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Design, development, and verification of synchronisation and communication applications for CompactRIO using LabVIEW FPGA
No full textResumen:
Uno de los recursos más importantes en la sociedad actual es la energía, ya que permite alimentar las diferentes tecnologías que forman parte del día a día de la vida humana. La manera de obtener esta energía es un aspecto que ha propiciado la aparición de numerosos proyectos, que tratan de establecer las bases de cómo se obtendrá la energía en el futuro. Uno de los estos proyectos, es el proyecto ITER, que tiene como principal objetivo demostrar la viabilidad de la fusión nuclear como método de obtención de energía.
El proyecto ITER contendrá infinidad de diferentes sistemas que cooperarán entre sí para el funcionamiento de la planta nuclear. Sin embargo, es indudable que en un proyecto de semejante envergadura tendrá que existir un sistema que se encargue de monitorizar todos los demás sistemas y actuar en caso de que detecte algún riesgo para las instalaciones, en ITER este sistema se conoce como Interlock Control System (ICS).
El ICS está compuesto de varios subsistemas, que pueden ser dividido de acuerdo a la arquitectura que emplean en sistemas de arquitecturas lentas, basados en el uso de Programable Logic Controllers (PLCs), y sistemas de arquitecturas rápidas, basados en el uso de Field Programmable Gate Arrays (FPGAs). Esta última arquitectura está implementada en los chasis CompactRIO de National Instruments (NI), los cuales son programados en el entorno de programación gráfico, Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (LabVIEW), en conjunto con un módulo que permite el uso de FPGAs en el entorno, LabVIEW FPGA.
El módulo de LabVIEW FPGA ofrece ventajas significativas respecto a otras alternativas en la configuración de FPGAs, como es Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language (VHDL), ya que permite que el desarrollador tenga una capa de abstracción por encima de lo que ofrece VHDL, haciendo que el desarrollo de aplicaciones para FPGAs sea mucho menos costoso.
Mediante el uso de LabVIEW y LabVIEW FPGA se han desarrollado numerosos sistemas del ICS. Unos de estos sistemas ha sido el codificador del Código Manchester (MC), que será utilizado para la comunicación entre los distintos chasis CompactRIO dentro del ICS. A pesar de ya haber sido desarrollado el codificador del MC, este codificador está pendiente de ser testeado para comprobar que cumple con las especificaciones que ITER estableció inicialmente.
Uno de los objetivos del proyecto es verificar que el codificador suministrado por ITER cumple con las especificaciones inicialmente establecidas. Además, este proyecto también desarrollará un decodificador compatible con la implementación del codificador suministrado por ITER, permitiendo un proceso de test más exhaustivo y sencillo del codificador del MC. Finalmente, en este proyecto se realizará un análisis preliminar de los posibles problemas de seguridad, de acuerdo a las guías de ITER, que pueda presentar la comunicación Manchester desarrollada.
Una vez desarrolladas todas las tareas del proyecto se pudo comprobar que el codificador de código Manchester cumplía en su mayoría con las especificaciones iniciales, a excepción de que no alcanzaba un rango de valores por el tipo de datos o que la implementación de la codificación era distinta a la descrita por ITER. También se puedo desarrollar un decodificador de código Manchester compatible con el codificador suministrado, salvo porque no es capaz de interpretar correctamente transmisiones consecutivas, de cualquier forma, este problema tiene fácil solución con un cambio menor en un tiempo de espera del codificador. Finalmente, se revisaron los posibles problemas de seguridad y se comprobó que en su mayoría no suponían un riesgo, los que no se pudieron terminar de comprobar fueron aquellos que requerían un análisis en mayor profundidad del alcance propuesto para este proyecto.
Abstract:
One of the most vital resources in modern society is the energy that powers the different technologies that are part of human’s daily life. The generation of such a vital resource is a major concern what has caused the rise of many different projects trying to set the bases for the future way of obtaining energy. One of these projects is the ITER project, which main goal is to demonstrate the viability of nuclear fusion as a way of obtaining energy.
The ITER project will contain a significant number of different systems that will cooperate to make the nuclear plant operative. Nevertheless, in a project of such scale it is vital the presence of a system responsible of monitoring all the different systems integrating the nuclear plant and in that is able actuate in case it detects any risk to the machines, in ITER this system is known as Interlock Control System (ICS).
The ICS consists of various subsystems, that are divided according to the architecture used by the subsystems in slow architectures, based in Programable Logic Controllers (PLCs), and fast architectures, based on Field Programmable Gate Arrays (FPGAs). The latter are implemented in National Instruments (NI) CompactRIO chassis, which are programmed in the graphical programming environment, Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (LabVIEW) in conjunction with an addon that allows to use this environment with FPGAs, LabVIEW FPGA module.
The LabVIEW FPGA module offers some significant benefits in comparison to other alternatives such as Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language (VHDL) when configuring an FPGA. However, the main advantage is that it allows developers to implement application in FPGAs without requiring the enormous effort it requires to build an application in VHDL as LabVIEW offers an abstraction level above VHDL.
With the use of the LabVIEW environment and the module that enables the use of FPGAs in this environment, many systems of the ICS have been developed by ITER. One of these developed systems is a Manchester Code (MC) encoder, that will be used for the communications stablished between the different CompactRIO chassis integrating the ICS. However, this MC encoder requires to be tested in order to check that it fulfils the initial specifications the ITER Organisation stated.
One of the objectives of this project is to verify that the MC encoder supplied by ITER fulfils the initial specifications stablished by them. Additionally, this project aims to develop and test a MC decoder compatible with the MC encoder supplied by ITER, that will enable an easier and deeper test procedure for the MC encoder. Finally, in this project it will be performed a review of the possible safety issues that the MC communication created can present according to the safety guidelines supplied by ITER.
After performing all the tasks related with the project it was verified that the MC encoder fulfilled the majority of the initial specifications stablished by ITER, with some exceptions such as not achieving a range of values due to the data type or implementing the codification in a different way. Moreover, a MC decoder was developed, and it was compatible with the MC encoder supplied except for consecutive MC transaction, however, this aspect can be easily solved with a slight modification in a waiting time of the MC encoder. Finally, the possible safety issues were reviewed, and it was checked that except for some specific cases, that would require a deeper analysis than the one stablished for this project, the majority of safety issues implied no risk
Diseño, construcción y verificación de una carga electrónica activa para la caracterización de paneles solares fotovoltaicos
No full textResumen:
El crecimiento imparable que la energía solar fotovoltaica está teniendo en todo el planeta como alternativa energética limpia y renovable empuja a seguir mejorando la tecnología y sus posibilidades de aplicación. El Instituto de Energía Solar (IES) y sus diferentes grupos de investigación internos han sido desde siempre pioneros en este campo científico. Hoy continúan aprendiendo y desarrollando nuevos conocimientos que puedan servir para incentivar a las empresas y organizaciones a apostar por este medio energético.
El ISI (Instruments and Systems Integration) es uno de los equipos de trabajo que forman parte del IES, cuya actividad está centrada principalmente en el desarrollo de instrumentación óptica y electrónica para el mundo fotovoltaico. Ellos son los responsables de la construcción de los simuladores solares de los que dispone el Centro, mediante los cuales caracterizan paneles sin depender de las condiciones medioambientales.
Los simuladores solares tratan de imitar las condiciones reales de trabajo de un módulo fotovoltaico (PV) al aire libre. Esto implica varios condicionantes como, por ejemplo, que la luz que incida en la superficie de un panel debe hacerlo de forma uniforme y con unas propiedades ópticas similares a la de los rayos solares que atraviesan la atmósfera.
Esencialmente un simulador solar está compuesto por tres categorías de instrumentos: Una o varias lámparas, espejos y/o lentes, y un trazador de curva IV (Corriente - Tensión). El tipo de lámpara utilizada permite clasificar los simuladores en dos grandes grupos:
• Simuladores estacionarios: La fuente de luz es estática.
• Simuladores flash: La lámpara es un flash como los de fotografía tradicional.
Este último tipo de simulador es con el que se ha trabajado en el proyecto. La naturaleza finita y temporal del flash invita a poder realizar una medida de curva IV mediante dos técnicas distintas: La single flash, en la que con un disparo de luz se barre toda la gráfica; y la multi flash, que por cada disparo adquiere un punto de la curva.
Ambas formas de medir presentan sus ventajas e inconvenientes. Lo más relevante es que con cualquiera de las técnicas los resultados obtenidos no siempre reflejan la realidad. El principal motivo surge del comportamiento físico que tiene un módulo PV cuando se le hace trabajar en condiciones tan cambiantes de forma inmediata, algo completamente distinto a cuando se encuentra bajo el sol natural.
Las células solares no dejan de ser uniones PN que tienen asociado un efecto capacitivo entre sus terminales. Este condensador es responsable de que exista un régimen transitorio durante las medidas con flash y los datos I-V adquiridos aparezcan alterados. Son varias las posibles soluciones que permitirían acercar a los módulos PV a un estado cuasi-estacionario de trabajo. En medida multi flash indudablemente ayudaría que, durante el disparo de luz, la Vbias de polarización fuese lo más constante posible entre las bornas del panel.
Los trazadores de curva IV son equipos electrónicos constituidos por una carga electrónica y una instrumentación de control y medida que permite, a través de un sistema de adquisición de datos (DAQ), planear los barridos de la curva IV. La carga electrónica es el dispositivo responsable de polarizar el módulo PV a la Vbias deseada.
Por experiencia del IES, normalmente no hay cargas electrónicas que tengan un desempeño lo suficientemente bueno como para suprimir los transitorios de los paneles durante las medidas. Esto ha sido el motivo de propuesta del proyecto.
El objetivo del trabajo es diseñar una carga electrónica con unas propiedades que la ayuden a fijar una Vbias en el módulo PV de la forma más constante posible, e integrar el equipo en un trazador de curva IV para probar en un simulador solar la técnica multi flash. Por el camino ha sido necesario modificar una tarjeta de medidas, integrar todos los equipos hardware (DAQ de National Instruments (NI), carga electrónica, tarjeta de medidas, power pack para el flash y placa de alimentación) y desarrollar dos aplicaciones en el entorno de LabVIEW para el control del trazador y el simulador.
Tras terminar el proyecto se concluye que la carga propuesta es óptima para la aplicación, pendiente de seguir siendo probada con otras tecnologías de célula y en condiciones de I mayores. Los siguientes pasos deberían comenzar por implementar una versión actualizada del prototipo y mecanizar el equipo al completo (carga + placa de alimentación + tarjeta de medidas).
Abstract:
The unstoppable growth that photovoltaic solar energy is experiencing worldwide, both as a clean and renewable alternative energy, encourages the continuous improvement of the technology and its potential applications. The Instituto de Energía Solar (IES) and its various internal research groups have always been pioneers in this scientific field. Today, they continue to innovate and explore new opportunities that aim to entice companies and organizations to invest in this medium.
Instruments and Systems Integration (ISI) is one of IES’s departments, whose activity is primarily focused on the development of optical and electronic instrumentation for photovoltaics. They are responsible for building the solar simulators available at the center, which help characterize panels without depending on outdoor environmental conditions.
Solar simulators aim to replicate the real working conditions for an outdoor photovoltaic (PV) module. This involves several constraints such as, for example, that the light hitting the panel's surface should do it uniformly and with optical properties similar to sunbeams after penetrating the atmosphere.
A solar simulator is essentially integrated by three types of instruments: one or more lamps, mirrors and/or lenses, and an IV (Intensity – Voltage) curve tracer. Depending on the type of lamp that is used, solar simulators can be classified into two main groups:
• Steady-state simulators: Their light source never goes off during measurement procedure.
• Flash simulators: A flash lamp used for lighting the panels.
On this project the attention will be focused on the flash simulators. These kinds of simulators allow us to perform IV curve measurements using two different techniques: first, the single flash, where the whole curve is swept with one flash shot, and the multi flash, where with each shot an IV data point is acquired.
Both measurement procedures have their strengths and weaknesses. Their main problem is that no mattering what technique is used, the results that are achieved do not always reflect reality. This happens because of the physical behavior that PV modules react to when they are forced to change working conditions fast. It is a completely different behavior from the one they demonstrate under natural sunlight.
Solar cells are made up of PN junctions. This implies that, as it happens on diodes, a capacitive effect among their terminals is noticeable. This phenomenon is responsible for the transient behavior solar panels have during flash measurements, messing with the acquired I-V data. There are several potential solutions that could bring PV modules closer to a “quasi-stationary” working state. In a multi flash measurement, for example, keeping a Vbias as constant as possible across the panel terminals during each light pulse would undoubtedly improve the results.
IV tracers are electronic devices consisting of an electronic load and a control and measurement instrumentation. Along with the data acquisition system (DAQ), it plans IV curve sweeps. The electronic load is the device responsible for biasing the PV module to the desired Vbias.
Based on IES's experience, electronic loads typically do not perform well enough to suppress a panel’s transients during measurements. This is why this project is undertaken.
The goal is to design an electronic load, with properties that could help setting a constant Vbias on the PV module, and incorporate the equipment into an IV curve tracer to test the multi flash technique on a solar simulator. Modifying a measurement card, integrating all hardware equipment (National Instruments (NI) DAQ, electronic load, measurement card, flash power pack and power supply board), and developing two applications within the LabVIEW environment for tracer and simulator control were additional tasks developed to reach the target.
Upon finishing the project, it is concluded that the proposed load is optimal for the application, pending further testing with other cell technologies and higher I conditions. The next steps would involve launching an updated version of the prototype and fully mechanizing the equipment (load + power supply + measurement card)
Production systems with parallel heterogeneous servers of limited capacity: accurate modeling and performance analysis
No full textHeterogeneous systems of limited capacity have general applications in manufacturing, but also in logistic or service systems due to the differences in server or workstation performance or work assignment; this is in close relationship with system flexibility, where saturation and blocking are ordinary situations of systems with high demand and limited capacity, and thus, accurate loss quantification is essential for performance evaluation. Multi-class systems of limited capacity have been studied much less than parallel homogeneous systems (Erlang models). In this context, accurate models for parallel heterogeneous ordered-entry systems were developed: without any prior queue, i.e., M/Mi/c/c, and with a k-capacity queue, i.e., M/Mi/c/c + k. These new matrix models gave an exact state formulation, and their accuracy was verified using discrete event simulation and comparison with literature results. Also, the effect of the queue capacity was studied in relationship to the pattern of service rates. Next, the heterogeneous recirculating system model was also developed with good approximation results. Finally, the proposed models were applied to evaluate systems with non-exponential service times using a new hybrid methodology by combining the Markovian model and the Monte Carlo method (MCM) for normal or lognormal service times, which also yielded useful good approximations to the simulated system
Modelo simulable HDL de procesadores con ISA RISC-V
No full textResumen:
El objetivo principal de este TFG es desarrollar un modelo simulable en HDL de procesadores con ISA RISC-V. Para ello, se utilizará el lenguaje VHDL para modelar varias arquitecturas RISC-V libres de royalties, incluyendo las arquitecturas RISCV32I, RISCV32C y RISCV64I. La implementación de estas arquitecturas se llevará a cabo en un entorno de simulación para asegurarse de que su funcionamiento es correcto y cumple con los estándares de RISC-V.
En primer lugar, se modelarán las arquitecturas que tienen un pipeline de 5 etapas (fetch-decode-execute-memory-writeback). Se utilizarán test-benches para realizar pruebas y validaciones y asegurarse de que cada etapa del pipeline funciona correctamente. Una vez verificadas todas las etapas, se unirán para formar el pipeline completo y verificar su funcionamiento global.
Posteriormente, se elaborarán programas en código C para probar el rendimiento de las arquitecturas. Estos programas serán compilados cruzadamente desde un entorno Windows 10 para las arquitecturas RISC-V utilizando una toolchain, y se procesarán los archivos compilados para generar unas memorias simulables. Estas memorias simulables se utilizarán para ejecutar los programas escritos en lenguaje de alto nivel y comprobar su correcto funcionamiento en las arquitecturas RISC-V.
En resumen, este TFG tiene como objetivo desarrollar un modelo simulable en HDL de procesadores con ISA RISC-V utilizando el lenguaje VHDL. Se verificará el correcto funcionamiento de las arquitecturas mediante la implementación y validación del pipeline de 5 etapas y la elaboración de programas en código C para evaluar su rendimiento. Con este trabajo se espera contribuir al desarrollo de procesadores RISC-V de código abierto y promover su adopción en la industria.
Abstract:
The main objective of this BSc Thesis is to develop able-to-be simulated HDL model of processors with RISC-V ISA. To achieve this goal, the VHDL language will be used to model various royalty-free RISC-V architectures, including RISCV32I, RISCV32C, and RISCV64I. The implementation of these architectures will be carried out in a simulation environment to ensure that their operation is correct and compliant with RISC-V standards.
Firstly, architectures with a 5-stage pipeline (fetch-decode-execute-memory-writeback) will be modeled. Test benches will be used to perform tests and validations to ensure that each stage of the pipeline works correctly. Once all the stages have been verified, they will be joined to form the complete pipeline and verify its overall operation.
Subsequently, C code programs will be developed to test the performance of the architectures. These programs will be cross-compiled for RISC-V architectures using a toolchain, and the compiled files will be processed to generate a able to be simulated memory. This able-to-be simulated memory will be used to execute programs written in high-level language and verify their correct operation in RISC-V architectures.
In summary, this BSc Thesis aims to develop able-to-be simulated HDL model of processors with RISC-V ISA using the VHDL language. The correct operation of the architectures will be verified by implementing and validating the 5-stage pipeline and developing C code programs to evaluate their performance. This work is expected to contribute to the development of open-source RISC-V processors and promote their adoption in the industry
Caracterización de las propiedades físicas y mecánicas de arbolado urbano mediante técnicas no destructivas
No full textEl objetivo de esta tesis fue estudiar las propiedades mecánicas de la madera de Robinia pseudoacacia L. (acacia), Platanus x hybrida Brot. (plátano), Ulmus pumila L. (olmo) y Populus alba L. (chopo). Estimadas mediante dos equipos de ondas de ultrasonido (USLab y Sylvatest Duo) y uno de ondas de impacto (Microsecond Timer) en los árboles en pie, en trozas una vez apeados, y en probetas de pequeñas dimensiones. En las probetas se realizaron ensayos mecánicos de flexión, compresión paralela a la fibra y tracción paralela a la fibra, para su posterior correlación de la resistencia y rigidez con las propiedades acústicas determinadas en el árbol en pie. Se encontraron valores medios de resistencia a la flexión en Robinia pseudoacacia L. de 72 N/mm2, Platanus x hybrida Brot. 61,4 N/mm2, Ulmus pumila L. 42,2 N/mm2 y Populus alba L. 46,5 N/mm2. Módulo de elasticidad estático de 5.711,8 N/mm2 en Robinia pseudoacacia L., 4.671,1 N/mm2 en Platanus x hybrida Brot., 3.421 N/mm2 en Ulmus pumila L. y 4.747 N/mm2 en Populus alba L. Entre el módulo de elasticidad estático de las probetas y el módulo de elasticidad dinámico determinado en los árboles en pie, con USLab se encontraron coeficientes de determinación de entre 0,30-0,92, de entre 0,52-0,80 para Sylvatest Duo y de entre 0,60-0,94 para Microsecond Timer. Con el presente trabajo, se trata de desarrollar una metodología que permita obtener estimadores de las propiedades físicas y mecánicas de la madera de árboles en pie a partir de variables no destructivas para poder hacer diagnósticos más ajustados de la biomecánica de los ejemplares, por tanto, no se trata de caracterizar las especies sino de desarrollar y contrastar la metodología.
ABSTRACT
The aim of this thesis is to analyze the mechanical properties of Robinia pseudoacacia L., Platanus x hybrida Brot., Ulmus pumila L. and Populus alba L. Estimated using ultrasound wave equipment (USLab y Sylvatest Duo) and stress wave equipment (Microsecond Timer) on standing trees, felled logs and on specimens obtained from different parts of the trees. Bending strength, axial compression strength and tension parallel to grain were determined for each specimen in order to subsequently correlate the strength and stiffness with the acoustic properties determined in the standing tree. The bending strength values found for Robinia pseudoacacia L. were 72,0 MPa, 61,4 MPa in the case of Platanus x hybrida Brot., Ulmus pumila L. 42,2 MPa and Populus alba L. 46,5 MPa. The static modulus of elasticity was 5711,8 MPa in Robinia pseudoacacia L., 4671,1 MPa in Platanus x hybrida Brot., 3421 MPa in Ulmus pumila L. and 4747 MPa in Populus alba L. For the relationship between the static modulus of elasticity of the specimens and the dynamic modulus of elasticity determined in standing trees using the USLab, coefficients of determination were found to be between 0,30-0,92, between 0,52-0,80 using the Sylvatest Duo and 0,60-0,94 with the Microsecond Timer. With the present work, it is a matter of developing a methodology that allows obtaining estimators of the physical and mechanical properties of the wood of standing trees from nondestructive variables to make more accurate diagnoses of the biomechanics of the specimens, therefore, it was not a question of characterizing the species but of developing and contrasting the methodology
Diseño de la plataforma programable y modular para desarrollo de efectos de audio Daisy Pato
No full textResumen:
Este proyecto describe el proceso de diseño de la plataforma hardware Daisy Pato (Plataforma Programable y Modular para Desarrollo de Efectos de Audio). Se trata de una plataforma hardware para el desarrollo de efectos digitales de audio en tiempo real para instrumentos musicales cuya señal pueda transmitirse en forma de señal eléctrica, como guitarras, bajos, sintetizadores o cualquier fuente de sonido que pueda ser captada por un micrófono como, por ejemplo, voces. A su vez, la plataforma permite utilizar controladores MIDI conectados a través de conexión USB para implementar sintetizadores y samplers. La plataforma cuenta con una interfaz de usuario modular para el control en tiempo real de parámetros y características de los efectos. Esta interfaz de usuario puede ser de tipo hardware a través de elementos como potenciómetros y pulsadores, o de tipo software a través de una aplicación Android.
Abstract:
This project describes the design process of the Daisy Pato hardware platform (Programmable and Modular Platform for Audio Effects Development). It is a hardware platform for the development of real-time digital audio effects for musical instruments whose signal can be transmitted as an electrical signal, such as guitars, bass guitars, synthesizers, or any sound source that can be captured by a microphone, for example, vocals. Additionally, the platform allows the use of MIDI controllers connected via USB to implement synthesizers and samplers. The platform features a modular user interface for real-time control of effect parameters and characteristics. This user interface can be hardware-based using elements such as potentiometers and buttons, or software-based through an Android application
Modeling and characterization of GaAs multijunction photovoltaic laser power converters
No full textLos sistemas de transmisión de potencia óptica mediante luz monocromática, a través de fibra óptica conocidos en inglés como Power-by-light (PBL) o Power-over-Fiber, han despertado un gran interés en los últimos años. Este interés se debe a su capacidad para monitorear y controlar procesos de manera segura en zonas de exclusión, donde el riesgo de explosión e incendio (como refinerías, minas, tanques de combustible en el espacio y aeronaves) es elevado, o donde se requiere aislamiento galvánico, como en líneas eléctricas de alta tensión y aplicaciones médicas.
Los sistemas PBL constan de tres elementos fundamentales: el convertidor fotovoltaico de potencia láser (en inglés, PhotoVoltaic Laser Power Converter, PVLPC), ubicado en la zona de exclusión; una fuente de luz monocromática situada en una región segura, típicamente un láser; y una fibra óptica por la cual la luz viaja hasta llegar a la zona de conflicto. El PVLPC es el elemento más importante para la conversión de potencia óptica en electricidad y es el objeto principal de investigación en esta tesis.
Este trabajo se centra en los PVLPCs basados en GaAs diseñados para operar en el rango de longitudes de onda de 800 a 870 nm, que se sitúa dentro de la primera ventana de transmisión de la fibra óptica. Nuestro objetivo es lograr una eficiencia cercana al 65%. Para ello, es necesario profundizar en algunos temas inherentes al dispositivo, como la termalización de los portadores cuando se utilizan longitudes de onda alejadas de la energía de banda prohibida del material, así como el desajuste de corriente entre las subcélulas en los dispositivos multiunión que es inevitable por las variaciones de espesor en las capas absorbentes, debido al proceso de fabricación de la estructura epitaxial mediante MOVPE.
Por otro lado, se aborda el principal factor externo al convertidor de potencia láser que degrada su eficiencia y que está presente en los sistemas PBL prácticos: la no uniformidad de la luz láser que incide sobre el dispositivo proveniente de la fibra. Se estudia cómo mejorar el rendimiento de los dispositivos bajo luz no uniforme a través de: a) un diseño adecuado de su malla frontal, b) una mejora de las uniones túnel en términos de resistencia serie reducida y aumento de la corriente de pico, y c) optimizando la distancia entre la fibra y el dispositivo para permitir un funcionamiento óptimo, incrementando el factor de llenado, la tensión de circuito abierto, la potencia de salida y, en consecuencia, la eficiencia, al variar el grado de no uniformidad de la luz sobre el dispositivo según esté más expuesto o menos al perfil saliente de la fibra, aunque se reduzca la potencia incidente.
Finalmente, las simulaciones generadas en esta tesis han servido de apoyo para la optimización de los dispositivos fabricados dentro del grupo de Semiconductores III-V y se ha desarrollado un método de caracterización para determinar su eficiencia, siguiendo los estándares para células solares III-V de concentración, que implica un perfil de luz uniforme, una temperatura fija en el dispositivo de 25C y la determinación precisa de la potencia de entrada mediante un convertidor de referencia. Estos tres aspectos son fundamentales para maximizar la eficiencia del convertidor de potencia láser, pero destaca sobre todo la medición precisa de la potencia incidente sobre el dispositivo, ya que es la principal fuente de incertidumbre en el cálculo de la eficiencia. Por ello, se detalla el método de obtención de potencia de entrada en profundidad.
Como resultado global de toda la tesis, se ha conseguido un grupo de PVLPCs de tres subcélulas con eficiencias superiores al 60 %, entre las que destaca una eficiencia máxima del 66.5 % a una irradiancia de 32 W/cm2, lo que significa una potencia generada de 1.92 W, a una tensión de circuito abierto de 3.681 V y con una corriente de cortocircuito de 0.590 A.
ABSTRACT
The systems for transmitting power optically using monochromatic light through optical fibers, known as Power-by-light (PBL) or Power-over-Fiber, have attracted significant interest in recent years. This interest arises from their ability to safely monitor and control processes in hazardous areas where the risk of explosion and fire is high (such as refineries, mines, fuel tanks in space and aircraft) or where galvanic isolation is required, as in high-voltage power lines and medical applications.
PBL systems consist of three fundamental elements: the PhotoVoltaic Laser Power Converter (PVLPC), located in the hazardous area; a monochromatic light source situated in a safe region, typically a laser; and an optical fiber through which the light travels to reach the exclusion zone. The PVLPC is the most crucial element for converting optical power into electricity and is the primary focus of research in this thesis.
This work concentrates on GaAs-based PVLPCs designed to operate in the wavelength range of 800 to 870 nm, which falls within the first transmission window of optical fibers. Our goal is to achieve an efficiency close to 65%. To do this, it is necessary to delve into certain issues inherent to the device, such as carrier thermalization when using wavelengths far from the bandgap energy of the material and current mismatch between subcells in multijunction devices, which is inevitable due to variations in the thickness of the absorptive layers during the epitaxial structure manufacturing process using MOVPE.
On the other hand, the primary external factor that degrades the efficiency of the laser power converter and is present in practical PBL systems is the non-uniformity of laser light incident on the device from the fiber. We study how to improve device performance under non-uniform light through: a) proper design of the front grid, b) improving tunnel junctions in terms of reduced series resistance and increased peak current, and c) optimizing the distance between the fiber and the device to allow optimal operation, increasing the fill factor, open circuit voltage, output power, and consequently, efficiency, by varying the degree of non-uniformity of light on the device as it is more or less exposed to the protruding fiber profile, even if incident power is reduced.
Finally, the simulations generated in this thesis have supported the optimization of devices manufactured within the III-V Semiconductors group, and a characterization method has been developed to determine their efficiency, following standards for III-V concentration solar cells. This involves a uniform light profile, a fixed device temperature of 25C, and precise determination of input power using a reference converter. These three aspects are crucial for maximizing the efficiency of the laser power converter, with the precise measurement of incident power on the device being the main source of uncertainty in efficiency calculations. Therefore, the method for obtaining input power is detailed in depth.
As an overall result of this thesis, a group of three-subcell PVLPCs with efficiencies exceeding 60% has been achieved, including a maximum efficiency of 66.5 % at an irradiance of 32 W/cm2, resulting in a generated power of 1.92 W, an open circuit voltage of 3.681 V, and a short circuit current of 0.590 A
Uso de la especie Metschnikowia pulcherrima como estrategia en la elaboración de cervezas con bajo contenido de etanol
No full textHoy en día existe un gran crecimiento del sector de la cerveza artesanal, de hecho, los datos indican que en el año 2020 en España se produjeron hasta 3.856 cervezas distintas y se estima que hay hasta 9 tipos de cerveza diferentes en cada fabrica. Además, cabe destacar que, a raíz de la iniciativa de elaboración de cervezas artesanas, se está despertando la curiosidad por probar y descubrir aromas y sabores. Existe un incremento del uso de levaduras no-Saccharomyces en bebidas alcohólicas debido a los beneficios que pueden ofrecer, por ejemplo, la mejora del sabor y el aroma, así como su uso en elaboración de cervezas con bajo contenido en etanol asociado a una bebida baja en calorías.
En este estudio se muestra que el uso de cepas de levadura Metschnikowia pulcherrima para elaborar cerveza artesanal consigue cambios sensoriales en la cerveza, modificando significativamente los compuestos volátiles y reduciendo el contenido de etanol obteniendo valores por debajo del 1% v/v de etanol. Para ello se realizaron distintos análisis instrumentales y sensoriales. En el estudio se llevaron a cabo varias fermentaciones con Metschnikowia pulcherrima (se hizo uso de la cepa M29 y M346) y Saccharomyces cerevisiae. Además, se realizaron dos fermentaciones secuenciales para conocer el comportamiento de Metschnikowia pulcherrima con Saccharomyces cerevisiae con la inoculación de esta última el séptimo día de fermentación.
Se observó que las cervezas más alcohólicas experimentaron una disminución en el amargor debido a la interacción entre el etanol y los ácidos del lúpulo. Los valores de color (EBC) variaron significativamente entre las cervezas, obteniéndose cervezas más claras en las fermentaciones secuenciales con la levadura S. cerevisiae. Se determinó que el acetato 2-feniletilo, relacionado con aromas a miel y manzana, estuvo en proporciones elevadas en la cerveza fermentada con Metschnikowia pulcherrima en concreto la cepa 29 lo que indico que tiene una mayor capacidad de aportar aromas a miel a la cerveza y mejorar la calidad aromática.
Metschnikowia pulcherrima es una levadura incapaz de fermentar maltosa y maltotriosa lo que llevó a elevadas concentraciones de estos azúcares dando lugar a cervezas muy dulces lo que reduce la aceptación por los consumidores. La experimentación y optimización con distintas levaduras son necesarias para obtener una cerveza con el perfil sensorial y calidad deseada.
ABSTRACT
Nowadays, there is a great growth in the craft beer sector. In fact, data indicate that in Spain in the year 2020 up to 3,856 different beers were produced and it is estimated that there are up to 9 different types of beer in each brewery. In addition, it should be noted that, as a result of the craft beer brewing initiative, the curiosity to taste and discover and flavors and aromas is being awakened. There is an increase in the use of non-Saccharomyces yeasts in alcoholic beverages due to the benefits they can offer, for example, the improvement of flavor and aroma, as well as their use in the production of beers with low ethanol content associated with a low-calorie beverage.
This study shows that the use of Metschnikowia pulcherrima yeast strains to brew craft beer achieves sensory changes in beer, significantly modifying volatile compounds and reducing the ethanol content, obtaining values below 1% v/v of ethanol. To do so, different instrumental and sensory analyses were conducted. Several fermentations were carried out with Metschnikowia pulcherrima (strains M29 and M346 were used) and Saccharomyces cerevisiae. In addition, two sequential fermentations were carried out to determine the behavior of Metschnikowia pulcherrima with Saccharomyces cerevisiae with the inoculation of the latter on the seventh day of fermentation.
It was observed that the more alcoholic beers experienced a decrease in bitterness due to the interaction between ethanol and hop acids. Color values (EBC) varied significantly among beers, obtaining lighter beers in sequential fermentations with S. cerevisiae yeast. It was determined that 2-phenylethyl acetate, related to honey and apple aromas, was in high proportions in the beer fermented with Metschnikowia pulcherrima, specifically strain 29, indicating that it has a greater capacity to contribute honey aromas to the beer and improve the aromatic quality.
Metschnikowia pulcherrima is a yeast incapable of fermenting maltose and maltotriose leading to high concentrations of these sugars resulting in very sweet beers which reduces consumer acceptance. Experimentation and optimization with different yeasts are necessary to obtain a beer with the desired sensory profile and quality
Recogida y procesamiento de medidas de potencia en redes de telefonía móvil a través de vehículos aéreos no tripulados
No full textResumen:
El proyecto “Recogida y procesamiento de medidas de potencia en redes de telefonía móvil a través de vehículos aéreos no tripulados” forma parte de la propuesta GALENCODER [1], seleccionado entre los 30 mejores en la competición MyGalileoSolution [2]. Es uno de los posibles escenarios de funcionamiento de GALENCODER para tomar medidas de potencia de señales 4G/3G en diferentes terrenos no convencionales, planteando la utilización de drones con receptores de señal para la toma de medidas.
Para el desarrollo del proyecto ha sido necesario montar un dron e incorporarle el sistema de recepción para el posterior procesado de los datos obtenidos. Se han priorizado las piezas y herramientas Open Source tanto para el hardware como para el software utilizado. Tanto por la naturaleza del proyecto como el marco temporal de pandemia sufrido los últimos años, se han tenido que optar por diferentes proveedores teniendo que priorizar los plazos y medios disponibles.
Durante el desarrollo se han implementado metodologías de trabajo “ágiles” como SCRUM para poder realizar desarrollos incrementales e iterativos. De esta forma se han implementado diferentes niveles de mejoras y cambios en el proyecto durante sus diferentes fases.
Se han podido obtener datos de diferentes operadores de red y contrastarlos con datos ofrecidos por las propias compañías. El desarrollo ha hecho que el sistema pueda modificarse con pequeños cambios para obtener medidas de otras señales y poder visualizar y/o analizar dichos datos con la misma interfaz y sistema de motorización.
Abstract:
The project “Collection and processing of power measurements in mobile phone networks with unmanned aerial vehicles” is part of the GALENCODER [1] proposal, selected among the 30 bests in the MyGalileoSolution [2] competition. It is one of the possible operating scenarios for GALENCODER to take measurements of 4G/3G signal power in different non-conventional terrain, proposing the use of drones with signal receivers to take measurements.
For the development of the project, it has been necessary to assemble a drone and incorporate the reception system for the subsequent processing of the data obtained. Open-Source parts and tools have been prioritized for both the hardware and the software applied. Due to the nature of the project and the time frame of the pandemic suffered in recent years, different providers have had to be chosen, prioritizing the terms and means available.
During development, "agile" work methodologies such as SCRUM have been implemented to be able to carry out incremental and iterative works. In this way, different levels of improvements and changes have been implemented in the project during its different phases.
It has been possible to obtain data from different network operators and compare them with data offered by the companies themselves. The development has meant that the system can be modified with small changes to obtain measurements of other signals and to be able to visualize and/or analyze said data with the same interface and motorization system
Aplicación para predecir afluencia de gente en las calles de Madrid
No full textResumen:
En el presente Trabajo de fin de Grado se realiza el desarrollo de una aplicación basada en técnicas de aprendizaje automático para predecir la afluencia de usuarios en las calles principales de Madrid. Para lograr esto, se tienen en cuenta varios datos como los días festivos, el clima y si hay partido de fútbol, los cuales se utilizan como variables de entrada en los algoritmos de aprendizaje automático.
Se realiza un análisis comparativo de diferentes algoritmos de aprendizaje automático, incluyendo Regresión Lineal, Árboles de Decisión, Bosques Aleatorios y Gradient Boosting. Estos algoritmos se aplican a los datos disponibles para determinar cuál de ellos proporciona las mejores predicciones de la afluencia de usuarios en las calles principales.
Se evalúa el rendimiento de cada uno utilizando varias métricas de evaluación. Entre estas métricas se encuentran el Error Cuadrático Medio (MSE), la Raíz del Error Cuadrático Medio (RMSE), y el Coeficiente de Determinación.
Además, se lleva a cabo la descarga y transformación automática de los datos necesarios para el análisis. Se implementan técnicas de optimización con el fin de mejorar la eficiencia del programa.
El proyecto también incluye la visualización de datos, lo cual permite presentar los resultados de manera clara y comprensible. Para hacer la aplicación más amigable con los usuarios, se desarrolla una interfaz web utilizando el framework Flask. Esta interfaz permite a los usuarios interactuar con la aplicación de manera intuitiva, brindando la capacidad de realizar consultas, visualizar resultados y obtener predicciones de la afluencia de usuarios en tiempo real.
Abstract:
In this Bachelor's Degree Final Project, a machine learning application is developed to predict user influx in the main streets of Madrid. To achieve this, various data such as holidays, weather, and football matches are considered, which are used as input variables in the machine learning algorithms.
A comparative analysis of different machine learning algorithms is performed, including Linear Regression, Decision Trees, Random Forests, and Gradient Boosting. These algorithms are applied to the available data to determine which one provides the best predictions of user influx in the main streets.
The performance of each algorithm is evaluated using several evaluation metrics, including Mean Squared Error (MSE), Root Mean Squared Error (RMSE), and Coefficient of Determination.
Additionally, automatic data downloading, and transformation are carried out to prepare the data for analysis. Optimization techniques are implemented to improve the program's efficiency.
The project also includes data visualization, which allows presenting the results in a clear and understandable manner. To make the application more user-friendly, a web interface is developed using the Flask framework. This interface enables users to interact with the application intuitively, providing the capability to make queries, visualize results, and obtain real-time predictions of user influx