Caracterización de los sistemas de protección basados en materiales naturales destinados al control de la socavación en obras marítimas presentes en instalaciones eólicas marinas

El fenómeno de la socavación puede poner en peligro la operatividad o la seguridad de estructuras offshore comprometiendo su estabilidad global. Hasta el momento, la gran mayoría de las investigaciones destinadas a estudiar el origen y el desarrollo de este fenómeno han estado centradas en entornos fluviales, bajo condiciones de corriente continua. En la última década, debido al crecimiento del mercado de la eólica marina, han surgido numerosos estudios para la caracterización de este fenómeno en el entorno marino, teniendo en cuenta que estas estructuras se encuentran sometidas de forma simultánea a los efectos de la corriente y el oleaje, y las corrientes provocadas por las mareas. Ante la observada carencia de criterios existentes para el diseño de protecciones frente a la socavación, la presente Tesis Doctoral surge con el objetivo principal de desarrollar una serie de recomendaciones que permitan mejorar y optimizar el diseño de estas estructuras, teniendo en cuenta no sólo los parámetros geométricos de las cimentaciones de los aerogeneradores, o la propia erosión, sino también, variables características del oleaje como la altura de ola, el periodo o la longitud de onda, así como la profundidad o la batimétrica de la cimentación. La caracterización de los sistemas de protección basados en materiales naturales destinados al control de la socavación en obras marítimas presentes en instalaciones eólicas marinas no es el único objetivo alcanzado en la presente Tesis Doctoral. A través de la calibración del parámetro de altura de ola adimensional (H0) en diferentes parques eólicos europeos, y de acuerdo al criterio propuesto por Van der Meer (1988), se propone la clasificación de este tipo de estructuras de protección, basadas en material granular o escollera. La información recopilada sobre la socavación registrada en numerosos parques eólicos con protección también ha permitido estudiar la funcionalidad de este tipo de protecciones instaladas hasta la fecha. Asímismo, gracias al conocimiento adquirido sobre el fenómeno de la socavación, se plantea una propuesta para la mejora de la caracterización de este fenómeno en ambiente marino basada en el estudio de la influencia del campo de aceleraciones. La presente Tesis Doctoral permite mejorar el diseño de las protecciones frente a la socavación que se utilizan en parques eólicos marinos teniendo en cuenta las acciones del clima marítimo, supliendo de este modo las carencias que hasta el momento presentan las formulaciones existentes, las cuales únicamente toman en consideración la geometría de las cimentaciones, el ángulo de rozamiento interno del terreno y la estimación de la máxima socavación que puede llegar a producirse. Scour phenomenon jeopardizes the stability and functionality of offshore structures compromising its overall stability. So far, most studies about the origin and the development of this phenomenon have been focused on river environments (under steady current conditions). In the last decade a lot of research projects about the characterization of this phenomenon have been carried out due to the growth of offshore wind industry. These projects take into account that these structures are subjected simultaneously to current, waves and tidal effects. This PhD Thesis arises due to the current lack of criteria for the design of scour protections. Its main objective is to develop some recommendations to improve and to optimize the design of scour protection structures. For that it is necessary to take into account not only the geometrical parameters of foundations or the erosion forecasted, but also wave variables such as wave height, wave period or wavelength. Characterization of protection systems based on natural materials for the control of the scour in offshore wind farms was not the only goal achieved in this PhD Thesis. Through the calibration of the dimensionless wave height parameter (H0) in different European offshore wind farms, and according to the criteria proposed by Van der Meer (1988), a classification of these protection structures based on natural elements (rocks or riprap) has been proposed. Scour data registered in numerous offshore wind farms with scour protection systems also allowed to study the functionality of this type of protection installed up to now. Thanks to the knowledge acquired about the scour development, a proposal for the improvement of the characterization of this phenomenon in marine environment is proposed. This has been based on the study of the influence of the acceleration parameters. This PhD Thesis improves the design of scour protections used in offshore wind facilities taking into account maritime climate actions. To solve the current formulae deficiencies only considering the foundation geometry, the internal friction angle of the seabed and the maximum scour depth forecasted.

Adecuación y mejora del dique del este antiguo del Puerto de Barcelona

Las obras del presente proyecto tienen como finalidad la reparación de las averías detectadas en los 3,3 Kilómetros de longitud que comprende la zona anterior a la ampliación del dique de abrigo Este. Dicha longitud se ha dividido en cinco tramos para el estudio y análisis de las causas (estabilidad del dique y rebase) y determinar así las actuaciones de reparación y definir la urgencia de las mismas de cara a su priorización. Del estudio de cada tramo se han detectado las averías que se describen y al mismo tiempo se ha efectuado una aproximación al riesgo que tienen frente al ataque de los temporales.

Recuperación ambiental y ordenación urbanística en playa San Juan, Guía de Isora (Tenerife)

Playa de san Juan, en el término municipal de Guía de Isora, en la Isla de Tenerife, es una de las zonas costeras de mayor interés desde la perspectiva de rehabilitación y regeneración de una playa debido a su inmejorable clima, a la escasez de espacios de ocio de la población del Municipio y de Playa San Juan en particular, y a la actividad turística de la zona. En el tiempo, el frente costero de este núcleo urbano del suroeste de la Isla ha mantenido un importante depósito sedimentario producto de las aportaciones históricas del Barranco de San Juan, litoralizados en un frente de unos 700 m aproximadamente, dando nombre al propio entorno y núcleo de población. Las actuaciones humanas en la costa y aguas arriba del Barranco, unido a la caída del tiempo climático, definen los parámetros de la situación actual de este frente costero sedimentario, habiendo hecho desaparecer una de las pocas e importantes playas de la Isla. La escasa presión turística que hasta la fecha ha gravitado sobre el núcleo urbano, cuyos habitantes han estado inmersos en actividades económicas derivadas de la agricultura y pesca, con alto porcentaje de asalariados y aparceros, ha provocado la desconsideración histórica para este frente costero de actuaciones tendentes a recuperar para este asentamiento en la antigua playa, hoy demandada ante la escasez de recursos de esta índole que la oferta turística y de ocio requiere. En núcleo urbano de Playa San Juan, como el resto de las poblaciones insulares, ha depositado en los últimos tiempos sus esperanzas de futuro en el sector turístico de calidad como complemento a la actividad de sector primario, por lo que ha de potenciar los recursos disponibles para aquel sector, principal fuente de la economía estratégica del Archipiélago Canario. El recorrido histórico de las modificaciones que ha sufrido la costa comienza con los primeros asentamientos de pescadores que tradicionalmente, y ante la falta de infraestructuras adecuadas, han encontrado en las playas su principal refugio. La demanda de mejores condiciones provocó la ejecución, en los años ochenta, de la actual instalación portuaria, la que, apoyada en la Punta y Bajas de San Juan, consistió esencialmente en un dique-muelle de unos 280,00 m de longitud, sensiblemente paralelo a la playa existente, y de orientación NW-SE. Este hecho marcó el principio del fin de esa playa, al provocar un abrigo que hizo bascular y retroceder a la práctica totalidad del arco sedimentario hacia su interior, con las consecuencias que hoy podemos observar: el viejo horno de cal quedó afectado por las erosiones en su pie, la antigua Fábrica de Conservas vio retroceder la playa hasta sus mismos aledaños y la propia playa arenosa dejó paso a los callaos, bolos y cantos que aparecen en las cuatro quintas partes de su longitud. La actual filosofía preservadora de los espacios costeros, y en especial de las playas, hubiera determinado, junto con la mejora de las comunicaciones terrestres, otros lugares de menor afección, y posiblemente de mayor efectividad funcional, para la instalación portuaria, acorde con los avances técnicos de diseño y construcción. Es por ello que la dualidad puerto-playa provoca serias polémicas entre las necesidades y el progreso, y entre aquellas y la preservación del medio ambiente natural. Teniendo en cuenta todo ello se ha decidido que pudiendo convivir playa y puerto, así como lo ha demostrado la realidad actual, la regeneración de la playa se acometa en la bahía de San Juan entre el muelle viejo y el Horno de Cal.

Las TICs en playas de peaje: influencia en el consumo energético

Hoy en día, una política global eficiente dedicada a mejorar el sistema de transporte de una nación de la UE, no puede considerarse al margen de las recomendaciones de la Comisión Europea y de las iniciativas realizadas en los países del entorno. Los sistemas de transporte deben poder satisfacer las necesidades de movilidad de los ciudadanos y mercancías, que cada vez están involucrados en un mayor número de viajes y con una longitud media de recorrido mayor. El sector del transporte contribuye en gran medida al funcionamiento y competitividad de la economía europea en su conjunto: el campo del transporte terrestre genera el 11% de ese PIB. En lo que respecta a la eficiencia energética y a las emisiones, los costes externos del transporte en España alcanzan el 10% del PIB, mientras que en Europa asciende al 8% del PIB de los países de la Unión Europea (UE). Esta discrepancia se atribuye fundamentalmente a que en España la carretera representa un mayor peso en el sector del transporte, siendo responsable del 83% del total de los costes externos del transporte. El empleo de las tecnologías ITS puede contribuir a la mejora de esta situación mitigando el efecto de las externalidades negativas que produce el transporte: consumo energético, congestión, contaminación, accidentes, etc. El objetivo del presente estudio es analizar la influencia de las nuevas tecnologías ITS en el consumo energético de las áreas de peaje. Para ello se tiene en cuenta el flujo de tráfico y la tipología de vehículo. Por ejemplo, un cambio en la gestión de los sistemas de cobro de peajes hacia modelos de peaje free flow pueden suponer ahorros de hasta un 71% en el consumo energético.

El Megatruck en España: ¿Camino hacia una mejora energética y medioambiental?

En el seno de la Unión Europea se está produciendo un intenso debate sobre la idoneidad de permitir la circulación de vehículos de transporte de mercancías por carretera de mayor es medidas y tonelaje, también conocidos como Megatrucks, Eurotrucks, Eurocombi, etc. La directiva europea 96/53/CE sobre pesos y medidas de los vehículos de transporte de mercancías por carretera da libertad a los Estados miembro para imponer los límites que considere oportuno en su tráfico interior, y fue revisada en el 2002 autorizando una mayor longitud y maniobrabilidad para los autobuses. Además en la transposición española de esta directiva, realizada en el 2004, con el fin de fomentar el transporte combinado de mercancías se permitieron la circulación en determinados vehículos con carga de hasta 42 o 44 toneladas, en contraste con las 40 permitidas hasta ese momento. En este sentido, son varios los países miembro que han realizado pruebas piloto para comprobar los distintos efectos de los Megatrucks sobre aspectos como la capacidad y fatiga de las infraestructuras, el consumo de combustible, las implicaciones medioambientales y energéticas o la variación en el coste del transporte. Prácticamente la totalidad de estos proyectos piloto han arrojado resultado positivos. Sin embargo, y a pesar de demostrarse efectos beneficiosos en algunos países, no en todos los casos se ha decidido permitir la circulación de los Megatrucks. Por ejemplo, en Alemania existe una fuerte oposición en su contra por parte de ciertos grupos de presión como asociaciones ecologistas o competidores en el mercado. En el presente artículo se trata de responder a la pregunta de si sería bueno o no para España permitir la circulación de Megatrucks. La metodología usada es la de un Análisis Coste Beneficio (ACB) en el que se tengan en cuenta la totalidad de ventajas e inconvenientes monetizables que tendrían estos vehículos para el caso particular español. El ACB se ha aplicado a una serie de rutas piloto en los principales corredores del país, obteniendo un resultado beneficioso para el conjunto de la sociedad española.

Procesos configurativos: de la trama a la noción de campo en los "mat buildings"

La presente tesis aborda el estudio sobre los llamados mat buildings, que surgen entre los años cincuenta y sesenta del pasado siglo. Los mat buildings, también llamados “edificios esteras” o “edificios alfombras”, nacen en gran parte como consecuencia de los desacuerdos e insatisfacciones de los CIAM con el reduccionismo funcionalista y los principios de compartimentación funcional. Estos nuevos modelos remplazan el modelo de ciudad entendido como una colección de edificios individuales por una concepción de un patrón urbano. No es la suma de la longitud, la altura y el ancho sino más bien una densa alfombra bi-dimensional, con una configuración de formas que ofrece al mismo tiempo un orden repetitivo y una infinita diversidad de secuencias con infinitas posibilidades de adaptación donde el hombre vive y se desplaza. Estas características que irán apareciendo en la obras de muchos de los arquitectos que forman parte del grupo Team X son los que Alison Smithson empieza a revelar en su artículo, con la ambición de manifestar una nueva sensibilidad y una nueva forma de entender y ver la arquitectura. Los mat buildings y los cluster serán los códigos utilizados por diferentes miembros del Team X para pensar una arquitectura y un urbanismo alternativo al propuesto por los CIAM. Mediante ellos encuentran el camino para una nueva estética de la conexión con un desplazamiento desde una concepción determinista de la forma arquitectónica (una forma cerrada y en general definida a priori) hacia una actitud más libre, más abierta, fundamentada no tanto en la entereza de la forma global sino en cuanto a la intensidad de sus redes internas y de sus diferentes niveles de asociación. La tesis tiene como propósito final cuestionar si esta tipología de edificios, cuyo principio de base es siempre una matriz geométrica abierta (trama, retícula, malla), con crecimiento ilimitado, puede redefinir la frontera entre ciudad y edificio y, por tanto, entre público y privado, individual y colectivo, estructural e infraestructural, permanente y variable. Por ello, se presenta un estudio histórico y crítico en profundidad sobre los mat buildings, analizando detenidamente y por orden cronológico cinco de sus obras más paradigmáticas: el Orfanato en Ámsterdam de Aldo Van Eyck, la Universidad Libre en Berlín de Candilis, Josic y Woods, el Hospital de Venecia de Le Corbusier y Guillermo Jullián de la Fuente, el edificio administrativo de la Centraal Beheer en Apeldoorn de Herman Hertzberger, y por último el MUSAC en León, realizado por Mansilla y Tuñon. Las cuatro primeras obras pertenecen al periodo Team X y son precursoras de muchos otros proyectos que aparecerán a posteriori. La última obra analizada, el MUSAC, es estudiada conjuntamente con algunas obras del arquitecto japonés Sou Fujimoto y otros casos contemporáneos con la intención de manifestar cómo arquitectos de horizontes muy diferentes vuelven a recurrir a estos modelos de crecimientos ilimitados. Mediante el estudio de varios ejemplos contemporáneos se examinan las repercusiones, transformaciones y evoluciones que estos modelos han tenido. La exploración contrastada permite apreciar adecuadamente la pertinencia de estos modelos y los cambios de modalidades y de procesos que advienen con la aparición en el panorama contemporáneo de la noción de campo y los cambios de paradigma que conlleva. Estos nuevos modelos abren nuevos procesos y forma de abordar la arquitectura basada en las relaciones, flujos, movimientos y asociaciones que son caracterizados por diferentes patrones que vienen a alimentar todo el proceso del proyecto arquitectónico. El estudio de estos nuevos modelos nos indica las cualidades que puede ofrecer la revisión de estos métodos para empezar a tratar nuevas cuestiones que hoy en día parecen ser, permanentemente, parte de la condición urbana. XII ABSTRACT This thesis deals with the study of the so-called mat buildings which emerged between the fifties and sixties of the last century. Mat, or carpet, buildings appeared largely as a result of the CIAM’s disagreement and dissatisfaction with functionalist reductionism and the principles of functional compartmentalisation. These new models replaced the model of the city, seen as a collection of individual buildings, with the concept of an urban pattern. It is not the sum of the length, height and width but rather a dense, two- dimensional mat with a configuration of forms offering both a repetitive order and an infinite diversity of sequences with endless possibilities for adaptation, where man lives and circulates. These characteristics, which appeared in the works of many of the architects who formed part of Team X, are those that Alison Smithson started to reveal in her article with the aim of manifesting a new sensibility and a new way of understanding and seeing architecture. Mat buildings and clusters were the codes used by different members of Team X to plan an alternative architecture and urbanism to that proposed by the CIAM. With them, they found the path for a new aesthetic of connection, with a shift from a deterministic concept of the architectural form (closed and generally defined a priori) towards a more free, more open attitude based not so much on the integrity of the overall form but on the intensity of its internal networks and different levels of association. The end purpose of this thesis is to question whether this type of building, the basic principle of which is always an open geometric matrix (grid, recticle, network) with unlimited growth, can redefine the boundary between city and building and, thus, between public and private, individual and collective, structural and infrastructural, and permanent and variable. To this end, an in-depth historical and critical study of mat buildings is presented, analysing carefully and in chronological order five of the most paradigmatic works of this style: the Orphanage in Amsterdam, by Aldo Van Eyck; the Free University of Berlin, by Candilis, Josic and Woods; Venice Hospital, by Le Corbusier and Guillermo Jullián de la Fuente; the Centraal Beheer administration building in Apeldoorn, by Herman Hertzberger; and lastly, the MUSAC (Contemporary Art Museum) in León, designed by Mansilla and Tuñon. The first four works are from the Team X period and were the precursors to many other projects that would appear later. The last work analysed, the MUSAC, is studied together with some works by Japanese architect Sou Fujimoto and other contemporary cases to show how architects with very different perspectives revert to these models of limitless growth. Through the study of several contemporary examples we examine the repercussions, transformations and evolutions these models have had. The contrasted research XIII allows us to properly appreciate the importance of these models and the changes in forms and processes that came with the emergence of the idea of field in the contemporary arena and the paradigm shifts it entailed. These new models opened up new processes and a way of approaching architecture based on relationships, flows, movements and associations characterised by different patterns that feed the entire process of the architectural project. The study of these new models shows us the benefits that a review of these methods can contribute to addressing new issues that today appear to be a permanent part of the urban condition.

Entre Bastidores: Evaluación empleando Métodos Numéricos

El bastidor de un tractor es ¿la estructura metálica perteneciente al chasis encargada de soportar todo el peso del vehículo?. En los tractores, debido a su gran compacidad, escasa longitud y elevada posición del centro de gravedad, el bastidor dominante durante el último siglo ha sido el bastidor de tipo monocasco. Recientemente, con el objetivo de reducir la relación masa/potencia, se vienen implantando en algunos modelos los bastidores de tipo chasis. En el mundo, equipos de ingenieros investigan y desarrollan métodos numéricos empleando distintos modelos de bastidores tanto de tipo chasis como en los modelos de bastidores tradicionales. Esto ha permitido mejorar su diseño y facilitar el uso. Además, las marcas de maquinaria agrícola potencian también la investigación para crear innovaciones estructurales que no hayan sido planteadas anteriormente y que supongan un ahorro en los costes de producción así como una mejora de las prestaciones de la máquina.

Quantum optical signals in telecommunication networks

Introducción a una red óptica metropolitana cuántica donde señales cuánticas y convencionales son multiplexadas en longitud de onda utilizando bandas separadas del espectro óptico. El enrutado se realiza con componentes pasivos para no perturbar los qubits. Se estudian dos redes: red de acceso WDM-PON y red metropolitana completa con backbone DWDM y redes de acceso WDM-PON.

Variante de la carretera CL-605 en Barroman(Avila)

La carretera CL-605 de Segovia a Zamora se engloba en la Red Básica de Carreteras de la Junta de Castilla y León, con una longitud de unos 170 kms que se desarrollan en las provincias de Segovia, Ávila, Salamanca y Zamora. Su paso por la provincia de Ávila se sitúa entre sus P.P.K.K. aproximados 54+350 y 97+130, atravesando los términos municipales de Arévalo, Aldeaseca, Villanueva del Aceral, Barromán y Madrigal de las Altas Torres. En los cinco casos, las correspondientes localidades se sitúan en las inmediaciones de la carretera, aunque esta atraviesa la zona urbana definiendo una travesía de población sólo en los casos de Arévalo, Aldeaseca y Barromán. Este proyecto tiene por objeto definir y valorar las obras necesarias para la construcción de la variante de la última de las poblaciones indicadas, Barromán, desarrollando la alternativa elegida de las planteadas en el “Estudio de Alternativas” redactado en el mes de enero de 2012. En dicho estudio se procedió a definir cuatro posibles trazados, estimando la valoración de las obras a realizar para su construcción y definiendo y evaluando los criterios que permitieron realizar una comparación del carácter más objetivo posible entre las cuatro alternativas.

Contribución al estudio de sistemas de hipertermia óptica y su aplicación en muestras biológicas

Las nanopartículas de metales nobles (especialmente las de oro) tienen un gran potencial asociado al desarrollo de sistemas de terapia contra el cáncer debido principalmente a sus propiedades ópticas, ya que cuando son irradiadas con un haz de luz sintonizado en longitud de onda con su máximo de Resonancia de Plasmón Superficial, absorben de manera muy eficiente dicha luz y la disipan rápidamente al medio en forma de calor localizado. Esta característica por tanto, puede ser aprovechada para conseguir elevar la temperatura de células tumorales hasta sobrepasar umbrales a partir de los cuales se produciría la muerte celular. Partiendo de estos principios, esta tesis se centra en el desarrollo y la caracterización de una serie de prototipos de hipertermia óptica basados en la irradiación de nanopartículas de oro con un haz de luz adecuado, así como en la aplicación in vitro de la terapia sobre células cancerígenas. Además, el trabajo se orienta a identificar y comprender los procesos mecánicos y térmicos asociados a este tipo de hipertermia, y a desarrollar modelos que los describan, estudiando y planteando nuevas formas de irradiación, para, en última instancia, poder optimizar los procesos descritos y hacerlos más efectivos. Los resultados obtenidos indican que, el uso de nanopartículas de oro, y más concretamente de nanorods de oro, para llevar a cabo terapias de hipertermia óptica, permite desarrollar terapias muy efectivas para inducir muerte en células cancerígenas, especialmente en tumores superficiales, o como complemento quirúrgico en tumores internos. Sin embargo, los efectos de la toxicidad de las nanopartículas de oro, aún deben ser detalladamente estudiados, ya que este tipo de terapias sólo será viable si se consigue una completa biocompatibilidad. Por otro lado, el estudio exhaustivo de los procesos térmicos que tienen lugar durante la irradiación de las nanopartículas ha dado lugar a una serie de modelos que permiten determinar la efectividad fototérmica de las nanopartículas y además, visualizar la evolución de la temperatura tanto a escala nanométrica como a escala macrométrica, en función de los parámetros ópticos y térmicos del sistema. El planteamiento de nuevas formas de irradiación y el desarrollo de dispositivos orientados a estudiar los fenómenos mecánicos que tienen lugar durante la irradiación pulsada de baja frecuencia y baja potencia de nanopartículas de oro, ha dado lugar a la detección de ondas de presión asociadas a procesos de expansión termoelástica, abriendo la puerta al desarrollo de terapias de hipertermia que combinen la muerte celular producida por calentamiento con la muerte derivada de los fenómenos mecánicos descritos.VII Noble metal nanoparticles (especially gold ones), have a huge potential in the development of therapy systems against cancer mainly due to their optical properties, so that, when these particles are irradiated with a light that is syntonized in wavelength with their maximum of Surface Plasmon Resonance, they effectively absorb and dissipate the light to the surrounding medium as localized heat. We can take advantage of this characteristic for rising the temperature of cancer cells above the threshold at which cellular death would occur. From these principles, this thesis is oriented to the development and characterization of a series of optical hyperthermia prototypes based on the irradiation of gold nanoparticles using the suitable light, and on the in vitro application of this therapy over cancer cells, to understand the mechanical and thermal processes associated with this kind of hyperthermia, developing descriptive models, and to study and to approach new ways of irradiation in order to, ultimately, optimize the described processes and make them more effective. The obtained results show that, the use of gold nanoparticles, and more specifically, of gold nanorods, to carry out optical hyperthermia therapies, allows the development of very effective therapies in order to induce death in VIII cancer cells, especially in superficial tumors, or like surgical complement in more internal tumors. However, the toxicity effects of the gold nanoparticles still need to be studied more detail, because this kind of therapies will be feasible only if a complete biocompatibility is achieved. On the other hand, the exhaustive study of the thermal processes that take place during the irradiation of the nanoparticles resulted in a series of models that allow the determination of the photothermal efficiency of the nanoparticles and also the visualization of the temperature evolution, both at nanoscale and at macroscale, as a function of the optical and thermal parameters of the system. The proposal of new ways of irradiation and the development of devices oriented to study the mechanical effects that take place during the low frequency and low power pulsing irradiation of gold nanoparticles has led to the detection of pressure waves associated to thermoelastic expansion processes, opening the door to the development of hyperthermia therapies that combine the cellular death due to the heating with the death derived from the described mechanical phenomena.

Photon Management Structures for Absorption Enhancement in Intermediate Band Solar Cells and Crystalline Silicon Solar Cells

El objetivo de la tesis es investigar los beneficios que el atrapamiento de la luz mediante fenómenos difractivos puede suponer para las células solares de silicio cristalino y las de banda intermedia. Ambos tipos de células adolecen de una insuficiente absorción de fotones en alguna región del espectro solar. Las células solares de banda intermedia son teóricamente capaces de alcanzar eficiencias mucho mayores que los dispositivos convencionales (con una sola banda energética prohibida), pero los prototipos actuales se resienten de una absorción muy débil de los fotones con energías menores que la banda prohibida. Del mismo modo, las células solares de silicio cristalino absorben débilmente en el infrarrojo cercano debido al carácter indirecto de su banda prohibida. Se ha prestado mucha atención a este problema durante las últimas décadas, de modo que todas las células solares de silicio cristalino comerciales incorporan alguna forma de atrapamiento de luz. Por razones de economía, en la industria se persigue el uso de obleas cada vez más delgadas, con lo que el atrapamiento de la luz adquiere más importancia. Por tanto aumenta el interés en las estructuras difractivas, ya que podrían suponer una mejora sobre el estado del arte. Se comienza desarrollando un método de cálculo con el que simular células solares equipadas con redes de difracción. En este método, la red de difracción se analiza en el ámbito de la óptica física, mediante análisis riguroso con ondas acopladas (rigorous coupled wave analysis), y el sustrato de la célula solar, ópticamente grueso, se analiza en los términos de la óptica geométrica. El método se ha implementado en ordenador y se ha visto que es eficiente y da resultados en buen acuerdo con métodos diferentes descritos por otros autores. Utilizando el formalismo matricial así derivado, se calcula el límite teórico superior para el aumento de la absorción en células solares mediante el uso de redes de difracción. Este límite se compara con el llamado límite lambertiano del atrapamiento de la luz y con el límite absoluto en sustratos gruesos. Se encuentra que las redes biperiódicas (con geometría hexagonal o rectangular) pueden producir un atrapamiento mucho mejor que las redes uniperiódicas. El límite superior depende mucho del periodo de la red. Para periodos grandes, las redes son en teoría capaces de alcanzar el máximo atrapamiento, pero sólo si las eficiencias de difracción tienen una forma peculiar que parece inalcanzable con las herramientas actuales de diseño. Para periodos similares a la longitud de onda de la luz incidente, las redes de difracción pueden proporcionar atrapamiento por debajo del máximo teórico pero por encima del límite Lambertiano, sin imponer requisitos irrealizables a la forma de las eficiencias de difracción y en un margen de longitudes de onda razonablemente amplio. El método de cálculo desarrollado se usa también para diseñar y optimizar redes de difracción para el atrapamiento de la luz en células solares. La red propuesta consiste en un red hexagonal de pozos cilíndricos excavados en la cara posterior del sustrato absorbente de la célula solar. La red se encapsula en una capa dieléctrica y se cubre con un espejo posterior. Se simula esta estructura para una célula solar de silicio y para una de banda intermedia y puntos cuánticos. Numéricamente, se determinan los valores óptimos del periodo de la red y de la profundidad y las dimensiones laterales de los pozos para ambos tipos de células. Los valores se explican utilizando conceptos físicos sencillos, lo que nos permite extraer conclusiones generales que se pueden aplicar a células de otras tecnologías. Las texturas con redes de difracción se fabrican en sustratos de silicio cristalino mediante litografía por nanoimpresión y ataque con iones reactivos. De los cálculos precedentes, se conoce el periodo óptimo de la red que se toma como una constante de diseño. Los sustratos se procesan para obtener estructuras precursoras de células solares sobre las que se realizan medidas ópticas. Las medidas de reflexión en función de la longitud de onda confirman que las redes cuadradas biperiódicas consiguen mejor atrapamiento que las uniperiódicas. Las estructuras fabricadas se simulan con la herramienta de cálculo descrita en los párrafos precedentes y se obtiene un buen acuerdo entre la medida y los resultados de la simulación. Ésta revela que una fracción significativa de los fotones incidentes son absorbidos en el reflector posterior de aluminio, y por tanto desaprovechados, y que este efecto empeora por la rugosidad del espejo. Se desarrolla un método alternativo para crear la capa dieléctrica que consigue que el reflector se deposite sobre una superficie plana, encontrándose que en las muestras preparadas de esta manera la absorción parásita en el espejo es menor. La siguiente tarea descrita en la tesis es el estudio de la absorción de fotones en puntos cuánticos semiconductores. Con la aproximación de masa efectiva, se calculan los niveles de energía de los estados confinados en puntos cuánticos de InAs/GaAs. Se emplea un método de una y de cuatro bandas para el cálculo de la función de onda de electrones y huecos, respectivamente; en el último caso se utiliza un hamiltoniano empírico. La regla de oro de Fermi permite obtener la intensidad de las transiciones ópticas entre los estados confinados. Se investiga el efecto de las dimensiones del punto cuántico en los niveles de energía y la intensidad de las transiciones y se obtiene que, al disminuir la anchura del punto cuántico respecto a su valor en los prototipos actuales, se puede conseguir una transición más intensa entre el nivel intermedio fundamental y la banda de conducción. Tomando como datos de partida los niveles de energía y las intensidades de las transiciones calculados como se ha explicado, se desarrolla un modelo de equilibrio o balance detallado realista para células solares de puntos cuánticos. Con el modelo se calculan las diferentes corrientes debidas a transiciones ópticas entre los numerosos niveles intermedios y las bandas de conducción y de valencia bajo ciertas condiciones. Se distingue de modelos de equilibrio detallado previos, usados para calcular límites de eficiencia, en que se adoptan suposiciones realistas sobre la absorción de fotones para cada transición. Con este modelo se reproducen datos publicados de eficiencias cuánticas experimentales a diferentes temperaturas con un acuerdo muy bueno. Se muestra que el conocido fenómeno del escape térmico de los puntos cuánticos es de naturaleza fotónica; se debe a los fotones térmicos, que inducen transiciones entre los estados excitados que se encuentran escalonados en energía entre el estado intermedio fundamental y la banda de conducción. En el capítulo final, este modelo realista de equilibrio detallado se combina con el método de simulación de redes de difracción para predecir el efecto que tendría incorporar una red de difracción en una célula solar de banda intermedia y puntos cuánticos. Se ha de optimizar cuidadosamente el periodo de la red para equilibrar el aumento de las diferentes transiciones intermedias, que tienen lugar en serie. Debido a que la absorción en los puntos cuánticos es extremadamente débil, se deduce que el atrapamiento de la luz, por sí solo, no es suficiente para conseguir corrientes apreciables a partir de fotones con energía menor que la banda prohibida en las células con puntos cuánticos. Se requiere una combinación del atrapamiento de la luz con un incremento de la densidad de puntos cuánticos. En el límite radiativo y sin atrapamiento de la luz, se necesitaría que el número de puntos cuánticos de una célula solar se multiplicara por 1000 para superar la eficiencia de una célula de referencia con una sola banda prohibida. En cambio, una célula con red de difracción precisaría un incremento del número de puntos en un factor 10 a 100, dependiendo del nivel de la absorción parásita en el reflector posterior. Abstract The purpose of this thesis is to investigate the benefits that diffractive light trapping can offer to quantum dot intermediate band solar cells and crystalline silicon solar cells. Both solar cell technologies suffer from incomplete photon absorption in some part of the solar spectrum. Quantum dot intermediate band solar cells are theoretically capable of achieving much higher efficiencies than conventional single-gap devices. Present prototypes suffer from extremely weak absorption of subbandgap photons in the quantum dots. This problem has received little attention so far, yet it is a serious barrier to the technology approaching its theoretical efficiency limit. Crystalline silicon solar cells absorb weakly in the near infrared due to their indirect bandgap. This problem has received much attention over recent decades, and all commercial crystalline silicon solar cells employ some form of light trapping. With the industry moving toward thinner and thinner wafers, light trapping is becoming of greater importance and diffractive structures may offer an improvement over the state-of-the-art. We begin by constructing a computational method with which to simulate solar cells equipped with diffraction grating textures. The method employs a wave-optical treatment of the diffraction grating, via rigorous coupled wave analysis, with a geometric-optical treatment of the thick solar cell bulk. These are combined using a steady-state matrix formalism. The method has been implemented computationally, and is found to be efficient and to give results in good agreement with alternative methods from other authors. The theoretical upper limit to absorption enhancement in solar cells using diffractions gratings is calculated using the matrix formalism derived in the previous task. This limit is compared to the so-called Lambertian limit for light trapping with isotropic scatterers, and to the absolute upper limit to light trapping in bulk absorbers. It is found that bi-periodic gratings (square or hexagonal geometry) are capable of offering much better light trapping than uni-periodic line gratings. The upper limit depends strongly on the grating period. For large periods, diffraction gratings are theoretically able to offer light trapping at the absolute upper limit, but only if the scattering efficiencies have a particular form, which is deemed to be beyond present design capabilities. For periods similar to the incident wavelength, diffraction gratings can offer light trapping below the absolute limit but above the Lambertian limit without placing unrealistic demands on the exact form of the scattering efficiencies. This is possible for a reasonably broad wavelength range. The computational method is used to design and optimise diffraction gratings for light trapping in solar cells. The proposed diffraction grating consists of a hexagonal lattice of cylindrical wells etched into the rear of the bulk solar cell absorber. This is encapsulated in a dielectric buffer layer, and capped with a rear reflector. Simulations are made of this grating profile applied to a crystalline silicon solar cell and to a quantum dot intermediate band solar cell. The grating period, well depth, and lateral well dimensions are optimised numerically for both solar cell types. This yields the optimum parameters to be used in fabrication of grating equipped solar cells. The optimum parameters are explained using simple physical concepts, allowing us to make more general statements that can be applied to other solar cell technologies. Diffraction grating textures are fabricated on crystalline silicon substrates using nano-imprint lithography and reactive ion etching. The optimum grating period from the previous task has been used as a design parameter. The substrates have been processed into solar cell precursors for optical measurements. Reflection spectroscopy measurements confirm that bi-periodic square gratings offer better absorption enhancement than uni-periodic line gratings. The fabricated structures have been simulated with the previously developed computation tool, with good agreement between measurement and simulation results. The simulations reveal that a significant amount of the incident photons are absorbed parasitically in the rear reflector, and that this is exacerbated by the non-planarity of the rear reflector. An alternative method of depositing the dielectric buffer layer was developed, which leaves a planar surface onto which the reflector is deposited. It was found that samples prepared in this way suffered less from parasitic reflector absorption. The next task described in the thesis is the study of photon absorption in semiconductor quantum dots. The bound-state energy levels of in InAs/GaAs quantum dots is calculated using the effective mass approximation. A one- and four- band method is applied to the calculation of electron and hole wavefunctions respectively, with an empirical Hamiltonian being employed in the latter case. The strength of optical transitions between the bound states is calculated using the Fermi golden rule. The effect of the quantum dot dimensions on the energy levels and transition strengths is investigated. It is found that a strong direct transition between the ground intermediate state and the conduction band can be promoted by decreasing the quantum dot width from its value in present prototypes. This has the added benefit of reducing the ladder of excited states between the ground state and the conduction band, which may help to reduce thermal escape of electrons from quantum dots: an undesirable phenomenon from the point of view of the open circuit voltage of an intermediate band solar cell. A realistic detailed balance model is developed for quantum dot solar cells, which uses as input the energy levels and transition strengths calculated in the previous task. The model calculates the transition currents between the many intermediate levels and the valence and conduction bands under a given set of conditions. It is distinct from previous idealised detailed balance models, which are used to calculate limiting efficiencies, since it makes realistic assumptions about photon absorption by each transition. The model is used to reproduce published experimental quantum efficiency results at different temperatures, with quite good agreement. The much-studied phenomenon of thermal escape from quantum dots is found to be photonic; it is due to thermal photons, which induce transitions between the ladder of excited states between the ground intermediate state and the conduction band. In the final chapter, the realistic detailed balance model is combined with the diffraction grating simulation method to predict the effect of incorporating a diffraction grating into a quantum dot intermediate band solar cell. Careful optimisation of the grating period is made to balance the enhancement given to the different intermediate transitions, which occur in series. Due to the extremely weak absorption in the quantum dots, it is found that light trapping alone is not sufficient to achieve high subbandgap currents in quantum dot solar cells. Instead, a combination of light trapping and increased quantum dot density is required. Within the radiative limit, a quantum dot solar cell with no light trapping requires a 1000 fold increase in the number of quantum dots to supersede the efficiency of a single-gap reference cell. A quantum dot solar cell equipped with a diffraction grating requires between a 10 and 100 fold increase in the number of quantum dots, depending on the level of parasitic absorption in the rear reflector.

Contributions to Bayesian network learning with applications to neuroscience

Neuronal morphology is a key feature in the study of brain circuits, as it is highly related to information processing and functional identification. Neuronal morphology affects the process of integration of inputs from other neurons and determines the neurons which receive the output of the neurons. Different parts of the neurons can operate semi-independently according to the spatial location of the synaptic connections. As a result, there is considerable interest in the analysis of the microanatomy of nervous cells since it constitutes an excellent tool for better understanding cortical function. However, the morphologies, molecular features and electrophysiological properties of neuronal cells are extremely variable. Except for some special cases, this variability makes it hard to find a set of features that unambiguously define a neuronal type. In addition, there are distinct types of neurons in particular regions of the brain. This morphological variability makes the analysis and modeling of neuronal morphology a challenge. Uncertainty is a key feature in many complex real-world problems. Probability theory provides a framework for modeling and reasoning with uncertainty. Probabilistic graphical models combine statistical theory and graph theory to provide a tool for managing domains with uncertainty. In particular, we focus on Bayesian networks, the most commonly used probabilistic graphical model. In this dissertation, we design new methods for learning Bayesian networks and apply them to the problem of modeling and analyzing morphological data from neurons. The morphology of a neuron can be quantified using a number of measurements, e.g., the length of the dendrites and the axon, the number of bifurcations, the direction of the dendrites and the axon, etc. These measurements can be modeled as discrete or continuous data. The continuous data can be linear (e.g., the length or the width of a dendrite) or directional (e.g., the direction of the axon). These data may follow complex probability distributions and may not fit any known parametric distribution. Modeling this kind of problems using hybrid Bayesian networks with discrete, linear and directional variables poses a number of challenges regarding learning from data, inference, etc. In this dissertation, we propose a method for modeling and simulating basal dendritic trees from pyramidal neurons using Bayesian networks to capture the interactions between the variables in the problem domain. A complete set of variables is measured from the dendrites, and a learning algorithm is applied to find the structure and estimate the parameters of the probability distributions included in the Bayesian networks. Then, a simulation algorithm is used to build the virtual dendrites by sampling values from the Bayesian networks, and a thorough evaluation is performed to show the model’s ability to generate realistic dendrites. In this first approach, the variables are discretized so that discrete Bayesian networks can be learned and simulated. Then, we address the problem of learning hybrid Bayesian networks with different kinds of variables. Mixtures of polynomials have been proposed as a way of representing probability densities in hybrid Bayesian networks. We present a method for learning mixtures of polynomials approximations of one-dimensional, multidimensional and conditional probability densities from data. The method is based on basis spline interpolation, where a density is approximated as a linear combination of basis splines. The proposed algorithms are evaluated using artificial datasets. We also use the proposed methods as a non-parametric density estimation technique in Bayesian network classifiers. Next, we address the problem of including directional data in Bayesian networks. These data have some special properties that rule out the use of classical statistics. Therefore, different distributions and statistics, such as the univariate von Mises and the multivariate von Mises–Fisher distributions, should be used to deal with this kind of information. In particular, we extend the naive Bayes classifier to the case where the conditional probability distributions of the predictive variables given the class follow either of these distributions. We consider the simple scenario, where only directional predictive variables are used, and the hybrid case, where discrete, Gaussian and directional distributions are mixed. The classifier decision functions and their decision surfaces are studied at length. Artificial examples are used to illustrate the behavior of the classifiers. The proposed classifiers are empirically evaluated over real datasets. We also study the problem of interneuron classification. An extensive group of experts is asked to classify a set of neurons according to their most prominent anatomical features. A web application is developed to retrieve the experts’ classifications. We compute agreement measures to analyze the consensus between the experts when classifying the neurons. Using Bayesian networks and clustering algorithms on the resulting data, we investigate the suitability of the anatomical terms and neuron types commonly used in the literature. Additionally, we apply supervised learning approaches to automatically classify interneurons using the values of their morphological measurements. Then, a methodology for building a model which captures the opinions of all the experts is presented. First, one Bayesian network is learned for each expert, and we propose an algorithm for clustering Bayesian networks corresponding to experts with similar behaviors. Then, a Bayesian network which represents the opinions of each group of experts is induced. Finally, a consensus Bayesian multinet which models the opinions of the whole group of experts is built. A thorough analysis of the consensus model identifies different behaviors between the experts when classifying the interneurons in the experiment. A set of characterizing morphological traits for the neuronal types can be defined by performing inference in the Bayesian multinet. These findings are used to validate the model and to gain some insights into neuron morphology. Finally, we study a classification problem where the true class label of the training instances is not known. Instead, a set of class labels is available for each instance. This is inspired by the neuron classification problem, where a group of experts is asked to individually provide a class label for each instance. We propose a novel approach for learning Bayesian networks using count vectors which represent the number of experts who selected each class label for each instance. These Bayesian networks are evaluated using artificial datasets from supervised learning problems. Resumen La morfología neuronal es una característica clave en el estudio de los circuitos cerebrales, ya que está altamente relacionada con el procesado de información y con los roles funcionales. La morfología neuronal afecta al proceso de integración de las señales de entrada y determina las neuronas que reciben las salidas de otras neuronas. Las diferentes partes de la neurona pueden operar de forma semi-independiente de acuerdo a la localización espacial de las conexiones sinápticas. Por tanto, existe un interés considerable en el análisis de la microanatomía de las células nerviosas, ya que constituye una excelente herramienta para comprender mejor el funcionamiento de la corteza cerebral. Sin embargo, las propiedades morfológicas, moleculares y electrofisiológicas de las células neuronales son extremadamente variables. Excepto en algunos casos especiales, esta variabilidad morfológica dificulta la definición de un conjunto de características que distingan claramente un tipo neuronal. Además, existen diferentes tipos de neuronas en regiones particulares del cerebro. La variabilidad neuronal hace que el análisis y el modelado de la morfología neuronal sean un importante reto científico. La incertidumbre es una propiedad clave en muchos problemas reales. La teoría de la probabilidad proporciona un marco para modelar y razonar bajo incertidumbre. Los modelos gráficos probabilísticos combinan la teoría estadística y la teoría de grafos con el objetivo de proporcionar una herramienta con la que trabajar bajo incertidumbre. En particular, nos centraremos en las redes bayesianas, el modelo más utilizado dentro de los modelos gráficos probabilísticos. En esta tesis hemos diseñado nuevos métodos para aprender redes bayesianas, inspirados por y aplicados al problema del modelado y análisis de datos morfológicos de neuronas. La morfología de una neurona puede ser cuantificada usando una serie de medidas, por ejemplo, la longitud de las dendritas y el axón, el número de bifurcaciones, la dirección de las dendritas y el axón, etc. Estas medidas pueden ser modeladas como datos continuos o discretos. A su vez, los datos continuos pueden ser lineales (por ejemplo, la longitud o la anchura de una dendrita) o direccionales (por ejemplo, la dirección del axón). Estos datos pueden llegar a seguir distribuciones de probabilidad muy complejas y pueden no ajustarse a ninguna distribución paramétrica conocida. El modelado de este tipo de problemas con redes bayesianas híbridas incluyendo variables discretas, lineales y direccionales presenta una serie de retos en relación al aprendizaje a partir de datos, la inferencia, etc. En esta tesis se propone un método para modelar y simular árboles dendríticos basales de neuronas piramidales usando redes bayesianas para capturar las interacciones entre las variables del problema. Para ello, se mide un amplio conjunto de variables de las dendritas y se aplica un algoritmo de aprendizaje con el que se aprende la estructura y se estiman los parámetros de las distribuciones de probabilidad que constituyen las redes bayesianas. Después, se usa un algoritmo de simulación para construir dendritas virtuales mediante el muestreo de valores de las redes bayesianas. Finalmente, se lleva a cabo una profunda evaluaci ón para verificar la capacidad del modelo a la hora de generar dendritas realistas. En esta primera aproximación, las variables fueron discretizadas para poder aprender y muestrear las redes bayesianas. A continuación, se aborda el problema del aprendizaje de redes bayesianas con diferentes tipos de variables. Las mixturas de polinomios constituyen un método para representar densidades de probabilidad en redes bayesianas híbridas. Presentamos un método para aprender aproximaciones de densidades unidimensionales, multidimensionales y condicionales a partir de datos utilizando mixturas de polinomios. El método se basa en interpolación con splines, que aproxima una densidad como una combinación lineal de splines. Los algoritmos propuestos se evalúan utilizando bases de datos artificiales. Además, las mixturas de polinomios son utilizadas como un método no paramétrico de estimación de densidades para clasificadores basados en redes bayesianas. Después, se estudia el problema de incluir información direccional en redes bayesianas. Este tipo de datos presenta una serie de características especiales que impiden el uso de las técnicas estadísticas clásicas. Por ello, para manejar este tipo de información se deben usar estadísticos y distribuciones de probabilidad específicos, como la distribución univariante von Mises y la distribución multivariante von Mises–Fisher. En concreto, en esta tesis extendemos el clasificador naive Bayes al caso en el que las distribuciones de probabilidad condicionada de las variables predictoras dada la clase siguen alguna de estas distribuciones. Se estudia el caso base, en el que sólo se utilizan variables direccionales, y el caso híbrido, en el que variables discretas, lineales y direccionales aparecen mezcladas. También se estudian los clasificadores desde un punto de vista teórico, derivando sus funciones de decisión y las superficies de decisión asociadas. El comportamiento de los clasificadores se ilustra utilizando bases de datos artificiales. Además, los clasificadores son evaluados empíricamente utilizando bases de datos reales. También se estudia el problema de la clasificación de interneuronas. Desarrollamos una aplicación web que permite a un grupo de expertos clasificar un conjunto de neuronas de acuerdo a sus características morfológicas más destacadas. Se utilizan medidas de concordancia para analizar el consenso entre los expertos a la hora de clasificar las neuronas. Se investiga la idoneidad de los términos anatómicos y de los tipos neuronales utilizados frecuentemente en la literatura a través del análisis de redes bayesianas y la aplicación de algoritmos de clustering. Además, se aplican técnicas de aprendizaje supervisado con el objetivo de clasificar de forma automática las interneuronas a partir de sus valores morfológicos. A continuación, se presenta una metodología para construir un modelo que captura las opiniones de todos los expertos. Primero, se genera una red bayesiana para cada experto y se propone un algoritmo para agrupar las redes bayesianas que se corresponden con expertos con comportamientos similares. Después, se induce una red bayesiana que modela la opinión de cada grupo de expertos. Por último, se construye una multired bayesiana que modela las opiniones del conjunto completo de expertos. El análisis del modelo consensuado permite identificar diferentes comportamientos entre los expertos a la hora de clasificar las neuronas. Además, permite extraer un conjunto de características morfológicas relevantes para cada uno de los tipos neuronales mediante inferencia con la multired bayesiana. Estos descubrimientos se utilizan para validar el modelo y constituyen información relevante acerca de la morfología neuronal. Por último, se estudia un problema de clasificación en el que la etiqueta de clase de los datos de entrenamiento es incierta. En cambio, disponemos de un conjunto de etiquetas para cada instancia. Este problema está inspirado en el problema de la clasificación de neuronas, en el que un grupo de expertos proporciona una etiqueta de clase para cada instancia de manera individual. Se propone un método para aprender redes bayesianas utilizando vectores de cuentas, que representan el número de expertos que seleccionan cada etiqueta de clase para cada instancia. Estas redes bayesianas se evalúan utilizando bases de datos artificiales de problemas de aprendizaje supervisado.

Sistema para cambiar la geometría de un motor

En este proyecto se desarrolla un sistema electrónico para variar la geometría de un motor de un monoplaza que participa en la competición Fórmula SAE. Fórmula SAE es una competición de diseño de monoplazas para estudiantes, organizado por “Society of Automotive Enginners” (SAE). Este concurso busca la innovación tecnológica de la automoción, así como que estudiantes participen en un trabajo real, en el cual el objetivo es obtener resultados competitivos cumpliendo con una serie de requisitos. La variación de la geometría de un motor en un vehículo permite mejorar el rendimiento del monoplaza consiguiendo elevar el par de potencia del motor. Cualquier mejora en del vehículo en un ámbito de competición puede resultar determinante en el desenlace de la misma. El objetivo del proyecto es realizar esta variación mediante el control de la longitud de los tubos de admisión de aire o “runners” del motor de combustión, empleando un motor lineal paso a paso. A partir de la información obtenida por sensores de revoluciones del motor de combustión y la posición del acelerador se debe controlar la distancia de dichos tubos. Integrando este sistema en el bus CAN del vehículo para que comparta la información medida al resto de módulos. Por todo esto se realiza un estudio aclarando los aspectos generales del objetivo del trabajo, para la comprensión del proyecto a realizar, las posibilidades de realización y adquisición de conocimientos para un mejor desarrollo. Se presenta una solución basada en el control del motor lineal paso a paso mediante el microcontrolador PIC32MX795F512-L. Dispositivo del fabricante Microchip con una arquitectura de 32 bits. Este dispone de un módulo CAN integrado y distintos periféricos que se emplean en la medición de los sensores y actuación sobre el motor paso a paso empleando el driver de Texas Instruments DRV8805. Entonces el trabajo se realiza en dos líneas, una parte software de programación del control del sistema, empleando el software de Microchip MPLABX IDE y otra parte hardware de diseño de una PCB y circuitos acondicionadores para la conexión del microcontrolador, con los sensores, driver, motor paso a paso y bus CAN. El software empleado para la realización de la PCB es Orcad9.2/Layout. Para la evaluación de las medidas obtenidas por los sensores y la comprobación del bus CAN se emplea el kit de desarrollo de Microchip, MCP2515 CAN Bus Monitor Demo Board, que permite ver la información en el bus CAN e introducir tramas al mismo. ABSTRACT. This project develops an electronic system to vary the geometry of a car engine which runs the Formula SAE competition. Formula SAE is a design car competition for students, organized by "Society of Automotive Engineers" (SAE). This competition seeks technological innovation in the automotive industry and brings in students to participate in a real job, in which the objective is to obtain competitive results in compliance with certain requirements. Varying engine’s geometry in a vehicle improves car’s performance raising engine output torque. Any improvement in the vehicle in a competition field can be decisive in the outcome of it. The goal of the project is the variation by controlling the length of the air intake pipe or "runners" in a combustion engine, using a linear motor step. For these, uses the information gathered by speed sensors from the combustion engine and by the throttle position to control the distance of these tubes. This system is integrated in the vehicle CAN bus to share the information with the other modules. For all this is made a study to clarify the general aspects of the project in order to understand the activities developed inside the project, the different options available and also, to acquire knowledge for a better development of the project. The solution is based on linear stepper motor control by the microcontroller PIC32MX795F512-L. Device from manufacturer Microchip with a 32-bit architecture. This module has an integrated CAN various peripherals that are used in measuring the performance of the sensors and drives the stepper motor using Texas Instruments DRV8805 driver. Then the work is done in two lines, first, control programming software system using software MPLABX Microchip IDE and, second, hardware design of a PCB and conditioning circuits for connecting the microcontroller, with sensors, driver stepper motor and CAN bus. The software used to carry out the PCB is Orcad9.2/Layout. For the evaluation of the measurements obtained by the sensors and CAN bus checking is used Microchip development kit, MCP2515 CAN Bus Monitor Demo Board, that allows you to see the information on the CAN bus and enter new frames in the bus.

Calidad poscosecha del tomate (Solanum lycopersicum L.) cultivado en sistemas ecológicos de fertilización

Se condujeron cuatro experimentos unifactoriales en condiciones de campo en áreas agrícolas de la Universidad de Granma, en el período comprendido de septiembre/2007 a enero/2010 para determinar el efecto de la aplicación de micorrizas arbusculares, Azotobacter chroococcum y ácidos húmicos sobre la productividad y la calidad poscosecha del tomate (Solanum lycopersicum L.) cv. “Vyta”, sobre un suelo de tipo Fluvisol. La aplicación simple y combinada de las micorrizas arbusculares, el Azotobacter chroococcum y los ácidos húmicos mostró un efecto positivo sobre la productividad de la variedad de tomate estudiada, al obtenerse incrementos significativos de este indicador en comparación con el control (sin aplicación), lográndose los mejores resultados con la combinación Glomus fasciculatum (0,3 kg m-2) + Azotobacter chroococcum (30 L ha-1) + ácidos húmicos (500 mg L-1) con valores de 54,57 t ha-1. Se comprobó además, que los tratamientos con estos bioproductos presentaron contenidos de sólidos solubles totales (SST), carbohidratos solubles totales (CST), vitamina C, porcentaje de materia seca (PMS), firmeza, longitud y anchura de los frutos superiores al control (sin aplicación). Las plantas controles (sin aplicación) significativamente incrementaron la acidez titulable (contenido de ácido cítrico) y la pérdida de peso y redujeron el pH de los frutos del tomate. Los análisis de correlación realizados revelan que existieron correlaciones positivas y significativas entre el contenido de vitamina C, materia seca, sólidos solubles totales, carbohidratos solubles totales, y el pH de los frutos, mientras que la acidez titulable presentó correlaciones negativas y significativas con todas las variables mencionadas anteriormente. Se encontró a su vez un efecto sinérgico en las plantas con la aplicación combinada de estos productos con respecto al control (sin aplicación), expresado en los mayores valores de los parámetros micorrízicos estudiados. ABSTRACT Four unifactorial experiments under field conditions in an agricultural area belonging to the University of Granma from September/2007 to January/2010 aiming to evaluate the effect of arbuscular mycorrhizas, Azotobacter and humic acids on tomato (Solanum lycopersicum L) cv. “Vyta” crop yield and postharvest quality in a Typic Fluvent soil were conducted. The simple and mixed application of arbuscular mycorrhizas, Azotobacter chroococcum and humic acids showed a positive effect on yield and internal postharvest parameters evaluated for the studied tomato variety, achieving significant increases with respect to the control treatment ones. The best results related to crop yield were achieved by combining Glomus fasciculatum (0.3 kg m-2) + Azotobacter chroococcum (30 L ha-1) + humic acids (500 mg L-1) that lead to 54.57 t ha-1. In addition, it was also demonstrated that the treatments under effect of biofertilizers and biostimulants resulted in higher total soluble solids (TSS), total soluble carbohydrates (TSC), vitamin C, dry matter contents (DMC), firmness, length and width of the fruits than the control treatment. The control plants showed significantly increased titrable acidity (citric acid content) and weight loss and reduced pH on the tomato fruits. The conducted correlation analyses revealed that there were significant and positive correlations between vitamin C content, dry matter, total soluble solids, total soluble carbohydrates, and pH of the fruit, while titratable acidity showed significant negative correlations with all variables mentioned above. At the same time, a synergic effect by mixed utilization of these biological products on tomato plants, with respect to control treatment (non-treated), was found regarding the increase of studied mycorrhizal parameters.

Análisis de la aplicación de Soldadura de acero de calidad "A" mediante láser de Neodimio-YAG en construcción naval

El proceso de soldadura por láser desarrollado en los últimos años ha puesto de manifiesto las posibilidades de aplicación de esta tecnología en diferentes sectores productivos, principalmente en la industria automovilística, en la cual se han demostrado sus ventajas en términos de productividad, eficiencia y calidad. El uso de la tecnología láser, ya sea híbrida o pura, reduce el input térmico al limitar la zona afectada por el calor, sin crear deformaciones y, por tanto, disminuye los re-trabajos post-soldadura necesarios para eliminarlas. Asimismo, se aumenta la velocidad de soldadura, incrementando la productividad y calidad de las uniones. En la última década, el uso de láseres híbridos, (láser + arco) de gran potencia de Neodimio YAG, (Nd: YAG) ha sido cada vez más importante. La instalación de este tipo de fuentes de láser sólido de gran potencia ha sido posible en construcción naval debido a sus ventajas con respecto a las instalaciones de láser de C02 existentes en los astilleros que actualmente utilizan esta tecnología. Los láseres de C02 están caracterizados por su gran potencia y la transmisión del haz a través de espejos. En el caso de las fuentes de Nd:YAG, debido a la longitud de onda a la cual se genera el haz láser, su transmisión pueden ser realizada a través de fibra óptica , haciendo posible la utilización del cabezal láser a gran distancia de la fuente, aparte de la alternativa de integrar el cabezal en unidades robotizadas. El proceso láser distribuye el calor aportado de manera uniforme. Las características mecánicas de dichas uniones ponen de manifiesto la adecuación de la soldadura por láser para su uso en construcción naval, cumpliendo los requerimientos exigidos por las Sociedades de Clasificación. La eficiencia energética de los láseres de C02, con porcentajes superiores al 20%, aparte de las ya estudiadas técnicas de su instalación constituyen las razones por las cuales este tipo de láser es el más usado en el ámbito industrial. El láser de gran potencia de Nd: YAG está presente en el mercado desde hace poco tiempo, y por tanto, su precio es relativamente mayor que el de C02, siendo sus costes de mantenimiento, tanto de lámparas como de diodos necesarios para el bombeo del sólido, igualmente mayores que en el caso del C02. En cambio, el efecto de absorción de parte de la energía en el plasma generado durante el proceso no se produce en el caso del láser de Nd: YAG, utilizando parte de esa energía en estabilizar el arco, siendo necesaria menos potencia de la fuente, reduciendo el coste de la inversión. En función de la aplicación industrial, se deberá realizar el análisis de viabilidad económica correspondiente. Dependiendo de la potencia de la fuente y del tipo de láser utilizado, y por tanto de la longitud de onda a la que se propaga la radiación electromagnética, pueden existen riesgos para la salud. El láser de neodimio se propaga en una longitud de onda, relativamente cercana al rango visible, en la cual se pueden producir daños en los ojos de los operadores. Se deberán establecer las medidas preventivas para evitar los riesgos a los que están expuestos dichos operadores en la utilización de este tipo de energía. La utilización del láser de neodimio: YAG ofrece posibilidades de utilización en construcción naval económicamente rentables, debido su productividad y las buenas características mecánicas de las uniones. Abstract The laser welding process development of the last years shows broad application possibilities in many sectors of industry, mostly in automobile production. The advantages of the laser beam process produce higher productivity, increasing the quality and thermal efficiency. Laser technology, arc-hybrid or pure laser welding, reduces thermal input and thus a smaller heat-affected zone at the work piece. This means less weldment distortion which reduces the amount of subsequent post-weld straightening work that needs to be done. A higher welding speed is achieved by use of the arc and the laser beam, increasing productivity and quality of the joining process. In the last decade use of hybrid technology (laser-GMA hybrid method) with high power sources Nd:YAG lasers, gained in importance. The installation of this type of higher power solid state laser is possible in shipbuilding industrial applications due to its advantages compare with the C02 laser sources installed in the shipyards which use this technology. C02 lasers are characterised by high power output and its beam guidance is via inelastic system of mirrors. In the case of Nd:YAG laser, due to its wavelength, the laser beam can be led by means of a flexible optical fibre even across large distances, which allows three dimensional welding jobs by using of robots. Laser beam welding is a process during which the heat is transferred to the welded material uniformly and the features of the process fulfilled the requirements by Classification Societies. So that, its application to the shipbuilding industry should be possible. The high quantum efficiency of C02 laser, which enabled efficiency factors up to 20%, and relative simple technical possibilities of implementation are the reasons for the fact that it is the most important laser in industrial material machining. High power Nd: YAG laser is established on the market since short time, so that its price is relatively high compared with the C02 laser source and its maintenance cost, lamp or diode pumped solid state laser, is also higher than in the case of C02 lasers. Nevertheless effect of plasma shielding does not exist with Nd:YAG lasers, so that for the gas-shielding welding process the optimal gases can be used regarding arc stability, thus power source are saved and the costs can be optimised. Each industrial application carried out needs its cost efficiency analysis. Depending on the power output and laser type, the dangerousness of reflected irradiation, which even in some meters distance, affects for the healthy operators. For the YAG laser process safety arrangements must be set up in order to avoid the laser radiation being absorbed by the human eye. Due to its wavelength of radiation, being relatively close to the visible range, severe damage to the retina of the eye is possible if sufficient precautions are not taken. Safety aspects are of vital importance to be able to shield the operator as well as other personal. The use of Nd:YAG lasers offers interesting and economically attractive applications in shipbuilding industry. Higher joining rates are possible, and very good mechanical/technological parameters can be achieved.