Biosensado con redes de nanoagujeros en oxido de aluminio

Se presenta la explotación analítica de redes de nanoagujeros de óxido de aluminio fabricados sobre sustratos de policarbonato.1 Este novedoso dispositivo se basa en la resonancia de plasmón superficial para monitorizar procesos de bioreconocimiento sin marcaje. El bajo coste de los materiales empleados (policarbonato y aluminio) y la compatibilidad de este dispositivo con las tecnologías de disco compacto encierra un gran potencial para el desarrollo de biosensores.

Evolución de los sistemas técnicos de reproducción musical

Con el fin de analizar la caracterización del proceso de evolución de los sistemas técnicos de reproducción musical se han planteado dos vías principales de análisis: en primer lugar, el estudio de las características técnicas de cuatro sistemas de reproducción que se han considerado representativos de dicho avance (sistemas basados en disco de vinilo, casete compacto, disco compacto y formato de codificación perceptual) y, en segundo lugar, el funcionamiento de dichos sistemas dentro del concepto que se ha denominado como cadena de transmisión de información de tipo musical. A través de la evaluación del grado de evolución de cada sistema y de su posterior comparación se procederá a realizar dicha caracterización. Para ello se tendrán en cuenta factores objetivos como, por ejemplo, la calidad de la señal de audio pero también cualitativos como, por ejemplo, la portabilidad que pueda proporcionar un tipo de sistema u otro. Por otra parte, se plantea un segundo objetivo que es actualizar la definición de reproductor, si así se desprende de los análisis, con la aparición de reproductores basados en codificación perceptual. ABSTRACT. In order to analyze the characterization of the process of evolution of technical systems of music playback considered two main ways of analysis: first, the study of the technical characteristics of four playback systems that have been considered representative of the advance (based on vinyl, compact cassette, compact disc and perceptual formats coding systems) and, second, the operation of these systems within the concept that has been called chain of information transmission of music. Through the evaluation of the degree of development of each system and its subsequent comparison will proceed to make such characterization. For this objective kept in mind factors such as the quality of the audio signal but also qualitative, for example, portability that can provide a particular device type will be considered. Moreover, a second objective is to update the definition of the player, if it is apparent from the analysis, with the appearance of players based on perceptual coding arises.

Contribution to the Analysis, Design and Assessment of Compact Antenna Test Ranges At Millimeter Wavelengths - Contribución al Análisis, Diseño y Caracterización de Sistemas de Medida de Antenas en Rango Compacto para Frecuencias Milimétricas

This Doctoral Thesis entitled Contribution to the analysis, design and assessment of compact antenna test ranges at millimeter wavelengths aims to deepen the knowledge of a particular antenna measurement system: the compact range, operating in the frequency bands of millimeter wavelengths. The thesis has been developed at Radiation Group (GR), an antenna laboratory which belongs to the Signals, Systems and Radiocommunications department (SSR), from Technical University of Madrid (UPM). The Radiation Group owns an extensive experience on antenna measurements, running at present four facilities which operate in different configurations: Gregorian compact antenna test range, spherical near field, planar near field and semianechoic arch system. The research work performed in line with this thesis contributes the knowledge of the first measurement configuration at higher frequencies, beyond the microwaves region where Radiation Group features customer-level performance. To reach this high level purpose, a set of scientific tasks were sequentially carried out. Those are succinctly described in the subsequent paragraphs. A first step dealed with the State of Art review. The study of scientific literature dealed with the analysis of measurement practices in compact antenna test ranges in addition with the particularities of millimeter wavelength technologies. Joint study of both fields of knowledge converged, when this measurement facilities are of interest, in a series of technological challenges which become serious bottlenecks at different stages: analysis, design and assessment. Thirdly after the overview study, focus was set on Electromagnetic analysis algorithms. These formulations allow to approach certain electromagnetic features of interest, such as field distribution phase or stray signal analysis of particular structures when they interact with electromagnetic waves sources. Properly operated, a CATR facility features electromagnetic waves collimation optics which are large, in terms of wavelengths. Accordingly, the electromagnetic analysis tasks introduce an extense number of mathematic unknowns which grow with frequency, following different polynomic order laws depending on the used algorithmia. In particular, the optics configuration which was of our interest consisted on the reflection type serrated edge collimator. The analysis of these devices requires a flexible handling of almost arbitrary scattering geometries, becoming this flexibility the nucleus of the algorithmia’s ability to perform the subsequent design tasks. This thesis’ contribution to this field of knowledge consisted on reaching a formulation which was powerful at the same time when dealing with various analysis geometries and computationally speaking. Two algorithmia were developed. While based on the same principle of hybridization, they reached different order Physics performance at the cost of the computational efficiency. Inter-comparison of their CATR design capabilities was performed, reaching both qualitative as well as quantitative conclusions on their scope. In third place, interest was shifted from analysis - design tasks towards range assessment. Millimetre wavelengths imply strict mechanical tolerances and fine setup adjustment. In addition, the large number of unknowns issue already faced in the analysis stage appears as well in the on chamber field probing stage. Natural decrease of dynamic range available by semiconductor millimeter waves sources requires in addition larger integration times at each probing point. These peculiarities increase exponentially the difficulty of performing assessment processes in CATR facilities beyond microwaves. The bottleneck becomes so tight that it compromises the range characterization beyond a certain limit frequency which typically lies on the lowest segment of millimeter wavelength frequencies. However the value of range assessment moves, on the contrary, towards the highest segment. This thesis contributes this technological scenario developing quiet zone probing techniques which achieves substantial data reduction ratii. Collaterally, it increases the robustness of the results to noise, which is a virtual rise of the setup’s available dynamic range. In fourth place, the environmental sensitivity of millimeter wavelengths issue was approached. It is well known the drifts of electromagnetic experiments due to the dependance of the re sults with respect to the surrounding environment. This feature relegates many industrial practices of microwave frequencies to the experimental stage, at millimeter wavelengths. In particular, evolution of the atmosphere within acceptable conditioning bounds redounds in drift phenomena which completely mask the experimental results. The contribution of this thesis on this aspect consists on modeling electrically the indoor atmosphere existing in a CATR, as a function of environmental variables which affect the range’s performance. A simple model was developed, being able to handle high level phenomena, such as feed - probe phase drift as a function of low level magnitudes easy to be sampled: relative humidity and temperature. With this model, environmental compensation can be performed and chamber conditioning is automatically extended towards higher frequencies. Therefore, the purpose of this thesis is to go further into the knowledge of millimetre wavelengths involving compact antenna test ranges. This knowledge is dosified through the sequential stages of a CATR conception, form early low level electromagnetic analysis towards the assessment of an operative facility, stages for each one of which nowadays bottleneck phenomena exist and seriously compromise the antenna measurement practices at millimeter wavelengths.

Array Compacto De Monopolos Planos Con Plano De Tierra Ranurado Para Sistemas Mimo

A compact array of monopoles with a slotted ground plane is analyzed for being used in MIMO systems. Compact arrays suffer usually from high coupling which degrades significantly MIMO benefits. Through a matching network, main drawbacks can be solved, although it tends to provide a low bandwidth. The studied design is an array of monopoles with a slot in the ground plane. The slot shape is optimized with a Genetic Algorithm and an own electromagnetic software based on MoM in order to fulfill main figures of merit within a significant bandwidth

Trabajos virtuales. Un método compacto para el análisis práctico

La utilización del teorema de los trabajos virtuales para el estudio de los mecanismos de colapso de una estructura, permite resolver con elegancia y sencillez los problemas de diseño práctico. En este artículo se recuerdan los conceptos fundamentales y se resuelven algunos ejemplos.

Evaluación de procesos de desgaste en turbinas aeronáuticas mediante espectrometría por disco rotativo(rde) y por contador de partículas láser(lnf)

En esta ponencia se realiza una revisión de diferentes metodologías para la evaluación de procesos de desgaste en turbinas aéreas derivadas. Mediante el análisis de las características del lubricante utilizado, a través de espectrometría de micropartículas y de la evaluación por contadores de partículas de tamaño superior a los 20 micrómetros, se pretende determinar procesos de desgaste y correlaciones entre diversos parámetros de funcionamiento de la turbina. Para ello se presentan las principales metodologías de análisis de aceite en uso, indicando la información que suministran, los ámbitos en los que su aplicación es pertinente, y se muestran los resultados de diferentes casos de aplicación correspondientes tanto a aeronaves de ala fija como de ala rotativa.

Sistema de adquisición de datos compacto para medidas de extensiometría y posición

En este proyecto se trata el diseño y construcción de un sistema de adquisición de datos compacto y de bajo coste para medidas de extensiometría y posición. Dicho sistema irá embarcado en una bicicleta de montaña con el fin de medir determinados parámetros. Estos parámetros son a) Elongación de las suspensiones, b) Deformación en el cuadro. Para la medida de elongación de las suspensiones se diseña y construye un sensor casero de bajo coste basado en una transparencia y un par de diodos fotoemisor y fotorreceptor infrarrojos. Se imprime un gradiente y se emplean dos tubos coaxiales de PVC. La medida de extensiometría se realiza con galgas extensiométricas, puentes de Wheatstone y amplificador de instrumentación. Las muestras se digitalizan con el ADC del microcontrolador C8051F020 de la casa Silabs, que se usa en una placa de desarrollo, y se almacenan en una memoria flash serie. Se desarrolla un software para PC con LabView para poder recibir, procesar y visualizar las muestras obtenidas de los distintos canales con el fin de analizarlas. Se obtienen conclusiones de los resultados de pruebas básicas. ABSTRACT On this project, the design and construction of a compact, low cost, data adquisition system for strain and position measurements is dealt with. Such system will be embedded on a bicycle in order to measure certain parameters. These are a) Suspension elongation, b) Frame deformation. For suspension elongation measurements, a homemade, low cost sensor based on a photoemitter-photoreceiver diode couple and a transparent sheet is designed and built. A gradient is printed in the transparent sheet, and two coaxial PVC pipes are used. Strain measurements are carried out by means of a strain gage, Wheatstone bridges and an instrumentation amplifier. Samples are digitized with Silabs’ C8051F020’s ADC, which is used in a development board, and are stored in a serial flash memory. Software for PC on LabView is developed in order to receive, process and visualize the obtained samples from each channel in order to analyze them. Results are obtained from basic tests.

Desarrollo de una aplicación web para la reducción de ruido del sonido grabado de un disco de vinilo

Las grabaciones digitales de discos de vinilo, al ser un medio de almacenamiento de sonido analógico, están afectadas por ruido de diversos tipos, debido al deterioro de la superficie con el tiempo y con su reproducción. Aunque algunos programas de edición de audio permiten hacer una reducción de ruido sobre esas grabaciones, muchos consumidores de música en vinilo los desconocen, encuentran complicado su uso o quieren evitar la instalación de programas adicionales en su ordenador. Este proyecto consiste en el desarrollo de una aplicación web que pretende acabar con estos impedimentos y ofrecer un medio sencillo y eficaz para la reducción de ruido, ejecutable a través de un navegador, que simplifique el proceso de cara al usuario. El funcionamiento es sencillo: un usuario sube un archivo de audio al servidor, éste lo procesa y lo devuelve al cliente. El servidor, en la fase de procesamiento de señal, realiza una reducción de ruido mediante una puerta de ruido en el dominio de la frecuencia, desarrollada en lenguaje Python, y diseñada en función de un estudio previo de diversas muestras de ruido. En el proyecto se pueden distinguir tres bloques: la caracterización del ruido que afecta a grabaciones de discos de vinilo, el desarrollo de un algoritmo que realice la reducción de ruido correspondiente y el desarrollo de la aplicación web. En este documento se recogen los fundamentos de cada uno de los bloques, tratando de resumir las bases de su funcionamiento y de justificar cada una de las decisiones tomadas, como la tecnología empleada, el valor de algunos parámetros, la estructura del código o los pasos seguidos en cada algoritmo.

Seismic modelling and ava analysis of hidrocarbon traps

In this study, forward seismic modelling of four geological models with Hydrocarbon (HC) traps were performed by ray tracing method to produce synthetic seismogram of each model. The idea is to identify the Hydrocarbon Indicators (HCI‟s) such as bright spot, flat spot, dim spot and Bottom Simulating Reflector (BSR) in the synthethic seismogram. The modelling was performed in DISCO/FOCUS 5.0 seismic data processing programme. Strong positive and negative reflection amplitudes and some artifact reflection horizons were observed on produced seismograms due to rapid changes in subsurface velocity and geometry respectively Additionally, Amplitude-versus-angle (AVA) curves of each HCIs was calculated by the Crewes Zoeppritz Explorer programme. AVA curves show that how the reflection coefficients change with the density and the P and S wave velocities of each layer such as oil, gas, gas hydrate or water saturated sediments. Due to AVA curves, an increase in reflection amplitude with incident angle of seismic waves corresponds to an indicator of a hydrocarbon reservoir

Criterios para la elección de una sembradora de siembra directa

El sistema de apertura del surco define las características del tren de siembra en las sembradoras de siembra directa. Actualmente existen dos sistemas de apertura del surco: disco o reja. En este artículo se aportan criterios que facilliten la elección por parte del agricultor de un tren de siembra adecuado en función de las características de su explotación.

Concurso de ideas 60 viviendas públicas en Melilla.

Frente a un esquema compacto, con necesidad de uno o varios patios interiores, y numerosos núcleos de comunicación vertical, la configuración del edificio se adapta a la dirección de los vientos dominantes (levante-poniente), favoreciendo una ventilación óptima y el buen soleamiento de todas las viviendas. Se trata de un volumen prismático horadado, más bajo en su cuadrante sur, para evitar sombras arrojadas y adaptarse a las alturas adyacentes. Se compone de tres niveles, el más bajo un zócalo permeable con los accesos y aparcamientos, el intermedio, un anillo perimetral de viviendas abiertas al patio común, y, el último, una banda plegada que deja libre el cuadrante sur, antes mencionado. En el interior del anillo perimetral, se sitúa el patio comunitario, a través del que se accede al edificio, elevado y protegido, que actúa como lugar de convocatoria para la interacción de los usuarios

Evolución y crisis de la región metropolitana de Madrid 1985-2007. Análisis de las diversas perspectivas para la transformación del gobierno urbano: una revisión crítica del planeamiento

La Región Metropolitana de Madrid (RMM) ha sufrido una gran transformación urbana en el periodo 1985-2007, en el cual ha crecido la población, ha crecido fuertemente el cuerpo físico, pero sobre todo han crecido su coste y su consumo, lo que supone que se ha vuelto más insostenible. Para tratar de comprender esta evolución asimétrica se ensayan sucesivos modelos que tratan de explicar la transformación de la realidad a través de la articulación de las formas de poder y sus políticas asociadas dentro del contexto local-metropolitano. Si se compara la transformación urbana en el periodo 1985-2007 respecto a la registrada durante el desarrollismo previo al presente periodo democrático, se encuentran similitudes, como el amplio consumo de suelo, pero el modelo desarrollista se inscribe en otras lógicas y tiene otros parámetros de contexto y es congruente ya que las últimas décadas del Régimen Franquista se caracterizan por un importantísimo aumento poblacional que se correspondía con el fuerte crecimiento industrial de la RMM. Esa congruencia relativa se pierde en el periodo estudiado, a pesar de que en 1985, se aprueba el Plan General de Ordenación Urbana de Madrid centrado en la ciudad existente y con un crecimiento contenido, y que puede considerarse un modelo abortado. Tras numerosas transformaciones políticas, económicas, sociales y urbanísticas se llega a una situación opuesta a la prevista en el citado Plan. Más de veinte años después, en 2007, se presentan no solo síntomas de agotamiento del modelo finalmente adoptado, sino su quiebra dramática tanto en su dimensión inmobiliario-financiera como del espacio del bienestar. Es precisamente la supresión de los mecanismos de regulación lo que ha caracterizado la evolución de los modelos urbanos, en correspondencia con la desregulación de las actividades económicas y de los flujos de capital propios del modelo "neoliberal". La actual crisis financiera internacional, en especial en algunos países periféricos europeos como España, ha demostrado cómo las políticas económicas que se han llevado a cabo, fuera de toda regulación, han resultado insostenibles. Pero no se trata solo de una crisis económica. En el caso español, de todas las dimensiones de la crisis, destaca la dimensión urbana, o el auge y caída del ciclo inmobiliario, debido a la urbanización intensiva del territorio en relación con el circuito secundario de la acumulación capitalista, habiendo tenido especial incidencia en algunos territorios como la RMM. En la Región Metropolitana de Madrid la situación actual es de crisis urbana, causada principalmente por el divorcio entre las necesidades y la producción de ciudad, pues no se ha basado el crecimiento en la creación de nuevos hogares, u otras cuestiones demográficas, sino en la acumulación de capital a través del crecimiento de la ciudad. Además, dicho crecimiento está conformado por una expansión urbana descontrolada, con mayores requerimientos energéticos que el modelo compacto y complejo tradicional, lo que unido a la escala de los procesos, supone un sistema urbano progresivamente ineficiente. El caso de la RMM resulta paradigmático, ya que la región ha desempeñado un papel como laboratorio de nuevas formas de gobierno y planificación que han dado un mayor protagonismo al espacio, que ha entrado en las dinámicas centrales principalmente por el apoyo al crecimiento físico, a la vez que han confluido circunstancias específicas, como un nuevo impulso al centralismo, lo que ha potenciado ciertas políticas, como considerar la ciudad como motor de crecimiento económico y de competitividad en el concierto europeo y mundial de ciudades. El estudio del papel de la planificación y sus crisis en la sucesión de los modelos, muestra su función nuclear en la propia constitución de estos —es parte fundamental de su aparato de regulación— y su valor no solo para poder entender el periodo, sino para poder proyectar otro futuro urbano. Este enfoque conduce a establecer la relación del planeamiento con las diferentes crisis económicas en el periodo de estudio lo que permite diferenciar tres momentos de dicha relación: la planificación urbanística austera bajo la influencia de la crisis fordista, la salida de la crisis a través de la imposición de un modelo urbano basado en el sobreproducción de espacio urbano, y la entrada en una crisis inmobiliaria y de financiarización en relación a la adopción de un modelo multidimensionalmente insostenible. El análisis de este periodo es la base para apuntar perspectivas que permitan transformar el gobierno urbano hacia un modelo urbano más deseable, o mejor aún, otros futuros posibles, que se enmarcan dentro de la alternativa principal que supone la sostenibilidad. Madrid's Metropolitan Region (MMR) has undergone a major urban transformation in the period 1985-2007, where the population has grown up, the built environment has grown strongly, but mostly its cost and consumption have grown, which means that it has become unsustainable. To try to understand this evolution successive asymmetric models are tested in order to explain the transformation of reality through the articulation of forms of power and its associated policies in that localmetropolitan context. Comparing the urban transformation in the period 1985-2007 to the existing during developmentalism in the current predemocratic period, both have similarities in terms of land consumption, but the previous developmentalism model is part of another logics and has got other context parameters. It is consistent since the last decades of the Franco Regime was characterized by an important population increase that corresponded to strong industrial growth of the MMR. This relative consistency is lost during the study period, although in 1985, with the approval of the Master Plan of Madrid that was focused on the existing city, with a limited growth, and it may be considered an interrupted model. After numerous political, economic, social and urban changes, there is the opposite situation to that foresight under that Plan. Over twenty years later, in 2007, there are not only signs of exhaustion of the model which was finally adopted, but also its dramatic collapse in both real estate and financial dimension of space as well. The urban transformation under analysis has relaunched the hegemony of the sectors that rule the growth of the Madrid's Metropolitan Region and it is supported by decision making and financing of the different administrations with the passivity of the social stakeholders and citizens. This has meant the removal of regulatory mechanisms that have characterized the evolution of urban models, corresponding to the deregulation of economic activities and capital flows according to "neoliberal" model. The current international financial crisis, especially in some European peripheral countries like Spain, has shown how economic policies that have been carried out, without any regulation, have proven unsustainable. But it is not only an economic crisis. In the Spanish case, of all the dimensions of the crisis, it is the urban dimension that is highlighted, or the rise and fall of real estate cycle, due to intensive urbanization of the territory in relation to the secondary circuit of capital accumulation, having had a particular impact in some territories such as the Madrid's Metropolitan Region. In Madrid's Metropolitan Region there is the current situation of urban crisis, mainly caused by the divorce between needs and the city (space) production, because no growth has been based on creating new homes, or other demographic issues, but in the capital accumulation through growth of the city. Furthermore, this growth is made up of urban sprawl, with higher energy requirements than the traditional compact and complex one, which together with the scale of processes, is increasingly an inefficient urban system. The case of Madrid's Metropolitan Region is paradigmatic, since the region has played a role as a laboratory for new forms of governance and planning have given a greater role to space, which has entered the core dynamics supported mainly by physical growth, while specific circumstances have come together as a new impulse to centralization. This has promoted policies such as considering the city as an engine of economic growth and competitiveness in the international and the European hierarchy of cities. The study of the role of planning and crisis in the succession of models, shows its nuclear role in the constitution of these models is a fundamental part of its regulatory apparatus- and also its value not only to understand the period, but to anticipate to other urban future. This approach leads to establish the relationship of planning with the various crises in the study period, allowing three different moments of that relationship: the austere urban planning under the influence of Fordist crisis, the output of the crisis through imposition of an urban model based on the overproduction of urban space, and entry into a housing crisis and financialisation in relation to the adoption of a multi-dimensionally unsustainable model. The analysis of this period is the basis for targeting prospects that translate urban governance towards a more desirable urban model, or better yet, other possible futures, which are part of the main alternative that is sustainability.

Advances in the Simultaneous Multiple Surface optical design method for imaging and non-imaging applications

Classical imaging optics has been developed over centuries in many areas, such as its paraxial imaging theory and practical design methods like multi-parametric optimization techniques. Although these imaging optical design methods can provide elegant solutions to many traditional optical problems, there are more and more new design problems, like solar concentrator, illumination system, ultra-compact camera, etc., that require maximum energy transfer efficiency, or ultra-compact optical structure. These problems do not have simple solutions from classical imaging design methods, because not only paraxial rays, but also non-paraxial rays should be well considered in the design process. Non-imaging optics is a newly developed optical discipline, which does not aim to form images, but to maximize energy transfer efficiency. One important concept developed from non-imaging optics is the “edge-ray principle”, which states that the energy flow contained in a bundle of rays will be transferred to the target, if all its edge rays are transferred to the target. Based on that concept, many CPC solar concentrators have been developed with efficiency close to the thermodynamic limit. When more than one bundle of edge-rays needs to be considered in the design, one way to obtain solutions is to use SMS method. SMS stands for Simultaneous Multiple Surface, which means several optical surfaces are constructed simultaneously. The SMS method was developed as a design method in Non-imaging optics during the 90s. The method can be considered as an extension to the Cartesian Oval calculation. In the traditional Cartesian Oval calculation, one optical surface is built to transform an input wave-front to an out-put wave-front. The SMS method however, is dedicated to solve more than 1 wave-fronts transformation problem. In the beginning, only 2 input wave-fronts and 2 output wave-fronts transformation problem was considered in the SMS design process for rotational optical systems or free-form optical systems. Usually “SMS 2D” method stands for the SMS procedure developed for rotational optical system, and “SMS 3D” method for the procedure for free-form optical system. Although the SMS method was originally employed in non-imaging optical system designs, it has been found during this thesis that with the improved capability to design more surfaces and control more input and output wave-fronts, the SMS method can also be applied to imaging system designs and possesses great advantage over traditional design methods. In this thesis, one of the main goals to achieve is to further develop the existing SMS-2D method to design with more surfaces and improve the stability of the SMS-2D and SMS-3D algorithms, so that further optimization process can be combined with SMS algorithms. The benefits of SMS plus optimization strategy over traditional optimization strategy will be explained in details for both rotational and free-form imaging optical system designs. Another main goal is to develop novel design concepts and methods suitable for challenging non-imaging applications, e.g. solar concentrator and solar tracker. This thesis comprises 9 chapters and can be grouped into two parts: the first part (chapter 2-5) contains research works in the imaging field, and the second part (chapter 6-8) contains works in the non-imaging field. In the first chapter, an introduction to basic imaging and non-imaging design concepts and theories is given. Chapter 2 presents a basic SMS-2D imaging design procedure using meridian rays. In this chapter, we will set the imaging design problem from the SMS point of view, and try to solve the problem numerically. The stability of this SMS-2D design procedure will also be discussed. The design concepts and procedures developed in this chapter lay the path for further improvement. Chapter 3 presents two improved SMS 3 surfaces’ design procedures using meridian rays (SMS-3M) and skew rays (SMS-1M2S) respectively. The major improvement has been made to the central segments selections, so that the whole SMS procedures become more stable compared to procedures described in Chapter 2. Since these two algorithms represent two types of phase space sampling, their image forming capabilities are compared in a simple objective design. Chapter 4 deals with an ultra-compact SWIR camera design with the SMS-3M method. The difficulties in this wide band camera design is how to maintain high image quality meanwhile reduce the overall system length. This interesting camera design provides a playground for the classical design method and SMS design methods. We will show designs and optical performance from both classical design method and the SMS design method. Tolerance study is also given as the end of the chapter. Chapter 5 develops a two-stage SMS-3D based optimization strategy for a 2 freeform mirrors imaging system. In the first optimization phase, the SMS-3D method is integrated into the optimization process to construct the two mirrors in an accurate way, drastically reducing the unknown parameters to only few system configuration parameters. In the second optimization phase, previous optimized mirrors are parameterized into Qbfs type polynomials and set up in code V. Code V optimization results demonstrates the effectiveness of this design strategy in this 2-mirror system design. Chapter 6 shows an etendue-squeezing condenser optics, which were prepared for the 2010 IODC illumination contest. This interesting design employs many non-imaging techniques such as the SMS method, etendue-squeezing tessellation, and groove surface design. This device has theoretical efficiency limit as high as 91.9%. Chapter 7 presents a freeform mirror-type solar concentrator with uniform irradiance on the solar cell. Traditional parabolic mirror concentrator has many drawbacks like hot-pot irradiance on the center of the cell, insufficient use of active cell area due to its rotational irradiance pattern and small acceptance angle. In order to conquer these limitations, a novel irradiance homogenization concept is developed, which lead to a free-form mirror design. Simulation results show that the free-form mirror reflector has rectangular irradiance pattern, uniform irradiance distribution and large acceptance angle, which confirm the viability of the design concept. Chapter 8 presents a novel beam-steering array optics design strategy. The goal of the design is to track large angle parallel rays by only moving optical arrays laterally, and convert it to small angle parallel output rays. The design concept is developed as an extended SMS method. Potential applications of this beam-steering device are: skylights to provide steerable natural illumination, building integrated CPV systems, and steerable LED illumination. Conclusion and future lines of work are given in Chapter 9. Resumen La óptica de formación de imagen clásica se ha ido desarrollando durante siglos, dando lugar tanto a la teoría de óptica paraxial y los métodos de diseño prácticos como a técnicas de optimización multiparamétricas. Aunque estos métodos de diseño óptico para formación de imagen puede aportar soluciones elegantes a muchos problemas convencionales, siguen apareciendo nuevos problemas de diseño óptico, concentradores solares, sistemas de iluminación, cámaras ultracompactas, etc. que requieren máxima transferencia de energía o dimensiones ultracompactas. Este tipo de problemas no se pueden resolver fácilmente con métodos clásicos de diseño porque durante el proceso de diseño no solamente se deben considerar los rayos paraxiales sino también los rayos no paraxiales. La óptica anidólica o no formadora de imagen es una disciplina que ha evolucionado en gran medida recientemente. Su objetivo no es formar imagen, es maximazar la eficiencia de transferencia de energía. Un concepto importante de la óptica anidólica son los “rayos marginales”, que se pueden utilizar para el diseño de sistemas ya que si todos los rayos marginales llegan a nuestra área del receptor, todos los rayos interiores también llegarán al receptor. Haciendo uso de este principio, se han diseñado muchos concentradores solares que funcionan cerca del límite teórico que marca la termodinámica. Cuando consideramos más de un haz de rayos marginales en nuestro diseño, una posible solución es usar el método SMS (Simultaneous Multiple Surface), el cuál diseña simultáneamente varias superficies ópticas. El SMS nació como un método de diseño para óptica anidólica durante los años 90. El método puede ser considerado como una extensión del cálculo del óvalo cartesiano. En el método del óvalo cartesiano convencional, se calcula una superficie para transformar un frente de onda entrante a otro frente de onda saliente. El método SMS permite transformar varios frentes de onda de entrada en frentes de onda de salida. Inicialmente, sólo era posible transformar dos frentes de onda con dos superficies con simetría de rotación y sin simetría de rotación, pero esta limitación ha sido superada recientemente. Nos referimos a “SMS 2D” como el método orientado a construir superficies con simetría de rotación y llamamos “SMS 3D” al método para construir superficies sin simetría de rotación o free-form. Aunque el método originalmente fue aplicado en el diseño de sistemas anidólicos, se ha observado que gracias a su capacidad para diseñar más superficies y controlar más frentes de onda de entrada y de salida, el SMS también es posible aplicarlo a sistemas de formación de imagen proporcionando una gran ventaja sobre los métodos de diseño tradicionales. Uno de los principales objetivos de la presente tesis es extender el método SMS-2D para permitir el diseño de sistemas con mayor número de superficies y mejorar la estabilidad de los algoritmos del SMS-2D y SMS-3D, haciendo posible combinar la optimización con los algoritmos. Los beneficios de combinar SMS y optimización comparado con el proceso de optimización tradicional se explican en detalle para sistemas con simetría de rotación y sin simetría de rotación. Otro objetivo importante de la tesis es el desarrollo de nuevos conceptos de diseño y nuevos métodos en el área de la concentración solar fotovoltaica. La tesis está estructurada en 9 capítulos que están agrupados en dos partes: la primera de ellas (capítulos 2-5) se centra en la óptica formadora de imagen mientras que en la segunda parte (capítulos 6-8) se presenta el trabajo del área de la óptica anidólica. El primer capítulo consta de una breve introducción de los conceptos básicos de la óptica anidólica y la óptica en formación de imagen. El capítulo 2 describe un proceso de diseño SMS-2D sencillo basado en los rayos meridianos. En este capítulo se presenta el problema de diseñar un sistema formador de imagen desde el punto de vista del SMS y se intenta obtener una solución de manera numérica. La estabilidad de este proceso se analiza con detalle. Los conceptos de diseño y los algoritmos desarrollados en este capítulo sientan la base sobre la cual se realizarán mejoras. El capítulo 3 presenta dos procedimientos para el diseño de un sistema con 3 superficies SMS, el primero basado en rayos meridianos (SMS-3M) y el segundo basado en rayos oblicuos (SMS-1M2S). La mejora más destacable recae en la selección de los segmentos centrales, que hacen más estable todo el proceso de diseño comparado con el presentado en el capítulo 2. Estos dos algoritmos representan dos tipos de muestreo del espacio de fases, su capacidad para formar imagen se compara diseñando un objetivo simple con cada uno de ellos. En el capítulo 4 se presenta un diseño ultra-compacto de una cámara SWIR diseñada usando el método SMS-3M. La dificultad del diseño de esta cámara de espectro ancho radica en mantener una alta calidad de imagen y al mismo tiempo reducir drásticamente sus dimensiones. Esta cámara es muy interesante para comparar el método de diseño clásico y el método de SMS. En este capítulo se presentan ambos diseños y se analizan sus características ópticas. En el capítulo 5 se describe la estrategia de optimización basada en el método SMS-3D. El método SMS-3D calcula las superficies ópticas de manera precisa, dejando sólo unos pocos parámetros libres para decidir la configuración del sistema. Modificando el valor de estos parámetros se genera cada vez mediante SMS-3D un sistema completo diferente. La optimización se lleva a cabo variando los mencionados parámetros y analizando el sistema generado. Los resultados muestran que esta estrategia de diseño es muy eficaz y eficiente para un sistema formado por dos espejos. En el capítulo 6 se describe un sistema de compresión de la Etendue, que fue presentado en el concurso de iluminación del IODC en 2010. Este interesante diseño hace uso de técnicas propias de la óptica anidólica, como el método SMS, el teselado de las lentes y el diseño mediante grooves. Este dispositivo tiene un límite teórica en la eficiencia del 91.9%. El capítulo 7 presenta un concentrador solar basado en un espejo free-form con irradiancia uniforme sobre la célula. Los concentradores parabólicos tienen numerosas desventajas como los puntos calientes en la zona central de la célula, uso no eficiente del área de la célula al ser ésta cuadrada y además tienen ángulos de aceptancia de reducido. Para poder superar estas limitaciones se propone un novedoso concepto de homogeneización de la irrandancia que se materializa en un diseño con espejo free-form. El análisis mediante simulación demuestra que la irradiancia es homogénea en una región rectangular y con mayor ángulo de aceptancia, lo que confirma la viabilidad del concepto de diseño. En el capítulo 8 se presenta un novedoso concepto para el diseño de sistemas afocales dinámicos. El objetivo del diseño es realizar un sistema cuyo haz de rayos de entrada pueda llegar con ángulos entre ±45º mientras que el haz de rayos a la salida sea siempre perpendicular al sistema, variando únicamente la posición de los elementos ópticos lateralmente. Las aplicaciones potenciales de este dispositivo son varias: tragaluces que proporcionan iluminación natural, sistemas de concentración fotovoltaica integrados en los edificios o iluminación direccionable con LEDs. Finalmente, el último capítulo contiene las conclusiones y las líneas de investigación futura.

Inmovilización de TiO2 sobre polímeros transparentes en el UV-A para la eliminación fotocatalítica de tricloroetileno en aire

El gran desarrollo industrial y demográfico de las últimas décadas ha dado lugar a un consumo crecientemente insostenible de energía y materias primas, que influye negativamente en el ambiente por la gran cantidad de contaminantes generados. Entre las emisiones tienen gran importancia los compuestos orgánicos volátiles (COV), y entre ellos los compuestos halogenados como el tricloroetileno, debido a su elevada toxicidad y resistencia a la degradación. Las tecnologías generalmente empleadas para la degradación de estos compuestos presentan inconvenientes derivados de la generación de productos tóxicos intermedios o su elevado coste. Dentro de los procesos avanzados de oxidación (Advanced Oxidation Processes AOP), la fotocatálisis resulta una técnica atractiva e innovadora de interés creciente en su aplicación para la eliminación de multitud de compuestos orgánicos e inorgánicos, y se ha revelado como una tecnología efectiva en la eliminación de compuestos orgánicos volátiles clorados como el tricloroetileno. Además, al poder aprovechar la luz solar como fuente de radiación UV permite una reducción significativa de costes energéticos y de operación. Los semiconductores más adecuados para su empleo como fotocatalizadores con aprovechamiento de la luz solar son aquellos que tienen una banda de energía comparable a la de los fotones de luz visible o, en su defecto, de luz ultravioleta A (Eg < 3,5 eV), siendo el más empleado el dióxido de titanio (TiO2). El objetivo principal de este trabajo es el estudio de polímeros orgánicos comerciales como soporte para el TiO2 en fotocatálisis heterogénea y su ensayo para la eliminación de tricloroetileno en aire. Para ello, se han evaluado sus propiedades ópticas y su resistencia a la fotodegradación, y se ha optimizado la fijación del fotocatalizador para conseguir un recubrimiento homogéneo, duradero y con elevada actividad fotocatalítica en diversas condiciones de operación. Los materiales plásticos ensayados fueron el polietileno (PE), copolímero de etil vinil acetato con distintos aditivos (EVA, EVA-H y EVA-SH), polipropileno (PP), polimetil (metacrilato) fabricado en colada y extrusión (PMMA-C y PMMA-E), policarbonato compacto y celular (PC-C y PC-Ce), polivinilo rígido y flexible (PVC-R y PVC-F), poliestireno (PS) y poliésteres (PET y PETG). En base a sus propiedades ópticas se seleccionaron el PP, PS, PMMA-C, EVA-SH y PVC-R, los cuales mostraron un valor de transmitancia superior al 80% en el entorno de la región estudiada (λ=365nm). Para la síntesis del fotocatalizador se empleó la tecnología sol-gel y la impregnación multicapa de los polímeros seleccionados por el método de dip-coating con secado intermedio a temperaturas moderadas. Con el fin de evaluar el envejecimiento de los polímeros bajo la radiación UV, y el efecto sobre éste del recubrimiento fotoactivo, se realizó un estudio en una cámara de exposición a la luz solar durante 150 días, evaluándose la resistencia química y la resistencia mecánica. Los resultados de espectroscopía infrarroja y del test de tracción tras el envejecimiento revelaron una mayor resistencia del PMMA y una degradación mayor en el PS, PVC-R y EVA SH, con una apreciable pérdida del recubrimiento en todos los polímeros. Los fotocatalizadores preparados sobre soportes sin tratamiento y con tres capas de óxido de titanio mostraron mejores resultados de actividad con PMMA-C, PET y PS, con buenos resultados de mineralización. Para conseguir una mayor y mejor fijación de la película al soporte se realizaron tratamientos químicos abrasivos con H2SO4 y NaOH y tratamientos de funcionalización superficial por tecnología de plasma a presión atmosférica (APP) y a baja presión (LPP). Con los tratamientos de plasma se consiguió una excelente mojabilidad de los soportes, que dio lugar a una distribución uniforme y más abundante del fotocatalizador, mientras que con los tratamientos químicos no se obtuvo una mejora significativa. Asimismo, se prepararon fotocatalizadores con una capa previa de dióxido de silicio con la intervención de surfactantes (PDDA-SiO2-3TiO2 y SiO2FC-3TiO2), consiguiéndose buenas propiedades de la película en todos los casos. Los mejores resultados de actividad con tratamiento LPP y tres capas de TiO2 se lograron con PMMA-C (91% de conversión a 30 ppm de TCE y caudal 200 ml·min-1) mejorando significativamente también la actividad fotocatalítica en PVC-R y PS. Sin embargo, el material más activo de todos los ensayados fue el PMMA-C con el recubrimiento SiO2FC-3TiO2, logrando el mejor grado de mineralización, del 45%, y una velocidad de 1,89 x 10-6 mol· m-2 · s-1, que dio lugar a la eliminación del 100 % del tricloroetileno en las condiciones anteriormente descritas. A modo comparativo se realizaron ensayos de actividad con otro contaminante orgánico tipo, el formaldehído, cuya degradación fotocatalítica fue también excelente (100% de conversión y 80% de mineralización con 24 ppm de HCHO en un caudal de aire seco de 200 ml·min-1). Los buenos resultados de actividad obtenidos confirman las enormes posibilidades que ofrecen los polímeros transparentes en el UV-A como soportes del dióxido de titanio para la eliminación fotocatalítica de contaminantes en aire. ABSTRACT The great industrial and demographic development of recent decades has led to an unsustainable increase of energy and raw materials consumption that negatively affects the environment due to the large amount of waste and pollutants generated. Between emissions generated organic compounds (VOCs), specially the halogenated ones such as trichloroethylene, are particularly important due to its high toxicity and resistance to degradation. The technologies generally used for the degradation of these compounds have serious inconveniences due to the generation of toxic intermediates turn creating the problem of disposal besides the high cost. Among the advanced oxidation processes (AOP), photocatalysis is an attractive and innovative technique with growing interest in its application for the removal of many organic and inorganic compounds, and has emerged as an effective technology in eliminating chlorinated organic compounds such as trichloroethylene. In addition, as it allows the use of sunlight as a source of UV radiation there is a significant reduction of energy costs and operation. Semiconductors suitable to be used as photocatalyst activated by sunlight are those having an energy band comparable to that of the visible or UV-A light (Eg <3,5 eV), being titanium dioxide (TiO2), the most widely used. The main objective of this study is the test of commercial organic polymers as supports for TiO2 to be applied in heterogeneous photocatalysis and its assay for removing trichloroethylene in air. To accomplish that, its optical properties and resistance to photooxidation have been evaluated, and different operating conditions have been tested in order to optimize the fixation of the photocatalyst to obtain a homogeneous coating, with durable and high photocatalytic activity. The plastic materials tested were: polyethylene (PE), ethyl vinyl acetace copolymers with different additives (EVA, EVA-H and EVA -SH), polypropylene (PP), poly methyl (methacrylate) manufactured by sheet moulding and extrusion (PMMA-C and PMMA-E), compact and cellular polycarbonates (PC-C PC-Ce), rigid and flexible polyvinyl chloride (PVC-R and PVC-F), polystyrene (PS) and polyesters (PET and PETG). On the basis of their optical properties PP, PS, PMMA-C, EVA-SH and PVC-R were selected, as they showed a transmittance value greater than 80% in the range of the studied region (λ = 365nm). For the synthesis of the photocatalyst sol-gel technology was employed with multilayers impregnation of the polymers selected by dip-coating, with intermediate TiO2 drying at moderate temperatures. To evaluate the polymers aging due to UV radiation, and the effect of photoactive coating thereon, a study in an sunlight exposure chamber for 150 days was performed, evaluating the chemical resistance and the mechanical strength. The results of infrared spectroscopy and tensile stress test after aging showed the PMMA is the most resistant sample, but a greater degradation in PS, PVC-R and EVA SH, with a visible loss of the coating in all the polymers tested. The photocatalysts prepared on the untreated substrates with three layers of TiO2 showed better activity results when PMMA-C, PET and PS where used. To achieve greater and better fixation of the film to the support, chemical abrasive treatments, with H2SO4 and NaOH, as well as surface functionalization treatments with atmospheric pressure plasma (APP) and low pressure plasma (LPP) technologies were performed. The plasma treatment showed the best results, with an excellent wettability of the substrates that lead to a better and uniform distribution of the photocatalyst compared to the chemical treatments tested, in which no significant improvement was obtained. Also photocatalysts were prepared with the a silicon dioxide previous layer with the help of surfactants (SiO2- 3TiO2 PDDA-and-3TiO2 SiO2FC), obtaining good properties of the film in all cases. The best activity results for LPP-treated samples with three layers of TiO2 were achieved with PMMA-C (91% conversion, in conditions of 30 ppm of TCE and 200 ml·min-1 air flow rate), with a significant improvement of the photocatalytic activity in PVC-R and PS samples too. However, among all the materials assayed, PMMA-C with SiO2FC-3TiO2 coating was the most active one, achieving the highest mineralization grade (45%) and a reaction rate of 1,89 x 10-6 mol· m-2 · s-1, with total trichloroethylene elimination in the same conditions. As a comparative assay, an activity test was also performed with another typical organic contaminant, formaldehyde, also with good results (100% conversion with 24 ppm of HCHO and 200 ml·min-1 gas flow rate). The good activity results obtained in this study confirm the great potential of organic polymers which are transparent in the UV-A as supports for titanium dioxide for photocatalytic removal of air organic pollutants.

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