Numerical simulation of combined heat transfer phenomena (conduction, convection, and radiation). Application to he optimisation of thermal systems

Thermal systems interchanging heat and mass by conduction, convection, radiation (solar and thermal ) occur in many engineering applications like energy storage by solar collectors, window glazing in buildings, refrigeration of plastic moulds, air handling units etc. Often these thermal systems are composed of various elements for example a building with wall, windows, rooms, etc. It would be of particular interest to have a modular thermal system which is formed by connecting different modules for the elements, flexibility to use and change models for individual elements, add or remove elements without changing the entire code. A numerical approach to handle the heat transfer and fluid flow in such systems helps in saving the full scale experiment time, cost and also aids optimisation of parameters of the system. In subsequent sections are presented a short summary of the work done until now on the orientation of the thesis in the field of numerical methods for heat transfer and fluid flow applications, the work in process and the future work.

Una arqueometria del canvi tecnològic: producció i consum d'àmfores durant el canvi d'era en la zona nord de la costa catalana

L’objectiu de la recerca és definir un marc teòric i metodològic per a l’estudi del canvi tecnològic en Arqueologia. Aquest model posa èmfasi en caracteritzar els compromisos que configuren una tecnologia i avaluar-los en funció dels factors de situació —tècnics, econòmics, polítics, socials i ideològics. S’ha aplicat aquest model a un cas d’estudi concret: la producció d’àmfores romanes durant el canvi d’Era en la província Tarraconensis. L’estudi tecnològic dels envasos s’ha realitzat mitjançant diverses tècniques analítiques: Fluorescència de raigs X (FRX), Difracció de raigs X (DRX), Microscòpia òptica (MO) i Microscòpia electrònica de rastreig (MER). Les dades obtingudes permeten, a més, establir els grups de referència per a cada centre productor d’àmfores i, així, identificar la provinença dels individus recuperats en els centres consumidors. Donat que les àmfores en estudi són artefactes dissenyats específicament per a ser estibats en una nau i servir com a envàs de transport, l’estudi inclou la caracterització de les propietats mecàniques de resistència a la fractura i de tenacitat. En aquest sentit, i per primera vegada, s’ha aplicat l’Anàlisi d’Elements Finits (AEF) per a conèixer el comportament dels diferents dissenys d’àmfora en ésser sotmesos a diverses forces d’ús. L’AEF permet simular per ordinador les activitats en què les àmfores haurien participat durant el seu ús i avaluar-ne el seu comportament tècnic. Els resultats mostren una gran adequació entre les formulacions teòriques i el programa analític implementat per a aquest estudi. Respecte el cas d’estudi, els resultats mostren una gran variabilitat en les eleccions tecnològiques preses pels ceramistes de diferents tallers, però també al llarg del període de funcionament d’un mateix taller. L’aplicació del model ha permès proposar una explicació al canvi de disseny de les àmfores romanes.

Caracteritació de models funcionals d'àmfores romanes mitjançant Finite Element Analysis

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Laboratory of Archaeometry del National Centre of Scientific Research “Demokritos” d’Atenes, Grècia, entre juny i setembre 2006. Aquest estudi s’emmarca dins d’un context més ampli d’estudi del canvi tecnològic que es documenta en la producció d’àmfores de tipologia romana durant els segles I aC i I dC en els territoris costaners de Catalunya. Una part d’aquest estudi contempla el càlcul de les propietats mecàniques d’aquestes àmfores i la seva avaluació en funció de la tipologia amforal, a partir de l’Anàlisi d’Elements Finits (AEF). L’AEF és una aproximació numèrica que té el seu origen en les ciències d’enginyeria i que ha estat emprada per estimar el comportament mecànic d’un model en termes, per exemple, de deformació i estrès. Així, un objecte, o millor dit el seu model, es dividit en sub-dominis anomenats elements finits, als quals se’ls atribueixen les propietats mecàniques del material en estudi. Aquests elements finits estan connectats formant una xarxa amb constriccions que pot ser definida. En el cas d’aplicar una força determinada a un model, el comportament de l’objecte pot ser estimat mitjançant el conjunt d’equacions lineals que defineixen el rendiment dels elements finits, proporcionant una bona aproximació per a la descripció de la deformació estructural. Així, aquesta simulació per ordinador suposa una important eina per entendre la funcionalitat de ceràmiques arqueològiques. Aquest procediment representa un model quantitatiu per predir el trencament de l’objecte ceràmic quan aquest és sotmès a diferents condicions de pressió. Aquest model ha estat aplicat a diferents tipologies amforals. Els resultats preliminars mostren diferències significatives entre la tipologia pre-romana i les tipologies romanes, així com entre els mateixos dissenys amforals romans, d’importants implicacions arqueològiques.

Avaluació ambiental de la recollida de residus municipals de Sant Boi de Llobregat

La gestió dels residus municipals ha d’avançar cap a la sostenibilitat per tal de poder fer front al gran volum de residus que es generen actualment i no malmetre el medi ambient. Aquest fet motiva a l’elaboració d’aquest projecte que es centra en l’anàlisi del procés de recollida dels residus municipals. L’estudi realitza en primer lloc una avaluació ambiental de la recollida global i una avaluació ambiental específica de la recollida de la fracció Resta mitjançant el programari SIMUR (desenvolupada per l’Agència d’Ecologia Urbana de Barcelona). Amb aquesta eina de simulació de models de gestió de residus municipal es calcula el balanç de massa, el balanç energètic, el balanç d’emissions i el balanç econòmic del procés de recollida. La metodologia per al desenvolupament de la segona fase del projecte es basa en la realització de treball de camp per al disseny de taules descriptives dels circuits de recollida de la fracció Resta, que permeten comparar-los entre sí i aconseguir l’objectiu d’avaluar l’eficiència dels sistemes de recollida de càrrega lateral i posterior de la fracció. L’assoliment dels objectius permet fer-se una idea de l’estat actual de la recollida dels residus de Sant Boi, identificant-ne els punts forts i febles i plantejant propostes de millora encarades a aconseguir una futura generació i recollida de residus més respectuosa amb l’entorn.

Efficient knowledge retrieval to calibrate input variables in forest fire prediction

Forest fires are a serious threat to humans and nature from an ecological, social and economic point of view. Predicting their behaviour by simulation still delivers unreliable results and remains a challenging task. Latest approaches try to calibrate input variables, often tainted with imprecision, using optimisation techniques like Genetic Algorithms. To converge faster towards fitter solutions, the GA is guided with knowledge obtained from historical or synthetical fires. We developed a robust and efficient knowledge storage and retrieval method. Nearest neighbour search is applied to find the fire configuration from knowledge base most similar to the current configuration. Therefore, a distance measure was elaborated and implemented in several ways. Experiments show the performance of the different implementations regarding occupied storage and retrieval time with overly satisfactory results.

Art en tres dimensions: construcció de renders 3D amb renders 3D studio max

Treball de recerca realitzat per un alumne d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2008. Existeixen diversos programes informàtics per a la generació d’imatges en format 3D. S’analitza breument l’oferta del mercat actual de la tecnologia de programari més emprada en la producció de gràfics 3D amb ordinador, identificant les vessants positives i negatives de cadascun. Posteriorment s’examina en profunditat el programa 3D Studio Max, per tal de conèixer-ne les eines de creació d’escenes virtuals i les seves funcionalitats. Finalment s’han desenvolupat projectes d’escenaris 3D en els quals es puguin aplicar els coneixements tècnics obtinguts en la recerca, sempre conceptualitzant aquestes propostes amb un cert criteri artístic.

Escenaris possibles del canvi climàtic, simulació de la línia costera catalana

S’ha realitzat una simulació de la futura línia de costa catalana per tal d’avaluar els impactes del possible augment del nivell del mar, estudiant dels usos del sòl afectats a partir d’un programa de tractament d’imatge de satèl•lit. Es parla sobre el sistema climàtic com a un sistema obert i tancat alhora, internament inestable i en equilibri amb l’exterior, amb una dinàmica temporal i espacial interconnectada. L’impacte més important es dóna a les àrees de costa baixa, pràcticament tot el litoral en seria afectat. La superfície total ocupada per la mar seria de més de 20.000 ha. Les regions més afectades serien l’Alt Empordà i el Baix Empordà i els deltes del Llobregat i de l’Ebre. Així doncs, es conclou, cal canviar la forma de vida, abans que sigui el canvi climàtic qui ens hi obligui, i això ho ha de fer cadascú.

Diseño de instalaciones logísticas a través de la simulación

En una época como la actual en la que la continua apertura del mercado obliga a ser competitivos frente a nuevas empresas que se adaptan a los gustos y necesidades de los clientes, la empresa de bolígrafos realiza la gestión de su almacén de la misma forma que en sus inicios, hace ya 45 años. Por este motivo, se hace necesaria una adaptación de los sistemas actuales para responder a las características del mercado. Para alcanzar este objetivo se empleará la técnica de simulación por ordenador para evaluar las estrategias de mejora sin perturbar el funcionamiento del sistema existente, además de evaluar hipótesis sobre cómo y por qué aparecen ciertos fenómenos en el sistema.

Simulación de fluidos inmiscibles con el Particle Finite Element Method (PFEM)

Proyecto de investigación realizado a partir de una estancia en el Centro Internacional de Métodos Computacionales en Ingeniería (CIMEC), Argentina, entre febrero y abril del 2007. La simulación numérica de problemas de mezclas mediante el Particle Finite Element Method (PFEM) es el marco de estudio de una futura tesis doctoral. Éste es un método desarrollado conjuntamente por el CIMEC y el Centre Internacional de Mètodos Numèrics en l'Enginyeria (CIMNE-UPC), basado en la resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes en formulación Lagrangiana. El mallador ha sido implementado y desarrollado por Dr. Nestor Calvo, investigador del CIMEC. El desarrollo del módulo de cálculo corresponde al trabajo de tesis de la beneficiaria. La correcta interacción entre ambas partes es fundamental para obtener resultados válidos. En esta memoria se explican los principales aspectos del mallador que fueron modificados (criterios de refinamiento geométrico) y los cambios introducidos en el módulo de cálculo (librería PETSc, algoritmo predictor-corrector) durante la estancia en el CIMEC. Por último, se muestran los resultados obtenidos en un problema de dos fluidos inmiscibles con transferencia de calor.

H-Link simulator

Aquest projecte intenta donar solució al problema amb el qual s’ha trobat la empresa Hitachi Air Conditioning Products SA a la hora de fer probes durant el desenvolupament del seu principal producte, el CSNet Web. El simulador que s’ha realitzat en aquest projecte pretén reproduir la topologia d’una xarxa d’unitats d’aire condicionat per a que el CSNet Web les interpreti com si aquestes màquines fossin reals. Per a aconseguir-ho, el simulador reproduirà les comunicacions entre aquestes màquines i el CSNet Web.

Análisis de l'utilitat d'una plataforma digital sincrónica i de l'apropiació conceptual del professorat dels Camps d'Aprenentatge en el marc d'un curs de formació permanent

El projecte pretenia analitzar com l'ús de les noves tecnologies incideixen en un procés de formació permanent per afavorir la participació i l’apropiació de les noves mirades als fenòmens, la innovació en didàctica de les ciències experimentals i les ciències socials. El projecte ha tingut una durada d'un any i s'ha realitzat a Catalunya. En el projecte han intervingut tres formadors de la UAB i els Camps d'Aprenentatge depenents del Departament d'Educació. El desenvolupament del projecte ha tingut lloc en base als materials elaborats o transcrits durant diferents sessions virtuals, en les que s'ha utilitzat una plataforma sincrònica, i en diferents sessions presencials. Els resultats del projecte mostren que tot i que el canvi de les mirades sobre els fenòmens del món és un procés lent, l'us de la plataforma combinada amb sessions presencials, i l'anàlisi i la discussió dels resultats amb els formadors, afavoreix aquest procés de canvi.

Visualización estéreo

En este proyecto se muestran las posibilidades de la visión estéreo para la visualización en monitores tanto de objetos simples como de grandes escenarios, así como su aplicación en juegos o en otros ámbitos como el cine, la geología e incluso la medicina. Para el desarrollo se ha usado una tarjeta con soporte 3d como la Nvidia 7600GT y una pantalla con una tasa de frecuencia alta como una ACER 19 pulgadas a 100Hz. Los resultados sobre la visualización han sido extraídos de las opiniones de un grupo de 20 personas, de diversas profesiones, no relacionadas con los gráficos por ordenador.

La utilización de los recursos actualmente existentes en Internet para la enseñanza de Ingeniería de Materiales

El presente trabajo describe la planificación y posterior puesta en marcha de distintos mecanismos para la realización de prácticas de simulación con ordenador a modo de asignatura virtual. Los contenidos pertenecen a distintas áreas de conocimiento del plan de estudios relativo a la Ingeniería de Materiales. Primeramente se hace un análisis de las causas que motivaron la realización del mismo, así como de las posibilidades y necesidad de utilización de los Laboratorios Virtuales en la enseñanza contemporánea. Posteriormente se presenta el sistema desarrollado, sus características y posibilidades de utilización. El objetivo del trabajo es doble: por un lado, crear una base de datos interactiva de consulta con la finalidad de que el alumno pueda asentar conceptos clave necesarios para cursar la titulación con éxito; por otro, crear un servidor de prácticas de simulación por computador haciendo uso de la World Wide Web y que permita a los alumnos acceder a las prácticas de forma remota, con las múltiples ventajas, tanto educativas como económicas, que ello supondría.

Analyzing the effects of transient faults into applications

As computer chips implementation technologies evolve to obtain more performance, those computer chips are using smaller components, with bigger density of transistors and working with lower power voltages. All these factors turn the computer chips less robust and increase the probability of a transient fault. Transient faults may occur once and never more happen the same way in a computer system lifetime. There are distinct consequences when a transient fault occurs: the operating system might abort the execution if the change produced by the fault is detected by bad behavior of the application, but the biggest risk is that the fault produces an undetected data corruption that modifies the application final result without warnings (for example a bit flip in some crucial data). With the objective of researching transient faults in computer system’s processor registers and memory we have developed an extension of HP’s and AMD joint full system simulation environment, named COTSon. This extension allows the injection of faults that change a single bit in processor registers and memory of the simulated computer. The developed fault injection system makes it possible to: evaluate the effects of single bit flip transient faults in an application, analyze an application robustness against single bit flip transient faults and validate fault detection mechanism and strategies.

Modelado y simulación de sistemas biológicos

En la presente memoria se ha recogido de forma escrita el conjunto de fases que se han llevado a cabo en la realización del proyecto consistente en un simulador de sistemas biológicos utilizando modelos orientados al individuo. Concretamente, el sistema biológico representado ha consistido en el movimiento y comportamiento de cohesión que poseen los peces.