Tesis doctorales DIEC - IEKS Doktoretza tesiak

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http://hdl.handle.net/2454/29504

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Embargo
Additive manufacturing-oriented designs for space RF/microwave applications and high-power considerations
(2025) Martín Iglesias, Petronilo; Gómez Laso, Miguel Ángel; Boria Esbert, Vicente; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren
This thesis delves into the intricate relationship between additive manufacturing and high-power operation within the field of RF/microwave components. Two fundamental themes guide this research: advancements in materials and a deep understanding of material characterization, particularly focusing on the impact of properties like surface roughness on Secondary Electron Emission (SEE) and high-frequency performance. These themes are deeply intertwined, with a comprehensive grasp of one significantly influencing the others. For instance, a thorough understanding of a specific additive manufacturing process and its inherent characteristics is crucial for optimizing the design of components that fully exploit the process’s unique capabilities, streamlining the design and analysis phases, and ultimately pushing the boundaries of RF performance by increasing power handling or miniaturizing components. This understanding serves as the foundation for selecting the most suitable additive manufacturing process for a given application. Chapters 2, 3, and 4 provide concrete examples of this interplay, demonstrating how surface roughness can be strategically manipulated to minimize multipactor risk and enhance peak power handling, intentionally increased to create effective metal loads with good impedance matching, or carefully reduced to optimize performance at high power levels. Furthermore, this thesis introduces a novel material with exceptional thermal stability, promising significant advancements in high-power device performance by offering a compelling pathway towards improved thermal conductivity and enhanced operational stability.
Open Access
Analysis and characterisation of lithium-ion batteries for the integration of renewable energies: modelling, energy management and applications
(2022) Soto Cabria, Adrián; Berrueta Irigoyen, Alberto; Ursúa Rubio, Alfredo; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
La necesidad de un cambio en el modelo energético actual hacia un futuro en el que se abogue por la sostenibilidad como pilar indispensable del progreso ha suscitado un cambio en el paradigma energético. Las fuentes de generación basadas en la nociva quema de combustibles fósiles han de ser erradicadas con la mayor celeridad posible. Es en este contexto, en el que las baterías de iones de litio emergen como una solución viable y amigable con el medio ambiente. Las baterías de iones de litio, dada su alta densidad energética, pueden ser empleadas en el sector del transporte como sustitutas a los combustibles fósiles. No obstante, la electricación del sistema automovilístico no conlleva asociada una mejora sustancial si la generación eléctrica sigue proviniendo de sistemas basados en la quema de combustibles fósiles o de la energía nuclear. La principal alternativa estriba en remplazar estas fuentes convencionales por fuentes de origen renovables. No obstante, un sistema basado únicamente en los incontrolables recursos renovables no sería más que una utopía sin un sistema de almacenamiento que los acompañe, como son las baterías de iones de litio. Esta tesis analiza en detalle esta tecnología, y en especial, su aplicación en entornos de generación renovables. Las principales líneas de trabajo son: Análisis del estado actual de la tecnología de baterías de iones de litio; Estudio de las principales técnicas de caracterización no invasivas como herramienta para cuantificar e identificar los mecanismos de degradación en baterías de iones de litio; Modelizado eléctrico de baterías de iones de litio y validación en sistemas reales; Estudio e identificación de aspectos clave en baterías de iones de litio para la integración de energías renovables en la red eléctrica.
Open Access
Analysis and implementation of wireless communications systems and IoT with human body interference in inhomogeneous environments
(2024) Picallo Guembe, Imanol; Falcone Lanas, Francisco; López Iturri, Peio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
En la actualidad se está llevando a cabo el despliegue de redes 5G para cumplir con los requerimientos de altas demanda de comunicación de la sociedad. Esto, junto con el crecimiento masivos de dispositivos inalámbricos IoT, va a provocar potenciales problemas de interferencias entre sistemas de comunicaciones, así como en la comunicación de las Wireless Sensor Networks (WSN) por despliegues en entornos inhomogéneos. En este sentido, es necesario modelar, caracterizar y validar estos entornos para un despliegue óptimo de las WSNs maximizando la cobertura mientras se minimizan las pérdidas e interferencias. Para ello, se ha utilizado la herramienta de simulación determinista 3D-Ray Launching (3D-RL) desarrollada internamente que ha servido para tareas de radio planificación y modelado de canal. Además, se ha considerado el impacto de la presencia de seres humanos y como afecta a la Quality of Services (QoS) de los enlaces de comunicación. El modelado se ha realizado tanto en el dominio frecuencial como en el dominio temporal lo que ha permitido caracterizar de forma adecuada la propagación multitrayecto que es el fenómeno más relevante en este tipo de entornos. Todo esto ha permitido el despliegue de múltiples sistemas de comunicaciones inalámbricos desde Wireless Personal Area Networks (WPAN) hasta Wide Wireless Area Networks (WWAN) en estos entornos contextuales, que ha dado lugar al desarrollo de aplicaciones diversas a nivel de testeo para la monitorización de los entrenamientos de un equipo de baloncesto o jugadores de golf, localización en una planta de logística y la monitorización de los pacientes en una Unidad de Cuidados Intensivos (UCI). Por último, se han diseñado, fabricado y testado estructuras radiantes mediante técnicas novedosas de deposición de tinta sobre sustratos flexibles y sostenibles capaces de operar en sistemas y entornos IoT analizados para el sector del packaging.
Open Access
Contribución al desarrollo de sensores de gases basados en resonancias ópticas
(2022) Vitoria Pascual, Ignacio; Matías Maestro, Ignacio; Ruiz Zamarreño, Carlos; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Los sensores basados en resonancias ópticas han incrementado su popularidad estos últimos años. Cobran especial relevancia en aplicaciones como la detección de gases gracias a su alta sensibilidad y robustez en ambientes agresivos. Esta tesis ha contribuido a la mejora de sensores de gases basados en resonancias ópticas empleando dos enfoques; la búsqueda de materiales sensibles a gases y el desarrollo de nuevas técnicas de interrogación. Los materiales investigados están formados por una matriz polimérica con materiales nanoestructurados: nanopartículas de óxido tungsteno, nanodiamantes y nanosheets de óxido de grafeno. Las propiedades de estos materiales son testeadas ante diferentes gases e índices de refracción externo (surrouding refractive index SRI). En la búsqueda de sensores ultrasensibles al SRI, se desarrollan dos líneas de investigación. Una estudia el efecto LMR y su sensibilidad en la región de infrarrojo medio (MIR) empleando fibras ópticas fluoradas y TiO2 como material. La otra, se centra en resonancias acuñadas por primera como surface exciton polariton resonance (SEPR) basándose en el efecto long range surface exciton polariton (LRSEP). Para ello se desarrolla un sensor en configuración Kretschmann-Raether con dos películas de Cr y MgF2. También se estudia los papeles de los distintos parámetros del sensor, así como experimentalmente la sensibilidad al ángulo de incidencia y SRI.
Open Access
Contribuciones al desarrollo de sensores fotónicos para detección de gases
(2025) Gallego Martínez, Elieser Ernesto; Ruiz Zamarreño, Carlos; Matías Maestro, Ignacio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Los sensores ópticos basados en resonancias han tenido un papel protagónico en el desarrollo de diversas tecnologías, especialmente aquellos basados en modos con pérdidas en los últimos quince años. Una de sus aplicaciones con mayor auge es la detección de gases. En esta tesis se presentan los resultados obtenidos en el desarrollo de sensores ópticos basados en resonancias para la detección de gases. Se aborda el estado del arte de las tecnologías de sensores basados en resonancias, incluyendo los SPR (Surface Plasmon Resonance, resonancia de plasmón de superficie) y LMR (Lossy Mode Resonance, resonancia de modos con pérdidas) en la detección de gases y compuestos volátiles orgánicos. Los esfuerzos se centran en aspectos fundamentales como: el empleo de sustratos que permitan la fabricación de sensores basados en resonancias LMR y HMR (Hyperbolic Mode Resonance, resonancia de modo hiperbólico) en longitudes de onda lo más largas posible en la región infrarroja empleando materiales como el calcio fluorado (CaF2), y la aplicación de técnicas de inteligencia artificial para mejorar el rendimiento de estos sensores y hacer posible la detección de múltiples gases.
Open Access
Contribution to the development of distributed fiber optic sensors based on the Brillouin and Rayleigh scattering effects
(2020) Mompó Roselló, Juan José; Loayssa Lara, Alayn; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
En esta tesis se presenta diferentes técnicas que contribuyen en la mejora de DOFS basados en dispersión Brillouin y Rayleigh. Todas estas técnicas han sido demostradas experimentalmente mostrando resultados prometedores. Con estas nuevas técnicas, los sensores BOTDA pueden llegar a medir más lejos y con más precisión. Además, las técnicas encaradas a mejorar las prestaciones basadas en dispersión Rayleigh coherente permiten mejorar la SNR de la señal, reducir el fading que afecta a la señal medida, así como incrementar notablemente la máxima amplitud de la perturbación que se puede medir.
Open Access
Contribution to the development of optical fibre sensors based on microstructured optical fibres to detect gases and volatile organic compounds
(2019) López Torres, Diego; Arregui San Martín, Francisco Javier; Elosúa Aguado, César; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, 2016/PI012
Desde la primera publicación relacionada con las fibras micro estructuradas (MOFs), el desarrollo de sensores basados en fibra óptica (OFSs), que utilizan este tipo de fibras, se ha visto incrementado atrayendo el interés de numerosos grupos de investigación debido al importante papel que juegan en numerosas aplicaciones. Debido a sus propiedades y estructuras únicas, las MOFs son muy útiles en aplicaciones ópticas de sensado, especialmente de gases y compuestos orgánicos volátiles (VOCs). Por estas razones, esta tesis doctoral propone la utilización de este tipo de fibras para generar y desarrollar nuevas estructuras y montajes, capaces de detectar estos parámetros, gases y VOCs. Además, se han realizado diferentes estudios y se han utilizado diferentes técnicas (destacando la transformada rápida de Fourier (FFT) y la multiplexación WDM…), para mejorar las características de los sensores, intentando conseguir de esta manera que el sistema final fuera lo más competitivo posible.
Open Access
Contribution to the development of Rayleigh-based fiber optic systems for sensing applications
(2019) Miguel Soto, Verónica de; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
La tecnología de los sensores de fibra óptica ha experimentado un gran crecimiento desde sus comienzos en la década de 1970, cuando se contempló su utilización para detectar parámetros tanto físicos como químicos. Además, la demonstración del primer láser de fibra en 1961 atrajo una intensa investigación en este tipo de láseres, lo que cambió radicalmente la situación del mercado en el sector del láser industrial y la interrogación de sensores. Debido a esto, en este trabajo se ha llevado a cabo el desarrollo y demonstración experimental de varios sistemas láser de fibra óptica basados en la dispersión Rayleigh, para su posterior utilización en aplicaciones de interrogación de sensores. Se han abordado dos de los principales retos de las redes ópticas de sensores: la multiplexación de sensores en una única red garantizando una buena calidad de señal y la monitorización remota de estos sensores a cientos de kilómetros. La mayoría de los sistemas propuestos se basan en láseres random de fibra, láseres de realimentación distribuida, especialmente adecuados para aplicaciones de larga distancia. Además, se han desarrollado también sistemas de sensores de alta resolución utilizando este tipo de láseres, consiguiendo medidas con resoluciones mejoradas para una variedad de parámetros físicos. Así una parte notable de esta tesis está dedicada al estudio de los láseres random de realimentación distribuida en fibra óptica.
Open Access
Contribution to the development of sensors based on lossy mode resonances in planar waveguide configuration
(2022) Bohórquez Navarro, Dina Luz; Matías Maestro, Ignacio; Del Villar, Ignacio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
En este trabajo de tesis se muestra el estudio y diseño de sensores basados en el fenómeno de la resonancia de modos con pérdidas en configuración de guía de onda plana, lo que supone un complemento para la plataforma habitual, la fibra óptica. Sus ventajas son la simplicidad de manejo y la robustez de los dispositivos desarrollados. En este sentido, se ha diseñado, sobre la base de la deposición de óxido de cobre (CuO) como material generador de la resonancia, sensores de humedad y de respiración, y sobre la base de la deposición de óxido de tungsteno (WO3), sensores de índice de refracción y de compuestos orgánicos como el etanol, el metanol y la acetona.
Open Access
Contributions of artificial intelligence based image processing techniques to Multiparametric Magnetic Resonance Thoracoabdominal Imaging
(2025) Oyarzun Domeño, Anne; Villanueva Larre, Arantxa; Fernández Seara, María A.; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren
Esta Tesis se centra en el desarrollo de un marco de procesado de imagen basado en aprendizaje profundo, específicamente diseñado para imágenes de tipo arterial spin labeling (ASL), cuyo carácter no invasivo resulta esencial para el estudio de perfusión en pacientes. Se ha abordado la falta de métodos de aprendizaje profundo dedicados al procesado de imágenes ASL, específicamente en imágenes renales y se ha demostrado la capacidad de dicho marco de adaptarse a otros dominios, como la imagen médica miocárdica. Los avances clave que aporta esta Tesis incluyen la implementación de técnicas de registro de imágenes, segmentación y generación de bases de datos sintéticos. Se ha introducido una adaptación de la arquitectura VoxelMorph para el registro de imágenes ASL en riñones. Además, se ha desarrollado un método de segmentación automática para riñones, corteza y médula, optimizando la estimación de la perfusión renal. Por otro lado, a través del uso de datos sintéticos generados mediante la arquitectura CycleGAN, se ha demostrado que los modelos entrenados con imágenes sintéticas pueden superar a aquellos entrenados con datos reales, enfatizando el valor de los datos sintéticos en la mejora de los modelos de segmentación y en la barrera que supone la escasez y privacidad de los datos clínicos. Asimismo, el marco de procesado de imagen desarrollado ha establecido un sistema totalmente automatizado para estimar los valores de perfusión renal. Para asegurar la adaptabilidad a otros dominios clínicos, se han explorado imágenes ASL de miocardio, y se ha presentado un método automático para la segmentación del miocardio en ASL, que proporciona una estimación del flujo sanguíneo miocárdico. En general, esta Tesis contribuye significativamente al campo de la imagen médica al abordar desafíos clave en el procesamiento de imágenes ASL en riñón y miocardio a través de técnicas basadas en aprendizaje profundo, mejorando las capacidades diagnósticas y sentando las bases para futuros avances en técnicas de imagen médica no invasiva.
Open Access
Contributions to the development of Brillouin distributed sensors for structural health monitoring
(2019) Mariñelarena Ollacarizqueta, Jon; Loayssa Lara, Alayn; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
The main objectives of this thesis is to contribute to the enhancement of the performance of distributed optical ber sensors (DOFS) based on stimulated Brillouin scattering (SBS) by analyzing their limitations and proposing solutions to overcome their current constraints. The dissertation has been focused on improving different aspects of dynamic and static Brillouin optical time-domain analysis (BOTDA) and Brillouin optical coherent-domain analysis (BOCDA) sensors. Moreover, this research work has tried to contribute to reduce the existing gap between the investigation of DOFS and their industrial applications, demonstrating the capability of these sensors to provide efficient and valuable measurements in real application scenarios. In particular, the objectives of this dissertation are: -Enhance the signal-to-noise ratio (SNR) constraints faced by of BOTDA sensors by proposing alternative setups or post-processing solutions to achieve better performance. -Analyze and study the dynamic self-heterodyne detection BOTDA sensor recently presented by our research group to try to improve its performance by proposing solutions to their constraints and alternative setups. -Research on the limitations of a particular single-ended access BOCDA sensor setup with the aim of enhancing its performance. -Design, develop and implement novel measuring systems to deploy the investigated DOFS in real applications and demonstrate their capabilities.
Embargo
Control grid-forming de turbinas eólicas basadas en generadores asíncronos doblemente alimentados
(2025) Oraa Iribarren, Iker; López Taberna, Jesús; Samanes Pascual, Javier; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren
El gran crecimiento de las energías renovables dibuja en el futuro cercano un escenario en el que las redes eléctricas pasarán a estar dominadas por fuentes de generación renovable, como la eólica. En este contexto, las estrategias de control grid-forming se presentan como una solución prometedora para que estas fuentes, conectadas a la red mediante convertidores de potencia, puedan suplir los servicios que tradicionalmente han sido proporcionados por los generadores síncronos de las grandes centrales convencionales. Las estrategias de control grid-forming desarrolladas hasta la fecha se han aplicado principalmente en sistemas fotovoltaicos y eólicos de tipo full-converter (FC). En estos sistemas se ha estudiado la implementación de estructuras de control tanto sin lazos internos como con lazos internos, y diversos estudios han concluido que las estructuras sin lazos internos pueden ofrecer ventajas en términos de estabilidad y dinámica. También se han propuesto estrategias de control grid-forming para turbinas eólicas basadas en generadores asíncronos doblemente alimentados (DFIG), estructura predominante en los parques eólicos onshore. Sin embargo, la aplicación de estructuras de control sin lazos internos aún no ha sido explorada en estos sistemas. Por ello, el objetivo de esta tesis es evaluar si las estrategias de control sin lazos internos son igualmente aplicables en aerogeneradores DFIG y si pueden ofrecer beneficios frente a las estructuras con lazos internos propuestas en la literatura. Para ello, se han abordado las siguientes líneas de trabajo: 1. Obtención de un modelo lineal que permita caracterizar la respuesta dinámica completa de los aerogeneradores DFIG controlados en modo grid-forming. 2. Diseño de una estrategia de control grid-forming sin lazos internos que garantice la estabilidad del sistema, asegure la protección del convertidor frente a sobrecorrientes y cumpla con los códigos de red. 3. Evaluación de los potenciales beneficios de la estrategia de control diseñada, en comparación con las estrategias de control grid-forming propuestas en la literatura para aerogeneradores DFIG.
Embargo
Control strategies for high-power wind turbines with selective harmonic mitigation pulse-width modulation
(2024) Rosado Galparsoro, Leyre; Gubía Villabona, Eugenio; Samanes Pascual, Javier; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
Con el fin de reducir el coste de la energía eólica marina, la potencia nominal de los aerogeneradores marinos ha aumentado en los últimos años, alcanzando el rango de 10 a 15 MW. Para alcanzar potencias tan elevadas, los aerogeneradores se conectan a la red de media tensión mediante convertidores NPC de tres niveles con IGBTs de alta tensión, que funcionan con frecuencias de conmutación bajas para reducir las pérdidas de conmutación. Para cumplir el requisito de emisión de armónicos cuando se utilizan estos convertidores de media tensión, la técnica de modulación por ancho de pulso para la mitigación selectiva de armónicos (SHMPWM, por sus siglas en inglés) es una alternativa interesante, ya que permite reducir el tamaño del filtro de armónicos a la vez que se trabaja con frecuencias de conmutación bajas. Sin embargo, su combinación con estrategias clásicas de control lineal limita la respuesta dinámica del convertidor. En este contexto, el objetivo principal de esta tesis es la combinación de la técnica SHMPWM con estrategias de control adecuadas que permitan satisfacer los requisitos de conexión a red en régimen permanente y durante transitorios. Para ello, se han abordado las siguientes líneas de investigación: Diseño de técnicas de modulación de mitigación selectiva de armónicos para cumplir los límites de emisión de armónicos. Análisis de las estrategias de control lineal con SHMPWM en términos de cumplimiento de los requisitos de conexión a la red. Análisis, adaptación y desarrollo de estrategias de control predictivo por modelo combinadas con SHMPWM para el cumplimiento de los requisitos de conexión a red.
Open Access
Coupling in metamaterial structures and devices
(2023) Jarauta Ayensa, Eduardo; Falcone Lanas, Francisco; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
En esta tesis se abordan algunos de los retos de las comunicaciones actuales desde el punto de vista de diseño de dispositivos. La tesis se estructura en tres capítulos: En el primero de ellos se presentan las líneas de transmisión en tecnología plana que se emplearán a lo largo de la tesis: microstrip, stripline y substrato integrado de guía de onda. Se realizará un estudio de las partículas resonador de anillos cortados y su complementario. También se realiza un análisis teórico de una línea con comportamiento metamaterial diseñada sobre una línea microstrip usando los resonadores presentados `previamente. Por último se exponen unos apuntes teóricos sobre acoplo.El segundo capítulo comienza con la implementación de un acoplador hacia atrás con el uso de la línea metamaterial en microstrip, extendiendo la idea al diseño de duplexores y multiplexores. También en microstrip se presentan resonadores de alto factor de calidad, divisores de potencia y filtros. En tecnología stripline se presenta un resonador de pequeño tamaño, y dos tipologías de filtros: filtro rechazo de banda y filtro paso banda. En este capítulo también se presenta una investigación sobre cómo el filtro definido anteriormente se integraría en una estructura de matriz de rejilla de bolas, del inglés “ball grid array” (BGA). Para terminar el capítulo se analiza el comportamiento de una línea SIW cuando es cargada con resonadores de anillos cortados complementarios. El diseño de los dispositivos es complementado con un análisis teórico de su circuito equivalente En el tercer capítulo se extienden las ideas expuestas en el capítulo 2, pero para el diseño de dispositivos multicapa. Empezando con la línea de transmisión microstrip, se han diseñado resonadores divisores de potencia, duplexores y multiplexores. En tecnología stripline se presenta el diseño de un amplio catálogo de dispositivos, como son divisores de potencia, duplexores, resonadores y filtros. Para finalizar se presentan tres líneas futuras de trabajo: diseño de dispositivos con mayor número de capas, diseño de dispositivos en más altas recuencias, diseño en nuevas líneas de transmisión como substrato integrado de guía de onda corrugado.
Embargo
Desarrollo de plataformas fotónicas sensoras para la detección de biomarcadores
(2025) Benítez Pérez, Melanys; Matías Maestro, Ignacio; Socorro Leránoz, Abián Bentor; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Esta tesis ha contribuido al desarrollo de biosensores basados en Resonancias de Modos con Pérdidas (Lossy Mode Resonance, LMR) al proponer la transición en el uso de fibra óptica a sustratos planos, destacando su simplicidad, bajo coste y gran versatilidad. Se presenta el desarrollo de una plataforma microfluídica basada en LMR en guía de onda plana y su aplicación en la detección de biomarcadores como anti-IgG, gliadina, antigliadina, VEGF e IL-6. Se comprueba el desempeño de los biosensores al utilizar tres estructuras de nanorecubrimientos—TiO₂, SiO₂+TiO₂ y Au+TiO₂—las cuales han probado su utilidad en la generación de LMRs y en la mejora de sus propiedades. Se emplean nanopartículas de oro, por primera vez, para amplificar la señal de los LMRs, logrando una mejora significativa en la sensibilidad. Los resultados obtenidos demuestran la versatilidad y eficacia del sistema propuesto y confirman que la plataforma microfluídica y el diseño basado en sustratos planos constituyen una base sólida para el desarrollo de dispositivos LMR adaptables a una amplia variedad de aplicaciones en áreas como la medicina, la biotecnología o la industria alimentaria.
Open Access
Desarrollo de sensores basados en guía de onda plana y fibra óptica
(2022) Fuentes Lorenzo, Omar; Corres Sanz, Jesús María; Del Villar, Ignacio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
En este trabajo de tesis se muestra el estudio y diseño de varias estructuras de guías de ondas ópticas. En los primeros capítulos se trabaja sobre configuraciones ya conocidas basadas en fibras monomodo – multimodo – monomodo (SMS) y LPFG a las que se les aplican técnicas de estrechamiento mediante ataque químico (etching) logrando el objetivo de mejorar parámetros como la sensibilidad. En el último capítulo se presenta una nueva estructura sensora basada en guías de ondas planas depositada con una o varias películas delgadas, con las que se pueden generar lossy mode resonances (LMRs), un fenómeno para el que se diferentes aspectos como: condiciones de deposición de la o las películas delgadas, sensibilidad de la estructura, materiales de deposición y optimización de la resonancia.
Open Access
Desarrollo de sensores multiparámetro basados en resonancias por modos con pérdidas usando guía de onda plana
(2023) Domínguez Rodríguez, Ismel; Corres Sanz, Jesús María; Del Villar, Ignacio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Esta tesis se enfoca en explotar el fenómeno de resonancia por modos con pérdidas (LMR) hacia el desarrollo de aplicaciones que van más allá de la detección de un solo parámetro con una fibra óptica. Después de una introducción al campo, en el capítulo dos se propone la estructura de guía de onda plana como una configuración alternativa y ventajosa para soportar varios tipos de sensores basados en LMR. Después de eso, en el capítulo 3 se explora en detalle el concepto multiparamétrico y las estrategias para mejorar la sensibilidad del fenómeno óptico con muchas simulaciones y resultados experimentales. Los capítulos finales profundizan en la combinación de LMR con otras técnicas de detección clásicas, como sensores acústicos de superficie (SAW) y electroquímica (EC), proporcionando información complementaria útil.
Open Access
Desarrollo y análisis de modelos de detección de crypto-ransomware en base a tráfico de compartición de ficheros
(2022) Berrueta Irigoyen, Eduardo; Morató Osés, Daniel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
Hoy en día la información se ha convertido en un bien muy preciado tanto para los usuarios como para las empresas. Desde el año 2015 han cobrado importancia los ataques dirigidos a secuestrar esta información y pedir un rescate económico para su recuperación. Son los llamados 'crypto-ransomware'. Durante la realización de este trabajo se han analizado más de 90 variantes distintas de ransomware, tratando de establecer patrones de comportamiento comunes para poder detectar la infección de un usuario. Aunque afectan por igual a usuarios particulares y a empresas, son estas últimas las más perjudicadas por la infección, ya que habitualmente tiene un coste económico muy elevado debido a la paralización de su actividad. Además, sus archivos de datos están alojados en servidores centrales a los que tienen acceso todos los trabajadores. Un único usuario infectado puede provocar enormes pérdidas de información muy valiosa para la empresa. En esta tesis nos centramos en este tipo de escenarios en que la información se aloja en servidores centrales a los que acceden los usuarios desde sus máquinas. La estrategia que se ha seguido para la detección ha sido capturar en un punto intermedio el tráfico intercambiado por usuarios y servidores y analizarlo en busca de patrones conocidos de tráfico de ransomware. En un primer trabajo se desarrolló una herramienta basada en el tipo de operación que realiza cada usuario sobre los archivos del servidor, siendo necesario el análisis de cada mensaje del protocolo de compartición de ficheros. Se lograron unos resultados de detección del 100% de los binarios estudiados con una tasa de falsos positivos muy baja (1 cada 15 días en redes con 300 usuarios). Sin embargo, la principal limitación es que no es eficaz en los casos en que el protocolo de compartición de ficheros vaya cifrado en la red, lo cual es habitual en versiones modernas. Para superar esta limitación se desarrolla otro modelo, basado ya en patrones de tráfico en lugar de en el tipo de operaciones que ejecutan los usuarios. Para establecer patrones entre las características se comparan varios modelos de machine learning y deep learning analizando sus resultados y escogiendo el que mejor se adapta a nuestro escenario. Una vez seleccionado el modelo, se analiza cronológicamente la evolución del mismo como si hubiera sido empleado en un entorno real y entrenado con las variantes de ransomware aparecidas desde 2015 hasta 2021. Se presentan los resultados y extraen conclusiones sobre la necesidad de mantener un entrenamiento constante del modelo para mejorar la eficiencia de la detección. Como consecuencia del estudio del comportamiento de los más de 90 binarios, se han publicado en un repositorio de acceso abierto las trazas de tráfico objeto del estudio, así como la secuencia de operaciones llevadas a cabo por los ransomware sobre los ficheros alojados en el servidor.
Open Access
Desarrollo y validación de novedosos sistemas para el análisis de fibras textiles basados en inteligencia artificial: aportes tecnológicos para la evaluación de fibras textiles
(2024) Quispe Bonilla, Max David; Serrano Arriezu, Luis Javier; Trigo Vilaseca, Jesús Daniel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren
Las fibras de origen animal presentan características que determinan su calidad, precio y confortabilidad, siendo el diámetro y el tipo de medulación especialmente importantes. Considerándose las fibras meduladas un problema para la industria textil, ya que aumenta la sensación de picazón en la piel y la heterogeneidad de los tejidos, conllevando a una disminución de la calidad de la fibra, por lo que, disponer de instrumentos prácticos para identificarlas es muy esencial. Por otro lado, algunas fibras dependiendo de la especie de la que provienen, son considerablemente más económicas que otras. De ahí la existencia de productos falsificados, lo cual perjudica tanto a los productores legítimos como a los consumidores. La espectroscopía de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) puede extraer una forma de onda característica de las fibras que posteriormente se puede utilizar para su clasificación. Sin embargo, la inspección visual de tales formas de onda es imprecisa. Paralelamente, la Inteligencia Artificial (IA) es un campo emergente que podría ser útil en esta área de estudio, ofreciendo nuevas posibilidades y avances significativos. Por ello, el primer objetivo de esta tesis fue desarrollar y validar un novedoso sistema automático (denominado S-Fiber Med) para la evaluación de la medulación y el diámetro de las fibras animales basado en inteligencia artificial, y el segundo objetivo, fue desarrollar y validar dos modelos de aprendizaje automático (machine learning), denominados, Redes Neuronales Profundas (DNN, del inglés Deep Neural Network ) y Máquina de Vectores de Soporte (SVM, del inglés Support Vector Machine), para clasificar espectros de fibras por especie. Para el primer objetivo, se evaluó la medulación de 88 muestras de fibras de alpaca, llama y mohair (41, 43 y 4 muestras, respectivamente). Además, se consideraron 269 muestras de alpacas para la media de diámetro de fibra (MDF) y los resultados se compararon con los métodos Portable Fiber Tester (PFT) y Optical Fibre Diameter Analyser (OFDA) (72 y 197 muestras, respectivamente). Para el segundo objetivo, se adquirió espectros de fibras utilizando un espectrómetro FTIR en modo de Reflectancia Total Atenuada (FTIR-ATR). Se evaluaron muestras de camélidos (alpaca: n = 51, llama: n = 50, vicuña: n = 50) y cabra (mohair: n = 35 y cachemira: n = 20), de las cuales se obtuvieron 1,236 espectros FTIR-ATR. Los resultados de nuestro primer objetivo indican que no hubo una diferencia significativa entre el porcentaje de medulación obtenido con el microscopio de proyección y el S-Fiber Med. El análisis de correlación de Pearson y Concordancia muestran una relación fuerte, alta y significativa (valor p < 0.001). Las MDF de las muestras de fibras de alpaca y llama obtenidos con los dos métodos son muy similares, ya que no se encontró una diferencia significativa para la Prueba t (valor p > 0.172), y tienen una relación fuerte, alta y significativa entre ellos, dado el alto valor de correlación de Pearson (r ≥ 0.96 con valor p < 0.001), alto coeficiente de Concordancia y factor de corrección de sesgo. Se encontraron resultados similares al comparar el PFT y el OFDA100 con el S-Fiber Med. Mientras que en los resultados de nuestro segundo objetivo se observaron algunas diferencias visuales entre los espectros de las diferentes especies. Al evaluar los modelos DNN y SVM se obtuvieron precisiones de 96.75% y 95.12%, respectivamente. Además, se obtuvo una precisión del 97.8% al evaluar los espectros FTIR-ATR de fibras de Camélidos Sudamericanos (CSA) con DNN, y 97.2% al evaluarlos con SVM. Se logró una precisión del 100% al evaluar los espectros FTIR-ATR de fibras de vicuña con ambos modelos. No se encontraron diferencias significativas (valor de p = 0.368) al comparar el número de aciertos frente al número total de fibras de alpaca, llama, vicuña, mohair y cachemira utilizando DNN. Según los resultados, parece ser que las DNN son más precisas que las SVM. En conclusión, se obtuvo un novedoso sistema que proporciona medidas de la medulación y la MDF de forma rápida (40 segundos/muestra), precisa, exacta y automática. Y por otro lado, las técnicas de espectrometría FTIR-ATR combinadas con modelos de aprendizaje automático son una alternativa confiable para la identificación de CSA y cabras a través del espectro de sus fibras.
Open Access
Design and experimental development of thermoelectric generators for shallow geothermal anomalies of volcanic origin
(2020) Catalán Ros, Leyre; Astrain Ulibarrena, David; Aranguren Garacochea, Patricia; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
En el contexto energético actual, caracterizado por un incesante aumento en el consumo de energía y una gran dependencia de los combustibles fósiles, resulta imprescindible apostar por sistemas eficientes y basados en energías renovables que contribuyan a un mejor aprovechamiento de los recursos y sean respetuosos con el medio ambiente. En este sentido, la energía geotérmica destaca entre otras fuentes renovables por su carácter permanente, al no depender de las condiciones meteorológicas. Sin embargo, su contribución al sistema energético mundial es mínimo, sobre todo en generación de electricidad. Como alternativa a los ciclos que tradicionalmente se emplean para la generación eléctrica geotérmica, esta tesis doctoral propone la utilización de generadores termoeléctricos debido a sus numerosas ventajas tales como fiabilidad, durabilidad y escalabilidad. Concretamente, la tesis se centra en anomalías geotérmicas superficiales de origen volcánico para dos aplicaciones distintas: la generación eléctrica de media escala en yacimientos de roca caliente seca y el abastecimiento autónomo de estaciones de vigilancia volcánica. Dada la importancia de los intercambiadores de calor en la eficiencia total del sistema, en ambas aplicaciones se ha realizado un profundo estudio para determinar qué tipo de intercambiadores de calor son los más adecuados. En ambos casos, se ha demostrado experimentalmente que los intercambiadores de calor más propicios son aquellos basados en el cambio de fase, ya que aparte de presentar bajas esistencias térmicas, no tienen partes móviles ni requieren de equipos auxiliares, minimizando así el mantenimiento. Asimismo, también ha resultado de gran importancia el desarrollo de un modelo computacional rápido y fiable que tenga en cuenta los intercambiadores de calor, la fuente de calor y el sumidero, sin despreciar ningún efecto termoeléctrico, y considerando los contactos térmicos y eléctricos y la influencia de la temperatura en las propiedades. Este modelo, programado en base al método de las diferencias finitas, se ha convertido en una verdadera herramienta de diseño y optimización para las dos aplicaciones objeto de estudio en esta tesis doctoral, gracias a su error relativo menor al 8%. Los resultados derivados de esta tesis doctoral demuestran que la termoelectricidad puede solucionar las problemáticas de generación eléctrica en los yacimientos de roca caliente seca y en las estaciones de monitorización volcánica, dos aplicaciones inéditas de generación termoeléctrica que pueden hacer que esta tecnología se convierta por fin en una realidad en el ámbito civil.

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