los aviones durante todas las fases de vuelo, especialmente cuando la aeronave se encuentre a media-baja altitud y su velocidad sea lenta (despegue-ascenso y aproximación-aterrizaje). Actualmente, la mayoría de las aeronaves poseen sistemas activos de deshielo y/o anti hielo. Sin embargo, las condiciones severas conducirán a que tarde o temprano se produzca hielo en este tipo de sistemas. Por lo que será necesario la combinación de estrategias pasivas y activas para prevenir la formación de hielo y su posterior eliminación. De esta forma, los sistemas pasivos como el desarrollo de recubrimiento hielofóbicos contribuirán a un menor consumo de energía en los activos. En este estudio, se han desarrollado recubrimientos hielofóbicos a través de una estrategia novedosa basada en superficies compuestas por fibras o partículas con polímeros de baja energía superficial. Tanto la distribución de fibras aleatorias como la coalescencia de partículas dan lugar a estructuras multinivel a micro y nanoescala que son propicias para la optimización de superficies superhidrofóbicas. Estas estructuras contribuirán a reducir la mojabilidad de las gotas de agua (α > 150°) y obtener una alta movilidad, claves para prevenir la formación de hielo (anti-hielo). A su vez, estas superficies actuarán como una barrera protectora frente a la corrosión en aleaciones metálicas de uso aeronáutico. Por un lado, reduciendo la interación de la superficie con el agente corrosivo y por el otro lado, encapsulando inhibidores de corrosion en las fibras, como por ejemplo óxidos metálicos (ZnO NPs). No obstante, las condiciones severas provocarán la formación hielo debido a la aparición de microgotas dentro de las cavidades de la estructura rugosa, que originarán la nucleación del hielo. Una vez formado el hielo, las superficies presentarán una alta adhesión al hielo (65 kPa), generado por el anclaje o entrelazamiento de la capa de hielo con las texturas de la superficie y que ocasionarán la delaminación de la superficie debido al fallo cohesivo de las fibras tras varios ciclos del ensayo de adhesión al hielo. Por esta razón, las superficies superhidrofóbicas en la medida en que retrasen o eviten la nucleación del hielo en las cavidades de su estructura, contribuirán a un mejor rendimiento anti-hielo y a una menor adhesión al hielo (mejorando el deshielo). Por ello, con el fin de optimizar el comportamiento hielofóbico, estas superficies fibrosas serán idales para el desarrollo de superficies porosas impregnadas de líquidos deslizantes, conocidas como SLIPS. Para ello, la capa de aire atrapada entre las texturas de la superficie y las gotas de agua, es sustituida por un lubricante a base de líquidos orgánicos y con baja energía superficial. Esta interfaz provocará una alta movilidad de las gotas (α < 10°) y que la nucleación se vea desfavorecida, lo que contribuye al retaso de la congelación y una ultra baja adhesión al hielo (4,5 kPa). Sin embargo, tras varios ciclos sin infusionar, la adhesión al hielo se verá incrementada (30 kPa) ocasionada por la pérdida de la capa lubricante y que a su vez ocasionará delaminaciones del material por la nucleación del hielo en las cavidades. Por esta razón, las propiedades hielofóbicas de estas superficies dependenrán de la capacidad de retener el lubricante, así como una buena afinidad y estabilidad química del lubricante con las fibras. Para la fabricación de las fibras se ha utilizado la técnica de electrospinning, donde se ha aplicado un diseño de experimentos (DoE) con el fin de comprender la relación entre los parámetros de entrada y salida del sistema, así como construir un modelo extrapolable a otros sistemas de polímeros que permita su optimización respecto a la morfología superficial, ángulo de contacto con el agua (WCA) y velocidad de corrosión. Ademas, se ha utilizado la técnica de electrospinning en combinación con otras técnicas (spin coating y electrospraying) para la obtención de superficies con estructuras basadas en coalescencia de partículas y que, además, doten de una buena adherencia al sustrato tras diferentes tratamientos térmicos. Por último, se han obtenido fibras compuestas por nanopartículas de polímeros no electrospineables, dando lugar a fibras de nuevos materiales. Para caracterizar el rendimiento hielofóbico de las superficies desarrolladas, se han utilizado diferentes metodologías, que han permitido analizar la adhesión al hielo, así como la cantidad de hielo acumulado en función de sus condiciones de formación y comparar su rendimiento respecto a diferentes materiales repelentes al hielo, incluyendo soluciones comerciales y tendencias actuales. Para ello, se han reproducido las condiciones reales de formación de hielo en vuelo mediante un túnel de hielo, obteniendo tanto hielo claro como granulado, así como ensayar el fenómeno de runback o hielo secundario. Finalmente, se ha realizado un estudio comparativo de la adhesión al hielo mediante hielo estático fomado en molde, utilizando diferentes intalaciones del ensayo de adhesión y suponiendo un paso hacia la estandarización de las propiedades hielofóbicas de los recubrimientos diseñados a lo largo de esta Tesis.
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Desarrollo de un sistema inteligente para la asistencia en la soldadura multipasada
(2024) Curiel Braco, David; Veiga Suárez, Fernando; Suárez González, Alfredo; Villanueva Roldán, Pedro; Ingeniería; Ingeniaritza
Esta Tesis Doctoral , cuyo objetivo principal es el desarrollo de un sistema inteligente para fabricar soldadura multipasada automatizada mediante un sistema robótico, pretende sustituir los procesos de unión de chapas de gran espesor por medio de soldadura tanto monopasada como multipasada que han sido obtenidos mediante procesos de soldadura manual o parcialmente automática para, a través de aplicaciones de técnicas de automatización, como la inteligencia artificial o sistemas inteligentes 4.0, conseguir las máximas prestaciones por medio de un algoritmo inteligente de reconstrucción de junta y generación de trayectoria; todo ello va a permitir dar grandes pasos en cuanto a innovación en fabricación de piezas para sectores en auge como el Oil&Gas, automoción, naval... Este nuevo proceso de producción automatizado con inteligencia artificial sustituirá a la fabricación actual más lenta, donde el operario sufre riesgos y esfuerzo físico innecesario; además, se conseguirá una soldadura con calidad excelente (reduciendo defectos), lo más simétrica y perfecta posible, optimizando tiempos en los procesos de fabricación, materiales, consumos de energía, aumento de productividad (menos operaciones a realizar por la mano de obra)… para reducir costes y generar los mayores beneficios económicos posibles. Para conseguir este nuevo modelo de soldadura multipasada gracias a sistemas inteligentes, se han desarrollado en esta tesis métodos para caracterizar dichas uniones soldadas, optimizar los parámetros de soldadura, estrategias para la estimación de la calidad de la unión soldada, análisis de diferentes técnicas de inteligencia artificial y métodos para seleccionar y definir la correcta trayectoria de la antorcha. Para ello, se ha definido el procesado y preparación de los perfiles a soldar y se ha establecido un control preciso de los parámetros de soldadura para que se seleccione automáticamente los puntos de soldadura óptimos, tanto en la primera capa de la junta, como en las sucesivas capas del proceso de soldeo. Para la realización de estos métodos y estrategias, se han adoptado algoritmos para clasificar las juntas de las chapas y para realizar búsquedas de posición para optimizar el movimiento del robot. Además, se han utilizado sistemas de reconstrucción de la junta y distintos tipos de sensores para asegurar el sistema automático de digitalización del entorno de trabajo para monitorizar las posiciones de los ejes del robot, los ángulos de la su muñeca y los diferentes parámetros del proceso de soldadura y, con todo ello, gracias a la inspección en línea de todo este proceso, se permita verificar el resultado del cordón de soldadura para que la definición de la trayectoria entre capas sea la correcta.
Embargo
Development of sustainable stabilized rammed earth building materials based on by-products
(2025) Martín Antunes, Miguel Ángel; Bascoules Perlot, Céline; Seco Meneses, Andrés; Ingeniería; Ingeniaritza; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
En esta tesis doctoral, se desarrolló un material basado en subproductos locales para su uso como material de construcción de Tapial Estabilizado (SRE) en el sector de la construcción. Los materiales considerados como subproductos son producidos localmente dentro de la Eurorregión, específicamente en Navarra. El material desarrollado en la tesis doctoral constituye una aplicación para estos subproductos, que carecen de formas efectivas de valorización, evitando su disposición en vertederos, reduciendo los costos de gestión y ahorrando recursos naturales. Además, ayudaría al sector de la construcción de la Eurorregión a mitigar su huella ambiental. La ejecución del proceso de investigación requerido para el desarrollo de esta tesis doctoral se llevó a cabo utilizando una metodología dividida en cuatro fases. En la primera fase, se realizó una revisión bibliográfica exhaustiva sobre SRE. A través del análisis de la información recopilada, se propuso una metodología para la fabricación, curado y caracterización del material de construcción SRE. Esta metodología se aplicó en las siguientes fases de investigación que constituyen esta tesis doctoral. En la segunda fase, se identificaron y caracterizaron los subproductos locales con potencial para su uso en la construcción de SRE, con el fin de desarrollar una mezcla de subproductos naturales que pudiera reemplazar el suelo en la construcción de SRE. Se consideraron cuatro subproductos (tres diferentes subproductos mineros con diferente granulometría y un subproducto industrial, arena) como componentes de esta mezcla. Se llevó a cabo una campaña experimental para establecer las proporciones adecuadas para combinarlos en una mezcla optimizada adecuada para su uso en la construcción de tierra compactada mediante el modelo de diseño experimental Taguchi. Este método estadístico se aplicó para estudiar el efecto de diferentes distribuciones de tamaño de partículas (PSDs) en la construcción de tierra compactada, con el objetivo de maximizar la densidad en seco del material y la resistencia a compresión no confinada (UCS). En la tercera fase se decidió estabilizar la combinación en la que la PSD optimizó la densidad en seco con tres estabilizadores convencionales diferentes: cemento, cal hidratada calcárea y cal hidráulica natural. En la cuarta fase, con el fin de reducir el impacto ambiental de los estabilizadores convencionales, se estabilizó el material con PSD optimizada utilizando dos estabilizadores no convencionales diferentes. Se caracterizaron sus propiedades mecánicas y de durabilidad, siguiendo la metodología de la primera fase, y se compararon con las propiedades de SRE obtenidas con estabilizadores convencionales. Los estabilizadores no convencionales estudiados fueron un estabilizador basado en Mg (GGBS-PC8) y un cemento supersulfatado (SSC). Se realizaron dos campañas experimentales diferentes, donde se fabricaron seis combinaciones que fueron sometidas a pruebas de UCS, UCS sumergido, pruebas de durabilidad por humedecimiento y secado, SEM/EDS, TG/DTG y XRD. Las combinaciones estabilizadas con los estabilizadores no convencionales lograron mejores resultados que aquellas estabilizadas con los convencionales. Estos resultados demostraron el potencial de los estabilizadores no convencionales, los cuales, en el caso del GGBS-PC8, permitieron el desarrollo de un material de construcción 100% basado en materiales reciclados con propiedades técnicas y ambientales mejoradas.
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Disposición óptima de sensores para la estimación de cargas mecánicas mediante medidas de deformación. Aplicación a aerogeneradores
(2023) Bacaicoa Díaz, Julen; Iriarte Goñi, Xabier; Ingeniería; Ingeniaritza
La monitorización de la salud estructural (SHM) en aerogeneradores representa un desafío crítico en la eficiencia operacional y mantenimiento de estas complejas estructuras. La investigación desarrollada en esta tesis doctoral aborda la disposición óptima de sensores y la aplicación de técnicas de medición de deformación mediante galgas extensiométricas para la estimación precisa de las cargas mecánicas en secciones circulares. A través de métodos innovadores y un enfoque práctico, se plantean unas técnicas para la estimación robusta y precisa de fuerzas y momentos que se aplican en los diferentes componentes de los aerogeneradores. En primer lugar, se calcula la deformación de una galga situada arbitrariamente, considerando que está colocada en el perímetro de una sección transversal circular. A continuación, se expone cómo puede estimarse el torsor externo completo a partir de las medidas de deformación de un conjunto de galgas, y se presenta una colección de configuraciones óptimas de galgas obtenida a partir de diferentes criterios de optimización y restricciones impuestas. Después, se presenta una metodología para obtener nuevas configuraciones óptimas de galgas extensiométricas que permitan estimar determinadas componentes del torsor externo sin la influencia de otras componentes no deseadas. Se desarrolla un algoritmo de optimización y se obtienen configuraciones óptimas para la estimación de diferentes cargas y compensación de la deformación térmica, además de presentar una colección de novedosas configuraciones óptimas para la estimación de determinadas componentes del torsor simultáneamente. A continuación, se realiza un análisis de sensibilidad, para estudiar la propagación de incertidumbre desde las medidas de deformación de las galgas hasta la estimación de las cargas. Se definen las posiciones y orientaciones nominales de las galgas extensiométricas en los puentes típicos de Wheatstone y determinadas configuraciones novedosas, así como las matrices de relación inversa para la estimación de las cargas a partir de las medidas de deformación. Posteriormente, se presenta el procedimiento llevado a cabo para el análisis de sensibilidad, y se presentan los resultados obtenidos desde cuatro perspectivas diferentes tras el análisis de sensibilidad aplicado a un aerogenerador. Seguidamente, se realiza la calibración estática de una nueva configuración óptima de galgas obtenida para la estimación de todas las componentes del torsor externo simultáneamente. Se fabrica un eje hueco a escala para la instalación de la configuración de galgas y se llevan a cabo un total de 6 experimentos de calibración aplicando diferentes cargas en cada uno de ellos. Una vez establecida la relación lineal entre las deformaciones de las galgas y las diferentes componentes del torsor, se obtiene la matriz de observación experimental. Además, se realiza la validación del procedimiento de calibración por medio de un experimento adicional, concluyendo que la configuración de galgas es capaz de estimar el torsor completo con una fiabilidad y precisión razonable. Finalmente, se exponen las conclusiones alcanzadas en esta tesis doctoral, así como una serie de propuestas para futuras investigaciones y líneas de trabajo. Esta sección brinda un cierre a la investigación realizada, resumiendo los hallazgos clave y destacando las implicaciones y perspectivas que surgen a partir de los resultados obtenidos. Además, se plantean posibles direcciones para ampliar el conocimiento y profundizar en áreas relacionadas con el tema abordado en esta tesis doctoral.
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Effects of agricultural activities on water quality: catchment-scale modeling of nutrient pollution and management in cultivated lands, case studies of northern spain and southeastern sweden
(2024) Oduor, Brian Omondi; Campo-Bescós, Miguel; Lana Renault, Noemí; Casalí Sarasíbar, Javier; Ingeniería; Ingeniaritza
La intensificación de la agricultura para satisfacer la creciente demanda de alimentos y la dinámica climática cambiante requiere una gestión sostenible de los recursos de la tierra y el agua. Esta tesis doctoral examina la compleja interacción entre las actividades agrícolas y la calidad del agua mediante la exploración de dos cuencas hidrográficas dominadas por la agricultura en el norte de España y el sureste de Suecia utilizando el modelo Soil Water Assessment Tool (SWAT). La investigación se centra en (i) evaluar la aplicabilidad del modelo SWAT en las áreas de estudio, (ii) evaluar los efectos del cambio de agricultura de secano a agricultura de regadío , (iii) comprender los efectos del cambio climático en la cantidad y calidad del agua, y (iv) cuantificar la eficacia de las mejores prácticas de manejo agrícola (BMP) para minimizar la exportación de nutrientes. En general, esta tesis enfatiza la necesidad de obtener una comprensión integral de los impactos agrícolas en la calidad del agua. La investigación no solo esclarece la complicada dinámica que se establece entre las actividades agrícolas y la calidad del agua mediante el uso de modelización hidrológica avanzada , sino que también brinda a los agentes interesados herramientas prácticas para guiar la toma de decisiones informadas. Los hallazgos de esta investigación brindan un enfoque transformador hacia la protección de la calidad del agua, el fomento de ecosistemas resilientes y la promoción de prácticas agrícolas sostenibles en diversos contextos geográficos.
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Estudio comparativo de diferentes tipologías de tapones de corcho para utilización como cierre para vino tranquilo
(2023) Flor Montalvo, Francisco Javier; Latorre Biel, Juan Ignacio; Jiménez Macías, Emilio; Ingeniería; Ingeniaritza
Desde que a finales del siglo XVII Dom Pierre Perignon utilizó tapones de corcho para su champán, la utilización de este material se extendió como cierre tanto para vinos espumosos como para vinos tranquilos. El corcho posee cualidades únicas e inigualables que, hasta el momento, aún no han se han logrado imitar o mejorar entre las que podemos destacar la combinación de ligereza, elasticidad, alto coeficiente de rozamiento , impermeabilidad, alto poder calorífico, bajo contenido en agua, buen aislante térmico pero ante todo, es un material 100% natural, reciclable y renovable, atributos hoy en día imprescindibles para una sociedad comprometida por la reducción de la contaminación y sostenible con el medio ambiente. Es por ello que, a pesar de que en los últimos años han surgido nuevos cierres (tapón corona, screwcap,…) así como nuevos materiales (sintéticos), el corcho sigue ocupando un lugar privilegiado dentro del sector. También los propios tapones de corcho han evolucionado existiendo en la actualidad diferentes granulometrías (tapón natural de una, y dos piezas, tapones aglomerados, microgranulados, tapón 1+1,…) y calidades, influyendo de forma considerable tanto en el coste como en el resultado final del producto. Cada uno de estos productos tiene procesos de fabricación diferentes y distintas fuentes y niveles de aprovechamiento de materias primas, a pesar de estar todos fabricados con corcho. El conocimiento de las características y recursos invertidos en la fabricación de estos tapones se torna necesaria para realizar una adecuada caracterización y selección acorde con las características y tipologías de los vinos para los que serán utilizados.
Embargo
Estudio de cálculo de frecuencias propias y resistencia a fatiga de tubos de Cu-DHP usados en bombas de calor
(2025) Jiménez Ruiz, Eduardo; Berlanga Labari, Carlos; Lostado Lorza, Rubén; Ingeniería; Ingeniaritza
Esta tesis se centra en el análisis de la vida a fatiga de tubos de Cu-DHP sometidos a las cargas típicas de una bomba de calor utilizada en electrodomésticos. Debido a la relevancia de las cargas dinámicas generadas por el compresor en este cálculo, se ha dado especial importancia al estudio de las frecuencias naturales, incluyendo su determinación y los factores que las afectan. Entre estos factores, el módulo de Young juega un papel crucial, y para el Cu-DHP este varía dependiendo del nivel de trabajo en frío. Dado que los tubos de cobre se fabrican mediante extrusión en caliente, el nivel de trabajo en frío exacto es desconocido, aunque se asume que se encuentra en el rango superior. Para reducir la incertidumbre asociada al módulo de Young, se desarrolló un método para medir este parámetro junto con el coeficiente de Poisson en tubos pequeños, utilizando mediciones acústicas con micrófonos. Con el objetivo de predecir las frecuencias naturales desde la fase de diseño, se ha propuesto un modelo del sistema compuesto por los tubos de cobre, el compresor y los apoyos hiperelásticos mediante análisis modal por elementos finitos. En este modelo, los apoyos hiperelásticos se sustituyeron por materiales elásticos lineales con la misma geometría, y las conexiones se consideraron fijas, variando la longitud de tubo las secciones tratadas como tales. También se incluyeron análisis de factores como la temperatura, densidad y módulo de Young, entre otros, que influyen en las frecuencias naturales. Además, se recopiló información sobre la resistencia a fatiga del Cu-DHP y, debido a la limitada disponibilidad de datos, se extendió la revisión a cobres puros de composición química similar. Se analizaron los factores que afectan la resistencia a fatiga tanto en bajo ciclo como en alto ciclo, y se propuso un criterio de fallo basado en los modelos de Gerber elíptico y Langer. Paralelamente, se examinaron los diferentes tipos de carga soportados por los tubos de la bomba de calor y se desarrollaron métodos para calcular las tensiones producidas por estas cargas. A partir de un análisis modal ajustado, se realizaron simulaciones de cargas asociadas al transporte y dinámicas. Dado que las simulaciones de fatiga por elementos finitos con materiales no lineales, considerando endurecimiento cíclico, demandan altos recursos computacionales, se optó por aplicar la metodología de Yoichi Tamiya. Este enfoque utiliza tensiones lineales a las que se aplica la regla de Neuber en conjunto con la curva de Ramberg-Osgood. En este estudio, también se validó el uso de una curva bilineal isotrópica ajustada mediante ensayos de tracción como alternativa. Para validar esta metodología, se realizaron ensayos en tubos sometidos a presión interna con variaciones en espesores de pared y niveles de carga de flexión. Los resultados mostraron buena concordancia con los límites propuestos por Yoichi Tamiya y por este estudio, aunque el enfoque propuesto resultó ligeramente menos conservador. Adicionalmente, los ensayos de fatiga identificaron tres tipos de fallos, cuyas implicaciones en la vida a fatiga fueron evaluadas. Finalmente, se propuso el uso del cálculo de daño acumulado de Miner-Palmgren para evaluar los daños causados por cada una de las cargas consideradas. Sin embargo, se destaca la necesidad de realizar más ensayos para determinar con precisión la constante de Miner-Palmgren y mejorar la robustez de los resultados obtenidos. Para aumentar la fiabilidad se propone la medición de las deformaciones con galgas extensométricas y validar el modelo propuesto. La distribución de tensiones obtenida como resultado de los análisis por elementos finitos nos ayuda a localizar la mejor ubicación de las galgas y no posicionarlas en una zona que pueda sufrir deformación permanente.
Embargo
Hacia un manejo sostenible del recurso agua-suelo: evaluación de sensores de potencial hídrico y de una innovadora gestión del suelo y cultivo en Navarra
(2024) Aldaz Lusarreta, Alaitz; Giménez Díaz, Rafael; Virto Quecedo, Íñigo; Campo-Bescós, Miguel; Ingeniería; Ingeniaritza; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
La degradación de suelos agrícolas es un problema global agravado por el aumento de la población y la necesidad de una mayor producción de alimentos. La tasa de erosión causada por la actividad humana supera la capacidad natural de regeneración del suelo. Por otro lado, la agricultura de regadío, que requiere grandes cantidades de agua, contribuye a la escasez de este recurso valioso y puede tener impactos ambientales negativos, como contaminación de aguas subterráneas y erosión del suelo. Frente a esta situación, donde la demanda de alimentos va en aumento y los recursos naturales se vuelven progresivamente escasos, resulta esencial impulsar el desarrollo de sistemas agrícolas sostenibles. La agricultura sostenible se define como un enfoque holístico que busca maximizar la productividad agrícola sin comprometer la salud del suelo, la calidad del agua y la biodiversidad. Dos de los pilares fundamentales de la actividad agrícola son, precisamente, los recursos agua y suelo. En la búsqueda de mantener ambos recursos como bases sostenibles en el tiempo, se hace evidente la necesidad de evaluar y adoptar nuevas técnicas (por ejemplo, distintos tipos de sensores) que se alineen con los principios de la sostenibilidad. Esta tesis se presenta como un aporte al manejo sostenible del suelo y del agua. Concretamente los objetivos son: i) contribuir a una óptima gestión del agua del suelo disponible para los cultivos en ambientes mediterráneos, y ii) contribuir a mitigar el impacto en el ecosistema de la actividad agrícola en ambientes mediterráneos, a través de sistemas agrícolas alternativos más sostenibles que los actuales. Para tal fin, se evaluó en laboratorio la actual y diversa tecnología disponible, a nivel mundial y con fines agrícolas, para la estimación y monitoreo de sensores de potencial hídrico. Por otra parte, tras casi dos décadas de implementación, se evaluó un sistema pionero y único en Navarra para la gestión optimizada del suelo y cultivo, centrándose en su impacto en la calidad física y biológica del suelo. La calidad física se examinó mediante el análisis de las curvas de retención de humedad del suelo (CRHS), y la evaluación del tamaño y la estabilidad de los macroagregados del suelo. Por otro lado, la calidad biológica se analizó a través de la fracción orgánica del suelo y sus poblaciones microbianas. Las CRHS se obtuvieron a partir de muestras inalteradas y mediante mediciones continuas de alta resolución, permitiendo una estimación detallada de la estructura del sistema poroso del suelo. Los resultados experimentales fueron analizados y extrapolados mediante el uso del modelo hidrológico Hydrus-2D.
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Métodos de selección de modelos reducidos para la Dinámica de Sistemas Multicuerpo
(2024) Fuentes Lárez, José David; Ros Ganuza, Javier; Plaza Puértolas, Aitor; Ingeniería; Ingeniaritza
La Dinámica de Sistemas Multicuerpo (DSM) es una herramienta fundamental para modelar sistemas mecánicos y analizar su evolución temporal mediante parámetros y coordenadas generalizadas. Su aplicación es particularmente relevante en la industria, permitiendo la modelización precisa de elementos como brazos robóticos, trenes y aerogeneradores. Estos modelos pueden presentar una gran complejidad computacional, lo que en algunos casos dificulta su implementación en tiempo real. Los modelos multicuerpo se pueden ver como modelos paramétricos en función de sus parámetros dinámicos, y las técnicas de selección de modelos permiten expresar estos modelos utilizando un número reducido de parámetros. Se espera que estos modelos simplificados mantengan una complejidad computacional menor, preservando al mismo tiempo un nivel de precisión deseado. En este estudio, se utilizan distintos modelos, incluyendo el de un brazo robótico PUMA y el Hexaglide. Para el caso del tren, se ha desarrollado un modelo con una alta complejidad funcional, integrando irregularidades de la vía, fuerzas de Kalker y un método dinámico-impulsivo para el contacto en los flancos. Estos modelos se emplean para definir un conjunto de datos representativos de las condiciones operativas estándar del sistema. Se selecciona un modelo con parámetros reducidos y se propone un conjunto de heurísticas de selección de modelos, así como medidas de error normalizado. Los resultados obtenidos demuestran que, con las metodologías propuestas, es posible utilizar tan solo 19 de los 49 parámetros para reproducir el modelo original del PUMA con solo un 1 % de error. En el caso del Hexaglide, se reduce de 70 a 17 parámetros. Para el tren, se pueden reproducir los resultados originales con solo 3 de los 10 parámetros. Sin embargo, se ha observado que para el caso del tren, una mayor reducción en el número de operaciones puede lograrse si, además de los parámetros inerciales, se añaden los parámetros de amortiguación y rigidez de los muelles, lo cual implica una optimización más eficiente del modelo, alcanzando una reducción del 47 % en el número total de operaciones.
Open Access
Modelos causales para la implementación de herramientas de manufactura esbelta y cadena de suministro
(2019) García Alcaraz, Jorge Luis; Latorre Biel, Juan Ignacio; Jiménez Macías, Emilio; Ingeniería; Ingeniaritza
La globalización ha obligado a las empresas a modificar sus cadenas de suministro y técnicas aplicadas para asegurar la calidad de sus productos, ya que se actualmente se tienen sistemas de producción distribuidos geográficamente. En esta tesis se reportan dos artículos que investigan los factores críticos de éxito de la metodología seis sigma en la industria maquiladora de Ciudad Juárez (México) y los beneficios que se obtienen de esta. Un tercer artículo reporta el efecto que tiene la flexibilidad y agilidad de la cadena de suministro en los índices de desempeño de ésta y se valida con información del sector vitivinícola de La Rioja (España). Se generan modelos de ecuaciones estructurales que relacionan factores críticos de éxito de seis sigma con sus beneficios, así como la flexibilidad y agilidad con el desempeño de la misma y esas relaciones constituyen una serie de hipótesis de investigación. Para validar las hipótesis, se ha obtenido información del sector maquiladora (México) y de la industria vitivinícola de La Rioja y se usan técnicas de mínimos cuadrados parciales. Los resultados indican que los gerentes de las industrias maquiladoras deben focalizarse sus esfuerzos en la formación de recursos humanos, proporcionar capacitación y entrenamiento a los grupos de mejora continua y realizar una adecuada administración del conocimiento generado en los proyectos, asimismo, los gerentes de las empresas vitivinícolas deben hacer un esfuerzo por generar flexibilidad a sus canales de distribución para generar agilidad en los productos que ofrecen a sus clientes.
Open Access
Nuevas tecnologías de tratamiento dúplex para la mejora de la adherencia de recubrimientos DLC sobre acero inoxidable austenítico
(2024) Gómez Alonso, Íñigo; García Lorente, José Antonio; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
El acero inoxidable austenítico AISI 316L, conocido por sus excelentes propiedades anticorrosivas y resistencia a la corrosión en ambientes agresivos, ha sido un material fundamental en diversas aplicaciones industriales y biomédicas. Este acero presenta una composición que incluye cromo, níquel y molibdeno, confiriéndole una estabilidad química única y una alta tenacidad, lo que lo convierte en una elección predominante en entornos agresivos. Para potenciar las capacidades de este versátil material, se han explorado innovadoras técnicas de recubrimiento de carbón como diamante (DLC). En este contexto, los recubrimientos depositados mediante la técnica de pulverización catódica de magnetrón de impulsos de alta potencia (HiPIMS) por pulsos positivos sobre el acero inoxidable austenítico AISI 316L han emergido como una estrategia prometedora para mejorar sus propiedades superficiales. Estos recubrimientos HiPIMS de pulsos positivos ofrecen ventajas sustanciales sobre las técnicas convencionales, destacándose por su capacidad para producir capas delgadas con una alta densidad de corriente iónica y una mayor energía de impacto. Esto resulta en una adhesión mejorada y una estructura densa del recubrimiento, proporcionando propiedades mecánicas y tribológicas superiores. Para optimizar la resistencia al desgaste y mejorar las propiedades del acero inoxidable, se ha empleado la técnica de implantación iónica por inmersión en plasma (PIII). Esta estrategia permite la creación de gradientes de dureza en la superficie del sustrato, mejorando la capacidad del material para resistir fuerzas abrasivas y contribuyendo a una mayor vida útil en condiciones de fricción. Mediante la aplicación de la nitruración de plasma apantallada (ASPN), se logra una mejora significativa en la adherencia del recubrimiento DLC. Esta técnica permite la formación de una capa nitrurada en la interfaz sustrato-recubrimiento, mejorando la adherencia y proporcionando una resistencia adicional contra el desprendimiento prematuro. La incorporación de sustratos fabricados mediante técnicas de fabricación aditiva presenta un nuevo enfoque de utilización de recubrimientos sobre acero inoxidable. Aunque se observa una disminución en algunas propiedades en comparación con los tratamientos anteriores, el empleo de tratamientos dúplex con nitruraciones mediante plasma apantallada demuestra ser especialmente beneficioso en el contexto de sustratos 3D. El principal aporte de la presente tesis en el ámbito de los tratamientos dúplex radica en la aplicación de las técnicas de recubrimiento DLC WC:C mediante HiPIMS de pulsos positivos, con la introducción de gradientes de dureza mediante los procesos de PIII y ASPN. Además, se llevó a cabo la aplicación de estas técnicas sobre sustratos fabricados mediante tecnologías de fabricación aditiva. Este estudio estuvo orientado a comparar las propiedades superficiales del acero inoxidable austenítico AISI 316L, potenciando las características mecánicas y tribológicas de los recubrimientos DLC. Este enfoque no solo contribuye al fortalecimiento de la adherencia de los recubrimientos, sino que también abre nuevas perspectivas para su aplicación en diversos sectores industriales y biomédicos.
Embargo
Optimización de estrategias para el diseño orientado a la fabricación aditiva (DfAM) de piezas metálicas aligeradas por deposición de energía focalizada (DED)
(2024) Uralde Jiménez, Virginia; Veiga Suárez, Fernando; Ballesteros Egüés, Tomás; Ingeniería; Ingeniaritza
Esta Tesis examina diversas etapas del flujo de fabricación aditiva metálica, con un enfoque especial en la tecnología Directed Energy Deposition-Arc (DED-Arc) y su conocimiento para orientar el diseño a la fabricación óptima. Cada estudio aborda un objetivo específico, motivado por las limitaciones actuales de esta tecnología. En la fase preliminar, se desarrolla una herramienta para la selección óptima de la tecnología de fabricación aditiva mediante la metodología AHP (Proceso Analítico Jerárquico), conocida por su efectividad en la toma de decisiones multicriterio. Los resultados indican que la Fiabilidad de la Técnica es el criterio más importante a la hora de seleccionar una tecnología de fabricación. Esta herramienta permite identificar la tecnología más adecuada para aplicaciones específicas, optimizando recursos y mejorando la calidad del producto final. La fase experimental se centra en el estudio de diferentes estrategias de deposición. Primero, se investiga la simetría en la fabricación mediante técnicas de solapamiento y oscilación, evaluando cómo la configuración geométrica y la técnica de deposición afectan la calidad y las propiedades mecánicas del material depositado. Los resultados principales muestran que la estrategia de oscilación produce mejores resultados en términos de simetría en comparación con la estrategia de solapamiento. Posteriormente, se comparan cuatro trayectorias distintas para abordar una intersección en cruz, con el fin de identificar la trayectoria óptima. Se comparan la intersección basada en el cruce de trayectorias solapadas (Cross-Overlapping), cruce de trayectorias oscilantes (Cross-Waving), una trayectoria oscilante de amplitud variable (Waving) y el solape de trayectoria en curva (Overlapping). Este análisis es crucial, ya que las intersecciones en las trayectorias pueden ser puntos críticos donde se concentran tensiones y se originan defectos. Su adecuada selección no solo mejora la integridad estructural de las piezas fabricadas, sino que también optimiza el tiempo y los costos de producción. El estudio reflejó que las estrategias Cross-Overlapping y Cross-Waving producen las geometrías óptimas, mientras que la estrategia de Waving requirió menos paradas por capa. Por último, se explora la fabricación de una pared combinando dos materiales mediante superposición y solapamiento (hibridación de materiales). Los resultados han demostrado que se pueden fabricar paredes con dos metales sin ningún defecto en la zona intermetálica. No se observaron defectos visuales, ni poros, ni grietas en la microestructura. Las paredes bimetálicas conservan la microestructura correspondiente a cada material por separado. Este estudio permite explorar nuevas propiedades híbridas y mejorar el rendimiento de las piezas finales. Para finalizar el trabajo, se presenta el diseño de un caso real: una pieza de utillaje aeronáutico orientada a la fabricación aditiva metálica (DfAM). Este caso práctico sintetiza los conocimientos adquiridos en las fases anteriores. La implementación de DfAM en el diseño de esta pieza ha permitido reducir un 63% el peso de la pieza inicial, optimizando su rendimiento y eficiencia. Esto demuestra cómo una comprensión profunda de las técnicas de fabricación aditiva puede transformar el proceso de diseño, reduciendo costos y mitigando el impacto ecológico de la producción. Esta Tesis contribuye al conocimiento teórico y tiene aplicaciones prácticas significativas de la tecnología, demostrando que un diseño bien fundamentado puede mejorar todos los aspectos de la fabricación aditiva.