Contribución del tablero y de la subestructura frente al pandeo global de pilas esbeltas de hormigón armado : determinación simplificada de una "coacción equivalente"

Las pilas de los puentes son elementos habitualmente verticales que, generalmente, se encuentran sometidos a un estado de flexión compuesta. Su altura significativa en muchas ocasiones y la gran resistencia de los materiales constituyentes de estos elementos – hormigón y acero – hace que se encuentren pilas de cierta esbeltez en la que los problemas de inestabilidad asociados al cálculo en segundo orden debido a la no linealidad geométrica deben ser considerados. Además, la mayoría de las pilas de nuestros puentes y viaductos están hechas de hormigón armado por lo que se debe considerar la fisuración del hormigón en las zonas en que esté traccionado. Es decir, el estudio del pandeo de pilas esbeltas de puentes requiere también la consideración de un cálculo en segundo orden mecánico, y no solo geométrico. Por otra parte, una pila de un viaducto no es un elemento que pueda considerarse como aislado; al contrario, su conexión con el tablero hace que aparezca una interacción entre la propia pila y aquél que, en cierta medida, supone una cierta coacción al movimiento de la propia cabeza de pila. Esto hace que el estudio de la inestabilidad de una pila esbelta de un puente no puede ser resuelto con la “teoría del pandeo de la pieza aislada”. Se plantea, entonces, la cuestión de intentar definir un procedimiento que permita abordar el problema complicado del pandeo de pilas esbeltas de puentes pero empleando herramientas de cálculo no tan complejas como las que resuelven “el pandeo global de una estructura multibarra, teniendo en cuenta todas las no linealidades, incluidas las de las coacciones”. Es decir, se trata de encontrar un procedimiento, que resulta ser iterativo, que resuelva el problema planteado de forma aproximada, pero suficientemente ajustada al resultado real, pero empleando programas “convencionales” de cálculo que sean capaces de : - por una parte, en la estructura completa: o calcular en régimen elástico lineal una estructura plana o espacial multibarra compleja; - por otra, en un modelo de una sola barra aislada: o considerar las no linealidades geométricas y mecánicas a nivel tensodeformacional, o considerar la no linealidad producida por la fisuración del hormigón, o considerar una coacción “elástica” en el extremo de la pieza. El objeto de este trabajo es precisamente la definición de ese procedimiento iterativo aproximado, la justificación de su validez, mediante su aplicación a diversos casos paramétricos, y la presentación de sus condicionantes y limitaciones. Además, para conseguir estos objetivos se han elaborado unos ábacos de nueva creación que permiten estimar la reducción de rigidez que supone la fisuración del hormigón en secciones huecas monocajón de hormigón armado. También se han creado unos novedosos diagramas de interacción axil-flector válidos para este tipo de secciones en flexión biaxial. Por último, hay que reseñar que otro de los objetivos de este trabajo – que, además, le da título - era cuantificar el valor de la coacción que existe en la cabeza de una pila debido a que el tablero transmite las cargas de una pila al resto de los integrantes de la subestructura y ésta, por tanto, colabora a reducir los movimientos de la cabeza de pila en cuestión. Es decir, la cabeza de una pila no está exenta lo cual mejora su comportamiento frente al pandeo. El régimen de trabajo de esta coacción es claramente no lineal, ya que la rigidez de las pilas depende de su grado de fisuración. Además, también influye cómo las afecta la no linealidad geométrica que, para la misma carga, aumenta la flexión de segundo orden de cada pila. En este documento se define cuánto vale esta coacción, cómo hay que calcularla y se comprueba su ajuste a los resultados obtenidos en el l modelo no lineal completo. The piers of the bridges are vertical elements where axial loads and bending moments are to be considered. They are often high and also the strength of the materials they are made of (concrete and steel) is also high. This means that slender piers are very common and, so, the instabilities produced by the second order effects due to the geometrical non linear effects are to be considered. In addition to this, the piers are usually made of reinforced concrete and, so, the effects of the cracking of the concrete should also be evaluated. That is, the analysis of the instabilities of te piers of a bridge should consider both the mechanical and the geometrical non linearities. Additionally, the pier of a bridge is not a single element, but just the opposite; the connection of the pier to the deck of the bridge means that the movements of the top of the pier are reduced compared to the situation of having a free end at the top of the pier. The connection between the pier and the deck is the reason why the instability of the pier cannot be analysed using “the buckling of a compressed single element method”. So, the question of defining an approximate method for analysing the buckling of the slender piers of a bridge but using a software less complex than what it is needed for analysing the “ global buckling of a multibeam structure considering all t”, is arisen. Then, the goal should be trying to find a procedure for analysing the said complex problem of the buckling of the slender piers of a bridge using a simplified method. This method could be an iterative (step by step) procedure, being accurate enough, using “normal” software having the following capabilities: - Related to the calculation of the global structure o Ability for calculating a multibesam strucutre using elastic analysis. - Related to the calculation of a single beam strcuture:: o Ability for taking into account the geometrical and mechanical () non linearities o Ability for taking into account the cracking of the concrete. o Ability for using partial stiff constraints (elastic springs) at the end of the elements One of the objectives of this document is just defining this simplified methodology, justifying the accuracy of the proposed procedure by using it on some different bridges and presenting the exclusions and limitations of the propose method. In addition to this, some new charts have been created for calculating the reduction of the stiffness of hollow cross sections made of reinforced concrete. Also, new charts for calculating the reinforcing of hollow cross sections under biaxial bending moments are also included in the document. Finally, it is to be said that another aim of the document – as it is stated on the title on the document – is defining the value of the constraint on the top of the pier because of the connection of the pier to the deck .. and to the other piers. That is, the top of the pier is not a free end of a beam and so the buckling resistance of the pier is significantly improved. This constraint is a non-elastic constraint because the stiffness of each pier depends on the level of cracking. Additionally, the geometrical non linearity is to be considered as there is an amplification of the bending moments due to the increasing of the movements of the top of the pier. This document is defining how this constraints is to be calculated; also the accuracy of the calculations is evaluated comparing the final results with the results of the complete non linear calculations

Estudio teórico-práctico de la célula de combustible. Caracterización eléctrica y mejoras en la gestión del agua a partir de nuevos materiales.

Uno de los principales retos de la sociedad actual es la evolución de sectores como el energético y el de la automoción a un modelo sostenible, responsable con el medio ambiente y con la salud de los ciudadanos. Una de las posibles alternativas, es la célula de combustible de hidrógeno, que transforma la energía química del combustible (hidrógeno) en corriente continua de forma limpia y eficiente. De entre todos los tipos de célula, gana especial relevancia la célula de membrana polimérica (PEM), que por sus características de peso, temperatura de trabajo y simplicidad; se presenta como una gran alternativa para el sector de la automoción entre otros. Por ello, el objetivo de este trabajo es ahondar en el conocimiento de la célula de combustible PEM. Se estudiarán los fundamentos teóricos que permitan comprender su funcionamiento, el papel de cada uno de los elementos de la célula y cómo varían sus características el funcionamiento general de la misma. También se estudiará la caracterización eléctrica, por su papel crucial en la evaluación del desempeño de la célula y para la comparación de modificaciones introducidas en ella. Además, se realizará una aplicación práctica en colaboración con los proyectos de fin de máster y doctorado de otros estudiantes del Politécnico de Milán, para implementar las técnicas aprendidas de caracterización eléctrica en una célula trabajando con diferentes tipos de láminas de difusión gaseosa (GDL y GDM) preparadas por estudiantes. Los resultados de la caracterización, permitirán analizar las virtudes de dos modificaciones en la composición clásica de la célula, con el fin de mejorar la gestión del agua que se produce en la zona catódica durante la reacción, disminuyendo los problemas de difusión a altas densidades de corriente y la consiguiente pérdida de potencial en la célula. Las dos modificaciones son: la inclusión de una lámina de difusión microporosa (MPL) a la lámina macroporosa habitual (GDL), y el uso de diversos polímeros con mejores propiedades hidrófobas en el tratamiento de dichas láminas de difusión. La célula de combustible es un sistema de conversión de energía electroquímico, en el que se trasforma de forma directa, energía química en energía eléctrica de corriente continua. En el catalizador de platino del ánodo se produce la descomposición de los átomos de hidrógeno. Los protones resultantes viajarán a través de la membrana de conducción protónica (que hace las veces de electrolito y supone el alma de la célula PEM) hasta el cátodo. Los electrones, en cambio, alcanzarán el cátodo a través de un circuito externo produciendo trabajo. Una vez ambas especies se encuentran en el cátodo, y junto con el oxígeno que sirve como oxidante, se completa la reacción, produciéndose agua. El estudio termodinámico de la reacción que se produce en la célula nos permite calcular el trabajo eléctrico teórico producido por el movimiento de cargas a través del circuito externo, y con él, una expresión del potencial teórico que presentará la célula, que variará con la temperatura y la presión; Para una temperatura de 25°C, este potencial teórico es de 1.23 V, sin embargo, el potencial de la célula en funcionamiento nunca presenta este valor. El alejamiento del comportamiento teórico se debe, principalmente, a tres tipos de pérdidas bien diferenciadas:  Pérdidas de activación: El potencial teórico representa la tensión de equilibrio, para la que no se produce un intercambio neto de corriente. Por tanto, la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo debe alejarse del valor teórico para obtener una corriente neta a través del circuito externo. Esta diferencia con el potencial teórico se denomina polarización de activación, y conlleva una pérdida de tensión en la célula. Así pues estas pérdidas tienen su origen en la cinética de la reacción electroquímica.  Pérdidas óhmicas: Es una suma de las resistencias eléctricas en los elementos conductores, la resistencia en la membrana electrolítica a la conducción iónica y las resistencias de contacto.  Pérdidas por concentración: Estas pérdidas se producen cuando los gases reactivos en el área activa son consumidos en un tiempo menor del necesario para ser repuestos. Este fenómeno es crítico a altas densidades de corriente, cuando los gases reactivos son consumidos con gran velocidad, por lo que el descenso de concentración de reactivos en los electrodos puede provocar una caída súbita de la tensión de la célula. La densidad de corriente para la cual se produce esta caída de potencial en unas condiciones determinadas se denomina densidad límite de corriente. Así pues, estas pérdidas tienen su origen en los límites de difusión de las especies reactivas a través de la célula. Además de la membrana electrolítica y el catalizador, en la célula de combustible podemos encontrar como principales componentes los platos bipolares, encargados de conectar la célula eléctricamente con el exterior y de introducir los gases reactivos a través de sus conductos; y las láminas difusivas, que conectan eléctricamente el catalizador con los platos bipolares y sirven para distribuir los gases reactivos de forma que lleguen a todo el área activa, y para evacuar el exceso de agua que se acumula en el área activa.La lámina difusiva, más conocida como GDL, será el argumento principal de nuestro estudio. Está conformada por un tejido de fibra de carbono macroporosa, que asegure el contacto eléctrico entre el catalizador y el plato bipolar, y es tratada con polímeros para proporcionarle propiedades hidrófobas que le ayuden en la evacuación de agua. La evacuación del agua es tan importante, especialmente en el cátodo, porque de lo contrario, la cantidad de agua generada por la reacción electroquímica, sumada a la humedad que portan los gases, puede provocar inundaciones en la zona activa del electrodo. Debido a las inundaciones, el agua obstruye los poros del GDL, dificultando la difusión de especies gaseosas y aumentando las pérdidas por concentración. Por otra parte, si demasiada agua se evacúa del electrodo, se puede producir un aumento de las pérdidas óhmicas, ya que la conductividad protónica de la membrana polimérica, es directamente proporcional a su nivel de humidificación. Con el fin de mejorar la gestión del agua de la célula de combustible, se ha añadido una capa microporosa denominada MPL al lado activo del GDL. Esta capa, constituida por una mezcla de negro de carbón con el polímero hidrófobo como aglutinante, otorga al GDL un mejor acabado superficial que reduce la resistencia de contacto con el electrodo, además la reducción del tamaño de las gotas de agua al pasar por el MPL mejora la difusión gaseosa por la disminución de obstrucciones en el GDL. Es importante tener cuidado en los tratamientos de hidrofobización de estos dos elementos, ya que, cantidades excesivas de polímero hidrófobo podrían reducir demasiado el tamaño de los poros, además de aumentar las pérdidas resistivas por su marcado carácter dieléctrico. Para el correcto análisis del funcionamiento de una célula de combustible, la herramienta fundamental es su caracterización eléctrica a partir de la curva de polarización. Esta curva representa la evolución del potencial de la célula respecto de la densidad de corriente, y su forma viene determinada principalmente por la contribución de las tres pérdidas mencionadas anteriormente. Junto con la curva de polarización, en ocasiones se presenta la curva de densidad de potencia, que se obtiene a partir de la misma. De forma complementaria a la curva de polarización, se puede realizar el estudio del circuito equivalente de la célula de combustible. Este consiste en un circuito eléctrico sencillo, que simula las caídas de potencial en la célula a través de elementos como resistencias y capacitancias. Estos elementos representas pérdidas y limitaciones en los procesos químicos y físicos en la célula. Para la obtención de este circuito equivalente, se realiza una espectroscopia de impedancia electroquímica (en adelante EIS), que consiste en la identificación de los diferentes elementos a partir de los espectros de impedancia, resultantes de introducir señales de corriente alternas sinusoidales de frecuencia variable en la célula y observar la respuesta en la tensión. En la siguiente imagen se puede observar un ejemplo de la identificación de los parámetros del circuito equivalente en un espectro de impedancia. Al final del trabajo, se han realizado dos aplicaciones prácticas para comprobar la influencia de las características hidrófobas y morfológicas de los medios difusores en la gestión del agua en el cátodo y, por tanto, en el resultado eléctrico de la célula; y como aplicación práctica de las técnicas de construcción y análisis de las curvas de polarización y potencia y de la espectroscopia de impedancia electroquímica. El primer estudio práctico ha consistido en comprobar los beneficios de la inclusión de un MPL al GDL. Para ello se han caracterizado células funcionando con GDL y GDM (GDL+MPL) tratados con dos tipos diferentes de polímeros, PTFE y PFPE. Además se han realizado las pruebas para diferentes condiciones de funcionamiento, a saber, temperaturas de 60 y 80°C y niveles de humidificación relativa de los gases reactivos de 80%-60% y 80%- 100% (A-C). Se ha comprobado con las curvas de polarización y potencia, cómo la inclusión de un MPL en el lado activo del GDL reporta una mejora del funcionamiento de trabajo en todas las condiciones estudiadas. Esta mejora se hace más patente para altas densidades de corriente, cuando la gestión del agua resulta más crítica, y a bajas temperaturas ya que un menor porcentaje del agua producida se encuentra en estado de vapor, produciéndose inundaciones con mayor facilidad. El segundo estudio realizado trata de la influencia del agente hidrofobizante utilizado en los GDMs. Se pretende comprobar si algún otro polímero de los estudiados, mejora las prestaciones del comúnmente utilizado PTFE. Para ello se han caracterizado células trabajando en diferentes condiciones de trabajo (análogas a las del primer estudio) con GDMs tratados con PTFE, PFPE, FEP y PFA. Tras el análisis de las curvas de polarización y potencia, se observa un gran comportamiento del FEP para todas las condiciones de trabajo, aumentando el potencial de la célula para cada densidad de corriente respecto al PTFE y retrasando la densidad de corriente límite. El PFPE también demuestra un gran aumento del potencial y la densidad de potencia de la célula, aunque presenta mayores problemas de difusión a altas densidades de corriente. Los resultados del PFA evidencian sus problemas en la gestión del agua a altas densidades de corriente, especialmente para altas temperaturas. El análisis de los espectros de impedancia obtenidos con la EIS confirma los resultados de las curvas de polarización y evidencian que la mejor alternativa al PTFE para el tratamiento del GDM es el FEP, que por sus mejores características hidrófobas reduce las pérdidas por concentración con una mejor gestión del agua en el cátodo.

Producción de Hidrógeno mediante energía solar térmica de alta temperatura.

Este proyecto versa sobre el estudio y diseño de una central termosolar de torre central, así como de su rendimiento y producción. La característica especial de esta planta es que tiene como fin suministrar calor a un proceso químico: cracking térmico del metano para la producción de hidrógeno. Debido a que el cracking térmico tiene lugar en el interior de un tanque de metal líquido (reactor químico) y al peso del mismo, resulta conveniente dejar el reactor a nivel de suelo. Así pues, los rayos solares tienen que descender desde la parte superior de la torre hasta el reactor. Los rayos solares se reflejan en los heliostatos para volver a ser reflejados en la parte superior de la torre, donde hay otro espejo que conduce los rayos solares hasta el reactor. La localización elegida para realizar el estudio ha sido Tabernas, cerca de la Plataforma Solar de Almería (PSA). De la estación SIAR (Sistema de Información Agroclimática para el Regadío del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente del Gobierno de España). de Tabernas precisamente se han obtenido los datos de radiación global, y mediante una correlación kd-kt, se ha obtenido la radiación directa. Para el estudio de la energía aportada por el campo solar, se ha elegido un campo norte de heliostatos, debido a que un campo circular además de tener menor rendimiento en este proyecto no sería factible. Los heliostatos considerados son cuadrados de 11 x 11 m. Estos heliostatos apuntan hacia el punto (0, 0, 100) m en el sistema de coordenadas absoluto considerado para el proyecto, que coincide con una altura a 100 m en el centro interior de la torre. Este punto es uno de los focos del elipsoide virtual, del cual forma parte el reflector (espejo situado en la parte superior) y cuyo otro foco se sitúa en la parte superior del receptor (reactor), cuyo fin es dirigir los rayos hacia el reactor, como se ha indicado. Una vez definido el proyecto, se lleva a cabo un dimensionado del campo solar, con el cual puede obtenerse un campo de heliostatos. Tras realizar la simulación, se obtienen datos instantáneos y medios. A modo de ejemplo, se incluye el rendimiento por bloqueos y sombras a las 9 h de la mañana en enero, donde puede observarse que la sombra de la torre tiene una alta importancia sobre los heliostatos situados en la zona oeste. Del mismo modo, se han obtenido los datos de incidencia de los rayos solares sobre el receptor, de forma que puede caracterizarse la incidencia del flujo térmico sobre el mismo mediante un mallado. A continuación se incluye una imagen del número de rayos solares que inciden sobre el receptor a las 12 h en junio. Las conclusiones que pueden extraerse del proyecto son:  El rendimiento anual de la planta es del 26 %.  La producción anual de hidrógeno sería de 163,7 t.  Para mayores potencias de plantas el rendimiento por sombras y bloqueos sería menor, al igual que el asociado al efecto coseno, a la dispersión y absorción atmosférica y al factor de interceptación.  Para reducir el efecto del tamaño en los dos primeros rendimientos mencionados en el párrafo anterior podría elevarse la altura de la torre.  Para aumentar el factor de interceptación podría estudiarse la colocación de espejos en el interior de la torre, de modo que reflejasen los rayos solares hasta el receptor.

Hidrodinamica de planeadores submarinos y su impacto en la funcionalidad de sensores CTD

Los recientes desarrollos tecnológicos permiten la transición de la oceanografía observacional desde un concepto basado en buques a uno basado en sistemas autónomos en red. Este último, propone que la forma más eficiente y efectiva de observar el océano es con una red de plataformas autónomas distribuidas espacialmente y complementadas con sistemas de medición remota. Debido a su maniobrabilidad y autonomía, los planeadores submarinos están jugando un papel relevante en este concepto de observaciones en red. Los planeadores submarinos fueron específicamente diseñados para muestrear vastas zonas del océano. Estos son robots con forma de torpedo que hacen uso de su forma hidrodinámica, alas y cambios de flotabilidad para generar movimientos horizontales y verticales en la columna de agua. Un sensor que mide conductividad, temperatura y profundidad (CTD) constituye un equipamiento estándar en la plataforma. Esto se debe a que ciertas variables dinámicas del Océano se pueden derivar de la temperatura, profundidad y salinidad. Esta última se puede estimar a partir de las medidas de temperatura y conductividad. La integración de sensores CTD en planeadores submarinos no esta exenta de desafíos. Uno de ellos está relacionado con la precisión de los valores de salinidad derivados de las muestras de temperatura y conductividad. Específicamente, las estimaciones de salinidad están significativamente degradadas por el retardo térmico existente, entre la temperatura medida y la temperatura real dentro de la celda de conductividad del sensor. Esta deficiencia depende de las particularidades del flujo de entrada al sensor, su geometría y, también se ha postulado, del calor acumulado en las capas de aislamiento externo del sensor. Los efectos del retardo térmico se suelen mitigar mediante el control del flujo de entrada al sensor. Esto se obtiene generalmente mediante el bombeo de agua a través del sensor o manteniendo constante y conocida su velocidad. Aunque recientemente se han incorporado sistemas de bombeo en los CTDs a bordo de los planeadores submarinos, todavía existen plataformas equipadas con CTDs sin dichos sistemas. En estos casos, la estimación de la salinidad supone condiciones de flujo de entrada al sensor, razonablemente controladas e imperturbadas. Esta Tesis investiga el impacto, si existe, que la hidrodinámica de los planeadores submarinos pudiera tener en la eficiencia de los sensores CTD. Específicamente, se investiga primero la localización del sensor CTD (externo al fuselaje) relativa a la capa límite desarrollada a lo largo del cuerpo del planeador. Esto se lleva a cabo mediante la utilización de un modelo acoplado de fluido no viscoso con un modelo de capa límite implementado por el autor, así como mediante un programa comercial de dinámica de fluidos computacional (CFD). Los resultados indican, en ambos casos, que el sensor CTD se encuentra fuera de la capa límite, siendo las condiciones del flujo de entrada las mismas que las del flujo sin perturbar. Todavía, la velocidad del flujo de entrada al sensor CTD es la velocidad de la plataforma, la cual depende de su hidrodinámica. Por tal motivo, la investigación se ha extendido para averiguar el efecto que la velocidad de la plataforma tiene en la eficiencia del sensor CTD. Con este propósito, se ha desarrollado un modelo en elementos finitos del comportamiento hidrodinámico y térmico del flujo dentro del CTD. Los resultados numéricos indican que el retardo térmico, atribuidos originalmente a la acumulación de calor en la estructura del sensor, se debe fundamentalmente a la interacción del flujo que atraviesa la celda de conductividad con la geometría interna de la misma. Esta interacción es distinta a distintas velocidades del planeador submarino. Específicamente, a velocidades bajas del planeador (0.2 m/s), la mezcla del flujo entrante con las masas de agua remanentes en el interior de la celda, se ralentiza debido a la generación de remolinos. Se obtienen entonces desviaciones significantes entre la salinidad real y aquella estimada. En cambio, a velocidades más altas del planeador (0.4 m/s) los procesos de mezcla se incrementan debido a la turbulencia e inestabilidades. En consecuencia, la respuesta del sensor CTD es mas rápida y las estimaciones de la salinidad mas precisas que en el caso anterior. Para completar el trabajo, los resultados numéricos se han validado con pruebas experimentales. Específicamente, se ha construido un modelo a escala del sensor CTD para obtener la confirmación experimental de los modelos numéricos. Haciendo uso del principio de similaridad de la dinámica que gobierna los fluidos incompresibles, los experimentos se han realizado con flujos de aire. Esto simplifica significativamente la puesta experimental y facilita su realización en condiciones con medios limitados. Las pruebas experimentales han confirmado cualitativamente los resultados numéricos. Más aun, se sugiere en esta Tesis que la respuesta del sensor CTD mejoraría significativamente añadiendo un generador de turbulencia en localizaciones adecuadas al interno de la celda de conductividad. ABSTRACT Recent technological developments allow the transition of observational oceanography from a ship-based to a networking concept. The latter suggests that the most efficient and effective way to observe the Ocean is through a fleet of spatially distributed autonomous platforms complemented by remote sensing. Due to their maneuverability, autonomy and endurance at sea, underwater gliders are already playing a significant role in this networking observational approach. Underwater gliders were specifically designed to sample vast areas of the Ocean. These are robots with a torpedo shape that make use of their hydrodynamic shape, wings and buoyancy changes to induce horizontal and vertical motions through the water column. A sensor to measure the conductivity, temperature and depth (CTD) is a standard payload of this platform. This is because certain ocean dynamic variables can be derived from temperature, depth and salinity. The latter can be inferred from measurements of temperature and conductivity. Integrating CTD sensors in glider platforms is not exempted of challenges. One of them, concerns to the accuracy of the salinity values derived from the sampled conductivity and temperature. Specifically, salinity estimates are significantly degraded by the thermal lag response existing between the measured temperature and the real temperature inside the conductivity cell of the sensor. This deficiency depends on the particularities of the inflow to the sensor, its geometry and, it has also been hypothesized, on the heat accumulated by the sensor coating layers. The effects of thermal lag are usually mitigated by controlling the inflow conditions through the sensor. Controlling inflow conditions is usually achieved by pumping the water through the sensor or by keeping constant and known its diving speed. Although pumping systems have been recently implemented in CTD sensors on board gliders, there are still platforms with unpumped CTDs. In the latter case, salinity estimates rely on assuming reasonable controlled and unperturbed flow conditions at the CTD sensor. This Thesis investigates the impact, if any, that glider hydrodynamics may have on the performance of onboard CTDs. Specifically, the location of the CTD sensor (external to the hull) relative to the boundary layer developed along the glider fuselage, is first investigated. This is done, initially, by applying a coupled inviscid-boundary layer model developed by the author, and later by using a commercial software for computational fluid dynamics (CFD). Results indicate, in both cases, that the CTD sensor is out of the boundary layer, being its inflow conditions those of the free stream. Still, the inflow speed to the CTD sensor is the speed of the platform, which largely depends on its hydrodynamic setup. For this reason, the research has been further extended to investigate the effect of the platform speed on the performance of the CTD sensor. A finite element model of the hydrodynamic and thermal behavior of the flow inside the CTD sensor, is developed for this purpose. Numerical results suggest that the thermal lag effect is mostly due to the interaction of the flow through the conductivity cell and its geometry. This interaction is different at different speeds of the glider. Specifically, at low glider speeds (0.2 m/s), the mixing of recent and old waters inside the conductivity cell is slowed down by the generation of coherent eddy structures. Significant departures between real and estimated values of the salinity are found. Instead, mixing is enhanced by turbulence and instabilities for high glider speeds (0.4 m/s). As a result, the thermal response of the CTD sensor is faster and the salinity estimates more accurate than for the low speed case. For completeness, numerical results have been validated against model tests. Specifically, a scaled model of the CTD sensor was built to obtain experimental confirmation of the numerical results. Making use of the similarity principle of the dynamics governing incompressible fluids, experiments are carried out with air flows. This significantly simplifies the experimental setup and facilitates its realization in a limited resource condition. Model tests qualitatively confirm the numerical findings. Moreover, it is suggested in this Thesis that the response of the CTD sensor would be significantly improved by adding small turbulators at adequate locations inside the conductivity cell.

1950 En torno al Museo Louisiana 1970

La tesis “1950 En torno al Museo Louisiana 1970” analiza varias obras relacionadas con el espacio doméstico, que se realizaron entre 1950 y 1970 en Dinamarca, un periodo de esplendor de la Arquitectura Moderna. Tras el aislamiento y restricciones del conflicto bélico que asoló Europa, los jóvenes arquitectos daneses, estaban deseosos por experimentar nuevas ideas de procedencia internacional, favorecidos por diferentes circunstancias, encuentran el mejor campo de ensayo en el espacio doméstico. La mejor arquitectura doméstica en Dinamarca, de aquel periodo, debe entenderse como un sistema compuesto por diferentes autores, que tienen en común muchas más similitudes que diferencias, se complementan unos a otros. Para la comprensión y el entendimiento de ello se hace necesario el estudio de varias figuras y edificios, que completen este sistema cuya investigación está escasamente desarrollada. La tesis propone un viaje para conocer los nombres de algunos de sus protagonistas, que mostraron con su trabajo, que tradición y vanguardia no estarán reñidas. El objetivo es desvelar las claves de la Modernidad Danesa, reconocer, descubrir y recuperar el legado de algunos de sus protagonistas en el ámbito doméstico, cuya lección se considera de total actualidad. Una arquitectura que asume las aportaciones extranjeras con moderación y crítica, cuya íntima relación con la tradición arquitectónica y la artesanía propias, será una de sus notas especiales. Del estudio contrastado de varios proyectos y versiones, se obtienen valores comunes entre sus autores, al igual que se descubren sus afinidades o diferencias respecto a los mismos asuntos; que permitirán comprender sus actuaciones según las referencias e influencias, y definir las variables que configuran sus espacios arquitectónicos. La línea de conexión entre los edificios elegidos será su particular relación con la naturaleza y el lugar en que se integran. La fachada, lugar donde se negociará la relación entre el interior y el paisaje, será un elemento entendido de un modo diferente en cada uno de ellos, una relación que se extenderá en todas ellas, más allá de su perímetro. La investigación se ha estructurado en seis capítulos, que van precedidos de una Introducción. En el capítulo primero, se estudian y se señalan los antecedentes, las figuras y edificios más relevantes de la Tradición Danesa, para la comprensión y el esclarecimiento de algunas de las claves de su Modernidad en el campo de la Arquitectura, que se produce con una clara intención de encontrar su propia identidad y expresión. Esta Modernidad floreciente se caracteriza por la asimilación de otras culturas extranjeras desde la moderación, con un punto de vista crítico, y encuentra sus raíces ancladas a la tradición arquitectónica y la artesanía propia, que fragua en la aparición de un ideal común con enorme personalidad y que hoy se valora como una auténtica aportación de una cultura considerada entonces periférica. Se mostrará el debate y el camino seguido por las generaciones anteriores, a las obras análizadas. Las sensibilidades por lo vernáculo y lo clásico, que aparentemente son contradictorias, dominaran el debate con la misma veracidad y respetabilidad. La llamada tercera generación por Sigfried Giedion reanudará la práctica entre lo clásico y lo vernáculo, apoyados en el espíritu del trabajo artesanal y de la tradición, con el objetivo de conocer del acto arquitectónico su “la verdad” y “la esencia original”. El capítulo segundo, analiza la casa Varming, de 1953, situada en un área residencial de Gentofte, por Eva y Nils Koppel, que reinterpreta la visión de Asplund de un paisaje interior continuación del exterior, donde rompen la caja de ladrillo macizo convencional propia de los años 30. Es el ejemplo más poderoso de la unión de tradición e innovación en su obra residencial. Sus formas sobrias entre el Funcionalismo Danés y la Modernidad se singularizarán por su abstracción y volúmenes limpios que acentúan el efecto de su geometría, prismática y brutalista. El desplazamiento de los cuerpos que lo componen, unos sobre otros, generan un ritmo, que se producirá a otras escalas, ello unido a las variaciones de sus formas y a la elección de sus materiales, ladrillo y madera, le confieren a la casa un carácter orgánico. El edificio se ancla a la tierra resolviéndose en diferentes niveles tras el estudio del lugar y su topografía. El resultado es una versión construida del paisaje, en la cual el edificio da forma al lugar y ensalza la experiencia del escenario natural. La unidad de las estructuras primitivas, parece estar presente. Constituye un ejemplo de la “La idea de Promenade de Asplund”, el proyecto ofrece diferentes recorridos, permitiendo su propia vivencia de la casa, que ofrece la posibilidad vital de decidir. El capítulo tercero trata sobre el pabellón de invitados de Niels Bohr de 1957, situado un área boscosa, en Tisvilde Hegn, fue el primer edificio del arquitecto danés Vilhelm Wohlert. Arraigado a la Tradición Danesa, representa una renovación basada en la absorción de influencias extranjeras: la Arquitectura Americana y la Tradición Japonesa. La caja de madera, posada sobre un terreno horizontal, tiene el carácter sensible de un organismo vivo, siempre cambiante según las variaciones de luz del día o temperatura. Cuando se abre, crea una prolongación del espacio interior, que se extiende a la naturaleza circundante, y se expande hacia el espacio exterior, permitiendo su movilización. Se establece una arquitectura de flujos. Hay un interés por la materia, su textura y el efecto emocional que emana. Las proporciones y dimensiones del edificio están reguladas por un módulo, que se ajusta a la medida del hombre, destacando la gran unidad del edificio. La llave se su efecto estético está en su armonía y equilibrio, que transmiten serenidad y belleza. El encuentro con la naturaleza es la lección más básica del proyecto, donde un mundo de relaciones es amable al ser humano. El capítulo cuarto, analiza el proyecto del Museo Louisiana de 1958, en Humlebæk, primer proyecto de la pareja de arquitectos daneses Jørgen Bo y Vilhelm Wohlert. La experiencia en California de Wohlert donde será visitado por Bo, será trascendental para el desarrollo de Louisiana, donde la identidad Danesa se fusiona con la asimilación de otras culturas, la arquitectura de Frank Lloyd Wright, la del área de la Bahía y la Tradición Japonesa principalmente. La idea del proyecto es la de una obra de arte integral: arquitectura, arte y paisaje, coexistirían en un mismo lugar. Diferentes recursos realzarán su carácter residencial, como el uso de los materiales propios de un entorno doméstico, la realización a la escala del hombre, el modo de usar la iluminación. Cubiertas planas que muestran su artificialidad, parecen flotar sobre galerías acristaladas, acentuarán la fuerza del plano horizontal y establecerán un recorrido en zig-zag de marcado ritmo acompasado. Ritmo que tiene que ver con la encarnación del pulso de la naturaleza, que se acompaña de juegos de luz, y de otras vibraciones materiales a diferentes escalas, imagen, que encuentra una analogía semejante en la cultura japonesa. Todo se coordina con la trama estructural, que conlleva a una construcción y proporción disciplinada. Louisiana atiende al principio de crecimiento de la naturaleza, con la que su conexión es profunda. Hay un dinamismo expresado por el despliegue del edificio, que evoca a algunos proyectos de la Tradición Japonesa. Los blancos muros tienen su propia identidad como formas en sí mismas, avanzan prolongándose fuera de la línea del vidrio, se mueven libremente siguiendo el orden estructural, acompañando al espacio que fluye, en contacto directo con la naturaleza que está en un continuo estado de flujos. Se da todo un mundo de relaciones, donde existe un dialogo entre el paisaje, arte y arquitectura. El capítulo quinto, se dedica a analizar la segunda casa del arquitecto danés Halldor Gunnløgsson, de 1959. Evoca a la Arquitectura Japonesa y Americana, pero es principalmente resultado de una fuerte voluntad y disciplina artística personal. La cubierta, plana, suspendida sobre una gran plataforma pavimentada, que continúa la sección del terreno construyendo de lugar, tiene una gran presencia y arroja una profunda sombra bajo ella. En el interior un espacio único, que se puede dividir eventualmente, discurre en torno a un cuerpo central. El espacio libre fluye, extendiéndose a través de la transparencia de sus ventanales a dos espacios contrapuestos: un patio ajardinado íntimo, que inspira calma y sosiego; y la naturaleza salvaje del mar que proyecta el color del cielo, ambos en constante estado de cambio. El proyecto se elabora de un modo rigurosamente formal, existiendo al mismo tiempo un perfecto equilibrio entre la abstracción de su estructura y su programa. La estructura de madera cuyo orden se extiende más allá de los límites de su perímetro, está formada por pórticos completos como elementos libres, queda expuesta, guardando una estrecha relación con el concepto de modernidad de Mies, equivalente a la arquitectura clásica. La preocupación por el efecto estético es máxima, nada es improvisado. Pero además la combinación de materiales y el juego de las texturas hay una cualidad táctil, cierto erotismo, que flota alrededor de ella. La precisión constructiva y su refinamiento se acercan a Mies. La experiencia del espacio arquitectónico es una vivencia global. La influencia de la arquitectura japonesa, es más conceptual que formal, revelada en un respeto por la naturaleza, la búsqueda del refinamiento a través de la moderación, la eliminación de los objetos innecesarios que distraen de la experiencia del lugar y la preocupación por la luz y la sombra, donde se establece cierto paralelismo con el oscuro mundo del invierno nórdico. Hay un entendimiento de que el espacio, en lugar de ser un objeto inmaterial definido por superficies materiales se entiende como interacciones dinámicas. El capítulo sexto. Propone un viaje para conocer algunas de las viviendas unifamiliares más interesantes que se construyeron en el periodo, que forman parte del sistema investigado. Del estudio comparado y orientado en varios temas, se obtienen diversa conclusiones propias del sistema estudiado. La maestría de la sustancia y la forma será una característica distintiva en Dinamarca, se demuestra que hay un acercamiento a la cultura de Oriente, conceptual y formal, y unos intereses comunes con cierta arquitectura Americana. Su lección nos sensibiliza hacia un sentido fortalecido de proporción, escala, materialidad, textura y peso, densidad del espacio, se valora lo táctil y lo visual, hay una sensibilidad hacia la naturaleza, hacia lo humano, hacia el paisaje, la integridad de la obra. ABSTRACT The thesis “1950 around the Louisiana Museum 1970” analyses several works related to domestic space, which were carried out between 1950 and 1970 in Denmark, a golden age of modern architecture. After the isolation and limitations brought about by the war that blighted Europe, young Danish architects were keen to experiment with ideas of an international origin, encouraged by different circumstances. They find the best field of rehearsal to be the domestic space. The best architecture of that period in Denmark should be understood as a system composed of different authors, who have in common with each other many more similarities than differences, thus complimenting each other. In the interests of understanding, the study of a range of figures and buildings is necessary so that this system, the research of which is still in its infancy, can be completed. The thesis proposes a journey of discovery through the names of some of those protagonists who were showcased through their work so that tradition and avant- garde could go hand in hand. The objective is to unveil the keys to Danish Modernity; to recognise, discover and revive the legacy of some of its protagonists in the domestic field whose lessons are seen as entirely of the present. For an architect, the taking on of modern contributions with both moderation and caution, with its intimate relationship with architectural tradition and its own craft, will be one of his hallmarks. With the study set against several projects and versions, one can derive common values among their authors. In the same way their affinities and differences in respect of the same issue emerge. This will allow an understanding of their measures in line with references and influences and enable the defining of the variables of their architectural spaces. The common line between the buildings selected will be their particular relationship with nature and the space with which they integrate. The façade, the place where the relationship between the interior and the landscape would be negotiated, wouldl be the discriminating element in a distinct way for each one of them. It is through each of these facades that this relationship would extend, and far beyond their physical perimeter. The investigation has been structured into six chapters, preceded by an introduction. The first chapter outlines and analyses the backgrounds, figures and buildings most relevant to the Danish Tradition. This is to facilitate the understanding and elucidation of some of the keys to its modernity in the field of architecture, which came about with the clear intention to discover its own identity and expression. This thriving modernity is characterized by its moderate assimilation with foreign cultures with a critical eye, and finds its roots anchored in architectural tradition and its own handcraft. It is forged in the emergence of a common ideal of enormous personality which today has come to be valued as an authentic contribution to the sphere from a culture that was formerly seen as on the peripheries. What will be demonstrated is the path taken by previous generations to these works and the debate that surrounds them. The sensibilities for both the vernacular and the classic, which at first glance may seem contradictory, will dominate the debate with the same veracity and respectability. The so-called third generation of Sigfried Giedion will revive the process between the classic and the vernacular, supported in spirit by the handcraft work and by tradition, with the objective of discovering the “truth” and the “original essence” of the architectural act. The second chapter analyzes the Varming house, built by Eva and Nils Koppel 1953, which is situated in a residential area of Gentofte. This reinterprets Asplund’s vision of an interior landscape extending to the exterior, where we see a break with the conventional sturdy brick shell of the 1930s. It is the most powerful example of the union of tradition and innovation in his their residential work. Their sober forms caught between Danish Functionalism and modernity are characterized by their abstraction and clean shapes which accentuate their prismatic and brutal geometry, The displacement of the parts of which they are composed, one over the other, generate a rhythm. This is produced to varying scales and is closely linked to its forms and the selection of materials – brick and wood – that confer an organic character to the house. The building is anchored to the earth, finding solution at different levels through the study of place and topography. The result is an adaption constructed out of the landscape, in which the building gives form to the place and celebrates the experience of the natural setting. The unity of primitive structures appears to be present. It constitutes an example of “Asplund’s Promenade Idea”. Different routes of exploration within are available to the visitor, allowing for one’s own personal experience of the house, allowing in turn for the vital chance to decide. The third chapter deals with Niels Bohr’s guest pavilion. Built in 1957, it is situated in a wooded area of Tisvilde Hegn and was the architect Vilhelm Wohlert’s first building. Rooted in the Danish Tradition, it represents a renewal based on the absorption of foreign influences: American architecture and the Japanese tradition. The wooden box, perched atop a horizontal terrain, possesses the sensitive character of the living organism, ever-changing in accordance with the variations in daylight and temperature. When opened up, it creates an elongation of the interior space which extends into the surrounding nature and it expands towards the exterior space, allowing for its mobilisation. It establishes an architecture of flux. There is interest in the material, its texture and the emotional effect it inspires. The building’s proportions and dimensions are regulated by a module, which is adjusted by hand, bringing out the great unity of the building. The key to its aesthetic effect is its harmony and equilibrium, which convey serenity and beauty. The meeting with nature is the most fundamental lesson of the project, where a world of relationships softens the personality of the human being. The fourth chapter analyzes the Louisiana Museum project of 1958 in 1958. It was the first project of the Danish architects Jørgen Bo and Vilhelm Wohlert. Wohlert’s experience in California where he was visited by Bo would be essential to the development of Louisiana, where the Danish identity is fused in assimilation with other cultures, the architecture of Frank Lloyd Wright, that of the Bahía area and principally the Japanese tradition. The idea of the project was for an integrated work of art: architecture, art and landscape, which would coexist in the same space. A range of different resources would realize the residential character, such as the use of materials taken from a domestic environment, the attainment of human scale and the manner in which light was used. Flat roof plans that show their artificiality and appear to float over glassed galleries. They accentuate the strength of the horizontal plan and establish a zigzag route of marked and measured rhythm. It is a rhythm that has to do with the incarnation of nature’s pulse, which is accompanied with plays of light, as well as material vibrations of different scales, imagery which uncovers a parallel analogy with Japanese culture. Everything is coordinated along a structural frame, which involves a disciplined construction and proportion. Louisiana cherishes nature’s principle of growth, to which its connection is profound. Here is a dynamism expressed through the disposition of the building, which evokes in some projects the Japanese tradition. The white walls possess their own identity as forms in their own right. They advance, extending beyond the line of glass, moving freely along the structural line, accompanying a space that flows and in direct contact with nature that is itself in a constant state of flux. It creates a world of relationships, where dialogue exists between the landscape, art and architecture. The fifth chapter is dedicated to analyzing the Danish architect Halldor Gunnløgsson’s second house, built in 1959. It evokes both Japanese and American architecture but is principally the result of a strong will and personal artistic discipline. The flat roof suspended above a large paved platform – itself continuing the constructed terrain of the place – has great presence and casts a heavy shadow beneath. In the interior, a single space, which can at length be divided and which flows around a central space. The space flows freely, extending through the transparency of its windows which give out onto two contrasting locations: an intimate garden patio, inspiring calm and tranquillity, and the wild nature of the sea which projects the colour of sky, both in a constant state of change. The project is realized in a rigorously formal manner. A perfect balance exists between the abstraction of his structure and his project. The wooden structure, whose order extends beyond the limits of its perimeter, is formed of complete porticos of free elements. It remains exposed, maintaining a close relationship with Mies’ concept of modernity, analogous to classical architecture. The preoccupation with the aesthetic effect is paramount and nothing is improvised. But in addition to this - the combination of materials and the play of textures - there is a tactile quality, a certain eroticism, which lingers all about. The constructive precision and its refinement are close to Mies. The experience of the architectural space is universal. The influence of Japanese architecture, more conceptual than formal, is revealed in a respect for nature. It can be seen in the search for refinement through moderation, the elimination of the superfluous object that distract from the experience of place and the preoccupation with light and shade, where a certain parallel with the dark world of the Nordic winter is established. There is an understanding that space, rather than being an immaterial object defined by material surfaces, extends instead as dynamic interactions. The sixth chapter. This proposes a journey to discover some of the unfamiliar residences of most interest which were constructed in the period, and which form part of the system being investigated. Through the study of comparison and one which is geared towards various themes, diverse conclusions are drawn regarding the system being researched. The expertise in substance and form will be a distinctive characteristic in Denmark, demonstrating an approach to the culture of the Orient, both conceptual and formal, and some common interests in certain American architecture. Its teachings sensitize us to a strengthened sense of proportion, scale, materiality, texture and weight and density of space. It values both the tactile and the visual. There is a sensitivity to nature, to the human, to the landscape and to the integrity of the work.