Tesis doctorales DING - INGS Doktoretza tesiak
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Publication Open Access Design of robust QFT control for wind turbines based on advanced specifications(2025) Arellano Aguado, Jesús; Elso Torralba, Jorge; Barreras Carracedo, Marta; Ingeniería; IngeniaritzaLa tendencia de la energía eólica hacia rotores más grandes y mayores alturas de buje alcanza su límite cuando el ancho de banda del controlador de paso de pala del aerogenerador se ve limitado por el primer modo de flexión longitudinal de la torre. Mientras que la mayoría de los fabricantes intentan encontrar soluciones alternativas con diseños de torres no convencionales, esta investigación presenta una solución de control basada en la Teoría de Realimentación Cuantitativa (QFT) que proporciona un rechazo efectivo de perturbaciones mientras preserva diseños de torres convencionales y rentables para alturas de buje muy elevadas. La metodología aprovecha las especificaciones en el dominio de la frecuencia en variables medidas y no medidas, brindando a los diseñadores de control la información necesaria para optimizar el uso de la realimentación disponible. Además, se desarrolla una novedosa extensión de la especificación basada en la carga de componentes a una especificación de daño por fatiga, con el fin de optimizar aún más el proceso de diseño de control. El procedimiento propuesto se aplica a un modelo realista de turbina eólica con una altura de buje de 180 metros, demostrando tanto la viabilidad técnica de la solución como su potencial para un caso de negocio rentable. Las principales contribuciones teóricas se desarrollan utilizando modelos de acceso abierto y se difunden a través de publicaciones en revistas y presentaciones en congresos. Sin embargo, este trabajo también tiene importantes aplicaciones industriales en colaboración con Siemens Gamesa Renewable Energy. Esto incluye la publicación de una patente aplicable a nivel mundial, el desarrollo de un entorno de diseño de control a medida y la certificación de la tecnología en un prototipo a escala real construido específicamente para este proyecto.Publication Embargo Valorización de residuos orgánicos agroindustriales en contexto de cambio climático mediante su reciclado por vermicompostaje para el fomento de una economía circular(2025) González Moreno, Miguel Ángel; Prieto Cobo, Eduardo; García Gracianteparaluceta, Beñat; Ingeniería; IngeniaritzaLa presente tesis por compendio de publicaciones recoge la investigación realizada para la valorización de residuos orgánicos agroindustriales a través de su reciclaje. Para ello, se ha empleado el vermicompostaje, también denominado lombricompostaje o compostaje con lombrices, por ser una técnica basada en la naturaleza, relativamente sencilla en cuanto a su manejo y de bajo coste, basada en la bioxidación de esa materia orgánica aeróbicamente para obtener un producto final reutilizable en el sector primario como fertilizante natural, que contribuye a la reducción de emisiones y fomenta la economía circular en las organizaciones que generan esos residuos orgánicos de origen agroindustrial. Los residuos empleados durante esta investigación han sido la cascarilla y el marro del café, procedentes de organizaciones de la industria cafetera; la lavanda, procedente de una organización de cultivo y extracción de aceite esenciales para perfumería; y el lúpulo, procedente de una organización de cultivo, preparación del lúpulo y extracción de la lupulina para la industria cervecera. Además, se empleó el estiércol de caballo, procedente de un centro de equitación y equinoterapia, como residuo control o testigo. En esta investigación se han analizado los comportamientos biológicos que han tenido los anélidos de la especia Eisenia andrei a la hora de alimentarse con los residuos orgánicos agroindustriales empleados, tales como han sido el grado de desarrollo (Ganancia en peso y/o ratio de crecimiento), el grado de madurez sexual, la producción de cocones, el nacimiento de crías y la tasa de mortalidad. Todos estos ensayos han derivado en la publicación de los tres artículos incluidos en esta tesis. Para la realización, se diseñaron dos tipos de ensayo, a pequeña y media escala, basándose en la bibliografía científica. Para valorar la idoneidad o no del residuo, se tuvieron en cuenta parámetros biológicos con relación directa con el ciclo de vida de la lombriz Eisenia andrei. Además, se realizaron también pruebas de germinación del vermicompost obtenido para asegurar la ausencia de cualquier tipo de fitotoxidad de los productos obtenidos. Los resultados han sido muy diversos. Mientras que los residuos cafeteros tuvieron una mala aceptación para las lombrices y con altos índices de mortalidad, la lavanda demostró ser un residuo con una alta palatabilidad, teniendo un mejor comportamiento frente al estiércol de caballo. En todos los casos, los test de germinación realizados tanto con los vermicomposts de los cafés como los de lavanda, fueron positivos lo que acreditó que todos estos nuevos productos eran estables y aptos para su uso como fertilizante natural. Respecto al lúpulo, resultó ser un residuo inocuo, ya que la supervivencia fue total, pero con una palatabilidad media porque no superaban los diferentes valores de los parámetros estudiados al estiércol. Por último, destacar también como resultado la obtención de un modelo de utilidad.Publication 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 PublikoaEn 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.Publication 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; IngeniaritzaEsta 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.Publication Open Access Recubrimientos avanzados para procesos de estampación en frío(2025) Barba Areso, Eneko; García Lorente, José Antonio; Salcedo Pérez, Daniel; Ingeniería; Ingeniaritza; Gobierno de Navarra / Nafarroako GobernuaLa presente tesis doctoral tiene como objetivo el estudio de nuevos recubrimientos superficiales para herramientas de estampación en frío. La investigación se enmarca en el ámbito de los tratamientos destinados a optimizar los procesos de conformado, teniendo en cuenta las necesidades específicas de la empresa NUADI. Se realiza un estudio en aceros para herramientas y las técnicas de recubrimiento. La tesis se centra en el estudio de tres familias de recubrimientos: DLC, DÚPLEX y AlTiSiN, que se aplican mediante técnicas de deposición física de vapor (PVD). Se evalúa el efecto de estos recubrimientos en la reducción de la fricción, el desgaste y dureza, así como en la mejora de la calidad de las piezas y la vida útil de las herramientas. La investigación se realiza mediante la aplicación de metodologías computacionales avanzadas, como el análisis por elementos finitos (FEM), que permiten simular el comportamiento de las herramientas y los materiales durante el conformado. Se presentan los resultados obtenidos de las simulaciones FEM y las pruebas experimentales de los recubrimientos, así como su rendimiento en procesos de estampación. Finalmente, se concluye que los recubrimientos DLC, DÚPLEX y AlTiSiN han demostrado su eficacia en mejorar el rendimiento y la durabilidad de las herramientas.Publication Open Access 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; IngeniaritzaEsta 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.Publication Open Access Métodos de selección de modelos reducidos para la Dinámica de Sistemas Multicuerpo(2024) Fuentes Lárez, José David; Ros Ganuza, Javier; Plaza Puértolas, Aitor; Ingeniería; IngeniaritzaLa 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.Publication 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; IngeniaritzaEsta 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.Publication Open Access 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 GobernuaEste 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.Publication 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 GobernuaLa 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.Publication Open Access 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; IngeniaritzaLa 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.Publication 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 IngeniaritzaEl 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.Publication Open Access 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; IngeniaritzaLa 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.Publication Embargo Development of an advanced thermoelectric heat pump system including high efficiency heat exchangers based on phasechange to enhance the power-to-heat energy conversion(2024) Erro Iturralde, Irantzu; Astrain Ulibarrena, David; Aranguren Garacochea, Patricia; Ingeniería; IngeniaritzaThe solution to address the climate emergency lies in promoting the integration of renewable energies into the energy mix, alongside with enhancing energy efficiency. However, taking into account the natural intermittency of renewable sources the use of energy storage systems becomes imperative. Among the different energy storage systems, thermal energy storage presents a promising option. These thermal energy storage systems efficiently store excess renewable energy in the form of heat, enabling its conversion back into electricity or its direct application for heating. In order to promote the usage of thermal energy storage systems, it is imperative to develop efficient power-to-heat energy conversion systems. This offers a chance for the development of thermoelectric technology working as heat pumps for heating purposes, providing the advantage of avoiding the use of refrigerants and being a modular technology. According to certain studies, two-stage thermoelectric heat pumps demonstrate superior performance for high-temperature differences compared to one-stage configuration, allowing their use for high-temperature requirements. Nevertheless, there is a scarcity of research conducted on two-stage thermoelectric heat pumps for heating applications. Therefore, the present Ph.D. dissertation aims to design and develop an optimised thermoelectric heat pump system for heating high-temperatures to enhance the performance of the power-to-heat energy conversion process for thermal energy storage. Firstly, two prototypes of two-stage thermoelectric heat pumps utilising different intermediate heat exchangers: monophasic and phase-change and with the aim of heating an airflow were developed and compared. The novel phase-change heat exchanger achieves a notable reduction in thermal resistance, resulting in an increase of more than 16% in the heat flux supplied to the airflow and a reduction of more than 6% in the consumed power of the system. Experimental COP values ranging between 3.25 and 1.26 have been obtained by the novel two-stage phase-change heat pump, improving the COP values between a 30 % and a 67 % in comparison with the two-stage monophasic heat pump. Additionally, this initial study presents a novel approach for calculating heat flux to airflow. Subsequently, a study on sensibility was carried out to assess the performance of various configurations of thermoelectric heat pumps. The experimental campaign highlighted the requirement of two-stage configurations to attain high temperatures and heat fluxes, while the one-stage thermoelectric heat pump exhibited superior performance in low-temperature operations. Following the experimental results, an assessment was carried out on the application of an optimised thermoelectric heat pump system for the charging process of a thermal energy storage. In order to achieve an accurate tool able to simulate the behaviour of two-stage thermoelectric heat pumps, a computational model was developed. The computational model relies on the thermal-electrical analogy and the finite difference method. The accuracy of the developed tool is certified through the validation conducted using experimental results and showing a discrepancy of less than ± 10 % for the COP values, ± 8 % for the generated heat and airflow temperature lift, and less than ± 6% for the consumed power. Finally, an optimised thermoelectric heat pump system was constructed to be installed into a real thermal energy storage system to assess its impact. A series of experiments were performed, wherein the airflow rate, voltage supply to the thermoelectric heat pump system, and storage temperature were varied. It has been demonstrated that an increased airflow rate enhances the efficiency of the thermoelectric heat pump. When utilising an airflow rate of 23 m³/h and setting the storage temperature to 120 °C, the installation of this novel thermoelectric system demonstrates a 30% improvement in the power-to-heat process compared to a conventional process in which electrical resistances are used. In addition, the utilisation of this thermal energy storage system in a decentralised combined heat and power system yields efficiencies of 112.6 %, ensuring the generation of 1.126 kW of useful heating and electrical power from every surplus electrical kW produced by renewable energies.Publication Open Access 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 PublikoaLa 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.Publication Open Access 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; IngeniaritzaLa 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.Publication Embargo Recubrimientos PVD HiPIMS y dúplex sobre aleaciones de Mg para aplicaciones biomédicas(2024) Claver Alba, Adrián; García Lorente, José Antonio; Zalakain Iriazabal, Iñaki; Ingeniería; IngeniaritzaEsta tesis doctoral explora el desarrollo de nuevas estrategias de recubrimiento mediante técnicas de Physical Vapor Deposition (PVD) y su combinación con otras como Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) o sol-gel, con la finalidad de resolver este problema y permitir su aplicación en la industria biomédica.Publication Embargo Improved RANS methodology to quantify the aerodynamic impact of leading-edge roughness on thick wind turbine blades(2024) Gutiérrez Amo, Rubén; Aranguren Garacochea, Patricia; Zamponi, Riccardo; Ingeniería; Ingeniaritza; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Univertsitate PublikoaLa situación económica actual y la urgente transición energética hacia una producción de energía libre de emisiones de gases invernadero, pueden influir significativamente la toma de decisiones durante el proceso de diseño de las palas de los aerogeneradores. Según la literatura, una posible decisión basada en reducción de coste es el incremento del espesor de la pala desde mitad de esta hasta su punta, lo cual reduce el material compuesto empleado en la estructura de pala sin perder a su vez la rigidez necesaria para mantener la deflexión de la pala y sus cargas dentro de los límites aceptables. Este incremento de espesor de pala conlleva el uso de secciones transversales más gruesas cuya relación sustentación/resistencia aerodinámica es baja en comparación con secciones finas. Esto no conlleva un impacto significativo en la producción de energía siempre y cuando el estado superficial de la pala no afecte el flujo de aire. Sin embargo, el incremento del espesor de pala aumenta el gradiente adverso de presión a lo largo de la pala, lo cual hace que la aerodinámica sea más susceptible de ser afectada por estados de rugosidad superficial adversa, causados por suciedad o erosión entre otros muchos. Como resultado, la energía anual producida puede verse sustancialmente reducida. Para evitar esto, las palas gruesas deberían ser aerodinámicamente robustas para mantener la energía anual frente a los múltiples estados superficiales que toman lugar a lo largo de su vida útil. Sin embargo, la investigación en los efectos que supone la rugosidad en perfiles aerodinámicos se basa principalmente en perfiles de bajo espesor usados en las puntas de palas antiguas. Incluso para estos perfiles, las metodologías, tanto empíricas como numéricas para evaluar el impacto de la rugosidad en aerodinámica, no están estandarizadas. En cuanto a perfiles gruesos se refiere, el efecto de la rugosidad esta escasamente investigado y lo estudiado está basado en métodos tradicionales, los cuales no consideran todos los impactos aerodinámicos. Por lo tanto, esta tesis evalúa la validez de estos métodos en perfiles gruesos e investiga las adaptaciones necesarias para evaluar todos los efectos aerodinámicos causados por la rugosidad. Por ello, se selecciona un perfil aerodinámico del 30% de espesor máximo, basado en requisitos industriales como primer paso en la investigación. Este perfil es ensayado en un túnel de viento a unas condiciones de número de Reynolds de 3 millones. Estas medidas constituyen la base empírica para la validación de los métodos usados en esta tesis. En los ensayos se usan dos métodos, cintas de zig-zag y papel de lija, conllevando un impacto diferente en sustentación y en drag para ángulos de ataque positivos. El papel de lija provoca mayor pérdida en la eficiencia aerodinámica del perfil aerodinámico que las cintas de zig-zag, y amplifica las fluctuaciones de los coeficientes aerodinámicos una vez el flujo se separa a altos ángulos de ataque. La separación de flujo se ve promovida por la rugosidad en borde de ataque siendo el impacto aerodinámico más severo. Esta separación ocurre en la valva de succión a altos ángulos de ataque y en la valva de presión a bajos. Finalmente, la separación del aire en la valva de presión se demuestra equivalente para ambos métodos y con un comportamiento 2D tras ser confirmado por imágenes de termografía. El siguiente paso en la investigación es el modelado numérico del caso de papel de lija ensayado previamente. Se emplean para ello las condiciones de contorno más recientes y basadas en el método del grano equivalente de arena usando el modelo de turbulencia k-w-SST y simulaciones 2D-RANS. Esta tesis extiende el uso de estas condiciones de contorno a perfiles más gruesos que aquellos en los que fueron investigadas. Se usan dos tipos de condiciones de contorno, las desarrolladas por Wilcox y las desarrolladas por Aupoix, contribuyendo esta tesis con la primera aplicación en perfiles aerodinámicos de las condiciones de contorno de Aupoix. Se concluye que la principal limitación numérica es la falta de predicción de la separación de flujo. Esta limitación, ha sido reportada por la literatura sin tener en cuenta la rugosidad, pero se concluye que es incluso más relevante para perfiles rugosos. Con el fin de entender la limitación numérica, se desarrollanmedidas adicionales de túnel de viento en el mismo perfil aerodinámico, incluyendo medidas de PIV en la valva de presión. Estas medidas concluyen que el fallo numérico se debe al emplazamiento erróneo del pico de esfuerzos de Reynolds dentro de la capa límite. Como resultado, hay un exceso de momento cerca de la superficie del perfil y un consecuente retraso en la separación de flujo. Esta justificación se enunció numéricamente por la literatura, pero esta tesis la confirma empíricamente. Por lo tanto, se toman dos correcciones de la literatura, basadas en reducir la viscosidad turbulenta, que han sido solo validadas sin rugosidad. Según los resultados de esta tesis, las correcciones son capaces de corregir el pico de los esfuerzos de Reynolds y esta tesis lo valida por primera vez con medidas de PIV. Además, estas medidas, demuestran que el ratio a1 dentro de la capa límite no es constante y está por debajo del valor por defecto en el k −ω−SST . Aun así, un valor de 0,29 en el modelo numérico se concluye como valor adecuado para mejorar la predicción de la separación de flujo. Por último, las correcciones previamente validadas solo para un ángulo de ataque de 0 grados, son investigadas para un rango de −20 a 20 grados y en otros dos perfiles aerodinámicos adicionales con espesores máximos del 25% y 18 %. El valor de a1 se estima para cada uno de estos ángulos y por cada valva de los perfiles. Un valor específico de a1 por ángulo de ataque y valva de perfil se concluye mientras la literatura está usando actualmente un único valor por todo tipo de perfil y todos los ángulos de ataque. Como resultado de la investigación realizada, se sugiere una nueva metodología para diferenciar a1 por cada valva del perfil aerodinámico y ángulo de ataque, remarcando así la necesidad de encontrar una relación de a1 con alguna magnitud del fluido. Tras emplear esta metodología en un modelo aeroelástico de un aerogenerador, se replican las distribuciones de cargas y potencia de la pala, mientras que la metodología previa a esta tesis, ofrece una distribución de cargas y potencia erróneas, con una subestimación de la energía anual producida del 2,5%.Publication Open Access 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; IngeniaritzaLa 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.Publication Embargo Robust multivariable control of wind turbines based on wind measurements provided by LiDAR sensors(2023) Miquélez Madariaga, Irene; Elso Torralba, Jorge; Díaz de Corcuera Martínez, Asier; Ingeniería; IngeniaritzaLa energía eólica es, junto a la solar fotovoltaica, la única opción realista para la descarbonización del sector eléctrico. Su competitividad en el mercado se mide a través del Coste de la Energía (LCOE por sus siglas en inglés), que está determinado por la producción de energía a lo largo de su vida útil y por los costes de fabricación y operación. Aunque existen numerosos avances técnicos que optimizan el funcionamiento de los aerogeneradores, pocos son tan ventajosos como el desarrollo de estrategias de control avanzadas. El correcto diseño de los algoritmos de control permite, de manera simultánea, aumentar la producción de energía y reducir el daño sobre los elementos de la máquina, mejorando el caso de negocio. En los últimos años han aparecido sensores y actuadores novedosos, que permiten desarrollar e incluir nuevas estrategias en los lazos de control de los aerogeneradores. En concreto, los sensores LiDAR permiten obtener una medida remota del campo de viento turbulento que se aproxima a un aerogenerador. Esta información se puede emplear para generar una acción de control por prealimentación con la que mejorar el funcionamiento del aerogenerador. Esta tesis trata del diseño de controladores feedforward lineales que emplean la medida de viento proporcionada por un sensor LiDAR para reducir las cargas algunos componentes estructurales del aerogenerador. Las principales líneas de trabajo de la tesis son: el desarrollo de una metodología de diseño de controladores feedforward sencilla y orientada a la reducción de cargas en la base de la torre. El desarrollo de un modelo incierto del sensor, que recoja la incertidumbre de medida y permita diseñar controladores robustos. El desarrollo de metodologías de diseño de controladores feedforward robustos, que permitan el diseño simultáneo de los controladores de pitch y par del aerogenerador y satisfagan simultáneamente las especificaciones impuestas sobre varios objetivos.