Accelerating CFD via local POD plus Galerkin projections

Se desarrollan varias técnicas basadas en descomposición ortogonal propia (DOP) local y proyección de tipo Galerkin para acelerar la integración numérica de problemas de evolución, de tipo parabólico, no lineales. Las ideas y métodos que se presentan conllevan un nuevo enfoque para la modelización de tipo DOP, que combina intervalos temporales cortos en que se usa un esquema numérico estándard con otros intervalos temporales en que se utilizan los sistemas de tipo Galerkin que resultan de proyectar las ecuaciones de evolución sobre la variedad lineal generada por los modos DOP, obtenidos a partir de instantáneas calculadas en los intervalos donde actúa el código numérico. La variedad DOP se construye completamente en el primer intervalo, pero solamente se actualiza en los demás intervalos según las dinámicas de la solución, aumentando de este modo la eficiencia del modelo de orden reducido resultante. Además, se aprovechan algunas propiedades asociadas a la dependencia débil de los modos DOP tanto en la variable temporal como en los posibles parámetros de que pueda depender el problema. De esta forma, se aumentan la flexibilidad y la eficiencia computacional del proceso. La aplicación de los métodos resultantes es muy prometedora, tanto en la simulación de transitorios en flujos laminares como en la construcción de diagramas de bifurcación en sistemas dependientes de parámetros. Las ideas y los algoritmos desarrollados en la tesis se ilustran en dos problemas test, la ecuación unidimensional compleja de Ginzburg-Landau y el problema bidimensional no estacionario de la cavidad. Abstract Various ideas and methods involving local proper orthogonal decomposition (POD) and Galerkin projection are presented aiming at accelerating the numerical integration of nonlinear time dependent parabolic problems. The proposed methods come from a new approach to the POD-based model reduction procedures, which combines short runs with a given numerical solver and a reduced order model constructed by expanding the solution of the problem into appropriate POD modes, which span a POD manifold, and Galerkin projecting some evolution equations onto that linear manifold. The POD manifold is completely constructed from the outset, but only updated as time proceeds according to the dynamics, which yields an adaptive and flexible procedure. In addition, some properties concerning the weak dependence of the POD modes on time and possible parameters in the problem are exploited in order to increase the flexibility and efficiency of the low dimensional model computation. Application of the developed techniques to the approximation of transients in laminar fluid flows and the simulation of attractors in bifurcation problems shows very promising results. The test problems considered to illustrate the various ideas and check the performance of the algorithms are the onedimensional complex Ginzburg-Landau equation and the two-dimensional unsteady liddriven cavity problem.

Efficient numerical methods for global linear instability. Analysis and modeling of non-orthogonal swept attachment-line boundary layer flow

The aim of this thesis is to study the mechanisms of instability that occur in swept wings when the angle of attack increases. For this, a simplified model for the a simplified model for the non-orthogonal swept leading edge boundary layer has been used as well as different numerical techniques in order to solve the linear stability problem that describes the behavior of perturbations superposed upon this base flow. Two different approaches, matrix-free and matrix forming methods, have been validated using direct numerical simulations with spectral resolution. In this way, flow instability in the non-orthogonal swept attachment-line boundary layer is addressed in a linear analysis framework via the solution of the pertinent global (Bi-Global) PDE-based eigenvalue problem. Subsequently, a simple extension of the extended G¨ortler-H¨ammerlin ODEbased polynomial model proposed by Theofilis, Fedorov, Obrist & Dallmann (2003) for orthogonal flow, which includes previous models as particular cases and recovers global instability analysis results, is presented for non-orthogonal flow. Direct numerical simulations have been used to verify the stability results and unravel the limits of validity of the basic flow model analyzed. The effect of the angle of attack, AoA, on the critical conditions of the non-orthogonal problem has been documented; an increase of the angle of attack, from AoA = 0 (orthogonal flow) up to values close to _/2 which make the assumptions under which the basic flow is derived questionable, is found to systematically destabilize the flow. The critical conditions of non-orthogonal flows at 0 _ AoA _ _/2 are shown to be recoverable from those of orthogonal flow, via a simple analytical transformation involving AoA. These results can help to understand the mechanisms of destabilization that occurs in the attachment line of wings at finite angles of attack. Studies taking into account variations of the pressure field in the basic flow or the extension to compressible flows are issues that remain open. El objetivo de esta tesis es estudiar los mecanismos de la inestabilidad que se producen en ciertos dispositivos aerodinámicos cuando se aumenta el ángulo de ataque. Para ello se ha utilizado un modelo simplificado del flujo de base, así como diferentes técnicas numéricas, con el fin de resolver el problema de estabilidad lineal asociado que describe el comportamiento de las perturbaciones. Estos métodos; sin y con formación de matriz, se han validado utilizando simulaciones numéricas directas con resolución espectral. De esta manera, la inestabilidad del flujo de capa límite laminar oblicuo entorno a la línea de estancamiento se aborda en un marco de análisis lineal por medio del método Bi-Global de resolución del problema de valores propios en derivadas parciales. Posteriormente se propone una extensión simple para el flujo no-ortogonal del modelo polinomial de ecuaciones diferenciales ordinarias, G¨ortler-H¨ammerlin extendido, propuesto por Theofilis et al. (2003) para el flujo ortogonal, que incluye los modelos previos como casos particulares y recupera los resultados del analisis global de estabilidad lineal. Se han realizado simulaciones directas con el fin de verificar los resultados del análisis de estabilidad así como para investigar los límites de validez del modelo de flujo base utilizado. En este trabajo se ha documentado el efecto del ángulo de ataque AoA en las condiciones críticas del problema no ortogonal obteniendo que el incremento del ángulo de ataque, de AoA = 0 (flujo ortogonal) hasta valores próximos a _/2, en el cual las hipótesis sobre las que se basa el flujo base dejan de ser válidas, tiende sistemáticamente a desestabilizar el flujo. Las condiciones críticas del caso no ortogonal 0 _ AoA _ _/2 pueden recuperarse a partir del caso ortogonal mediante el uso de una transformación analítica simple que implica el ángulo de ataque AoA. Estos resultados pueden ayudar a comprender los mecanismos de desestabilización que se producen en el borde de ataque de las alas de los aviones a ángulos de ataque finitos. Como tareas pendientes quedaría realizar estudios que tengan en cuenta variaciones del campo de presión en el flujo base así como la extensión de éste al caso de flujos compresibles.

Crecimiento, fabricación y caracterización de heteroestructuras y nanocolumnas ordenadas basadas en nitruros del grupo III para aplicaciones sensoras

Esta memoria está basada en el crecimiento y caracterización de heteroestructuras Al(Ga)N/GaN y nanocolumnas ordenadas de GaN, y su aplicación en sensores químicos. El método de crecimiento ha sido la epitaxia de haces moleculares asistida por plasma (PAMBE). En el caso de las heteroestructuras Al(Ga)N/GaN, se han crecido barreras de distinto espesor y composición, desde AlN de 5 nm, hasta AlGaN de 35 nm. Además de una caracterización morfológica, estructural y eléctrica básica de las capas, también se han fabricado a partir de ellas dispositivos tipo HEMTs. La caracterización eléctrica de dichos dispositivos (carga y movilidad de en el canal bidimensional) indica que las mejores heteroestructuras son aquellas con un espesor de barrera intermedio (alrededor de 20 nm). Sin embargo, un objetivo importante de esta Tesis ha sido verificar las ventajas que podían tener los sensores basados en heteroestructuras AlN/GaN (frente a los típicos basados en AlGaN/GaN), con espesores de barrera muy finos (alrededor de 5 nm), ya que el canal de conducción que se modula por efecto de cambios químicos está más cerca de la superficie en donde ocurren dichos cambios químicos. De esta manera, se han utilizado los dispositivos tipo HEMTs como sensores químicos de pH (ISFETs), y se ha comprobado la mayor sensibilidad (variación de corriente frente a cambios de pH, Ids/pH) en los sensores basados en AlN/GaN frente a los basados en AlGaN/GaN. La mayor sensibilidad es incluso más patente en aplicaciones en las que no se utiliza un electrodo de referencia. Se han fabricado y caracterizado dispositivos ISFET similares utilizando capas compactas de InN. Estos sensores presentan peor estabilidad que los basados en Al(Ga)N/GaN, aunque la sensibilidad superficial al pH era la misma (Vgs/pH), y su sensibilidad en terminos de corriente de canal (Ids/pH) arroja valores intermedios entre los ISFET basados en AlN/GaN y los valores de los basados en AlGaN/GaN. Para continuar con la comparación entre dispositivos basados en Al(Ga)N/GaN, se fabricaron ISFETs con el área sensible más pequeña (35 x 35 m2), de tamaño similar a los dispositivos destinados a las medidas de actividad celular. Sometiendo los dispositivos a pulsos de voltaje en su área sensible, la respuesta de los dispositivos de AlN presentaron menor ruido que los basados en AlGaN. El ruido en la corriente para dispositivos de AlN, donde el encapsulado no ha sido optimizado, fue tan bajo como 8.9 nA (valor rms), y el ruido equivalente en el potencial superficial 38.7 V. Estos valores son más bajos que los encontrados en los dispositivos típicos para la detección de actividad celular (basados en Si), y del orden de los mejores resultados encontrados en la literatura sobre AlGaN/GaN. Desde el punto de vista de la caracterización electro-química de las superficies de GaN e InN, se ha determinado su punto isoeléctrico. Dicho valor no había sido reportado en la literatura hasta el momento. El valor, determinado por medidas de “streaming potential”, es de 4.4 y 4 respectivamente. Este valor es una importante característica a tener en cuenta en sensores, en inmovilización electrostática o en la litografía coloidal. Esta última técnica se discute en esta memoria, y se aplica en el último bloque de investigación de esta Tesis (i.e. crecimiento ordenado). El último apartado de resultados experimentales de esta Tesis analiza el crecimiento selectivo de nanocolumnas ordenadas de GaN por MBE, utilizando mascaras de Ti con nanoagujeros. Se ha estudiado como los distintos parámetros de crecimiento (i.e. flujos de los elementos Ga y N, temperatura de crecimiento y diseño de la máscara) afectan a la selectividad y a la morfología de las nanocolumnas. Se ha conseguido con éxito el crecimiento selectivo sobre pseudosustratos de GaN con distinta orientación cristalina o polaridad; templates de GaN(0001)/zafiro, GaN(0001)/AlN/Si, GaN(000-1)/Si y GaN(11-20)/zafiro. Se ha verificado experimentalmente la alta calidad cristalina de las nanocolumnas ordenadas, y su mayor estabilidad térmica comparada con las capas compactas del mismo material. Las nanocolumnas ordenadas de nitruros del grupo III tienen una clara aplicación en el campo de la optoelectrónica, principalmente para nanoemisores de luz blanca. Sin embargo, en esta Tesis se proponen como alternativa a la utilización de capas compactas o nanocolumnas auto-ensambladas en sensores. Las nanocolumnas auto-ensambladas de GaN, debido a su alta razón superficie/volumen, son muy prometedoras en el campo de los sensores, pero su amplia dispersión en dimensiones (altura y diámetro) supone un problema para el procesado y funcionamiento de dispositivos reales. En ese aspecto, las nanocolumnas ordenadas son más robustas y homogéneas, manteniendo una alta relación superficie/volumen. Como primer experimento en el ámbito de los sensores, se ha estudiado como se ve afectada la emisión de fotoluminiscencia de las NCs ordenadas al estar expuestas al aire o al vacio. Se observa una fuerte caída en la intensidad de la fotoluminiscencia cuando las nanocolumnas están expuestas al aire (probablemente por la foto-adsorción de oxigeno en la superficie), como ya había sido documentado anteriormente en nanocolumnas auto-ensambladas. Este experimento abre el camino para futuros sensores basados en nanocolumnas ordenadas. Abstract This manuscript deals with the growth and characterization of Al(Ga)N/GaN heterostructures and GaN ordered nanocolumns, and their application in chemical sensors. The growth technique has been the plasma-assisted molecular beam epitaxy (PAMBE). In the case of Al(Ga)N/GaN heterostructures, barriers of different thickness and composition, from AlN (5 nm) to AlGaN (35 nm) have been grown. Besides the basic morphological, structural and electrical characterization of the layers, HEMT devices have been fabricated based on these layers. The best electrical characteristics (larger carriers concentration and mobility in the two dimensional electron gas) are those in AlGaN/GaN heterostructures with a medium thickness (around 20 nm). However, one of the goals of this Thesis has been to verify the advantages that sensors based on AlN/GaN (thickness around 7 nm) have compared to standard AlGaN/GaN, because the conduction channel to be modulated by chemical changes is closer to the sensitive area. In this way, HEMT devices have been used as chemical pH sensors (ISFETs), and the higher sensitivity (conductance change related to pH changes, Ids/pH) of AlN/GaN based sensors has been proved. The higher sensibility is even more obvious in application without reference electrode. Similar ISFETs devices have been fabricated based on InN compact layers. These devices show a poor stability, but its surface sensitivity to pH (Vgs/pH) and its sensibility (Ids/pH) yield values between the corresponding ones of AlN/GaN and AlGaN/GaN heterostructures. In order to a further comparison between Al(Ga)N/GaN based devices, ISFETs with smaller sensitive area (35 x 35 m2), similar to the ones used in cellular activity record, were fabricated and characterized. When the devices are subjected to a voltage pulse through the sensitive area, the response of AlN based devices shows lower noise than the ones based on AlGaN. The noise in the current of such a AlN based device, where the encapsulation has not been optimized, is as low as 8.9 nA (rms value), and the equivalent noise to the surface potential is 38.7 V. These values are lower than the found in typical devices used for cellular activity recording (based on Si), and in the range of the best published results on AlGaN/GaN. From the point of view of the electrochemical characterization of GaN and InN surfaces, their isoelectric point has been experimentally determined. Such a value is the first time reported for GaN and InN surfaces. These values are determined by “streaming potential”, being pH 4.4 and 4, respectively. Isoelectric point value is an important characteristic in sensors, electrostatic immobilization or in colloidal lithography. In particular, colloidal lithography has been optimized in this Thesis for GaN surfaces, and applied in the last part of experimental results (i.e. ordered growth). The last block of this Thesis is focused on the selective area growth of GaN nanocolumns by MBE, using Ti masks decorated with nanoholes. The effect of the different growth parameters (Ga and N fluxes, growth temperature and mask design) is studied, in particular their impact in the selectivity and in the morphology of the nanocolumns. Selective area growth has been successful performed on GaN templates with different orientation or polarity; GaN(0001)/sapphire, GaN(0001)/AlN/Si, GaN(000- 1)/Si and GaN(11-20)/sapphire. Ordered nanocolumns exhibit a high crystal quality, and a higher thermal stability (lower thermal decomposition) than the compact layers of the same material. Ordered nanocolumns based on III nitrides have a clear application in optoelectronics, mainly for white light nanoemitters. However, this Thesis proposes them as an alternative to compact layers and self-assembled nanocolumns in sensor applications. Self-assembled GaN nanocolumns are very appealing for sensor applications, due to their large surface/volume ratio. However, their large dispersion in heights and diameters are a problem in terms of processing and operation of real devices. In this aspect, ordered nanocolumns are more robust and homogeneous, keeping the large surface/volume ratio. As first experimental evidence of their sensor capabilities, ordered nanocolumns have been studied regarding their photoluminiscence on air and vacuum ambient. A big drop in the intensity is observed when the nanocolumns are exposed to air (probably because of the oxygen photo-adsortion), as was already reported in the case of self-assembled nanocolumns. This opens the way to future sensors based on ordered III nitrides nanocolumns.

Numerical Error Prediction and its applications in CFD using tau-estimation

Nowadays, Computational Fluid Dynamics (CFD) solvers are widely used within the industry to model fluid flow phenomenons. Several fluid flow model equations have been employed in the last decades to simulate and predict forces acting, for example, on different aircraft configurations. Computational time and accuracy are strongly dependent on the fluid flow model equation and the spatial dimension of the problem considered. While simple models based on perfect flows, like panel methods or potential flow models can be very fast to solve, they usually suffer from a poor accuracy in order to simulate real flows (transonic, viscous). On the other hand, more complex models such as the full Navier- Stokes equations provide high fidelity predictions but at a much higher computational cost. Thus, a good compromise between accuracy and computational time has to be fixed for engineering applications. A discretisation technique widely used within the industry is the so-called Finite Volume approach on unstructured meshes. This technique spatially discretises the flow motion equations onto a set of elements which form a mesh, a discrete representation of the continuous domain. Using this approach, for a given flow model equation, the accuracy and computational time mainly depend on the distribution of nodes forming the mesh. Therefore, a good compromise between accuracy and computational time might be obtained by carefully defining the mesh. However, defining an optimal mesh for complex flows and geometries requires a very high level expertize in fluid mechanics and numerical analysis, and in most cases a simple guess of regions of the computational domain which might affect the most the accuracy is impossible. Thus, it is desirable to have an automatized remeshing tool, which is more flexible with unstructured meshes than its structured counterpart. However, adaptive methods currently in use still have an opened question: how to efficiently drive the adaptation ? Pioneering sensors based on flow features generally suffer from a lack of reliability, so in the last decade more effort has been made in developing numerical error-based sensors, like for instance the adjoint-based adaptation sensors. While very efficient at adapting meshes for a given functional output, the latter method is very expensive as it requires to solve a dual set of equations and computes the sensor on an embedded mesh. Therefore, it would be desirable to develop a more affordable numerical error estimation method. The current work aims at estimating the truncation error, which arises when discretising a partial differential equation. These are the higher order terms neglected in the construction of the numerical scheme. The truncation error provides very useful information as it is strongly related to the flow model equation and its discretisation. On one hand, it is a very reliable measure of the quality of the mesh, therefore very useful in order to drive a mesh adaptation procedure. On the other hand, it is strongly linked to the flow model equation, so that a careful estimation actually gives information on how well a given equation is solved, which may be useful in the context of _ -extrapolation or zonal modelling. The following work is organized as follows: Chap. 1 contains a short review of mesh adaptation techniques as well as numerical error prediction. In the first section, Sec. 1.1, the basic refinement strategies are reviewed and the main contribution to structured and unstructured mesh adaptation are presented. Sec. 1.2 introduces the definitions of errors encountered when solving Computational Fluid Dynamics problems and reviews the most common approaches to predict them. Chap. 2 is devoted to the mathematical formulation of truncation error estimation in the context of finite volume methodology, as well as a complete verification procedure. Several features are studied, such as the influence of grid non-uniformities, non-linearity, boundary conditions and non-converged numerical solutions. This verification part has been submitted and accepted for publication in the Journal of Computational Physics. Chap. 3 presents a mesh adaptation algorithm based on truncation error estimates and compares the results to a feature-based and an adjoint-based sensor (in collaboration with Jorge Ponsín, INTA). Two- and three-dimensional cases relevant for validation in the aeronautical industry are considered. This part has been submitted and accepted in the AIAA Journal. An extension to Reynolds Averaged Navier- Stokes equations is also included, where _ -estimation-based mesh adaptation and _ -extrapolation are applied to viscous wing profiles. The latter has been submitted in the Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. Keywords: mesh adaptation, numerical error prediction, finite volume Hoy en día, la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) es ampliamente utilizada dentro de la industria para obtener información sobre fenómenos fluidos. La Dinámica de Fluidos Computacional considera distintas modelizaciones de las ecuaciones fluidas (Potencial, Euler, Navier-Stokes, etc) para simular y predecir las fuerzas que actúan, por ejemplo, sobre una configuración de aeronave. El tiempo de cálculo y la precisión en la solución depende en gran medida de los modelos utilizados, así como de la dimensión espacial del problema considerado. Mientras que modelos simples basados en flujos perfectos, como modelos de flujos potenciales, se pueden resolver rápidamente, por lo general aducen de una baja precisión a la hora de simular flujos reales (viscosos, transónicos, etc). Por otro lado, modelos más complejos tales como el conjunto de ecuaciones de Navier-Stokes proporcionan predicciones de alta fidelidad, a expensas de un coste computacional mucho más elevado. Por lo tanto, en términos de aplicaciones de ingeniería se debe fijar un buen compromiso entre precisión y tiempo de cálculo. Una técnica de discretización ampliamente utilizada en la industria es el método de los Volúmenes Finitos en mallas no estructuradas. Esta técnica discretiza espacialmente las ecuaciones del movimiento del flujo sobre un conjunto de elementos que forman una malla, una representación discreta del dominio continuo. Utilizando este enfoque, para una ecuación de flujo dado, la precisión y el tiempo computacional dependen principalmente de la distribución de los nodos que forman la malla. Por consiguiente, un buen compromiso entre precisión y tiempo de cálculo se podría obtener definiendo cuidadosamente la malla, concentrando sus elementos en aquellas zonas donde sea estrictamente necesario. Sin embargo, la definición de una malla óptima para corrientes y geometrías complejas requiere un nivel muy alto de experiencia en la mecánica de fluidos y el análisis numérico, así como un conocimiento previo de la solución. Aspecto que en la mayoría de los casos no está disponible. Por tanto, es deseable tener una herramienta que permita adaptar los elementos de malla de forma automática, acorde a la solución fluida (remallado). Esta herramienta es generalmente más flexible en mallas no estructuradas que con su homóloga estructurada. No obstante, los métodos de adaptación actualmente en uso todavía dejan una pregunta abierta: cómo conducir de manera eficiente la adaptación. Sensores pioneros basados en las características del flujo en general, adolecen de una falta de fiabilidad, por lo que en la última década se han realizado grandes esfuerzos en el desarrollo numérico de sensores basados en el error, como por ejemplo los sensores basados en el adjunto. A pesar de ser muy eficientes en la adaptación de mallas para un determinado funcional, este último método resulta muy costoso, pues requiere resolver un doble conjunto de ecuaciones: la solución y su adjunta. Por tanto, es deseable desarrollar un método numérico de estimación de error más asequible. El presente trabajo tiene como objetivo estimar el error local de truncación, que aparece cuando se discretiza una ecuación en derivadas parciales. Estos son los términos de orden superior olvidados en la construcción del esquema numérico. El error de truncación proporciona una información muy útil sobre la solución: es una medida muy fiable de la calidad de la malla, obteniendo información que permite llevar a cabo un procedimiento de adaptación de malla. Está fuertemente relacionado al modelo matemático fluido, de modo que una estimación precisa garantiza la idoneidad de dicho modelo en un campo fluido, lo que puede ser útil en el contexto de modelado zonal. Por último, permite mejorar la precisión de la solución resolviendo un nuevo sistema donde el error local actúa como término fuente (_ -extrapolación). El presenta trabajo se organiza de la siguiente manera: Cap. 1 contiene una breve reseña de las técnicas de adaptación de malla, así como de los métodos de predicción de los errores numéricos. En la primera sección, Sec. 1.1, se examinan las estrategias básicas de refinamiento y se presenta la principal contribución a la adaptación de malla estructurada y no estructurada. Sec 1.2 introduce las definiciones de los errores encontrados en la resolución de problemas de Dinámica Computacional de Fluidos y se examinan los enfoques más comunes para predecirlos. Cap. 2 está dedicado a la formulación matemática de la estimación del error de truncación en el contexto de la metodología de Volúmenes Finitos, así como a un procedimiento de verificación completo. Se estudian varias características que influyen en su estimación: la influencia de la falta de uniformidad de la malla, el efecto de las no linealidades del modelo matemático, diferentes condiciones de contorno y soluciones numéricas no convergidas. Esta parte de verificación ha sido presentada y aceptada para su publicación en el Journal of Computational Physics. Cap. 3 presenta un algoritmo de adaptación de malla basado en la estimación del error de truncación y compara los resultados con sensores de featured-based y adjointbased (en colaboración con Jorge Ponsín del INTA). Se consideran casos en dos y tres dimensiones, relevantes para la validación en la industria aeronáutica. Este trabajo ha sido presentado y aceptado en el AIAA Journal. También se incluye una extensión de estos métodos a las ecuaciones RANS (Reynolds Average Navier- Stokes), en donde adaptación de malla basada en _ y _ -extrapolación son aplicados a perfiles con viscosidad de alas. Este último trabajo se ha presentado en los Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos, Parte G: Journal of Aerospace Engineering. Palabras clave: adaptación de malla, predicción del error numérico, volúmenes finitos

Concienciación para la conservación del patrimonio urbano : los instrumentos de gestión para la recuperación del barrio madrileño de Embajadores

La tesis trata la evolución de la conciencia de la conservación de los centros históricos y de los instrumentos de gestión utilizados en las políticas de rehabilitación del casco antiguo de Madrid, desde las primeras experiencias de los años ‘80 hasta el perfeccionamiento del complejo mecanismo contemporáneo. El proceso de rehabilitación ha demostrado ser extremadamente coherente en cuanto a los objetivos y en cuanto al tema de los instrumentos ha seguido la tendencia de diversificar y flexibilizar. En Madrid se ha utilizado el concepto de rehabilitación en sentido integral, abarca una amplia gama de acciones que implican por una parte, intervenciones directas sobre los edificios y por otra, la valorización del espacio público, de los edificios representativos, la introducción de dotaciones y también un componente social. El tema se analizará desde la perspectiva del barrio de Embajadores, un área muy especial del casco antiguo de la ciudad. Desde 1998 hasta la actualidad allí funciona el Área de Rehabilitación Integral con el nombre de Lavapiés. El barrio de Embajadores representa un caso de extrema complejidad dada su tradición, que mantiene hasta el momento, de barrio popular que ha tenido como consecuencia negativa un grave estado de deterioro de los edificios y de sus estructuras urbanas. Además, presenta una composición socio-cultural muy heterogénea ya que siempre ha alojado oleadas de inmigrantes que llegaban a la capital tanto de las provincias como del extranjero. Los ‘80 marcan en Madrid el inicio de la preocupación por la rehabilitación urbana y de los primeros intentos de definir unos mecanismos. Durante este período el barrio de Embajadores es escenario de los primeros proyectos piloto de rehabilitación. Se sientan las bases del sistema de subvenciones, que empujará hacia un modelo de rehabilitación generalizada. A principios de los años ‘90, la insatisfacción dejada por de los resultados obtenidos, la Administración decide reorganizar la estrategia y se procede a la rehabilitación integral por áreas, concentrando los esfuerzos geográfica y temporalmente. La idea ya se había utilizado diez años antes, pero sin encontrar nunca la voluntad política de aplicarla. En comparación con el casco antiguo, el barrio de Embajadores se dejó para el final del proceso para verificar los métodos en zonas más restringidas en cuanto a superficie y con menos problemas. Desde 1998 hasta hoy, período en que funciona el Área de Rehabilitación Integral de Lavapiés, los distintos tipos de actuaciones, de producción arquitectónica, urbanística y sociocultural, han mostrado su eficacia, de forma que los cambios que aportaron al barrio son evidentes para todos. Mientras que las Áreas de Rehabilitación del centro una vez alcanzados los objetivos, se preparan para su clausura, a nivel administrativo se están definiendo nuevas direcciones y nuevos objetivos para el casco antiguo: subastas para incentivar intervenciones de mejoramiento energético y del nivel de sostenibilidad de los edificios madrileños. La primera parte de la tesis establece las premisas presentando algunos puntos relevantes relativos al desarrollo histórico de los documentos y normativas más importantes que tendrán eco en el proceso de concienciación de la cultura de la conservación del patrimonio urbano de los centros históricos. Después, se habla de la experiencia de rehabilitación urbana en Europa, en España en general y en Madrid en particular, con referencia a los modelos de enfoque, al marco legislativo y a las experiencias relacionadas con el casco antiguo, y en definitiva a la creación de la conciencia de la rehabilitación y conservación de los centros de las ciudades. La segunda parte se centra en el caso de estudio, el barrio de Embajadores. En primer lugar, se presenta en detalle el barrio: ubicación, datos característicos, edificios representativos y flujos que generan, trama urbana, datos sobre la formación histórica, tipologías y características de construcción de los edificios y, para finalizar, algún dato demográfico para introducir la compleja problemática social. Más adelante se exponen las primeras experiencias de rehabilitación: dos proyectos piloto de intervención sobre las viviendas realizados en los años ‘80, uno privado y el otro público. La parte central del trabajo trata sobre la fase intensiva de rehabilitación, proceso puesto en marcha en el año ’98 y que corresponde al período en el que Embajadores es Área de Rehabilitación Integral. Se presentan y analizan los objetivos de la rehabilitación y luego los instrumentos de orden administrativo, normativo y legal que regulan las actuaciones en el barrio. Sucesivamente se afronta la rehabilitación de la parte residencial, en régimen privado y público, que fue el modelo principal que la Administración llevó a cabo. Se presenta todo el proceso, desde la decisión sobre el tipo de rehabilitación, las subvenciones y las soluciones técnicas adoptadas así como la rehabilitación de casos especiales de edificios, que por sus características, el alto nivel de degradación o porque ocupados por inquilinos con dificultades económicas, se realizó con intervención pública. Las enormes dificultades derivadas de la complicada gestión y de las incongruencias de las normativas también se analizan en este trabajo. El autor presenta un dosier de una veintena de trabajos llevados a cobo en el Barrio de Embajadores a lo largo de más de 15 años de experiencia profesional propia. Se intenta, en primer lugar, evaluar la actuación pública en comparación con la privada en cuanto a los modelos propuestos, a las problemáticas que generan y a los resultados obtenidos. Una segunda línea de argumentación se refiere a la relación que se establece entre los instrumentos que se promueven y los que obligan a la conservación y a la rehabilitación de los edificios. Quizás el elemento más interesante, por su conocida innovación, de la experiencia de la obligación de conservación a cargo de los propietarios y la introducción de una revisión periódica del estado de los edificios (ITE), que conduce a su mantenimiento permanente a lo largo del tiempo. El ultimo instrumento aparecido y de por si el más novedoso se refiere a la política de rehabilitación energética iniciada en los últimos años por el Ayuntamiento de Madrid. ABSTRACT Starting from the early experiences of the ‘80s and tackling the complex and improved contemporary techniques of development, the present thesis focuses on raising awareness of the conservation of urban heritage and deals with the evolution of rehabilitation policies adopted in the historical center of Madrid. The rehabilitation process has proven to be extremely coherent in terms of its objectives and, consequently, the subject of the instruments has forged ahead a trend of diversification and flexibility. Madrid has used the concept of rehabilitation in a comprehensive manner, encompassing a wide range of actions, which involved on the one hand, direct interventions on buildings and on the other, the appreciation of the public space with its representative edifices and endowments. Confident that the social components have not been neglected during the rehabilitation proceedings, the topic will be analysed in relation to the neighbourhood of Embajadores, an authentic area of the old town. From 1998 onwards, this quarter serves as a Comprehensive Rehabilitation Area under the name of Lavapies. Considering the tradition and popularity of the district, Embajadores represents a challenging case for rehabilitation projects, aiming to improve the severe state of deterioration of buildings and urban structures. Having a heterogeneous sociocultural dynamic, the neighbourhood has always hosted waves of immigrants who come to the capital both from other provinces and abroad. The 1980s in Madrid marked the beginning of concerns with urban regeneration and the first attempts to define feasible restoration techniques. During this period, the district of Embajadores has benefited from various pilot projects. The financial investments have significant effects on the overall environment, so the model of general rehabilitation has been encouraged throughout the years. In the early 90s, left by the dissatisfaction of the results obtained, the authorities proposed to reorganise the strategy and proceed to the full rehabilitation of areas, concentrating efforts geographically and temporally. The idea had already been used ten years before, but never encountered the political force to be implemented. Compared to the old town, the Embajadores neighbourhood has been left for the end of the process, which focused on verifying the methods in more restricted areas that caused fewer disruptions. For the Comprehensive Rehabilitation Area of Lavapies, the various types of administrative implementations from architectural to urban and socio-cultural productions have proved effective. The improvements experienced by the neighbourhood from 1998 are obvious to all. However, while the areas of rehabilitation of the city centre have achieved their objectives and prepare for closure, the administration is still generating new directions and new targets for the ancient surroundings: auctions to encourage the improvement of energy interventions and the sustainability level for the buildings of Madrid. Therefore, the first part of the thesis establishes the premises and introduces some relevant points concerning the entire city. It describes the historical development of urban projects, indicating the events that will echo in the rehabilitation process. This paper then turns to discuss the experience of urban regeneration in Spain, emphasising the case of Madrid with reference to models of approach, legislative frameworks and appreciation of the old structures. The second part reveals an in depth case study of the district of Embajadores. At first, the thesis provides insights into the neighbourhood: location, general data on representative buildings and propagated trends, urban, historical data on training, building typologies and characteristics. The section introduces some demographic data to complete the portrait of the elaborate social problems encountered in this district, also outlining the first experiences of rehabilitation: two pilot projects on housing intervention made in the 80s, one private and one public. The central part of the thesis deals with the intensive phase of rehabilitation developments launched in the year '98 when Embajadores joined the Comprehensive Rehabilitation Area. It analyses the goals of rehabilitation and the instruments of administrative, regulatory and governing legal proceedings of the neighbourhood. The following chapter addresses the privately and publicly founded plan of residential rehabilitation that constituted the main model conducted by the authorities. It describes the entire process: deciding the type of restoration, subsidies and technical solutions as well as the degree of rehabilitation for special buildings, which either have a high level of degradation or require public intervention when tenants face financial difficulties. The administrative difficulties caused by the enormous bureaucratic machinery and the inconsistencies in regulations are also discussed in this paper. Thus, a just evaluation of the public and private performances regarding the proposed models of rehabilitation, along with the problems they generate and the results obtained is desired throughout the thesis. A second line of argument concerns the relationship established between the instruments that are promoted and requiring conservation and the building restoration. Perhaps the most interesting and innovative element of the new rehabilitation policies is the owners' obligation to preserve their properties and the introduction of a periodic review for the state of the buildings (ITE). These thorough and meticulous regulations lead to an ongoing maintenance of constructions, preventing them from severe or sudden deteriorations.

Interactions between roughness and topography in hydraulic models

Analysis of river flow using hydraulic modelling and its implications in derived environ-mental applications are inextricably connected with the way in which the river boundary shape is represented. This relationship is scale-dependent upon the modelling resolution which in turn determines the importance of a subscale performance of the model and the way subscale (surface and flow) processes are parameterised. Commonly, the subscale behaviour of the model relies upon a roughness parameterisation whose meaning depends on the dimensionality of the hydraulic model and the resolution of the topographic represen¬tation scale. This latter is, in turn, dependent on the resolution of the computational mesh as well as on the detail of measured topographic data. Flow results are affected by this interactions between scale and subscale parameterisation according to the dimensionality approach. The aim of this dissertation is the evaluation of these interactions upon hy¬draulic modelling results. Current high resolution topographic source availability induce this research which is tackled using a suitable roughness approach according to each di¬mensionality with the purpose of the interaction assessment. A 1D HEC-RAS model, a 2D raster-based diffusion-wave model with a scale-dependent distributed roughness parame-terisation and a 3D finite volume scheme with a porosity algorithm approach to incorporate complex topography have been used. Different topographic sources are assessed using a 1D scheme. LiDAR data are used to isolate the mesh resolution from the topographic content of the DEM effects upon 2D and 3D flow results. A distributed roughness parameterisation, using a roughness height approach dependent upon both mesh resolution and topographic content is developed and evaluated for the 2D scheme. Grain-size data and fractal methods are used for the reconstruction of topography with microscale information, required for some applications but not easily available. Sensitivity of hydraulic parameters to this topographic parameterisation is evaluated in a 3D scheme at different mesh resolu¬tions. Finally, the structural variability of simulated flow is analysed and related to scale interactions. Model simulations demonstrate (i) the importance of the topographic source in a 1D models; (ii) the mesh resolution approach is dominant in 2D and 3D simulations whereas in a 1D model the topographic source and even the roughness parameterisation impacts are more critical; (iii) the increment of the sensitivity to roughness parameterisa-tion in 1D and 2D schemes with detailed topographic sources and finer mesh resolutions; and (iv) the topographic content and microtopography impact throughout the vertical profile of computed 3D velocity in a depth-dependent way, whereas 2D results are not affected by topographic content variations. Finally, the spatial analysis shows that the mesh resolution controls high resolution model scale results, roughness parameterisation control 2D simulation results for a constant mesh resolution; and topographic content and micro-topography variations impacts upon the organisation of flow results depth-dependently in a 3D scheme. Resumen La topografía juega un papel fundamental en la distribución del agua y la energía en los paisajes naturales (Beven and Kirkby 1979; Wood et al. 1997). La simulación hidráulica combinada con métodos de medición del terreno por teledetección constituyen una poderosa herramienta de investigación en la comprensión del comportamiento de los flujos de agua debido a la variabilidad de la superficie sobre la que fluye. La representación e incorporación de la topografía en el esquema hidráulico tiene una importancia crucial en los resultados y determinan el desarrollo de sus aplicaciones al campo medioambiental. Cualquier simulación es una simplificación de un proceso del mundo real, y por tanto el grado de simplificación determinará el significado de los resultados simulados. Este razonamiento es particularmente difícil de trasladar a la simulación hidráulica donde aspectos de la escala tan diferentes como la escala de los procesos de flujo y de representación del contorno son considerados conjuntamente incluso en fases de parametrización (e.g. parametrización de la rugosidad). Por una parte, esto es debido a que las decisiones de escala vienen condicionadas entre ellas (e.g. la dimensionalidad del modelo condiciona la escala de representación del contorno) y por tanto interaccionan en sus resultados estrechamente. Y por otra parte, debido a los altos requerimientos numéricos y computacionales de una representación explícita de alta resolución de los procesos de flujo y discretización de la malla. Además, previo a la modelización hidráulica, la superficie del terreno sobre la que el agua fluye debe ser modelizada y por tanto presenta su propia escala de representación, que a su vez dependerá de la escala de los datos topográficos medidos con que se elabora el modelo. En última instancia, esta topografía es la que determina el comportamiento espacial del flujo. Por tanto, la escala de la topografía en sus fases de medición y modelización (resolución de los datos y representación topográfica) previas a su incorporación en el modelo hidráulico producirá a su vez un impacto que se acumulará al impacto global resultante debido a la escala computacional del modelo hidráulico y su dimensión. La comprensión de las interacciones entre las complejas geometrías del contorno y la estructura del flujo utilizando la modelización hidráulica depende de las escalas consideradas en la simplificación de los procesos hidráulicos y del terreno (dimensión del modelo, tamaño de escala computacional y escala de los datos topográficos). La naturaleza de la aplicación del modelo hidráulico (e.g. habitat físico, análisis de riesgo de inundaciones, transporte de sedimentos) determina en primer lugar la escala del estudio y por tanto el detalle de los procesos a simular en el modelo (i.e. la dimensionalidad) y, en consecuencia, la escala computacional a la que se realizarán los cálculos (i.e. resolución computacional). Esta última a su vez determina, el detalle geográfico con que deberá representarse el contorno acorde con la resolución de la malla computacional. La parametrización persigue incorporar en el modelo hidráulico la cuantificación de los procesos y condiciones físicas del sistema natural y por tanto debe incluir no solo aquellos procesos que tienen lugar a la escala de modelización, sino también aquellos que tienen lugar a un nivel subescalar y que deben ser definidos mediante relaciones de escalado con las variables modeladas explícitamente. Dicha parametrización se implementa en la práctica mediante la provisión de datos al modelo, por tanto la escala de los datos geográficos utilizados para parametrizar el modelo no sólo influirá en los resultados, sino también determinará la importancia del comportamiento subescalar del modelo y el modo en que estos procesos deban ser parametrizados (e.g. la variabilidad natural del terreno dentro de la celda de discretización o el flujo en las direcciones laterales y verticales en un modelo unidimensional). En esta tesis, se han utilizado el modelo unidimensional HEC-RAS, (HEC 1998b), un modelo ráster bidimensional de propagación de onda, (Yu 2005) y un esquema tridimensional de volúmenes finitos con un algoritmo de porosidad para incorporar la topografía, (Lane et al. 2004; Hardy et al. 2005). La geometría del contorno viene definida por la escala de representación topográfica (resolución de malla y contenido topográfico), la cual a su vez depende de la escala de la fuente cartográfica. Todos estos factores de escala interaccionan en la respuesta del modelo hidráulico a la topografía. En los últimos años, métodos como el análisis fractal y las técnicas geoestadísticas utilizadas para representar y analizar elementos geográficos (e.g. en la caracterización de superficies (Herzfeld and Overbeck 1999; Butler et al. 2001)), están promoviendo nuevos enfoques en la cuantificación de los efectos de escala (Lam et al. 2004; Atkinson and Tate 2000; Lam et al. 2006) por medio del análisis de la estructura espacial de la variable (e.g. Bishop et al. 2006; Ju et al. 2005; Myint et al. 2004; Weng 2002; Bian and Xie 2004; Southworth et al. 2006; Pozd-nyakova et al. 2005; Kyriakidis and Goodchild 2006). Estos métodos cuantifican tanto el rango de valores de la variable presentes a diferentes escalas como la homogeneidad o heterogeneidad de la variable espacialmente distribuida (Lam et al. 2004). En esta tesis, estas técnicas se han utilizado para analizar el impacto de la topografía sobre la estructura de los resultados hidráulicos simulados. Los datos de teledetección de alta resolución y técnicas GIS también están siendo utilizados para la mejor compresión de los efectos de escala en modelos medioambientales (Marceau 1999; Skidmore 2002; Goodchild 2003) y se utilizan en esta tesis. Esta tesis como corpus de investigación aborda las interacciones de esas escalas en la modelización hidráulica desde un punto de vista global e interrelacionado. Sin embargo, la estructura y el foco principal de los experimentos están relacionados con las nociones espaciales de la escala de representación en relación con una visión global de las interacciones entre escalas. En teoría, la representación topográfica debe caracterizar la superficie sobre la que corre el agua a una adecuada (conforme a la finalidad y dimensión del modelo) escala de discretización, de modo que refleje los procesos de interés. La parametrización de la rugosidad debe de reflejar los efectos de la variabilidad de la superficie a escalas de más detalle que aquellas representadas explícitamente en la malla topográfica (i.e. escala de discretización). Claramente, ambos conceptos están físicamente relacionados por un

Experimental studies on transitional separated boundary layers

Separated transitional boundary layers appear on key aeronautical processes such as the flow around wings or turbomachinery blades. The aim of this thesis is the study of these flows in representative scenarios of technological applications, gaining knowledge about phenomenology and physical processes that occur there and, developing a simple model for scaling them. To achieve this goal, experimental measurements have been carried out in a low speed facility, ensuring the flow homogeneity and a low disturbances level such that unwanted transitional mechanisms are avoided. The studied boundary layers have been developed on a flat plate, by imposing a pressure gradient by means of contoured walls. They generate an initial acceleration region followed by a deceleration zone. The initial region is designed to obtain at the beginning of the deceleration the Blasius profile, characterized by its momentum thickness, and an edge boundary layer velocity, defining the problem characteristic velocity. The deceleration region is designed to obtain a linear evolution of the edge velocity, thereby defining the characteristic length of the problem. Several experimental techniques, both intrusive (hot wire anemometry, total pressure probes) as nonintrusive (PIV and LDV anemometry, high-speed filming), have been used in order to take advantage of each of them and allow cross-validation of the results. Once the boundary layer at the deceleration beginning has been characterized, ensuring the desired integral parameters and level of disturbance, the evolution of the laminar boundary layer up to the point of separation is studied. It has been compared with integral methods, and numerical simulations. In view of the results a new model for this evolution is proposed. Downstream from the separation, the flow near to the wall is configured as a shear layer that encloses low momentum recirculating fluid. The region where the shear layer remains laminar tends to be positioned to compensate the adverse pressure gradient associated with the imposed deceleration. Under these conditions, the momentum thickness remains almost constant. This laminar shear layer region extends up to where transitional phenomena appear, extension that scales with the momentum thickness at separation. These transitional phenomena are of inviscid type, similar to those found in free shear layers. The transitional region analysis begins with a study of the disturbances evolution in the linear growth region and the comparison of experimental results with a numerical model based on Linear Stability Theory for parallel flows and with data from other authors. The results’ coalescence for both the disturbances growth and the excited frequencies is stated. For the transition final stages the vorticity concentration into vortex blobs is found, analogously to what happens in free shear layers. Unlike these, the presence of the wall and the pressure gradient make the large scale structures to move towards the wall and quickly disappear under certain circumstances. In these cases, the recirculating flow is confined into a closed region saying the bubble is closed or the boundary layer reattaches. From the reattachment point, the fluid shows a configuration in the vicinity of the wall traditionally considered as turbulent. It has been observed that existing integral methods for turbulent boundary layers do not fit well to the experimental results, due to these methods being valid only for fully developed turbulent flow. Nevertheless, it has been found that downstream from the reattachment point the velocity profiles are self-similar, and a model has been proposed for the evolution of the integral parameters of the boundary layer in this region. Finally, the phenomenon known as bubble burst is analyzed. It has been checked the validity of existing models in literature and a new one is proposed. This phenomenon is blamed to the inability of the large scale structures formed after the transition to overcome with the adverse pressure gradient, move towards the wall and close the bubble. El estudio de capas límites transicionales con separación es de gran relevancia en distintas aplicaciones tecnológicas. Particularmente, en tecnología aeronáutica, aparecen en procesos claves, tales como el flujo alrededor de alas o álabes de turbomaquinaria. El objetivo de esta tesis es el estudio de estos flujos en situaciones representativas de las aplicaciones tecnológicas, ganando por un lado conocimiento sobre la fenomenología y los procesos físicos que aparecen y, por otra parte, desarrollando un modelo sencillo para el escalado de los mismos. Para conseguir este objetivo se han realizado ensayos en una instalación experimental de baja velocidad específicamente diseñada para asegurar un flujo homogéneo y con bajo nivel de perturbaciones, de modo que se evita el disparo de mecanismos transicionales no deseados. La capa límite bajo estudio se ha desarrollado sobre una placa plana, imponiendo un gradiente de presión a la misma por medio de paredes de geometría especificada. éstas generan una región inicial de aceleración seguida de una zona de deceleración. La región inicial se diseña para tener en al inicio de la deceleración un perfil de capa límite de Blasius, caracterizado por su espesor de cantidad de movimiento, y una cierta velocidad externa a la capa límite que se considera la velocidad característica del problema. La región de deceleración está concebida para que la variación de la velocidad externa a la capa límite sea lineal, definiendo de esta forma una longitud característica del problema. Los ensayos se han realizado explotando varias técnicas experimentales, tanto intrusivas (anemometría de hilo caliente, sondas de presión total) como no intrusivas (anemometrías láser y PIV, filmación de alta velocidad), de cara a aprovechar las ventajas de cada una de ellas y permitir validación cruzada de resultados entre las mismas. Caracterizada la capa límite al comienzo de la deceleración, y garantizados los parámetros integrales y niveles de perturbación deseados se procede al estudio de la zona de deceleración. Se presenta en la tesis un análisis de la evolución de la capa límite laminar desde el inicio de la misma hasta el punto de separación, comparando con métodos integrales, simulaciones numéricas, y proponiendo un nuevo modelo para esta evolución. Aguas abajo de la separación, el flujo en las proximidades de la pared se configura como una capa de cortadura que encierra una región de fluido recirculatorio de baja cantidad de movimiento. Se ha caracterizado la región en que dicha capa de cortadura permanece laminar, encontrando que se posiciona de modo que compensa el gradiente adverso de presión asociado a la deceleración de la corriente. En estas condiciones, el espesor de cantidad de movimiento permanece prácticamente constante y esta capa de cortadura laminar se extiende hasta que los fenómenos transicionales aparecen. Estos fenómenos son de tipo no viscoso, similares a los que aparecen en una capa de cortadura libre. El análisis de la región transicional comienza con un estudio de la evolución de las vii viii RESUMEN perturbaciones en la zona de crecimiento lineal de las mismas y la comparación de los resultados experimentales con un modelo numérico y con datos de otros autores. La coalescencia de los resultados tanto para el crecimiento de las perturbaciones como para las frecuencias excitadas queda demostrada. Para los estadios finales de la transición se observa la concentración de la vorticidad en torbellinos, de modo análogo a lo que ocurre en capas de cortadura libres. A diferencia de estas, la presencia de la pared y del gradiente de presión hace que, bajo ciertas condiciones, la gran escala se desplace hacia la pared y desaparezca rápidamente. En este caso el flujo recirculatorio queda confinado en una región cerrada y se habla de cierre de la burbuja o readherencia de la capa límite. A partir del punto de readherencia se tiene una configuración fluida en las proximidades de la pared que tradicionalmente se ha considerado turbulenta. Se ha observado que los métodos integrales existentes para capas límites turbulentas no ajustan bien a las medidas experimentales realizadas, hecho imputable a que no se obtiene en dicha región un flujo turbulento plenamente desarrollado. Se ha encontrado, sin embargo, que pasado el punto de readherencia los perfiles de velocidad próximos a la pared son autosemejantes entre sí y se ha propuesto un modelo para la evolución de los parámetros integrales de la capa límite en esta región. Finalmente, el fenómeno conocido como “estallido” de la burbuja se ha analizado. Se ha comprobado la validez de los modelos existentes en la literatura y se propone uno nuevo. Este fenómeno se achaca a la incapacidad de la gran estructura formada tras la transición para vencer el gradiente adverso de presión, desplazarse hacia la pared y cerrar la burbuja.

Gestión del riesgo de inundación del rio Valdemembra a su paso por Motilla del Palacar (Cuenca)

Este estudio está dedicado al tramo del río Valdemembra a su paso por Motilla del Palancar, el cual pertenece a la Confederación Hidrográfica del río Júcar (CHJ). A través de un estudio histórico, se determinará la magnitud de inundaciones pasadas, así como los puntos más propicios al desbordamiento, obteniendo la información de fuentes bibliográficas, pero sobre todo, de los testimonios de los vecinos de Motilla del Palancar. Posteriormente se realizará un estudio geomorfológico, que se podría dividir en dos fases. En la primera de ellas se determinará una aproximación de la extensión de la llanura de inundación, a través de la estratigrafía de la zona. El tercer y último estudio, sería el estudio hidráulico. En él, utilizando las ecuaciones fundamentales de la hidráulica, se calculará la mancha de inundación asociada a los períodos de retorrno de 10, 100 y 500 años, así como el Dominio Público Hidráulico, con la finalidad de poder elaborar posteriormente los mapas de peligrosidad de inundación, además de los mapas de riesgo de inundación. Para ello, utilizaremos dos software de cálculo hidráulico. El primero se conoce con el nombre de HecRas y realiza los cálculos de manera unidimensional, el segundo se llama Iber, este calcula flujos bidimensionales, por lo que ofrece resultados más precisos. Por último, realizaremos un Plan de Gestión del Riesgo de Inundación que permitirá disminuir los daños humanos y materiales ocasionados por las avenidas futuras,tomando las medidas estructurales o no estructurales necesarias.

Análisis experimental y computacional de modelos termofluidomecánicos para el diseño de ingeniería con metales líquidos

Es importante disponer de una herramienta con la cual diseñar dispositivos de uso industrial y comercial que trabajen con metales líquidos (fuentes de neutrones de alta intensidad, núcleos de sistemas de transmutación nuclear, reactores de fisión de nueva generación, instalaciones de irradiación de materiales o reactores de fusión nuclear). Los códigos CFD (Computational Fluid Dynamics) son una de esas herramientas, y la manera de llevar a cabo su validación es la simulación de experimentos existentes. La turbulencia y la presencia de dos o más fases, son los dos principales problemas a los que tiene que hacer frente un código CFD. La mayoría de los modelos de turbulencia presentes en los códigos CFD se basan en considerar la proporcionalidad directa entre el transporte de cantidad de movimiento turbulento y el transporte turbulento de calor. Precisamente, el coeficiente de difusión del calor turbulento, se asume que sea proporcional a la viscosidad turbulenta a través de una constante empírica, llamada número de Prandtl turbulento. El valor de este número, en los códigos comerciales está entre 0,9 y 0,85 dependiendo del modelo de turbulencia, lo cual significa que en los códigos se asume que el transporte turbulento tanto de cantidad de movimiento como de calor, son prácticamente equivalentes. Esta asunción no es cierta en los flujos de metales líquidos, donde se demuestra que la transmisión de calor por turbulencia es pequeña frente a la transmisión de calor molecular. La solución pasa por aumentar el número de Prandtl turbulento, o abandonar la analogía de Reynolds, en el tratamiento de la turbulencia. Por otro lado, en los metales líquidos la capa límite térmica es más ancha que la de velocidad, y las funciones de pared incluidas en los códigos no satisfacen adecuadamente los flujos turbulentos de los fluidos con bajo número de Prantdl (los metales líquidos). Sí serían adecuados, si el mallado es tal, que la celda más cercana a la pared, está dentro de la subcapa laminar, en la cual la propiedad dominante es la conductividad molecular. En la simulación de flujo multifase los códigos se encuentran con una serie de dificultades, que en el caso de que las densidades de los fluidos que intervienen sean muy diferentes entre sí (como ocurre con los metales líquidos y los gases), serán aún mayores. La modelización de la interfase gas metal líquido, así como el encontrar una correlación válida para los coeficientes de resistencia y sustentación para el movimiento de las burbujas en el seno del metal líquido, son dos de los principales retos en la simulación de este tipo de flujos. Las dificultades no se limitan sólo a la simulación mediante CFD, las medidas experimentales de velocidad de las burbujas y del metal líquido también son complicadas. Hay parámetros que no se pueden definir bien: la trayectoria y la forma de las burbujas entre ellos. En el campo de aplicación industrial de los metales líquidos, los altos valores de los coeficientes de expansión volumétrica y de conductividad térmica hacen que estos fluidos sean muy atractivos en la refrigeración por convección libre en dispositivos de alta densidad de potencia. Tomando como base uno de los diseños de ADS (Accelerator Driven System), y teniendo en cuenta la dificultad que conlleva el uso de múltiples modelos físicos, los cálculos realizados muestran cómo, en caso de fallo eléctrico, la operación de la instalación puede continuar de forma segura. Para la validación de los códigos CFD en su uso como herramienta de diseño, uno de los fenómenos donde cuantitativamente más dificultades encuentran los códigos es en los que aparecen en la modelización de las superficies libres. Un buen ajuste de los modelos multifase y de turbulencia es imprescindible en este tipo de simulaciones. Efectivamente, en la instalación de irradiación de materiales IFMIF, la formación de ondas en la superficie libre del flujo de Litio, es un fenómeno que hay que tratar de evitar, y además se requiere predecir las temperaturas, para ver si hay peligro de ebullición del metal líquido. La simulación llevada a cabo se enfoca al análisis termohidráulico. Variando la velocidad de inyección de Litio desde 10 hasta 20 m/s, se comprueba que las temperaturas máximas quedan alejadas del punto de ebullición del Litio, debido al aumento de presión producido por la fuerza centrífuga. Una de las cuestiones más críticas que se presentan en las fuentes de neutrones sería la refrigeración de la ventana metálica sobre la que incide el haz de protones. La simulación de experimentos como MEGAPIE y TS-1, permite la “visualización” de recirculación en el flujo, de los puntos de estancamiento, de los puntos calientes, etc, y da una fotografía de las zonas críticas del diseño.

Estudio de viabilidad técnica de un Sistema de Información de Salud basado en DHIS2 en Paraguay

El estudio de viabilidad realizado en este proyecto fin de carrera constituye uno más de los muchos que ya se han elaborado para adaptar la herramienta DHIS2 al contexto concreto de un país, y se apoya en toda la experiencia previa acumulada a lo largo de los años en países de Asia, África y, más recientemente, América Latina. DHIS2 es software libre y cuenta con una comunidad de usuarios muy activa repartida por todo el mundo. El objetivo de este proyecto es la realización de un estudio de viabilidad técnica e institucional para implementar el software DHIS2 como sistema de información sanitaria de la Dirección General de Vigilancia en Salud de Paraguay. Para realizar el estudio primero se analizará en profundidad la herramienta DHIS2 para conocer lo que se puede hacer y lo que no; luego se estudiará el sistema de información utilizado actualmente en la DGVS identificando los flujos de datos; y finalmente se implementará una demostración de DHIS2 adaptada a la DGVS. El sistema de información de la DGVS está basado en el envío de fichas de notificación, las cuales son almacenadas y analizadas mediante hojas de cálculo MS Excel. El uso de estas hojas como base de datos puede provocar problemas de inconsistencia y duplicidad en los datos, y se vuelve inmanejable cuando el volumen es muy grande. Por otro lado, rellenar las fichas de notificación de manera manual genera un gran número de errores debido a letra ilegible, problema considerado como uno de los principales por el personal de la DGVS. En este contexto, un sistema de información como DHIS2 podría mejorar y hacer más eficiente todo el proceso de recogida, almacenamiento, análisis y presentación de los datos. El análisis del flujo de datos se realiza mediante la elección de tres fichas de notificación, las cuales servirán de elemento conductor a lo largo de todo el recorrido: Síndromes Febriles Agudos e Infecciones Respiratorias Agudas como fichas individuales y la Planilla Semanal de Notificación Obligatoria como ficha agregada. A continuación se configura DHIS2 para implementar una demostración que incluya las tres fichas anteriores, la cual será utilizada para realizar pruebas de funcionamiento y organizar talleres de formación con el personal de la DGVS. Luego se comprueba que DHIS2 cumple las normas establecidas por el MSPyBS para poder integrarse dentro del sistema de información global y ser compatible con el resto de subsistemas que componen el MSPyBS. También se consigue la integración a DHIS2 del histórico de datos de la DGVS. La valoración general de DHIS2 como sistema de información para la DGVS es muy positiva, si bien se han detectado dos condicionantes importantes que marcarán su éxito. Desde el punto de vista técnico, la baja conectividad a Internet existente en Paraguay puede dificultar su correcto funcionamiento. La buena noticia es que el Ministerio, por un lado, prevé mejorar el acceso en el corto plazo y DHIS2, por otro, planea potenciar el soporte para trabajar con cortes en la conexión. Desde le punto de vista institucional, todo quedará condicionado a la voluntad de la dirección de la DGVS para dar apoyo y favorecer el uso de esta aplicación.

Análisis comparativo de la generación de viajes en hospitales públicos.

La implantación de un nuevo hospital incrementa el tráfico de la zona y cambia el uso del suelo de las áreas cercanas a su localización. Para el planificador resulta de gran utilidad la aplicación de modelos matemáticos para estimar los viajes generados y poder prevenir los impactos negativos. Este trabajo tiene como objetivo principal examinar la concentración de viajes generados en cuatro hospitales seleccionados de Madrid y cinco hospitales brasileños, utilizando los modelos del ?Institute of Transportation Engenieers? ITE, comparados con los modelos desarrollados y con los flujos reales. Una vez realizado el análisis y aplicada la metodología comparativa, se han obtenido unos resultados distantes para el caso de los flujos reales en Madrid. En cambio, para los hospitales brasileños los modelos planteados se pueden aprovechar, sobre todo para la estimación de los viajes en vehículo privado.

Acondicionamiento M-530 entre los términos municipales de Villamanta y Villamantilla

La Comunidad de Madrid, ha emprendido una serie de actuaciones en la red autonómica con el objetivo de incrementar los flujos de comunicación y desplazamientos entre los diferentes ámbitos geográficos, sociales y económicos. Incluido dentro de este programa de intervenciones de la Comunidad, el presente estudio se desarrolla según la orden emitida por la Dirección General de Transportes de la Consejería de Política Territorial de la Comunidad Autónoma de Madrid "Acondicionamiento de la M-530 entre los términos municipales de Villamanta y Villamantilla”. El acondicionamiento pretende mejorar la accesibilidad de la zona, reduciendo los tiempos de recorrido con relación a la actual. Además este objetivo va a permitir una reactivación económica de la zona por favorecer el turismo rural, uno de los principios básicos de la Iniciativa Comunitaria. En cuanto al trazado, no presenta mayor dificultad para la realización de la infraestructura que la revisión del mismo. Se trata de conseguir optimizar el trazado existente variando lo mínimo posible para que dé un máximo confort y seguridad, así como un mínimo de afección al medio y un mínimo coste de construcción, explotación y conservación, entre otros. Dada la posición estratégica desde el punto de vista medioambiental, el diseño de la carretera ha tenido que ser totalmente respetuoso con la naturaleza. Para tomar la decisión de la alternativa, una vez considerada y estudiada toda la información necesaria (datos climáticos, geológicos, medio ambientales, económicos, geométricos y de tráfico), se compararán tres soluciones alternativas posibles, llegando, mediante justificación comparativa, a la solución más idónea para la carretera.

Elementos para una nueva metodología de cálculo de diques verticales

El comercio marítimo actual requiere buques de un tamaño cada vez mayor. Para dar servicio a estos buques los puertos tienen que ofrecer grandes calados y las obras de abrigo están cimentadas cada vez a mayor profundidad, particularmente en el caso de España que es un país con escasos puertos naturales y poca plataforma continental y la mayoría de sus puertos son exteriores. La construcción de obras de abrigo en calados tan grandes (hasta 50 metros de profundidad) resulta sumamente costosa, y dado que a esas profundidades generalmente el oleaje no rompe, la tipología más habitual es la de diques verticales, reflejantes puros, tanto por ahorro de costes como por impacto ambiental. Al ir a mayores calados las olas a las que se enfrentan los diques son cada vez mayores, y esto acusa el desconocimiento exacto de los fenómenos que hidrodinámicos que tienen lugar, y por tanto las deficiencias de los métodos de dimensionamiento de diques verticales empleados. La incertidumbre en la definición de los fenómenos involucrados lleva a la mayoración indiscriminada de las acciones y al sobredimensionamiento de los diques, con el consiguiente sobrecoste, y a otra conclusión más grave: el desconocimiento de los factores de seguridad reales. Esto obliga a continuar profundizando en los fundamentos de los fenómenos observados. La presente tesis se basa en el análisis de datos recogidos por la instrumentación del dique de Botafoc (Ibiza) desde el año 2003. Esta instrumentación es de las que ha ofrecido mediciones de temporales de forma más consistente en todo el mundo. El análisis de los datos conduce a una serie de resultados muy reveladores y novedosos en cuanto a la forma de las distribuciones de los empujes, la influencia del periodo del oleaje sobre las mismas, y la importancia de los flujos inducidos por el oleaje a través de las banquetas de cimentación. Todas las conclusiones alcanzadas están sólidamente justificadas desde el punto de vista teórico. También se ponen de manifiesto otros fenómenos interesantes que no eran objeto de la presente investigación como la importancia del retranqueo del espaldón. El alcance inicial de la tesis pretendía dar explicación a la influencia del periodo del oleaje sobre las distribuciones de presiones, sin embargo la gran cantidad de descubrimientos realizados llevan a pensar en la posibilidad de desarrollar una nueva metodología de cálculo de esfuerzos hidrodinámicos en diques verticales. Esta nueva metodología está en desarrollo por el autor de la presente tesis y será presentada en futuros trabajos. Además del importante avance conceptual del estado de la técnica que supone, otro producto de la investigación ha sido el desarrollo de dos patentes de invención y una tercera aún en desarrollo. Maritime trade nowadays requires ships of increasing size, and ports must go to deeper draughts to shelter those ships. In high depths vertical breakwaters are the most economical alternative; however there are many questions about reflection of waves not yet clarified. This uncertainties drive to oversize breakwaters and the corresponding rise in costs. Moreover the main issue is that safety margins are not known. This thesis is based on the analysis of data collected by instrumentation of the Botafoc breakwater (Ibiza) since 2003, having recorded a wide range of data. The data analysis leads to very interesting discovers such as the shape of the distribution of the pressures, the influence of wave period, and the importance of the wave induced flows through foundation. All conclusions reached are solidly justified from the theoretical point of view. Other interesting phenomena that were not the subject of this research have been revealed such as the importance of crown wall position. The initial scope of the thesis aimed to give explanation to the influence of the wave period on distributions of pressure; however the interesting discoveries made suggest developing a new methodology for calculating hydrodynamic efforts vertical breakwaters. This new methodology is currently under development by the author of this thesis and will be presented in future works. Besides the important conceptual advance the state of the art involved, another product of the research has been the development of two patents.

Modelo de evaluación socioeconómica de los sistemas de bicicletas públicas

El objetivo de esta primera parte de este proyecto es realizar un modelo socioeconómico de evaluación para la instalación de un sistema de bicicleta pública con la ayuda del método de evaluación: el análisis multicriterio en el que se analizarán criterios de diferente tipología que se escogerán tras el estudio de unas encuestas realizadas a usuarios del sistema Vélo’v en Lyon y tras unas entrevistas realizadas a expertos y trabajadores en el campo de la bicicleta pública. Este modelo sirve como ayuda a la decisión en la fase de preparación de la creación de un SBP para asegurar el balance entre la rentabilidad financiera, la social y la medioambiental. Después de la toma de decisión, se procederá a la realización del proyecto y a su instalación y por último su funcionamiento. Los objetivos resultan: • Descripción de los sistemas de bicicleta pública y el marco de acción • Examinar los estudios realizados sobre el tema • Descripción de los trabajos realizados para este proyecto y posterior análisis para su aplicación • Determinar los requisitos de diseño y de dimensionamiento para la implantación de un SBP • Encontrar los criterios adecuados que se emplearan en el análisis multicriterio para la evaluación • Describir los indicadores para medir cada criterio • La ponderación de estos criterios según las encuestas realizadas a los usuarios • La realización de una alternativa 0 que describa la situación de la ciudad sin la realización del proyecto • Recomendación final del modelo a través de un cuadro de resultados. El objeto de la tercera parte del proyecto es la descripción técnica y gráfica de una caseta de servicio del sistema de préstamos de bicicleta pública en San Lorenzo de El Escorial. La Caseta proyectada tendrá funciones principales: un taller para el mantenimiento del servicio y un espacio de almacenamiento de bicicletas. La Caseta-Taller es una medida necesaria en la implantación de un servicio de bici pública puesto que el uso de las bicicletas necesita un mantenimiento. En un terreno accidentado y no siempre propicio para la circulación de bicicletas, estas sufren muchos degastes y necesitan reparaciones y mantenimiento continuo. Además, el servicio en San Lorenzo de El Escorial está sometido a flujos pendulares de desplazamientos puesto que la disponibilidad de bicicletas y de espacios libres en las estaciones es muy variable. Es necesario precisar de un espacio para el almacenamiento de bicicletas, ya sea para controlar la disponibilidad o bien para esperar a recibir el mantenimiento necesario. Aprovechando la construcción de un edificio nuevo se destinará un espacio en la Casa-Taller para el control y la gestión del sistema. En esta parte se detallará gráficamente la implantación de los puntos de préstamos en la vía urbana como complemento al dimensionamiento del anterior trabajo.

Cuantificación y evaluación de los impactos económicos, sociales y ambientales de Calle 30, Horizonte 2010

En 2004 se realizó un estudio para evaluar la rentabilidad socioeconómica del Programa de Mejoras de la M-30. Este estudio se basó en la modelización de la movilidad en la Comunidad de Madrid y su evolución estimada en 30 años. En los últimos años se han producido importantes cambios en la estructura socioeconómica y en los patrones de movilidad de la región de Madrid. Además no todas las obras previstas en el Programa de Mejoras han sido ejecutadas. En este estudio se analizan los efectos que, en este nuevo contexto, se produce n sobre los volúmenes de tráfico, los ahorros de tiempo de viaje de los usuarios habituales y de los atraídos a Calle 30 y el consumo de combustible y sus consecuencias sobre las emisiones de CO2 y la calidad del aire en el año 2010. Los resultados muestra n un ahorro de tiempo -variable con mayor peso en el ACB - de 14.374.000 horas x pax frente a las 15.655.000 horas x pax pronosticadas. De haberse ejecutado la obra correspondiente al Bypass Norte, el ahorro de tiempo de los usuarios se sería de 17.085.000 horas x pax. En cuanto a las emisiones de CO2, se produce una reducción de casi 24.000 ton/año. En resumen, se puede afirmar que la reforma de Calle 30 ha sido claramente beneficiosa para la ciudad, con ahorros netos de tiempo y reducción de emisiones de contaminantes. Sin embargo, esos beneficios son menores de los estimados en 2004, en un escenario de crecimiento urbanístico y de los flujos de tráfico que ha sido truncado por la crisis económica.