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Polymer-based waveguides and devices for photonic integrated circuits and sensing
No full textThis PhD work is focused on the development of polymer-based waveguides and devices and waveguides for integrated photonic circuits and sensing. The work covers all aspects of the device development starting with the initial device functionality concept followed by the simulation of the optical properties, then the lithographic design and the subsequent fabrication to the final device testing. Prior to the manufacture, the geometry and physical dimension of devices have been studied by simulating electromagnetic 2D modes as well as finite element methods for optical beam propagation. The devices have been designed using various CAD tools compatible with photomask manufacturing and CNC machining systems. The script generators are collected in an ad-hoc process design kit (PDK) for photonic chips. Existing manufacturing processes have been optimized and the technique of direct laser writing (DLW) has been improved. Devices have been manufactured not only by DLW, but also by conventional UV photolithography and e-beam lithography.
Protocols for the depositing of controlled thin polymer layers by spinning have been established for various materials. Exposure dose tests have been performed reaching optimal dose for each material independently of lithography techniques employed. A photonic embedded device characterization setup for the visible light spectrum has been redesigned and optimized. The positioning accuracy of each part of the setup was greatly improved by adding motorized micrometric actuators.
Liquid crystal (LC) as an active medium changing the optical properties of a waveguide and an integrated photonic device has been employed. A LC cell has been used as top cladding on a silicon nitride photonic chip. A Mach-Zehnder interferometer (MZI) was designed, in which one interferometric arm is exposed to the action of LC. By applying an electromagnetic field to the cell, LC molecules are reoriented, and hence the top cladding refractive index is modulated. It has been shown the variation of the MZI optical output intensity by applying an electric voltage to the LC cell.
The entire production process flow has been validated by manufacturing a multimode interferometer (MMI) based on the polymers EpoCore and EpoClad. The device was fully designed, manufactured and characterized within this thesis. The chip layout was directly patterned into the polymer by e-beam lithography showing the adaptability of this material from UV- to electron-stimulated polymerization. Fabricated MMIs output power splitting ratio was characterized for an operating wavelength of 635 nm. Various device designs were manufactured and characterized to establish a PDK to be used to manufacture other MMIs on the same platform in the future. A very good correlation between the simulated and experimental measurements was revealed.
This work aims to confirm polymer materials as a valid alternative to existing platforms for photonic integrated circuits (PICs) manufacture. Polymers are inexpensive compared with inorganic materials and the production process presented here can be potentially adapted to fast and cost-effective microfabrication methods, such as roll-to-roll or nanoimprint lithography. The compatibility of polymer-based integrated waveguides and devices with operation in the visible range and combination with flexible thin-film substrates, makes them a promising option to consider for the next PICs generation. Its impact will be superior in non-traditional fields, such as biosensing, in which inorganic materials have predominated so far and devices are designed to operate in the same wavelength bands historically used in telecommunications. Considering all of this, polymer PICs properties would be essential for Point-of-Care (PoC) applications and Lab-on-Chip development.
RESUMEN
Esta tesis doctoral se centra en el desarrollo de guías de onda y dispositivos para circuitos integrados fotónicos (PICs) basados en polímero. El trabajo engloba todos los aspectos del desarrollo de PICs, comenzando con el concepto inicial y la funcionalidad del dispositivo, seguido de la simulación de las propiedades ópticas y su diseño, su posterior fabricación y finalmente la validación. Antes de la fabricación, se ha estudiado la geometría y las dimensiones físicas de los dispositivos mediante la simulación de modos de propagación en 2D para guías de onda monomodo, y también mediante la simulación de elementos finitos de la propagación óptica en los dispositivos integrados. Los dispositivos han sido diseñados en varios lenguajes CAD tanto para la fabricación de máscaras de litografía, como para herramientas de mecanizado CNC. Los programas generadores de texto usados en los diseños se han recopilado en un kit de diseño de procesos (PDK) creado para chips fotónicos poliméricos. Se han optimizado los equipos de fabricación existentes y se ha mejorado la técnica de escritura láser directa (DLW). Los dispositivos se han fabricado utilizando DLW, y también fotolitografía ultravioleta y litografía por e-beam.
Se han establecido protocolos para la creación de capas delgadas de polímero por el método de spin-coating en diversos materiales. Se han realizado pruebas para determinar la dosis óptima de exposición en cada técnica de litografía y para cada material estudiado. Se ha rediseñado y optimizado un montaje de caracterización de dispositivos fotónicos integrados para el espectro de luz visible. La precisión de posicionamiento del chip se mejoró notablemente mediante actuadores motorizados micrométricos.
Se ha empleado el cristal líquido (LC) como medio activo que cambia las propiedades ópticas de la guía de onda y del dispositivo fotónico integrado. Para ello, se ha utilizado una célula de LC como capa superior en un chip fotónico de nitruro de silicio. El diseño del chip es un interferómetro de Mach-Zehnder (MZI), en el que la guía de onda de sensado está expuesta a la acción del LC. Se ha demostrado que la aplicación de un campo electromagnético a la celda de LC varía la intensidad de salida óptica del circuito fotónico.
El proceso de producción en su totalidad ha sido finalmente validado mediante la fabricación de un dispositivo de interferencia multimodo (MMI), basado en los polímeros EpoCore y EpoClad. El dispositivo fue completamente diseñado, fabricado y caracterizado durante este proyecto. La fabricación se realizó mediante la técnica de litografía por e-beam que muestra la adaptabilidad de este material a la polimerización estimulada por electrones. La relación de potencia de salida óptica del MMI se caracterizó para una longitud de onda de 635 nm. Se fabricaron y caracterizaron varios diseños de MMIs para establecer un kit de diseño de procesos (PDK) que se utilizará para fabricar otros dispositivos integrados en la misma plataforma en el futuro. Se determinó que las medidas experimentales de la relación de potencias de salida óptica confirmaban los resultados de las simulaciones.
Este trabajo pretende confirmar que los materiales poliméricos son una alternativa válida para la fabricación de circuitos integrados fotónicos (PICs). El método de producción mostrado puede fácilmente adaptarse para incluir métodos de fabricación más rápidos y rentables como el roll-to-roll y la nanoimpresión. Los dispositivos integrados hechos en polímero son compatibles con el funcionamiento en el espectro de luz visible y también con la integración en sustratos flexibles. Esto los convierte en una prometedora opción a considerar para la próxima generación de PICs. Su repercusión será mayor en campos no tradicionales, como los biosensores, en los que hasta ahora han predominado las plataformas basadas en materiales inorgánicos y los dispositivos son diseñados para operar en las bandas históricamente usadas en telecomunicaciones. De esta manera las propiedades de los PICs poliméricos serán esenciales para el desarrollo de aplicaciones de (PoC) o el Lab-on-Chip
Investigación y desarrollo de andamios tisulares obtenidos por bioimpresión de policaprolactona y de compuestos con matriz de policaprolactona para la reparación de hueso y cartílago
No full textEl objetivo de esta tesis doctoral fue la investigación y desarrollo de andamios tisulares obtenidos por bioimpresión de policaprolactona y de compuestos con matriz de policaprolactona para la reparación de hueso y cartílago mediante la utilización de tecnologías CAD de diseño por ordenador y de fabricación aditiva como lo es la impresión 3D y bioimpresión 3D por extrusión, este método de fabricación se basa en un sistema que deposita el biomaterial en forma de un hilo continuo para la formación de estructuras y la fabricación de andamios biocompatibles, de propiedades mecánicas y estructuras ajustables para la regeneración y el desarrollo de tejidos.
Como primer punto se hizo una revisión de la literatura y desarrollos a la fecha, tanto en la línea de investigación en impresión 3D y bioimpresión como en las diferentes tecnologías de fabricación aditivas.
Posteriormente se fue desarrollando la investigación y desarrollo de dichos andamios mediante un proceso progresivo, en el cual se fueron diseñando y construyendo andamios primeramente con un patrón simple y luego estructuras y materiales más complejos y compuestos.
Los resultados muestran que con la combinación de este método de fabricación y del material se pueden obtener implantes a medida para la regeneración de hueso y cartílago, gracias a la posibilidad de ajustar la geometría del implante a la zona afectada, así como del mallado interno para mejorar la difusión de nutrientes y desechos y del material de policaprolactona como material base, funcionalizado y compuesto integrando las propiedades mecánicas y de proliferación celular que buscamos en la regeneración del tejido.
ABSTRACT
The objective of this doctoral thesis was the research and development of tissue scaffolds obtained by bioprinting of polycaprolactone and compounds with polycaprolactone matrix for bone and cartilage repair through the use of CAD computer design and additive manufacturing technologies such as 3D printing and 3D bioprinting by extrusion, this manufacturing method is based on a system that deposits the biomaterial in the form of a continuous thread for the formation of structures and the manufacture of biocompatible scaffolds, with mechanical properties and adjustable structures for regeneration and tissue development.
As a first point, a review of the literature and developments to date was made, both in the line of research in 3D printing and bioprinting and in the different additive manufacturing technologies.
Subsequently, the research and development of said scaffolds was developed through a progressive process, in which scaffolds were first designed and built with a simple pattern and then more complex and composite structures and materials.
The results show that with the combination of this manufacturing method and the material, customized implants can be obtained for the regeneration of bone and cartilage, thanks to the possibility of adjusting the geometry of the implant to the affected area, as well as the internal mesh to improve the diffusion of nutrients and wastes and the polycaprolactone material as a base, functionalized and composite material integrating the mechanical and cell proliferation properties that we seek in tissue regeneration
Advanced microwave and millimeter-wave devices
No full textA contribution to the design of advanced microwave and millimeterwave devices is presented hereafter. Both steps, design and measurement, have been considered in this thesis. For example, a new theory to design asymmetric devices has been developed and proved. It has been presented as a way of reducing the number of devices in a system. However, there are already some other researchers using it in other domains as in the microwave energy conversion or in the design of power amplifiers. Furthermore, this thesis includes a class of TEn0 mode launchers in rectangular waveguide which design is, in a first approximation, based on this theory. Also the design of low-loss periodic transmission media has been treated making use of commercial software packages. Thanks to an optimization program, which has been carried out, it has been possible to reduce the losses of a gap waveguide by a 20 % in simulation. On the other hand, great efforts have been put on the measurement field. First, the characterization of transmission media has been reviewed focusing on the low-loss case. Then, it has been extended using new ideas, and an exhaustive comparison between all measurement methods has been included. Finally, a novel accurate vector network analyzer calibration has been developed, which can be carried out in both monomode and multimode bands. Therefore, it has also been possible, for the first time, to accurately characterize devices in a multimode band.
RESUMEN
Se presenta aquí una contribución al diseño de dispositivos avanzados de microondas y ondas milimétricas. En esta tesis, se han tenido en cuenta ambos procesos, el diseño y la medida. Por ejemplo, se ha desarrollado y probado una nueva teoría para diseñar dispositivos asimétricos. Se ha presentado como una forma de reducir el número de dispositivos en un sistema. Sin embargo, algunos investigadores ya la usan en otros dominios como en la conversión de energía de microondas o en el diseño de amplificadores de potencia. Además, esta tesis incluye una clase de lanzadores de modo TEno en guía de onda rectangular cuyo diseño está, en una primera aproximación, basado en esta teoría. También, se ha tratado el diseño de medios de transmisión periódica de bajas pérdidas haciendo uso de paquetes de software comerciales. Gracias a un programa de optimización, que se ha desarrollado, ha sido posible reducir, en un 20 %, las pérdidas de una guía de onda de tipo “gap” en simulación. Por otro lado, se han puesto grandes esfuerzos en el campo de medida. En primer lugar, se ha revisado la caracterización de medios de transmisión centrándose en el caso de bajas pérdidas. Luego, se ha ampliado con nuevas ideas, y se ha incluido una comparación exhaustiva entre todos los métodos de medida. Finalmente, se ha desarrollado una nueva calibración de analizador vectorial de redes muy precisa, que puede llevarse a cabo tanto en bandas monomodo como multimodo. Por tanto, también ha sido posible, por primera vez, caracterizar con precisión dispositivos en una banda multimodo
BUILDSPACE: Enabling Innovative Space-driven Services for Energy Efficient Buildings and Climate Resilient Cities
No full textBUILDSPACE aims to couple terrestrial data from buildings (collected by IoT platforms, BIM solutions and other) with aerial imaging from drones equipped with thermal cameras and location annotated data from satellite services (i.e., EGNSS and Copernicus) to deliver innovative services for the building and urban stakeholders and support informed decision making towards energy-efficient buildings and climate resilient cities. The platform will allow integration of these heterogeneous data and will offer services at building scale, enabling the generation of high fidelity multi-modal digital twins and at city scale providing decision support services for energy demand prediction, urban heat and urban flood analysis. The services will enable the identification of environmental hotspots that increase pressure to local city ecosystems and raise probability for natural disasters (such as flooding) and will issue alerts and recommendations for action to local governments and regions (such as the support of policies for building renovation in specific vulnerable areas). BUILDSPACE services will be validated and assessed in four European cities with different climate profiles. The digital twin services at building level will be tested during the construction of a new building in Poland, and the city services validating the link to digital twin of buildings will be tested in 3 cities (Piraeus, Riga, Ljubljana) across EU. BUILDSPACE will create a set of replication guidelines and blueprints for the adoption of the proposed applications in building resilient cities at large
Managed aquifer recharge as a low-regret measure for climate change adaptation
No full textClimate change (CC) is gaining momentum due to the legacy of past greenhouse gas emissions, the lack of accomplishment in national commitments towards mitigation, and the sustained increase in carbon emissions. The vast amount of CO2 in the atmosphere has resulted in various changes in normal climatic patterns, producing adverse and widespread impacts on human and environmental systems. This situation makes adaptation to CC imperative and not an option. Measures to deal with CC are diverse and can be implemented in nearly every niche of society. In the water sector, the high uncertainty in climatic projections results in numerous potential future scenarios that hinder choosing among adaptation measures. This issue is particularly tangible when dealing with groundwater resources, which pose additional obstacles to numerical models arising from the lack of robust knowledge in some of the entailed physical phenomena and the difficulty of coupling surface and subsurface hydrological processes. A sound manner to circumvent this issue is favouring low-regret adaptive measures, which help to grapple not only with normal climate variability, responding to current pressures, but also have characteristics that can contribute to relieving the effects of CC. Managed aquifer recharge (MAR) is a term that refers to technologies that allow enhancing groundwater recharge for later use or to achieve environmental goals. The experience and literature on MAR have grown extensively in recent years. However, few examples show the suitability of these methods for CC adaptation, and even fewer prove this point by employing real cases. The hypothesis of this thesis is that MAR can constitute a low-regret measure to adapt to climate change and is tested by evaluating some of the most relevant environmental, social, and financial benefits from MAR implementation in the Los Arenales MAR systems over the past 20 years and the attributes these systems offer for CC adaptation. The thesis is majorly developed in three scientific articles evaluating various indicators through hydro-statistic, time series analysis, mathematical equations, and literature review. The hypothesis is proved, and the analyses show that Los Arenales MAR systems have helped to date to: (i) recover groundwater levels; (ii) decrease the cost and energy of pumping groundwater and the concomitant CO2 emissions; (iii) provide water for irrigation which maintains the local agri-food industry and consequently, rural population; (iv) restoring a lake hosting endemic lifeforms, unique geological features, and several bird species; and (v) managing groundwater demand through irrigation communities, which also constitute a channel to implement adaptation measures for CC. Additionally, Los Arenales MAR systems have the following attributes for CC adaptation: (i) remain operable through wastewater reuse even if streamflow decreases under CC to the point that river water surpluses are not available for MAR; (ii) reduce the adverse effects of drought on groundwater storage; and (iii) provide surface storage volume to buffer floods. The conceptual model developed helps to assess low-regret measures. This thesis's results can help increase confidence in MAR and improve its perception by showing a successful MAR case scenario in detail. This thesis can also contribute to expanding the water sector adaptation measures portfolio. Furthermore, it highlights the adequacy of low-regret measures to cope with multiple challenges in the agriculture context, which is likely to bear some of the most severe consequences of CC.
RESUMEN
El cambio climático (CC) está cobrando fuerza como consecuencia del legado de las emisiones de gases de efecto invernadero pasadas, la falta de cumplimiento de los compromisos nacionales de mitigación y el aumento sostenido de las emisiones de carbono. La gran cantidad de CO2 en la atmósfera ha provocado cambios en los patrones climáticos normales, produciendo impactos adversos en sistemas humanos y el medioambiente. Esta situación hace que la adaptación al CC sea imperativa y no una opción. Las medidas para hacer frente al CC son diversas y pueden aplicarse en casi todos los nichos de la sociedad. En el sector del agua, la elevada incertidumbre en las proyecciones climáticas da lugar a numerosos posibles escenarios que dificultan la elección entre las medidas de adaptación. Este problema es especialmente visible con los recursos hídricos subterráneos, que plantean obstáculos adicionales relacionados a la falta de conocimientos sólidos en algunos de los fenómenos físicos implícitos y la dificultad de acoplar los procesos hidrológicos superficiales y subterráneos de cara al uso de modelos numéricos. Una buena manera de sortear este problema es favorecer las medidas adaptativas de bajo impacto, que ayudan a confrontar no sólo la variabilidad climática normal, respondiendo a presiones actuales, sino que también tienen características que contribuyen a aliviar los efectos del CC. La recarga gestionada de acuíferos (MAR por sus siglas en inglés) es un término para referirse a las tecnologías que permiten mejorar la recarga de las aguas subterráneas para su uso posterior o para alcanzar objetivos medioambientales. La experiencia y la bibliografía sobre MAR han crecido ampliamente en los últimos años. Sin embargo, son pocos los ejemplos que demuestran la idoneidad de estos métodos para la adaptación al CC y aún menos los que lo hacen mediante casos reales. La hipótesis de esta tesis es que los sistemas MAR son una medida de bajo impacto para adaptarse al CC. Esta hipótesis es evaluada examinando algunos de los beneficios ambientales, sociales y financieros más relevantes de los de 20 años de operación de los sistemas MAR de Los Arenales y sus atributos para adaptarse al CC. La tesis se desarrolla principalmente en tres artículos científicos en los que se evalúan varios indicadores a través de hidro-estadística, análisis de series temporales, fórmulas matemáticas y revisión bibliográfica. La hipótesis es probada y los análisis muestran que los sistemas MAR de Los Arenales han contribuido hasta la fecha a: (i) recuperar los niveles de agua subterránea; (ii) disminuir el coste, la energía y las emisiones de CO2 relacionados al bombeo del agua subterránea; (iii) proporcionar agua para riego que mantiene una industria agroalimentaria local y, en consecuencia, población rural; (iv) restaurar un lago que alberga formas de vida endémicas y más de 24 especies de aves; y (v) gestionar la demanda de agua subterránea a través de comunidades de regantes, que también constituyen un canal para aplicar medidas de adaptación al CC. Además, los sistemas MAR de Los Arenales tienen los siguientes atributos para la adaptación al CC: (i) pueden seguir operando mediante el reúso de aguas residuales en caso de que el caudal de los ríos fuente disminuya debido al CC; (ii) reducen los efectos adversos de la sequía en las reservas de agua subterráneas; y (iii) proporcionan un volumen de almacenamiento superficial para amortiguar inundaciones. El modelo conceptual desarrollado ayuda a evaluar las medidas de bajo impacto. Los resultados de esta tesis pueden contribuir a aumentar la confianza en MAR y a mejorar su percepción al mostrar un caso de éxito en detalle. Esta tesis también puede contribuir a ampliar la lista de medidas de adaptación al CC en el sector del agua. Además, pone de manifiesto la idoneidad de las medidas de bajo impacto para enfrentar múltiples retos en el contexto de la agricultura, que probablemente sufrirá lo peor del CC
Desarrollo de dispositivos microfluídicos mediante impresión 3D para aplicaciones en biomedicina
No full textEl objeto de este trabajo es adquirir experiencia y conocimientos necesarios para el desarrollo de dispositivos microfluídicos mediante impresión 3D para aplicaciones en biomedicina. La primera parte del trabajo consiste en aprender sobre la microfluídica, los dispositivos microfluídicos, sus aplicaciones y su proceso de fabricación. A lo largo de las últimas décadas el número de medicamentos nuevos se ha reducido mientras que la inversión en investigación ha crecido drásticamente. Este problema se debe, en gran medida, a los ensayos necesarios para nuevos medicamentos. Como solución a este problema surge la microfluídica. Los dispositivos microfluídicos abren la puerta a nuevas posibilidades de investigación y ensayos que revolucionen el desarrollo de medicamentos y otras áreas de la biomedicina.
La microfluídica es un campo dentro de la mecánica de fluidos. Este campo estudia el flujo en dimensiones características del orden de los micrómetros. Existen ciertas características propias de la microfluídica como los bajos números de Reynolds, que proporcionan flujos laminares, y el aumento de importancia de unos factores como la capilaridad y la tensión superficial respecto a otros como la gravedad.
Configuraciones geométricas de canales microfluídicos generan dispositivos microfluídicos. Cuando uno o más dispositivos se integran en un soporte físico se crea un Chip microfluídico. Estos Chips pueden realizar distintas funciones ejerciendo de micro reactores, micromixers, generadores de gota u otros tipos de Chips. Finalmente existen Chips avanzados que simulan la respuesta en órganos humanos ante medicamentos y en el futuro distintos Chips podrán integrarse para simular la respuesta de un ser humano en su totalidad.
El desarrollo de los dispositivos microfluídicos ha ido de la mano de las nuevas técnicas de fabricación. En la actualidad una de las formas de fabricación de estos dispositivos es mediante impresión 3D por estereolitografía. Este método se basa en el curado selectivo de polímero para la generación de la pieza.
Recientemente el Departamento de Física Aplicada e Ingeniería de Materiales de la ETSII adquirió un equipo de impresión 3D por estereolitografía. En concreto el Formlabs 3. La segunda parte de este trabajo consiste en aprender el manejo de este equipo.Se realizan un total de 5 pruebas de piezas de geometrías distintas. En cada una de ellas se evalúa un aspecto de la impresión y se aprenden lecciones de los resultados esperados e inesperados.
Al final de las pruebas se alcanzan una serie de conclusiones. Se concluye que deben evitarse los cambios bruscos de sección y piezas con voladizos para evitar deformaciones por tensiones internas. También debe controlarse el proceso de curado y realizar diseños tratando de evitar concentraciones de tensiones para prevenir dichas deformaciones. Debe imprimirse siempre con la plataforma de impresión propuesta por el software de Form para facilitar la extracción de la pieza.
La impresora es capaz de realizar surcos de la resolución mínima de 0.025mm y canales de geometrías sencillas de 1mm de diámetro. En geometrías tridimensionales el proceso de limpieza puede no ser capaz de eliminar el material que queda dentro del canal en canales de dimensiones características mayores al milímetro. Si se tratan de imprimir detalles y huecos de dimensiones del orden de las 300 micras, tanto de los detalles como del espacio entre ellos, estos se realizarán de forma precisa en su periferia. A medida que estos detalles se encuentren en zonas de más difícil acceso o se reduzcan las dimensiones y el espacio entre ellos quedará una mayor cantidad de material acumulado. Para detalles y espacios del orden de las 100 micras estos se imprimirán como sólidos macizos
Caracterización de hormigón y su reutilización como recurso para joyería.
No full textEn este trabajo de final de grado se analizan las propiedades del hormigón y se estudia su reutilización como recurso en la elaboración de anillos. Para ello deben conocerse las propiedades físicas y estéticas del hormigón e investigar su viabilidad como material para la fabricación de anillos. Entre las características más relevantes se incluyen su resistencia, textura, fuerza, color y otras cualidades estéticas que afecten al diseño y a la calidad final de los productos.
Además, se estudia la posibilidad de introducir residuos industriales provenientes de fábricas industriales que comprenden etapas de combustión, como el humo de sílice y las cenizas volantes, para promover el desarrollo sostenible en la industria de la joyería. Se comienza realizando un diseño mediante la aplicación Fusion 360, estos anillos se obtienen a partir de distintas tecnologías, como son impresión 3D, termoconformado y corte láser. Los materiales utilizados para realizar los prototipos son: plástico PLA, láminas de madera de DM y láminas de metacrilato. Los prototipos obtenidos se utilizan para realizar los moldes en los que posteriormente se añade el hormigón. Se utiliza la tecnología de moldeo por termoconformado y láminas de plástico EVA, las cuales mediante un aumento de presión y de temperatura se adaptan a los prototipos insertados.
El proceso experimental comienza con un ensayo de granulometría. Mediante varios tamices de distintos tamaños se obtiene la distribución de los áridos en función de su tamaño. Para realizar la curva granulométrica se representa en una gráfica el porcentaje de árido que traspasa el tamiz frente a la apertura del mismo. A continuación se realizan diversas amasadas, en ellas se varía la distribución granulométrica, la relación agua – cemento, la relación arena – cemento, la cantidad de superplastificante y la proporción de agregados de cemento. Se estudian y analizan los resultados obtenidos, tanto a nivel técnico como estético. Se observa que la relación agua – cemento debe ser aproximadamente un 50%, la relación arena – cemento 1:2, y que las cenizas volantes no aportan buenos resultados estéticos. Por otro lado, la distribución granulométrica debe contener un grueso de áridos entre un 0,59 y 0,074 mm.
Para obtener una mezcla lo suficientemente fluida y homogénea, la cantidad de superplastificante debe ser un 4% respecto de la masa de cemento y agregados. Esta mezcla debe ser realizada en las condiciones de temperatura y humedad correspondientes. Seguidamente, se añade en los moldes realizados. Los anillos son retirados de los moldes pasados 7 días desde el proceso de llenado, estos continúan fraguando durante los próximos 21 días. Las condiciones de humedad deben mantenerse durante todo el proceso de fraguado del hormigón, en especial durante la primera semana.
Se realiza un ensayo de resistencia a tracción para estudiar la carga máxima admisible y se analiza como ésta varía en función de la mezcla realizada. Para ello se utiliza una máquina de ensayo de cuya carga máxima es 1kN. Además, se observa que la evolución fuerza – desplazamiento varía en función de cada prototipo. Las amasadas que mayor fuerza han soportado son las que cumplen con las características mencionadas anteriormente.
Finalmente, un aspecto muy relevante a tener en cuenta durante todo el proceso es que éste fomente la sostenibilidad, y que las joyas resultantes dispongan de este valor añadido
Análisis de compañías de la new economy para invertir a largo plazo
No full textEste trabajo se colabora dentro de un proyecto con un alcance superior denominado Value4all. Este es un proyecto de carácter divulgativo, el cual busca analizar todas las industrias que conforman la economía para encontrar las mejores compañías de cada una, para conformar una cartera diversificada según la estrategia explicada en el trabajo Buy&Hold. En esta cartera (Ilustración 1), cada una de las industrias analizadas por el proyecto representa uno de los colores del gráfico, mientras que cada uno de los sectores circulares representa una empresa en particular.
Este trabajo se encuentra dividido en tres partes distintas. La primera de ellas tiene un enfoque puramente formativo y se denomina “Introducción a la inversión”. En ella se explican multitud de conocimientos básicos como qué tipos de activos existen o qué ratios financieros se emplean para analizar una compañía desde el punto de vista fundamental. Además, se explican qué razones hacen de la inversión, casi una necesidad que debería de ser practicada por todas las personas con sus ahorros. Independientemente de que estos sean mayores o menores.
La segunda parte comparte el mismo enfoque que la primera, pero en este caso explica en detalle el concepto de las economías colaborativas. La principal razón es conocer este concepto a fondo, además de distintos ejemplos de modelos de negocios que lo aplican. Esta parte permite facilitar el entendimiento de los negocios analizados en la última parte del trabajo.
En esta última parte se realiza un análisis en detalle de las principales cinco compañías que conforman la industria denominada New Economy. Además de esto, se explica también en qué consiste este sector, rendimientos históricos de las compañías de esta industria y se concluye con la propuesta de pesos de las tres mejores empresas analizadas, para representar al sector en la cartera global del proyecto. Esta distribución está conformada por Booking Holdings (73,8%), Match Group (19,7%) y Airbnb (6,5%). Los objetivos que se presentan en la parte inicial del trabajo han sido alcanzados de forma satisfactoria, tanto los principales como el secundario
Sistema de control de una planta experimental hidráulica mediante dispositivos para la automatización de Siemens
No full textEste proyecto tiene como objetivo llevar a cabo la reparación, puesta en marcha y operación de un banco de ensayo de bombas hidráulicas, automatizado utilizando componentes para la automatización de Siemens. El banco de ensayo ha sido concebido como un demostrador tecnológico de industria 4.0, haciendo uso de elementos de tecnológicos actuales que, interconectando mediante diferentes buses de campo y redes de datos sistemas de control de planta como actuadores basados en variadores de frecuencia para modificar de forma continua el régimen de trabajo de bombas hidráulicas, válvulas proporcionales y válvulas todo-nada, así como diferentes sensores
hidráulicos (de presión, caudalímetros de diferentes tecnologías de medida, etc.).
Estos dispositivos son fundamentales para realizar un estudio detallado del comportamiento de las bombas y el flujo de agua en un circuito. Además, el banco de ensayo incluye otros componentes, como dispositivos de control de nivel de agua y un sistema de registro de datos, que se explicarán en detalle en el cuerpo de este trabajo.
Durante el desarrollo de este proyecto, se han enfrentado desafíos significativos, como la puesta a punto del banco de ensayo y la reparación de elementos averiados. Estos contratiempos han retrasado considerablemente el proceso de automatización, ya que se ha tenido que reparar el sensor de presión de una de las bombas y actualizar la infraestructura eléctrica del banco de ensayo. Además, se ha llevado a cabo una comparación de las curvas características de las bombas con los datos proporcionados por el fabricante de las mismas, lo que ha permitido, en base a las diferencias obtenidas, identificar y localizar problemas en el sistema hidráulico que han sido
satisfactoriamente resueltos.
Por último, se han implementado a modo de demostrador tecnológico dos estrategias de control diferenciadas, que permiten lograr una mayor precisión y eficiencia en la automatización del banco de ensayo. La primera de ellas, un sistema de control de eventos discretos mediante un SFC (Sequential Function Chart) de arranque para implementar un arranque seguro del sistema, así como un lazo de control continuo clásico basado un CFC (Continuous Function Chart) que representa un PID (Proportional-Integral-Derivative) para el control del nivel de un depósito de calibración.
Este proyecto se ha llevado a cabo en colaboración con el departamento de Ingeniería Energética de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), como parte de una beca de colaboración. Nuestro objetivo principal ha sido diseñar y optimizar el control de un banco de ensayos de fluidos ubicado en el Laboratorio de Mecánica de Fluidos, utilizando equipos de la marca Siemens disponibles. El banco cuenta con bombas hidráulicas, caudalímetros, variadores de frecuencia, electroválvulas y válvulas motorizadas.
Las tareas realizadas incluyen recuperar el funcionamiento del banco, desarrollar un programa de control en SIMATIC y PCS7, crear una interfaz de usuario en WinCC, analizar el funcionamiento del banco y diseñar un nuevo guion de prácticas y manual de funcionamiento. Además, se han propuesto mejoras en el diseño actual del banco. También se ha documentado el lenguaje y los protocolos utilizados en el proyecto, así como la propuesta de lazos de control equivalentes a los utilizados en una planta de procesos.
Como demostración de los resultados obtenidos, se han implementado los lazos de control bajo el entorno desarrollado en PCS7 de Siemens
Study of electric road feasibility with the contribution of wind power
No full textThe aim of this final project is to conduct a feasibility study for the installation of an Electric Road System (ERS) powered by a wind farm in Sweden. The study is based on scientific articles and reports on this technology. Data from the Swedish Transport Administration, along with data from the weather station at Halmstad Airport, have been consulted for the development of the project.
This project consists of investigating all the fields involved, studying the traffic in Sweden to determine the road section to install the ERS, and then estimating the power demand of the system. The software used for the study of the wind resource was WAsP, which allowed for the selection of the optimal site for the wind farm, as well as the estimation of the electricity production.
Three scenarios were proposed for the calculation of the contribution. The first scenario considers only the wind farm as the energy source, the second scenario includes the addition of a storage system, and the third scenario involves grid connection. Both the technical and economic feasibility were analysed and discussed.
The results indicate that the most profitable scenario is the third scenario, as the grid connection not only provides a reliable source of energy but also generates additional income from the sale of surplus electricity. The results also suggest that the storage scenario only improves the contribution by a few percent due to the high demand of the ERS