Tesis Doctorals en Xarxa
Not a member yet
46997 research outputs found
Sort by
Towards personalized respiratory medicine: Omics biomarkers of COPD
No full textLa malaltia pulmonar obstructiva crònica (MPOC) és una síndrome prevalent i infradiagnosticada. És una de les principals causes de morbimortalitat, i el seu maneig clínic està limitat per elements subjectius. Aquesta tesi té com a objectiu identificar signatures de biomarcadors sanguinis, principalment mitjançant proteòmica i metabolòmica, que puguin optimitzar la detecció i la fenotipificació de la MPOC, proporcionar una caracterització objectiva dels episodis d'exacerbació i predir el risc de mortalitat. Es van realitzar estudis observacionals multicèntrics, integrant dades clíniques i òmiques de mostres sanguínies de les cohorts BIOMEPOC i BIOEARLY-COPD. Els principals resultats identificaren perfils sanguinis capaços de discriminar (1) la MPOC dels controls, (2) signatures sistèmiques d'exacerbacions i (3) caracteritzar els fenotips d'exacerbació (GOLD E) i els fenotips d'exacerbació freqüents en la fase estable; (4) desenvolupar panells proteòmics i metabolòmics que prediguin la mortalitat a mitjà i llarg termini; i (5) millorar la classificació del risc i l'estratificació dels pacients en comparació amb els enfocaments tradicionals. La integració de biomarcadors òmics sanguinis i mètodes d'aprenentatge automàtic ofereix eines potencials per a la medicina personalitzada en la MPOC.La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) es un síndrome prevalente e infradiagnosticado. Es una de las principales causas de morbimortalidad, y su manejo clínico se ve limitado por elementos subjetivos. El objetivo de esta tesis es identificar marcadores biológicos sanguíneos, principalmente mediante proteómica y metabolómica, que puedan optimizar la detección y la fenotipificación de la EPOC, proporcionar una caracterización objetiva de las exacerbaciones y predecir el riesgo de mortalidad. Se realizaron estudios observacionales multicéntricos, integrando datos clínicos y ómicos de muestras sanguíneas de las cohortes BIOMEPOC y BIOEARLY-COPD. Los principales resultados identifican perfiles sanguíneos capaces de discriminar (1) la EPOC de los controles, (2) las firmas sistémicas de las exacerbaciones y (3) caracterizar los fenotipos exacerbadores (GOLD E) y los fenotipos exacerbadores frecuentes en la fase estable; (4) desarrollar paneles proteómicos y metabolómicos que predigan la mortalidad a medio y largo plazo; y (5) mejorar la clasificación del riesgo y la estratificación de los pacientes en comparación con los enfoques tradicionales. La integración de biomarcadores ómicos sanguíneos y métodos de aprendizaje automático ofrece herramientas potenciales para la medicina personalizada en la EPOC.Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a prevalent and underdiagnosed syndrome. It is a leading cause of morbidity and mortality, and its clinical management is limited by subjective elements. This thesis aims to identify blood biomarker signatures, primarily from proteomics and metabolomics, that can optimise the detection and phenotyping of COPD, provide objective characterisation of exacerbation episodes, and predict mortality risk. Multicentre observational studies were conducted, integrating clinical and omics data from blood samples from the BIOMEPOC and BIOEARLY-COPD cohorts. The main results identify blood profiles capable of discriminating (1) COPD from controls, (2) systemic signatures of exacerbations, and (3) characterising exacerbator phenotypes (GOLD E) and frequent exacerbator phenotypes in the stable phase; (4) develop proteomic and metabolomic panels predicting medium- and long-term mortality; and (5) improve risk classification and patient stratification compared to traditional approaches. The integration of blood omics biomarkers and machine learning methods offers potential tools for personalised medicine in COPD.Universitat Pompeu Fabra. Doctorat en Biomedicin
Physiological welfare indicators in cetaceans: epidermal cortisol and oxytocin concentrations in managed and wild populations
No full textLa consciència sobre el benestar dels cetacis, tant en animals sota cura humana com en llibertat, ha augmentat considerablement en els darrers anys. Com a conseqüència, les consideracions de benestar tenen avui un paper rellevant en la formulació de polítiques institucionals i en l’elaboració de regulacions relacionades amb la protecció d’aquestes espècies. En aquest context, el desenvolupament de mesures fiables per avaluar el benestar s’ha convertit en una necessitat, especialment per a aquestes espècies amb un estil de vida aquàtic que històricament ha dificultat la recerca. Els marcadors fisiològics obtinguts a partir de diverses mostres biològiques poden proporcionar indicadors fiables, encara que inespecífics, de l’estat de benestar. En cetacis, les concentracions d’oxitocina (EOC) i cortisol epidèrmic (ECC) podrien oferir mètodes per avaluar el benestar a llarg termini i entendre com diversos estressors l’afecten. Tanmateix, abans de ser utilitzats, cal validar cada indicador per garantir que els mètodes de mostreig i anàlisi detecten de manera fiable les concentracions hormonals, i que els valors obtinguts reflecteixen els estats fisiològics i afectius.
Així doncs, aquesta tesi té com a objectiu validar l’ECC i l’EOC com a indicadors fisiològics del benestar en cetacis. S’han desenvolupat protocols de mostreig epidèrmic estandarditzats que s’han adaptat amb èxit a diferents espècies i contextos, incloent-hi dofins mulars (Tursiops truncatus), belugues (Delphinapterus leucas) i orques (Orcinus orca) sota cura humana, així com dofins ratllats (Stenella coeruleoalba) varats. Per a cada espècie i hormona, s’han optimitzat i validat els mètodes d’extracció i quantificació epidèrmica utilitzant immunoassaigs ELISA o AlphaLISA. Aquests protocols han assolit nivells elevats d’especificitat, precisió i sensibilitat, la qual cosa recolza l’ús per a una quantificació hormonal fiable. La tesi també analitza factors de confusió que podrien influir en les concentracions hormonals i comprometre la interpretació de les dades. S’observa que una massa de mostra baixa augmenta la variabilitat i redueix la precisió de les mesures de cortisol. A més, tant l’ECC com l’EOC han mostrat variacions en funció de la regió corporal, la capa epidèrmica i l’estació de l’any, fet que posa de manifest la importància d’aplicar protocols estandarditzats i considerar acuradament les variables ambientals.
D’altra banda, aquesta tesi avalua si l’ECC i l’EOC reflecteixen l’activitat integrada de l’eix hipotalàmic–hipofisiari–adrenal i del sistema d'oxitocina, respectivament, i examina la seva rellevància com a indicadors fisiològics del benestar en cetacis. L’ECC mostra correlacions elevades amb el cortisol en sèrum i greix, i varia de manera biològicament significativa en resposta a estressors, condicions de salut i modulació farmacològica, la qual cosa recolza la seva utilitat com a mesura retrospectiva de l’activitat de l’eix HPA. L’ECC també s’ha correlacionat amb una varietat de condicions associades a estats afectius, incloent-ne la seva gravetat i durada, reforçant així el seu potencial com a indicador no invasiu de benestar. Paral·lelament, l’EOC s’ha correlacionat significativament amb l’ECC i ha respost de manera inconsistent a estressors i a la motivació social i ambiental, possiblement reflectint el paper de l’oxitocina en la vinculació social i la recompensa, així com la seva interacció moduladora amb el sistema d’estrès. Addicionalment, s’han observat canvis similars en l’EOC sota condicions associades tant a estats afectius positius com negatius, cosa que actualment en limita l’aplicabilitat com a indicador fisiològic del benestar en cetacis.
En definitiva, aquesta tesi aporta evidència rellevant sobre la validesa i aplicabilitat de l’ECC i l’EOC com a indicadors fisiològics no invasius del benestar en cetacis, i ofereix orientació metodològica i pràctica per al seu ús i mesura. A més, obre noves preguntes de recerca que podrien ampliar el seu ús en l’estudi de qüestions relacionades amb el benestar i la conservació.La concienciación sobre el bienestar de los cetáceos, tanto en animales bajo cuidado humano como en libertad, ha aumentado considerablemente en los últimos años. En consecuencia, las consideraciones sobre bienestar desempeñan actualmente un papel relevante en políticas y regulaciones sobre protección y conservación de estas especies. En este contexto, desarrollar medidas fiables para evaluar el bienestar es esencial, especialmente por las dificultades históricas para investigar especies acuáticas. Los marcadores fisiológicos obtenidos de muestras biológicas pueden proporcionar indicadores fiables, aunque inespecíficos, del bienestar. En cetáceos, las concentraciones epidérmicas de oxitocina (EOC) y cortisol (ECC) podrían ofrecer métodos no invasivos para evaluar el bienestar a largo plazo y analizar cómo diversos estresores lo afectan. Sin embargo, antes de usarlos, es necesario validar rigurosamente estos indicadores para cada especie, garantizando que los métodos de muestreo y análisis sean precisos y que reflejen correctamente estados fisiológicos y afectivos.
Esta tesis tiene como objetivo validar y optimizar ECC y EOC como indicadores fisiológicos del bienestar en cetáceos. Se han desarrollado protocolos estandarizados, no invasivos, adaptados con éxito a distintas especies y contextos, incluyendo delfines mulares (Tursiops truncatus), belugas (Delphinapterus leucas) y orcas (Orcinus orca) bajo cuidado humano, así como delfines listados (Stenella coeruleoalba) varados y fallecidos. Para cada especie y hormona se han optimizado métodos de extracción y cuantificación epidérmica mediante inmunoensayos ELISA o AlphaLISA. Estos protocolos mostraron niveles altos de especificidad, precisión y sensibilidad, confirmando su utilidad para cuantificar hormonas de forma fiable. Además, la tesis analiza posibles factores de confusión no relacionados con bienestar que podrían influir en las concentraciones hormonales. Se observó que masas de muestra bajas (<20 mg) aumentan la variabilidad y reducen la precisión en las medidas de cortisol. Asimismo, ECC y EOC varían según región corporal, capa epidérmica y estación del año, destacando la importancia de protocolos estandarizados y de considerar variables ambientales.
Por otro lado, se evaluó si las ECC y EOC reflejan la actividad integrada del eje hipotalámico–hipofisario–adrenal (HPA) y del sistema oxitocina, respectivamente, examinando su relevancia como indicadores fisiológicos del bienestar. Las ECC mostraron correlaciones altas con cortisol en suero y grasa, variando significativamente ante probables estresores, condiciones de salud y modulación farmacológica, confirmando su utilidad como medida retrospectiva de la actividad del eje HPA. También se correlacionó con diversas condiciones afectivas, destacando su potencial como indicador no invasivo de bienestar. Las EOC mostraron correlación significativa con ECC, aunque con respuestas inconsistentes ante probables estresores y motivaciones sociales y ambientales, posiblemente debido al papel de la oxitocina en vínculos sociales, recompensa e interacción moduladora con el sistema del estrés. Se observaron cambios similares en EOC en condiciones afectivas positivas y negativas, limitando su aplicabilidad actual como indicador fisiológico del bienestar.
En conclusión, esta tesis aporta evidencia relevante sobre la validez y aplicabilidad de ECC y EOC como indicadores fisiológicos no invasivos del bienestar en cetáceos. Proporciona orientación metodológica práctica para su medición y plantea nuevas preguntas de investigación para ampliar su uso en estudios relacionados con bienestar y conservación, tanto en cetáceos en cautividad como en libertad.Awareness of cetacean welfare, both in managed care and in response to anthropogenic impacts in the wild, has increased substantially in recent years. As a result, welfare considerations now play a significant role in shaping institutional policies and informing regulations related to cetacean protection and conservation. In this context, developing robust and reliable welfare assessment measures has become essential, particularly for species whose aquatic lifestyle has historically posed significant research challenges. Physiological markers obtained from a variety of biological samples can provide reliable, nonspecific indicators of animal welfare. In cetaceans, epidermal cortisol concentrations (ECC) and oxytocin concentrations (EOC) may offer non-invasive methods for assessing long-term welfare and understanding how multiple stressors impact it. However, before its use and for each species, every indicator requires rigorous validation to ensure that both sampling and analytical methods reliably detect hormone concentrations, and that the resulting values accurately reflect physiological and affective states.
Accordingly, this thesis aimed to validate and optimize ECC and EOC as physiological welfare indicators in cetaceans. Standardized, non-invasive epidermal sampling protocols were successfully developed and adapted across species and contexts, including voluntarily participating bottlenose dolphins (Tursiops truncatus), belugas (Delphinapterus leucas), and killer whales (Orcinus orca) under human care, as well as stranded, deceased striped dolphins (Stenella coeruleoalba). For each species and hormone, epidermal extraction and quantification methods were optimized and validated using either ELISA or AlphaLISA immunoassays. These protocols consistently achieved high levels of specificity, precision, and sensitivity, supporting their use for reliable hormone quantification. The thesis also examined potential confounding factors unrelated to welfare that may affect hormone concentrations and compromise data interpretation. Low sample mass (<20 mg) was found to increase variability and reduce the accuracy of cortisol measurements. Additionally, both ECC and EOC varied by sampled body region, epidermal layer, and season, underscoring the need for consistent sampling protocols and careful consideration of environmental variables when using these indicators.
Further, this thesis evaluated whether ECC and EOC reflect integrated activity of the hypothalamic–pituitary–adrenal (HPA) axis and the oxytocin system, respectively, and assessed their relevance as physiological welfare indicators in cetaceans. ECC showed strong correlations with cortisol in serum and blubber and varied in a biologically meaningful way in response to assumed stressors, health conditions, and pharmacological modulation, supporting its utility as a retrospective, long-term measure of HPA axis activity. ECC correlated with a range of conditions assumed to reflect affective states, including their severity and duration, reinforcing its potential as a non-invasive welfare indicator. In parallel, EOC was significantly correlated with ECC and responded inconsistently to assumed stressors and to social and environmental motivation, likely reflecting oxytocin’s role in bonding and reward, as well as its modulatory interplay with the stress system. Additionally, similar changes in EOC were observed under conditions assumed to reflect both positive and negative affective states, currently limiting its applicability as a physiological welfare indicator in cetaceans.
Overall, this thesis provides important evidence on the validity and relevance of ECC and EOC as non-invasive physiological welfare indicators in cetaceans, offering methodological and practical guidance for their measurement and application. Furthermore, it opens up new research questions which could further expand the use of these indicators in addressing welfare and conservation-related issues, both in managed and wild cetacean populations.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Producció Anima
A multitemporal and multiscale analysis of soil erosion and sediment transport. Application to the badlands in the Upper Llobregat River Basin
No full textTesi en modalitat de compendi de publicacionsTesi amb menció de Doctorat Internacional(English) Badlands are among the most active geomorphic environments on Earth, exhibiting extreme erosion rates, sparse vegetation, and steep, deeply dissected slopes. In mountainous Mediterranean regions, seasonal climate variability - characterized by winter freeze-thaw cycles and intense summer convective storms - amplifies sediment production and transport. This study investigates the drivers and dynamics of erosion in the Upper Llobregat River Basin (ULRB), a representative Mediterranean badland system in the southeastern Pyrenees. Using a multi-scale and multi-method approach that integrates TLS monitoring, UAV-based photogrammetry, physically-based modelling, and machine learning, we assess sediment dynamics at slope, catchment, and regional scales. Erosion rates at the slope scale ranged from 16500 T km−2 year−1 to 30000 T km−2 year−1. Sediment export at the catchment scale ranged from 42 to 105 T·km⁻²·year⁻¹ over the study period (2020–2024), averaging only 10.7% of the long-term annual yield of 880 T·km⁻²·year-1. Landscape Evolution Model (LEM) reproduced seasonal sediment cycles and highlighted the importance of hydrological connectivity and temporary sediment storage. At the regional scale, Random Forest models predicted badland susceptibility with high accuracy, although model generalizability declined outside the training domain. Additionally, shallow landslides also played a minor episodic role in sediment delivery during some intense, widespread rainstorms, although not directly linked to badland dynamics. The findings underscore the importance of integrating diverse methods and spatial scales to capture the complexity of badland erosion processes. The work also provides essential insights for erosion monitoring, land management, and sediment risk mitigation in sensitive Mediterranean mountain landscapes.(Català) Els badlands són un dels entorns geomorfològics més actius de la Terra, caracteritzats per taxes d'erosió extremes, vegetació escassa i pendents abruptes. A les regions mediterrànies de muntanya, la variabilitat climàtica estacional —amb cicles de gel-desgel a l’hivern i tempestes convectives intenses a l’estiu— amplifica la producció i el transport de sediments. Aquest estudi investiga els factors i la dinàmica de l’erosió a la Conca Alta del riu Llobregat, un sistema de badlands mediterrani representatiu situat al sud-est del Pirineu. Mitjançant un enfocament multiescalar i multimètode que integra Escaneig Làser Terrestre, fotogrametria amb drons, modelització basada en processos físics i aprenentatge automàtic, s’avalua la dinàmica dels sediments a escala de talús, conca i regional.
Les taxes d’erosió a escala de talús han oscil·lat entre 16.500 i 30.000 T·km⁻²·any⁻¹. L’exportació de sediments a escala de conca han variat de 42 a 105 T·km⁻²·any⁻¹ durant el període d’estudi, la qual cosa representa només un 10,7% de la mitjana anual a llarg termini (880 T·km⁻²·any⁻¹). El Model d’Evolució del Paisatge ha reproduït els cicles estacionals de sediments i ha posat de manifest la importància de la connectivitat hidrològica i de l’emmagatzematge temporal de sediments.
A escala regional, els models de Random Forest han predit amb alta precisió la susceptibilitat a la formació de badlands, tot i que la capacitat de generalització del model disminuïa fora del domini d'entrenament. A més, els despreniments superficials han tingut un paper episòdic menor en l’aportació de sediments durant algunes tempestes intenses i extenses a escala regional, tot i no estar directament relacionats amb la dinàmica pròpia de les badlands.
Els resultats subratllen la importància d’integrar mètodes diversos i escales espacials diferents per capturar la complexitat dels processos d’erosió en badlands. Aquest treball també ofereix coneixements essencials per al monitoratge de l’erosió, la gestió del territori i la mitigació del risc per sediments en paisatges de muntanya mediterranis sensibles.(Español) Los badlands son uno de los entornos geomorfológicos más activos de la Tierra, caracterizados por tasas de erosión extremas, vegetación escasa y pendientes abruptos. En las regiones mediterráneas de montaña, la variabilidad climática estacional -con ciclos de hielo-deshielo en invierno y tormentas convectivas intensas en verano- amplifica la producción y el transporte de sedimentos. Este estudio investiga los factores y la dinámica de la erosión en la Cuenca Alta del río Llobregat, un sistema de badlands mediterráneo representativo situado en el sureste del Pirineo. Mediante un enfoque multiescalar y multimétodo que integra Escaneo Láser Terrestre, fotogrametría con drones, modelización basada en procesos físicos y aprendizaje automático, se evalúa la dinámica de los sedimentos a escala de ladera, cuenca y regional.
Las tasas de erosión a escala de ladera han oscilado entre 16.500 y 30.000 T·km⁻²·año⁻¹. La exportación de sedimentos a escala de cuenca ha variado de 42 a 105 T·km⁻²·año⁻¹ durante el período de estudio, lo que representa solo un 10,7% de la media anual a largo plazo (880 T·km⁻²·año⁻¹). El Modelo de Evolución del Paisaje ha reproducido los ciclos estacionales de sedimentos y ha puesto de manifiesto la importancia de la conectividad hidrológica y del almacenamiento temporal de sedimentos.
A escala regional, el modelo de Random Forest ha predicho con alta precisión la susceptibilidad a la formación de badlands, aunque la capacidad de generalización del modelo disminuía fuera del área de entrenamiento. Además, los desprendimientos superficiales han tenido un papel episódico menor en la aportación de sedimentos durante algunas tormentas intensas y extensas a escala regional, a pesar de no estar directamente relacionados con la dinámica propia de los badlands.
Los resultados subrayan la importancia de integrar métodos diversos y diferentes escalas espaciales para captar la complejidad de los procesos de erosión en badlands. Este trabajo también ofrece conocimientos esenciales para el monitoreo de la erosión, la gestión del territorio y la mitigación del riesgo por sedimentos en paisajes de montaña mediterráneos sensibles.DOCTORAT EN ENGINYERIA DEL TERRENY (Pla 2012
Forced online-level bureaucracy. The case of municipal social services and gender-based violence support in Spain during the Covid-19 crisis.
No full textLa pandèmia de COVID-19 va evidenciar vulnerabilitats en la prestació de serveis públics, especialment en àmbits que depenen del contacte directe. Tot i que el teletreball i les eines digitals van assegurar la continuïtat dels serveis, també van comportar nous reptes, sobretot per als professionals de primera línia que atenen col·lectius vulnerables. Aquesta tesi analitza l'impacte de la transformació digital provocada per la crisi en professionals dels serveis socials municipals i de suport a la violència de gènere (VG) a Espanya. L’estudi, basat en una investigació qualitativa amb 56 entrevistes semiestructurades, examina la transició de la street-level bureaucracy (SLB) a la online-level bureaucracy (OLB) durant la pandèmia.
L’objectiu principal és analitzar l’impacte pràctic, emocional i institucional d’aquest canvi brusc cap al teletreball en el sector públic. Primerament, s’explora com els professionals van viure aquesta transició forçada en relació amb les seves diverses funcions. Els resultats indiquen que la viabilitat del teletreball en serveis socials depèn de distingir quines tasques poden fer-se eficaçment en línia i quines requereixen presència física. Tanmateix, els límits burocràtics poden dificultar-ne l’eficiència, generant retards, estrès i problemes de comunicació que perjudiquen la coordinació i la col·laboració.
A més, la tesi amplia el marc de la SLB tot examinant l’impacte emocional del teletreball, especialment en serveis de VG. Es mostra com la prestació remota, els reptes de la crisi i les limitacions institucionals van afectar les emocions dels professionals de primera línia. L’estudi revela que l’increment de l’estrès va esborrar els límits entre la feina i la vida personal, mentre que les ineficiències burocràtiques van augmentar la frustració, l’aïllament i el malestar moral. Finalment, s’identifiquen mancances en el suport institucional i es reclama la necessitat d’intervencions estructurades per millorar el teletreball i la preparació davant futures crisis.La pandemia de COVID-19 expuso vulnerabilidades en la prestación de servicios públicos, especialmente en sectores de servicios humanos que dependen del contacto directo. Aunque las herramientas digitales y el teletrabajo permitieron continuar la atención, también generaron nuevos desafíos, particularmente para los trabajadores de primera línea que apoyan a poblaciones vulnerables. Esta tesis analiza el impacto de la transformación digital forzada por la crisis en profesionales de servicios sociales municipales y de atención a la violencia de género (VG) en España. A partir de una investigación cualitativa basada en 56 entrevistas semiestructuradas, el estudio examina la transición de la street-level bureaucracy (SLB) a la online-level bureaucracy (OLB) durante la pandemia.
El objetivo principal es analizar el impacto práctico, emocional e institucional de este cambio abrupto hacia el teletrabajo en el sector público. En primer lugar, se explora cómo los profesionales vivieron esta transición, considerando la diversidad de tareas que desempeñan. Los resultados muestran que la sostenibilidad del teletrabajo en servicios sociales depende de distinguir qué tareas pueden realizarse en línea y cuáles requieren presencia física. No obstante, las limitaciones burocráticas pueden dificultar su implementación, provocando retrasos, estrés y problemas de comunicación que afectan la coordinación y colaboración interinstitucional.
Asimismo, la tesis amplía el enfoque de SLB al estudiar el impacto emocional del trabajo remoto, especialmente en los servicios de VG. Se analiza cómo la prestación remota, los retos propios de la crisis y las restricciones institucionales incidieron en las emociones laborales de los profesionales. El estudio revela que el aumento del estrés diluyó los límites entre la vida laboral y personal, y que las ineficiencias burocráticas generaron frustración, aislamiento y malestar moral. También se identifican carencias en el apoyo institucional y se destaca la necesidad de intervenciones estructuradas para mejorar el teletrabajo y la preparación ante futuras crisis.The COVID-19 pandemic exposed significant vulnerabilities in public service delivery, particularly in human services sectors that rely heavily on face-to-face interaction. While digital tools and telework ensured service continuity, they also introduced new challenges, especially for frontline workers supporting vulnerable populations. This thesis analyses the impact of crisis-induced digital transformation on professionals working in municipal social services and gender-based violence (GBV) support services in Spain. Drawing on qualitative research, including 56 semi-structured interviews, the study focuses on the transition from street-level bureaucracy (SLB) to online-level bureaucracy (OLB) during the pandemic.
The main objective is to analyze the practical, emotional, and institutional impact of this abrupt and crisis-driven shift to telework on human services professionals in the public sector. First, the thesis explores how professionals experienced this forced transition, particularly in relation to the diverse tasks they perform. The findings suggest that the long-term sustainability of telework in social services depends on carefully distinguishing which tasks can be effectively carried out online and which require in-person engagement. However, bureaucratic constraints can hinder telework’s potential, creating delays, stress, and communication challenges that affect coordination and collaboration among stakeholders.
Additionally, the thesis expands the SLB framework by examining the emotional impact of remote work, particularly in GBV services. It explores how remote service provision, crisis-related challenges, and institutional limitations shaped the emotional experiences of frontline professionals. The study reveals that heightened stressors blurred work-life boundaries, and bureaucratic inefficiencies significantly increased frustration, isolation, and moral distress. Furthermore, it identifies critical gaps in institutional support and underscores the need for structured interventions to improve remote work conditions in the public sector and preparedness in case of future crises."Universitat Rovira i Virgili. Programa de Doctorat en Economia i Empresa
(Dis)information in Western Europe and the United States: A Challenge to Democratic Stability
No full textDurant l'última dècada, la proliferació de la (des)informació ha esdevingut una preocupació urgent per a les democràcies occidentals, ja que diversos actors estatals adversaris, especialment Rússia i Xina, han intensificat aquesta activitat. Mentre que les investigacions existents han examinat majoritàriament els mecanismes d'interferència estrangera de manera aïllada, aquesta tesi doctoral per compendi proporciona una anàlisi integrada de les campanyes russes de (des)informació dirigides a determinats estats occidentals entre 2014 i 2024. Basant-se en tres articles interconnectats, la tesi investiga com els actors estatals i paraestatals russos empren operacions de (des)informació per desestabilitzar les institucions democràtiques i la cohesió social.
Els estudis previs s'han centrat, en la seva major part, en les dimensions tècniques de la interferència digital sense tenir en compte la interconnexió entre les tàctiques i els objectius estratègics més amplis, els vincles entre els elements psicològics i tècnics d'aquestes campanyes, i els impactes socials més extensos. Per abordar aquesta bretxa, aquesta tesi introdueix noves perspectives teòriques i evidències que capturen la naturalesa multifacètica de les modernes operacions de (des)informació, emfatitzant com aquestes soscaven simultàniament la confiança institucional, erosionen la cohesió social i exploten les vulnerabilitats emocionals en les societats democràtiques.
Aquest treball està guiat per dues preguntes d'investigació fonamentals: Com afecten les campanyes russes de (des)informació a les relacions entre l'estat i la societat en les democràcies occidentals? i (2) Com s'han adaptat aquestes operacions en resposta a les contramesures occidentals? Per respondre a aquestes preguntes, aquesta investigació empra una combinació de mètodes, incloent-hi estudis de casos creuats, anàlisi de contingut i anàlisi de xarxes a través de múltiples plataformes i contextos. Les dades per a aquests estudis inclouen tant l'extracció de dades primàries com dades secundàries procedents d'informes publicats pel govern, mitjans de comunicació, laboratoris forenses digitals i organitzacions de la societat civil. En conjunt, els tres articles se centren a examinar el següent: (1) com la interferència híbrida russa erosiona la confiança vertical (institucional) i horitzontal (social) a França, Alemanya i el Regne Unit, (2) les estratègies de manipulació emocional desplegades contra els afroamericans a les xarxes socials, i (3) les tàctiques evolutives de les campanyes de (des)informació russes a Telegram.
Les troballes revelen un alt grau de sofisticació en les operacions d'influència russes a les societats occidentals objectiu, demostrant com aquestes operacions erosionen concurrentment la confiança institucional, exacerben les divisions socials, construeixen estratègies de manipulació emocional i treballen per fomentar operacions de (des)informació resistents a les contramesures. En desenvolupar marcs innovadors per identificar i analitzar aquests fenòmens en espais digitals, aquesta tesi avança en la comprensió teòrica de les campanyes contemporànies de (des)informació estrangera. A més, empíricament, proporciona evidència sistemàtica de com aquestes operacions evolucionen i s'adapten a través de diferents contextos democràtics en determinats estats occidentals.Durante la última década, la proliferación de la (des)información se ha convertido en una preocupación apremiante para las democracias occidentales, ya que diversos actores estatales adversarios, especialmente Rusia y China, han intensificado tales actividades. Mientras que las investigaciones existentes han examinado mayoritariamente los mecanismos de interferencia extranjera de forma aislada, esta tesis doctoral por compendio proporciona un análisis integrado de las campañas rusas de (des)información dirigidas a determinados estados occidentales entre 2014 y 2024. Basándose en tres artículos interconectados, la tesis investiga cómo los actores estatales y paraestatales rusos emplean operaciones de (des)información para desestabilizar las instituciones democráticas y la cohesión social.
Los estudios previos se han centrado, en su mayor parte, en las dimensiones técnicas de la interferencia digital sin tener en cuenta la interconexión entre las tácticas y los objetivos estratégicos más amplios, los vínculos entre los elementos psicológicos y técnicos de estas campañas, y los impactos sociales más extensos. Para abordar esta brecha, esta tesis introduce nuevas perspectivas teóricas y evidencias que capturan la naturaleza multifacética de las modernas operaciones de (des)información, enfatizando cómo éstas socavan simultáneamente la confianza institucional, erosionan la cohesión social y explotan las vulnerabilidades emocionales en las sociedades democráticas.
Este trabajo está guiado por dos preguntas de investigación fundamentales: (1) ¿Cómo afectan las campañas rusas de (des)información a las relaciones entre el estado y la sociedad en las democracias occidentales? y (2) ¿Cómo se han adaptado estas operaciones en respuesta a las contramedidas occidentales? Para responder a estas preguntas, esta investigación emplea una combinación de métodos, incluyendo estudios de casos cruzados, análisis de contenido y análisis de redes a través de múltiples plataformas y contextos. Los datos para estos estudios incluyen tanto la extracción de datos primarios como datos secundarios procedentes de informes publicados por el gobierno, medios de comunicación, laboratorios forenses digitales y organizaciones de la sociedad civil. En conjunto, los tres artículos se centran en examinar lo siguiente: (1) cómo la interferencia híbrida rusa erosiona la confianza vertical (institucional) y horizontal (social) en Francia, Alemania y el Reino Unido, (2) las estrategias de manipulación emocional desplegadas contra los afroamericanos en las redes sociales, y (3) las tácticas evolutivas de las campañas de (des)información rusas en Telegram.
Los hallazgos revelan un alto grado de sofisticación en las operaciones de influencia rusas en las sociedades occidentales objetivo, demostrando cómo tales operaciones erosionan concurrentemente la confianza institucional, exacerban las divisiones sociales, construyen estrategias de manipulación emocional y trabajan para fomentar operaciones de (des)información resistentes a las contramedidas. Al desarrollar marcos novedosos para identificar y analizar tales fenómenos en espacios digitales, esta tesis avanza en la comprensión teórica de las campañas contemporáneas de (des)información extranjera. Además, empíricamente, proporciona evidencia sistemática de cómo tales operaciones evolucionan y se adaptan a través de diferentes contextos democráticos en determinados estados occidentales.Over the past decade, the proliferation of (dis)information has become a pressing concern for Western democracies as a range of adversarial state actors, notably Russia and China, have escalated such activity. While existing research has largely examined the mechanisms of foreign interference in isolation, this doctoral thesis by compendium provides an integrated analysis of Russian (dis)information campaigns targeting select Western states between 2014 and 2024. Drawing on three interconnected papers, the thesis investigates how Russian state and semi-state actors employ (dis)information operations to destabilize democratic institutions and societal cohesion.
Prior scholarship has, for the most part, focused on the technical dimensions of digital interference without accounting for the interconnection between tactics and broader strategic goals, the links between psychological and technical elements of these campaigns, and the broader societal impacts. To address this gap, this thesis introduces new theoretical insights and evidence that capture the multifaceted nature of modern (dis)information operations, emphasizing how they simultaneously undermine institutional trust, erode social cohesion, and exploit emotional vulnerabilities in democratic societies.
This dissertation is guided by two core research questions: (1) How do Russian (dis)information campaigns affect state-society relations in Western democracies? and (2) How have these operations adapted in response to Western countermeasures? To answer these questions, this research employs a mixture of methods, including cross-case studies, content analysis, topic analysis, and network analysis across multiple platforms and contexts. The data for these studies includes both primary data scraping as well as secondary data from reports published by the government, media, digital forensic labs, and civil society organizations. Together, the three papers focus on examining the following: (1) how Russian hybrid interference erodes vertical (institutional) and horizontal (social) trust in France, Germany, and the United Kingdom, (2) the emotional manipulation strategies deployed against Black Americans on social media, and (3) the evolving tactics of Russian (dis)information campaigns on Telegram.
The findings reveal a high degree of sophistication in Russian influence operations in targeted Western societies, demonstrating how such operations concurrently erode institutional trust, exacerbate social divisions, construct emotional manipulation strategies, and work to foster (dis)information operations that are resilient to countermeasures. By developing novel frameworks to identify and analyze such phenomena in digital spaces, this thesis advances theoretical understandings of contemporary foreign (dis)information campaigns. In addition, empirically, it provides systematic evidence of how such operations evolve and adapt across different democratic contexts in select Western states.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència Política, Polítiques Públiques i Relacions Internacional
Evaluation of LSD1 and BET proteins as epigenetic targets to promote neuroprotection and regeneration after spinal cord injury
No full textLa lesió medul·lar (LM) és una greu afecció neurològica que causa disfuncions sensorials, motores i autonòmiques permanents. El trauma inicial desencadena diversos mecanismes de lesió secundària, com la neuroinflamació, la desmielinització, la formació de cicatrius glials i la mort cel·lular secundària. Aquests processos agreugen el dany i limiten la capacitat regenerativa de la medul·la espinal, convertint-se en dianes potencials per al desenvolupament de tractaments eficaços per a la LM. Cada cop hi ha més evidències que posen de manifest el paper clau de les modificacions epigenètiques en la regulació d’aquestes respostes fisiopatològiques. En aquesta tesi, ens proposem investigar el potencial terapèutic de dirigir-nos a dos reguladors epigenètics: la desmetilasa d’histones LSD1 i les proteïnes lectores d’histones acetilades BET.
Basant-nos en estudis previs que relacionen la inhibició de LSD1 amb efectes neuroprotectors, antiinflamatoris i una major plasticitat, vam avaluar l’eficàcia de RN-1, un inhibidor selectiu de LSD1, en un model murí de contusió medul·lar. Les anàlisis transcriptòmiques espacials van revelar que la inhibició de LSD1 modula l'expressió gènica neuronal després de la LM, provocant una reducció de les vies relacionades amb el cicle cel·lular i l’excitotoxicitat, i promovent un estat neuronal immadur induït tant per la lesió com per la intervenció farmacològica. Funcionalment, la inhibició de LSD1 va millorar la recuperació funcional, va afavorir la supervivència neuronal, va preservar el teixit mielinitzat, va reduir l’astrogliosi i va potenciar la regeneració axonal. Per aprofundir en la regulació específica per tipus cel·lular de LSD1, vam desenvolupar una eina d’edició epigenètica basada en CRISPR-dCas9-DNMT3A/DNMT3L per a la metilació dirigida. Amb aquest sistema, vam aconseguir silenciar el gen Kdm1a, que codifica LSD1, mitjançant la metilació específica del seu promotor, establint les bases per a futurs estudis i possibles aplicacions terapèutiques enfocades a la repressió selectiva de LSD1.
També vam abordar el potencial terapèutic de la inhibició de les proteïnes BET, conegudes per modular la neuroinflamació i afavorir la recuperació funcional després de la LM. No obstant això, la inhibició sistèmica de BET sovint comporta efectes adversos no desitjats, com la reducció del creixement de neurites. Per aquest motiu, vam utilitzar làmines d’òxid de grafè (GO) per administrar l’inhibidor de proteïnes BET, JQ1, específicament als macròfags i la microglia al lloc de la lesió. Aquesta estratègia d’administració dirigida va millorar significativament els resultats funcionals, amb el grup tractat amb GO:JQ1 superant tots els altres grups.
En conjunt, els nostres resultats donen suport al potencial terapèutic de la modulació epigenètica per al tractament de la LM. A més, demostrem la viabilitat de diferents estratègies dirigides per modular l’expressió gènica en tipus cel·lulars específics, per tal d’augmentar l’eficàcia i l’especificitat de les teràpies epigenètiques, minimitzant els efectes no desitjats i maximitzant la recuperació funcional.La lesión medular (LM) es una grave afección neurológica que provoca disfunción sensorial, motora y autonómica permanente. El trauma inicial desencadena diversos mecanismos de daño secundario, entre ellos la neuroinflamación, la desmielinización, la formación de cicatrices gliales y la muerte celular secundaria. Estos procesos agravan el daño y limitan la capacidad regenerativa de la médula espinal, representando así posibles dianas terapéuticas para el desarrollo de tratamientos eficaces para la LM. Cada vez hay más evidencias que destacan el papel fundamental de las modificaciones epigenéticas en la regulación de estas respuestas fisiopatológicas. En esta tesis, nos proponemos investigar el potencial terapéutico de dirigirse a dos reguladores epigenéticos: la demetilasa de histonas LSD1 y las proteínas BET, “lectoras” de residuos acetilados de histonas.
Basándonos en estudios previos que relacionan la inhibición de LSD1 con efectos neuroprotectores, antiinflamatorios y un aumento de la plasticidad, evaluamos la eficacia de RN-1, un inhibidor selectivo de LSD1, en un modelo murino de contusión medular. Los análisis transcriptómicos espaciales revelaron que la inhibición de LSD1 modula la expresión génica neuronal tras la LM, dando lugar a una disminución de las vías relacionadas con el ciclo celular y la excitotoxicidad, y promoviendo un estado neuronal inmaduro inducido tanto por la lesión como por la intervención farmacológica. Funcionalmente, la inhibición de LSD1 mejoró la recuperación funcional, favoreció la supervivencia neuronal, preservó el tejido mielinizado, redujo la astrogliosis y potenció la regeneración axonal. Para explorar con mayor profundidad la regulación específica por tipos celulares de LSD1, desarrollamos una herramienta de edición epigenética basada en CRISPR-dCas9-DNMT3A/DNMT3L para la metilación dirigida. Usando este sistema, conseguimos silenciar el gen Kdm1a, que codifica LSD1, mediante la metilación específica de su promotor, sentando las bases para futuros estudios y posibles aplicaciones terapéuticas orientadas a la represión selectiva de LSD1.
También abordamos el potencial terapéutico de la inhibición de las proteínas BET, conocidas por modular la neuroinflamación y favorecer la recuperación funcional tras una LM. Sin embargo, la inhibición sistémica de BET suele conllevar efectos adversos no deseados, como la reducción del crecimiento de neuritas. Por ello, utilizamos láminas de óxido de grafeno (GO) para administrar el inhibidor de proteínas BET, JQ1, específicamente a macrófagos y microglía en el sitio de la lesión. Esta estrategia de administración dirigida mejoró significativamente los resultados funcionales, siendo el grupo tratado con GO:JQ1 el que mostró los mejores resultados en comparación con todos los demás.
En conjunto, nuestros resultados respaldan el potencial terapéutico de la modulación epigenética para el tratamiento de la LM. Además, demostramos la viabilidad de diferentes estrategias dirigidas para modular la expresión génica en tipos celulares específicos, con el objetivo de aumentar la eficacia y especificidad de las terapias epigenéticas, minimizando los efectos secundarios y maximizando la recuperación funcional.Spinal cord injury (SCI) is a severe neurological condition that causes permanent sensory, motor and autonomic dysfunction. The initial trauma triggers various secondary injury mechanisms, including neuroinflammation, demyelination, glial scar formation and secondary cell death. These secondary processes exacerbate the damage and limit the spinal cord’s regenerative capacity, thereby representing potential targets for the development of effective therapies for SCI. Increasing evidence highlights the pivotal role of epigenetic modifications in regulating these pathophysiological responses. In this thesis, we aim to investigate the therapeutic potential of targeting two epigenetic regulators: the histone demethylase LSD1 and the acetylated histone readers BET proteins.
Based on previous findings linking LSD1 inhibition to neuroprotection, anti-inflammatory effects, and enhanced plasticity, we assessed the efficacy of RN-1, a selective LSD1 inhibitor, in a murine contusion model of SCI. Spatial transcriptomic analyses revealed that LSD1 inhibition modulates neuronal gene expression following SCI, resulting in a downregulation pathways related to cell cycle and excitotoxicity, and promoted an immature neuronal state induced by both the injury and the pharmacological intervention. Functionally, LSD1 inhibition improved functional recovery, enhanced neuronal survival, preserved myelinated tissue, reduced astrogliosis and enhanced axonal regeneration. To further explore cell-type-specific regulation by LSD1, we developed a CRIPSR-dCas9-DNMT3A/DNMT3l-based epigenetic editing tool for targeted methylation. Using this system, we successfully silenced Kdm1a, which encodes LSD1, via promoter-specific methylation, laying the groundwork for future studies and potential therapeutic applications aimed at selective LSD1 repression
We also addressed the therapeutic potential of inhibiting BET proteins, known to modulate neuroinflammation and promote functional recovery after SCI. However, systemic BET inhibition often leads to undesirable off-target effects, including reduced neurite outgrowth. Therefore, we used Graphene Oxide (GO) nanosheets to deliver the BET protein inhibitor JQ1 specifically to macrophages and microglia at the injury site. This targeted delivery strategy significantly enhanced functional outcomes, with the GO:JQ1-treated group outperforming all other groups.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Neurocièncie
Application of Scale-Up Methodologies to Industrial Pharmaceutical Processes
No full textLes Organitzacions de Desenvolupament i Fabricació per Contracte (CDMO), com Esteve, són fonamentals per mantenir la cadena de subministrament produint Ingredients Farmacèutics Actius (API) comercials per satisfer la demanda global. A més, fabriquen API en fases clíniques per accelerar la seva aplicació a la població mundial.
El sector de les CDMO afronta restriccions degut als terminis dels clients, les necessitats de desenvolupament clínic i els costos dels projectes. El temps és crític, impactant tant en la cadena de subministrament del client com en la producció en plantes multipropòsit. Aconseguir escalar els processos a la primera és essencial, assegurant el lliurament del producte i evitant interrupcions en la producció, el que pot retardar múltiples projectes i comprometre els seus terminis de lliurament. La gestió eficient del temps millora el rendiment empresarial augmentant el rendiment dels projectes i mantenint la competitivitat en el sector de les CDMO.
Des de la dècada de 1950, s'han desenvolupat correlacions empíriques i semi-empíriques per predir l'agitació. En les últimes dècades, l'aparició de programes comercials i les eines de simulació numèrica, com la Dinàmica de Fluids Computacional (CFD), han impulsat significativament l'aplicació de models d'agitació i transferència de calor. Aquestes eines permeten simulacions detallades de fluxos multifàsics, proporcionant una comprensió més profunda de la dinàmica dins dels reactors. Com a resultat, els clients exigeixen cada vegada més aquestes capacitats de modelatge, reconeixent el seu valor per garantir la fiabilitat i eficiència del procés.
Aquest treball presenta una innovadora metodologia d'escalat per Esteve, centrada en la simulació per assegurar l'escalat de processos, enfocant-se en els paràmetres d'agitació. El treball inclou una extensa revisió de la literatura per comprendre l'impacte de l'agitació. Aquest coneixement va facilitar la comprensió dels fonaments de diversos programes de simulació.
Després dels anàlisis inicials, es van dissenyar nous equips de laboratori, incloent turbines i trencacorrents, per millorar la similitud geomètrica entre els reactors de planta i de laboratori. Es va identificar el programa VisiMix com l'eina més adequada degut als seus fonaments, capacitats de simulació ràpides i la seva capacitat precisa per simular les geometries de gairebé tots els reactors d'Esteve.
L'aplicació de l'estratègia d'escalat en nombrosos projectes d'Esteve ha generat coneixements essencials per desenvolupar estratègies úniques d'escalat per diverses operacions unitàries. Aquestes inclouen reaccions amb addició, reaccions i extraccions líquid-líquid, reaccions sòlid-líquid, cristal·litzacions, així com reaccions gas-sòlid-líquid. La metodologia d'escalat proposada comprèn diversos mètodes: i) fluxos de treball per a la detecció de factors d'escalat, que permeten als químics identificar factors d’escalat sense la necessitat d’usar eines de simulació; ii) una vegada identificat un factor d'escalat, es defineixen els paràmetres clau d'agitació; i iii) es realitza una avaluació de riscos d'escalat abans de la validació del procés, complementant la informació del desenvolupament del procés per establir el rang operacional de cada paràmetre (estudis PAR).
Les operacions unitàries més comunes han estat exemplificades mitjançant casos pràctics de projectes desenvolupats a Esteve.Las Organizaciones de Desarrollo y Fabricación por Contrato (CDMO), como Esteve, son fundamentales para mantener la cadena de suministro al producir Ingredientes Farmacéuticos Activos (API) comerciales para satisfacer la demanda global. Además, fabrican API en fases clínicas para acelerar su aplicación a la población mundial.
El sector de las CDMO enfrenta restricciones debido a los plazos de los clientes, las necesidades de desarrollo clínico y los costos de los proyectos. El tiempo es crítico, impactando tanto en la cadena de suministro del cliente como en la producción en plantas multipropósito. Lograr escalar los procesos a la primera es esencial, asegurando la entrega del producto y evitando interrupciones en la producción, lo que puede retrasar múltiples proyectos y comprometer sus plazos de entrega. La gestión eficiente del tiempo mejora el rendimiento empresarial al aumentar el rendimiento de los proyectos y mantener la competitividad en el sector de las CDMO.
Desde la década de 1950, se han desarrollado correlaciones empíricas y semi-empíricas para predecir la agitación. En las últimas décadas, la aparición de programas comerciales y las herramientas de simulación numérica, como la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), han propulsado significativamente la aplicación de modelos de agitación y transferencia de calor. Estas herramientas permiten simulaciones detalladas de flujos multifásicos, proporcionando una comprensión más profunda de la dinámica dentro de los reactores. Como resultado, los clientes exigen cada vez más estas capacidades de modelado, reconociendo su valor para garantizar la fiabilidad y eficiencia del proceso.
Este trabajo presenta una novedosa metodología de escalado para Esteve, centrada en la simulación para asegurar el escalado de procesos, enfocándose en los parámetros de agitación. El trabajo incluye una extensa revisión de la literatura para comprender el impacto de la agitación. Este conocimiento facilitó la comprensión de los fundamentos de varios programas de simulación.
Tras los análisis iniciales, se diseñaron nuevos equipos de laboratorio, incluidos turbinas y rompecorrientes, para mejorar la similitud geométrica entre los reactores de planta y de laboratorio. Se identificó el programa VisiMix como la herramienta más adecuada debido a sus fundamentos, capacidades de simulación rápidas y su capacidad precisa para simular las geometrías de casi todos los reactores de Esteve.
La aplicación de la estrategia de escalado en numerosos proyectos de Esteve ha generado conocimientos esenciales para desarrollar estrategias únicas de escalado para diversas operaciones unitarias. Estas incluyen reacciones con adición, reacciones y extracciones líquido-líquido, reacciones sólido-líquido, cristalizaciones, así como reacciones gas-sólido-líquido. La metodología de escalado propuesta comprende varios métodos: i) flujos de trabajo para la detección de factores de escalado, que permite a los químicos identificar factores de escalado sin necesidad de usar herramientas de simulación; ii) una vez identificado un factor de escalado, se definen los parámetros clave de agitación; y iii) se realiza una evaluación de riesgos de escalado antes de la validación del proceso, complementando la información del desarrollo del proceso para establecer el rango operacional de cada parámetro (estudios PAR).
Las operaciones unitarias más comunes han sido ejemplificadas mediante casos prácticos de proyectos desarrollados en Esteve.Contract Development and Manufacturing Organizations (CDMOs), such as Esteve, are pivotal in sustaining the supply chain by producing commercial Active Pharmaceutical Ingredients (APIs) to meet global demand. Additionally, they manufacture APIs in clinical phases to expedite their application for the global population.
The CDMO sector faces significant constraints due to customer timelines, clinical development needs, and project costs. Time is a critical factor, impacting both the client’s supply chain and the effective scheduling of production in multipurpose plants. Achieving a right-first-time scale-up is essential, ensuring timely delivery to clients and preventing disruptions in plant scheduling, which can create a cascading effect, delaying multiple projects and compromising their delivery timelines. Efficient time management ultimately enhances business performance by increasing project throughput and maintaining competitiveness in the CDMO sector.
Since the 1950s, empirical and semi-empirical correlations have been developed for batch stirred vessels. In recent decades, the emergence of commercial software and numerical simulation tools, such as Computational Fluid Dynamics (CFD), has significantly advanced the application of mixing and heat transfer models. These tools enable detailed simulations of multiphase flows and mixing processes, providing a deeper understanding of the dynamics within stirred vessels and allowing the systematic application of the scale-down strategy during laboratory trials. As a result, clients increasingly demand these modeling capabilities, recognizing their value in ensuring process reliability and efficiency.
This work presents a novel scale-up methodology for Esteve, centered on batch process modeling and incorporating scale-down strategies to ensure accurate first-time scale-up, with a focus on mixing phenomena. Extensive literature, including articles, books, and handbooks, was reviewed to understand the impact of mixing on common fine chemical unit operations and the evolution of modeling approaches since the 1950s. This foundational knowledge facilitated the understanding of various modeling software fundamentals.
Following initial analyses, new R&D laboratory equipment, including impellers and baffles, was designed to enhance geometric similarity between plant and laboratory vessels. VisiMix software was identified as the most suitable mixing modeling tool due to its robust fundamentals, rapid simulation capabilities, and precise ability to simulate the geometries of nearly all Esteve reactors.
Over several years, the application of scale-down strategy in numerous Esteve projects, across more than 300 unit operations, has generated essential knowledge for developing unique scale-up strategies for various unit operations. These include fed-batch reactions, liquid-liquid reactions and extractions, solid-liquid reactions, crystallizations, as well as gas-solid-liquid reactions. The proposed scale-up methodology comprises several methods: i) a scale-up factor detection workflow for each unit operation, enabling chemists to identify scale-up factors without requiring mixing calculations; ii) once a scale-up factor is identified, key mixing parameters for scale-down are defined depending on each unit operation; and iii) a scale-up risk assessment evaluation is conducted prior to process validation, complementing the information from process development to establish the operational range for each process parameter (PARs studies).
The most common unit operations have been exemplified through case studies of projects developed at Esteve.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Químic
Permian and Triassic vertebrate palaeobiodiversity from the NE of the Iberian Peninsula
No full textEl concepte de paleobiodiversitat abraça la varietat i la variabilitat de la vida pretèrita, basant-se en les dades obtingudes del registre fòssil. Tanmateix, els biaixos de preservació afecten els resultats obtinguts i, en conseqüència, a la seva interpretació. Els períodes geològics del Permià i Triàsic han estat tradicionalment marcats per esdeveniments d’extinció relacionats amb canvis significatius en la paleobiodiversitat. No obstant això, estudis moderns debaten la intensitat d’aquestes crisis biòtiques. L’àrea nord-est de la Península Ibèrica registra successions del Permià i Triàsic que conserven restes fòssils, que s’estudien en la present tesis doctoral a la Conca Pirinenca i la Conca Catalana, centrant-se en les dinàmiques paleoambientals i els canvis en la paleobiodiversitat de les comunitats de tetràpodes.
Aquest estudi es basa en anàlisis estratigràfiques i sedimentològiques detallades que han permès la identificació de cinc paleoambients deposicionals diferents. Els dipòsits de la Conca Pirinenca mostren una clara evolució des de sistemes fluvials meandriformes al Permià inferior–inicis del mitjà fins a planes d’inundació del tipus playa-lake al Permià mitjà–superior. Aquest canvi ambiental coincideix amb un augment de l’aridificació i l’estacionalitat sota un règim monsònic. De manera similar, els dipòsits del Triàsic Mitjà de la Conca Catalana revelen una transició des d’ambients fluvials (en les fàcies Buntsandstein) a dipòsits marins poc profunds (en les fàcies Muschelkalk) a causa d’una transgressió marina. A la transició Anisià–Ladinià va tenir lloc un esdeveniment regressiu, que va conduir al desenvolupament d’ambients costaners (corresponent a les fàcies del Muschelkalk mitjà).
L’estudi també ha permès la identificació de cinc associacions de tetràpodes diferents, cadascuna representant una comunitat única en els afloraments del Paleozoic tardà i el Mesozoic primerenc al nord-est de la Península Ibèrica. Els dipòsits del Cisuralià superior–Guadalupià inferior de la sub-conca de Castellar de n’Hug conserven una diversa icnoassociació de tetràpodes amb petjades de no-amniotes, captorinomorfs i diàpsids, juntament amb abundants traces d’invertebrats. La successió del Guadalupià a la mateixa sub-conca, d’altra banda, mostra una icnoassociació dominada per petjades de teràpsids dinocèfals i pararreptils pareiasauromorfs, cosa que indica un canvi cap a condicions ambientals més seques. Els dipòsits del Permià mitjà de la sub-conca del Cadí revelen una comunitat de vertebrats única, que inclou peixos pulmonats, temnospòndils i caseids, representats per restes esquelètiques. Els dipòsits del Triàsic Mitjà a la zona del Montseny conserven una comunitat rica en temnospòndils, amb el registre d’una espècie de capitosaure i restes dentognàtiques de procolofònids, arcosauromorfs i diàpsids indeterminats a les fàcies del Buntsandstein, mentre que els dipòsits del Muschelkalk mitjà exhibeixen una diversa icnoassociació dominada per rastres d’arcosauromorfs, mostrant variacions ambientals d’ecosistemes costaners a terrestres.
Aquests resultats demostren la profunda relació entre les fluctuacions de la paleobiodiversitat de les comunitats de tetràpodes i l’evolució ambiental al llarg del Permià i el Triàsic al nord-est de la Península Ibèrica. Tot i que les icnoassociacions mostren semblances a les de conques circumdants, el registre osteològic estudiat permet diferenciar comunitats de tetràpodes úniques. Les comunitats estudiades, juntament amb d’altres descrites prèviament, suggereixen un intercanvi faunístic, no només entre les diferents conques de la paleoregió peri-Tetis, sinó també a nivell de tota Pangea durant el Paleozoic tardà i el Mesozoic primerenc al nord-est de la Península Ibèrica.El concepto de paleobiodiversidad abarca la variedad y variabilidad de la vida pretérita, basándose en los datos obtenidos del registro fósil. Sin embargo, sesgos de preservación afectan los resultados obtenidos y, en consecuencia, a su interpretación. Los períodos geológicos del Pérmico y Triásico han sido tradicionalmente marcados por eventos de extinción relacionados con cambios significativos en la paleobiodiversidad. A pesar de ello, estudios modernos debaten la intensidad de estas crisis bióticas. El noreste de la Península Ibérica registra sucesiones del Pérmico y Triásico que preservan restos fósiles, que son aquí estudiadas en la Cuenca Pirenaica y la Cuenca Catalana, centrándose en las dinámicas paleoambientales y los cambios en la paleobiodiversidad de las comunidades de tetrápodos.
Este estudio se basa en análisis estratigráficos y sedimentológicos detallados, que han permitido la identificación de cinco paleoambientes deposicionales distintos. Los depósitos de la Cuenca Pirenaica muestran una clara evolución desde sistemas fluviales meandriformes en el Pérmico inferior–inicios del medio hasta llanuras de inundación del tipo playa-lake en el Pérmico medio–superior. Este cambio ambiental coincide con un aumento de la aridificación y la estacionalidad bajo un régimen monzónico. De manera similar, los depósitos del Triásico Medio de la Cuenca Catalana revelan una transición desde entornos fluviales (las facies Buntsandstein) a depósitos marinos someros (las facies Muschelkalk) debido a una transgresión marina. En el tránsito Anisiense–Ladiniense ocurrió un episodio regresivo, que llevó al desarrollo de ambientes costeros (las facies del Muschelkalk medio).
Este estudio también ha permitido la identificación de cinco asociaciones de tetrápodos distintas, cada una representando una comunidad única en los materiales del Paleozoico tardío y el Mesozoico temprano en el noreste de la Península Ibérica. Los depósitos del Cisuraliense superior–Guadalupiense inferior de la subcuenca de Castellar de n'Hug preservan una diversa icnoasociación de tetrápodos con huellas de no-amniotas, captorinomorfos y diápsidos, junto con abundantes trazas de invertebrados. La sucesión del Guadalupiense en la misma subcuenca, por otro lado, muestra una icnoasociación dominada por huellas de terápsidos dinocéfalos y pararreptiles pareiasauromorfos, lo que indica un cambio hacia condiciones ambientales más secas. Los depósitos del Pérmico medio de la subcuenca del Cadí revelan una comunidad de vertebrados única, que incluye peces pulmonados, temnospóndilos y caseidos, representados por restos osteológicos. Los depósitos del Triásico Medio en la zona del Montseny preservan una comunidad rica en temnospóndilos, con el registro de una especie de capitosaurio y restos dentognáticos de procolofónidos, arcosauromorfos y diápsidos indeterminados en las facies del Buntsandstein, mientras que los depositos del Muschelkalk medio exhiben una diversa icnoasociación dominada por rastros de arcosauromorfos, mostrando variaciones ambientales de ecosistemas costeros a terrestres.
Estos resultados demuestran la profunda relación entre las fluctuaciones de la paleobiodiversidad de las comunidades de tetrápodos y la evolución ambiental a lo largo del Pérmico y Triásico en el noreste de la Península Ibérica. A pesar de que las icnoasociaciones se asemejan a las de cuencas circundantes, el registro osteológico estudiado permite diferenciar comunidades de tetrápodos únicas. Las comunidades estudiadas, junto con otras descritas previamente, sugieren un intercambio faunístico, no solo entre las diferentes cuencas de la paleorregión peri-Tetis, sino también a nivel de toda Pangea durante el Paleozoico tardío y el Mesozoico temprano en el noreste de la Península Ibérica.The concept of palaeobiodiversity encompasses the variety and variability among life in the past, relying on the data obtained from the fossil record. However, preservation biases affect the obtained results and, consequently, their interpretation. The Permian and Triassic geological periods have traditionally been marked by extinction events related to significant changes in palaeobiodiversity. However, modern studies debate the intensity of these biotic crises. The NE area of the Iberian Peninsula records Permian and Triassic successions preserving fossil remains that are here studied from the Pyrenean Basin and the Catalan Basin, focusing on the palaeoenvironmental dynamics and palaeobiodiversity changes in tetrapod communities.
The study is based on detailed stratigraphic and sedimentological analysis allowing for the identification of five distinct depositional palaeoenvironments. The deposits of the Pyrenean Basin show a clear evolution from fluvial meandering systems in the lower–lower middle Permian to playa-lake floodplains in the middle–upper Permian. This environmental change coincides with increased aridification and seasonality under a monsoonal regime. Similarly, the Middle Triassic deposits of the Catalan Basin reveal a transition from fluvial settings (the Buntsandstein facies) to carbonate shallow marine deposits (the Muschelkalk facies) due to a marine transgression. During the Anisian–Ladinian transition, a regression event occurred, leading to the development of coastal clastic environments (the middle Muschelkalk facies).
This study has also led to the identification of five distinct tetrapod associations, each representing a unique community in the upper Palaeozoic–lower Mesozoic outcrops of the NE of the Iberian Peninsula. The upper Cisuralian–lower Guadalupian deposits of Castellar de n’Hug sub-basin preserve a diverse tetrapod ichnoassociation with footprints referred to non-amniotes, captorhinomorphs and diapsids, along with abundant invertebrate traces. The Guadalupian succession in the same sub-basin, conversely, shows an ichnoassociation dominated by footprints referred to dinocephalian therapsids and pareiasauromorph parareptiles, indicating a shift to drier environmental conditions. The middle Permian deposits of the Cadí sub-basin reveal a unique vertebrate community, including lungfishes, temnospondyls and caseids, represented by skeletal remains. The Middle Triassic deposits in the Montseny area preserve a temnospondyl-rich community with the record of one capitosaur species and dentognathic remains of procolophonids, archosauromorphs and indeterminate diapsids in the Buntsandstein facies, whereas middle Muschelkalk deposits exhibit a diverse ichnoassemblage dominated by archosauromorph tracks, showing environmental variations from coastal to terrestrial ecosystems.
These results demonstrate the deep relationship between palaeobiodiversity fluctuations of the tetrapod communities and the environmental evolution along the Permian and Triassic of the NE of the Iberian Peninsula. Despite ichnoassemblages resemble those from surrounding basins, the studied osteological record allows to differentiate unique tetrapod communities. The studied communities, together with other previously described, suggest a faunal exchange, not only between the different basins of the peri-Tethyan palaeoregion but also at Pangaean level during the late Palaeozoic–early Mesozoic in the NE of the Iberian Peninsula.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Geologi
Magnetic metasurfaces and superconductor materials for advanced sensors and spintronics
No full textEls metamaterials amb estructures dissenyades s’han investigat àmpliament per la seva capacitat de manipular ones òptiques, acústiques i tèrmiques. En particular, els metamaterials magnètics, amb una geometria, forma i disposició precises dels seus blocs elementals, poden emprar-se per concentrar, enfocar o guiar camps magnètics. Aquesta capacitat és especialment rellevant per al desenvolupament de dispositius electrònics avançats com telèfons intel·ligents, rellotges o ulleres intel·ligents. Per millorar aquests sistemes, cal escalar els components a dimensions micro i nanoscòpiques. En aquest context, desenvolupem concentradors de flux magnètic a escala micro i nano, que podrien oferir un millor rendiment i major aplicabilitat tecnològica.
Per estudiar l’amplificació del camp magnètic, cal un sensor capaç de mesurar-ne la intensitat dins del concentrador. Avaluem la viabilitat de diversos sensors magnètics estàndard, com la Magnetoresistència Anisotròpica, sondes de tipus Pole Barber i sensors d’Efecte Hall Planar (PHE). Aquests últims són especialment atractius per la seva alta sensibilitat, estabilitat tèrmica i facilitat de fabricació. En aquest treball, implementem sensors PHE per analitzar Concentradors de Flux Magnètic (MFC) a escala micro i nano, requerint un ampli rang de camp magnètic per quantificar-ne el guany màxim.
D’altra banda, explorem l’ús de metasuperfícies de permalloy (Py), un material magnètic tou, per modificar localment les propietats d’altres estructures magnètiques. Estudiem la resposta d’un sensor de cobalt (Co) situat al nucli d’una metasuperfície de Py sotmès a camps magnètics en el pla, mitjançant l’Efecte Hall Planar. Descobrim que una selecció adequada dels paràmetres geomètrics de la metasuperfície pot augmentar la sensibilitat del sensor en dos ordres de magnitud. Aquest fenomen es valida mitjançant simulacions micromagnètiques, models de transport i mesures de fotoemissió d’electrons amb contrast de dicromisme circular magnètic (XMCD). Aquest enfocament pot millorar significativament el rendiment de dispositius magnètics funcionals mitjançant el disseny estructural de materials.
Finalment, presentem un estudi sobre el transport d’espín en materials superconductors d’alta temperatura, amb potencial aplicació en espintrònica. La integració de l’espintrònica amb superconductors és prometedora, ja que combina la conducció sense pèrdues amb funcionalitats basades en l’espín. Un repte clau és la manca de polarització d’espín en superconductors convencionals, deguda als parells de Cooper en estat singlet. No obstant això, mitjançant estructures híbrides amb ferromagnètics, s’han aconseguit estats triplet i quasipartícules polaritzades.
En aquest estudi, informem d’una gran magnetoresistència anisotròpica i un efecte Hall planar notable al voltant de la transició superconductora en el superconductor de cuprat (YBCO), sense ferromagnet de proximitat. Aquests efectes, inèdits en cuprats centrosimètrics, apunten a un transport de quasipartícules polaritzades per espín, impulsat per un fort acoblament espín-òrbita. Variacions sistemàtiques del camp magnètic, temperatura, orientació i dopatge mostren evidències clares d’aquest transport. Això revela un paisatge inesperat d’interaccions espín-òrbita en cuprats i obre noves possibilitats per a funcionalitats espintròniques en superconductors d’alta temperatura.Los metamateriales con estructuras diseñadas han sido ampliamente estudiados por su capacidad para manipular ondas ópticas, acústicas y térmicas. En particular, los metamateriales magnéticos, con una geometría, forma y disposición precisa de sus bloques elementales, pueden utilizarse para concentrar, enfocar o guiar campos magnéticos. Esta propiedad resulta especialmente relevante para el desarrollo de dispositivos electrónicos avanzados como teléfonos inteligentes, relojes o gafas inteligentes. Para mejorar estos sistemas, es necesario escalar sus componentes a dimensiones micro y nanoscópicas. En este contexto, desarrollamos concentradores de flujo magnético a micro y nanoescala, con el objetivo de mejorar su rendimiento y aplicabilidad tecnológica.
El estudio de la amplificación del campo magnético requiere sensores capaces de medir su intensidad dentro del concentrador. Evaluamos la viabilidad de diferentes sensores magnéticos estándar, como la Magnetorresistencia Anisotrópica, sondas tipo Pole Barber y sensores basados en el Efecto Hall Planar (PHE). Estos últimos son especialmente atractivos por su alta sensibilidad, estabilidad térmica y facilidad de fabricación. En este trabajo, implementamos sensores PHE para analizar Concentradores de Flujo Magnético (MFC) a micro y nanoescala, lo que requiere un amplio rango de operación para cuantificar la máxima ganancia posible.
Por otro lado, exploramos el uso de metasuperficies de permalloy (Py), un material magnético blando, para modificar localmente las propiedades de otras estructuras magnéticas. Estudiamos la respuesta de un sensor de cobalto (Co) situado en el núcleo de una metasuperficie de Py, sometido a campos magnéticos en el plano mediante el Efecto Hall Planar. Descubrimos que una adecuada elección de los parámetros geométricos de la metasuperficie puede aumentar la sensibilidad del sensor en dos órdenes de magnitud. Este fenómeno se valida mediante simulaciones micromagnéticas, modelos de transporte y medidas de fotoemisión electrónica con contraste de dicroísmo circular magnético (XMCD). Este enfoque puede mejorar notablemente el rendimiento de dispositivos funcionales magnéticos mediante el diseño estructural de materiales.
Finalmente, presentamos un estudio sobre el transporte de espín en materiales superconductores de alta temperatura, con potencial aplicación en espintrónica. La combinación de espintrónica con superconductividad ofrece una plataforma prometedora, al unir la conducción sin pérdidas con funcionalidades basadas en el espín. Un desafío clave es la falta de polarización de espín en superconductores convencionales, debido a que los pares de Cooper en estado singlete no presentan espín neto. Sin embargo, mediante estructuras híbridas superconductor/ferromagnético, se han conseguido estados triplete y cuasipartículas polarizadas por espín.
En este estudio, reportamos una magnetorresistencia anisotrópica muy elevada y un marcado efecto Hall planar cerca de la transición de fase superconductora en el cuprato de alta temperatura (YBCO), sin necesidad de un ferromagneto de proximidad. Estos efectos, sin precedentes en cupratos centrosimétricos, emergen del transporte de cuasipartículas polarizadas por espín mediado por un fuerte acoplamiento espín-órbita. Al ajustar sistemáticamente la intensidad y orientación del campo magnético, así como la temperatura y el dopaje, mostramos evidencias claras de fenómenos de transporte inducidos por acoplamiento espín-órbita en una clase de materiales donde antes se creía inexistente. Estos resultados revelan un panorama inesperado de interacciones espín-órbita en cupratos y abren una vía hacia nuevas funcionalidades espintrónicas en superconductores de alta temperatura.Metamaterials with engineered structures have been extensively investigated for their capability to manipulate optical, acoustic, or thermal waves. In particular, magnetic metamaterials with precise geometry, shape, size and arrangement of their elemental blocks may be used to concentrate, focus, or guide magnetic fields. Specifically, their application to concentrate the magnetic field could attract special interest in the field in the novel electric devices such smart phones, watches and even intelligent glasses. Nowadays, the basis to improve these systems is to scale to the nano and micro dimensions of all the involved components. In this way, we aim to developed magnetic flux concentrators in the micro- and even in the nano- scale which are expected to further improve the performance and the applicability to the new technological applications. The study of the enhancement of magnetic field requires a magnetic sensor able to quantify the strength of magnetic field amplification and present high dimensional adaptability to be placed inside the magnetic concentrator. Here we show a detailed study of compatibility and viability for different standard magnetic sensors such as Anisotropic Magnetoresistance, Pole Barber and Planar Hall Effect probes. Specifically, Planar Hall effect (PHE) sensors have been studied widely in a different system and applications due to its interesting properties, such as high sensitivity, thermal stability, and easy fabrication. In this case, we aimed to implement this type of sensor to sense and analyse Magnetic Flux Concentrators (MFC) in the micro- and nano- scale , which requires high magnetic field range of operation to be able to quantify the maximum gain as possible.\\
In this work, we show the potential of using soft-magnetic permalloy (Py) metasurfaces to tailor the physical properties of other magnetic structures at the local scale. As an illustration, the magnetic response of a Cobalt (Co) sensor bar placed at the core of a Py metasurface is investigated as a function of in-plane magnetic fields through the PHE. Our findings reveal that by appropriately selecting metasurface geometrical parameters, the sensitivity of the Co sensor can be dramatically increased by two orders of magnitude. Micromagnetic simulations, coupled with magneto-transport equations and X-ray photoemission electron measurements (XPEEM) with contrast from magnetic circular dichroism (XMCD), accurately capture this effect and provide insights into the underlying physical mechanisms. These findings can potentially enhance the performance and versatility of magnetic functional devices by using specifically designed structural magnetic materials.
Moreover, this manuscript also offers a detailed study of magneto-transport measurements in High Temperature superconducting materials to analyses its potential application in spintronics. Spin transport in superconductors offers a compelling platform to merge the dissipationless nature of superconductivity with the functional promise of spin-based electronics. A significant challenge in achieving spin polarisation in conventional superconductors stems from the singlet state of Cooper pairs, which exhibit no net spin. The generation of spin-polarised carriers, quasiparticles, or triplet pairs in superconductors has predominantly been realised through hybrid superconductor/ferromagnet systems through proximity-induced spin polarisation. Historically, cuprate superconductors have been characterised by strong electronic correlations but negligible spin-orbit coupling. Here, we report exceptionally large anisotropic magnetoresistance and a pronounced planar Hall effect arising near the superconducting phase transition in the prototypical high-temperature cuprate superconductor YBCO without using a proximity ferromagnet. These effects, unprecedented in centrosymmetric cuprates, emerge from spin-polarised quasiparticle transport mediated by strong spin-orbit coupling. By systematically tuning magnetic field strength, orientation, temperature, and doping, we show clear evidence of spin-orbit-driven transport phenomena in a material class long thought to lack such interactions. Our findings reveal an unexpected spin-orbit landscape in cuprates and open a route to engineer spintronic functionalities in high-temperature superconductors.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència de Material
Fault diagnosis and prognosis approach using data-driven structurally generated residuals
No full text(English) In this thesis, we will propose methods to combine structural analysis methods and data-driven techniques, extending the applicability of conventional model-based diagnosis methods and proposing an extension to the prognosis. Some researchers have already explored similar ideas: for instance, there are some researchers have tried to use techniques like Grey-box recurrent neural networks to generate residuals in order to develop hybrid fault diagnosis methods. Another outstanding research is about combining state-space neural networks and model-decomposition methods for fault diagnosis. However, these studies focus more on the diagnosis part without considering the extension to the prognosis. Furthermore, most of the existing prognostic approaches are based on application-dependent methods that extract features of the measured variables.
In this dissertation, we will apply the idea of extending residuals or analytical redundancy relations (ARRs) analysis from diagnosis part to prognosis part, including several enhancements as avoiding the need to have the mathematical model of the system and considering modelling uncertainty using interval methods. In this thesis, some data-driven structurally generated residuals will be used with the analysis purpose. Given agraphic (or textual) system description and the available input/output measurements, the structure of ARRs between some inputs and outputs can be determined with the aid of the Structural Analysis (SA) of the system. Then, using a machine learning data-driven approach applied to historical non-faulty data, analytical relations between inputs and outputs can be obtained. Thereby, instead of finding ARRs from a physical-mathematical model, ARRs are obtained by combining SA and data-driven approaches. For the linear system, functions calibrated by means of the System Identification Tool-box of MATLAB® will be used for identification. And to deal with general non-linear systems, the adaptive network fuzzy inference system (ANFIS) data-driven approach is used to implement the diagnosis system. Once the ANFIS model has been identified, it is reformulated in linear parameter varying (LPV) form. Then, a fault detection scheme based on a zonotopic LPV Kalman filter and pole placement method is developed. Finally, a fault isolation scheme based on an improved Demptser-Shafer reasoning approach is proposed.
Residuals are used for fault detection purposes activating fault signals when residual values reach anomalous values. In addition, it is possible to predict future faults by means of the detection of anomalous residual deviations. Once an anomalous change in the residual trend has been detected, it is proceeded to estimate when this residual deviation will result in a fault detection and therefore which will be the Remaining Useful Life (RUL) time of the system. For this purpose, the future residual evolution is estimated by means of a regressor function. Nominal and interval parameters of regressor function are estimated with available residual data providing nominal and interval values of the RUL of the system.
Along this dissertation, two study cases: a brushless direct current (BLDC) motor and a well-known case study based on a four-tanks system have been used to illustrate the effectiveness of the proposed methods and algorithms.(Català) En aquesta tesi, proposarem mètodes per combinar tècniques d'anàlisi estructural i mètodes basats en dades, ampliant l'aplicabilitat dels mètodes de diagnòstic convencionals basats en models i proposant una extensió per al pronòstic. Alguns investigadors ja han explorat idees similars: per exemple, alguns han intentat utilitzar tècniques com les xarxes neuronals recurrents de caixa grisa per generar residus amb la finalitat de desenvolupar mètodes híbrids de diagnòstic de fallades. Una altra investigació destacada és la combinació de xarxes neuronals d'espai d'estats i mètodes de descomposició de models per al diagnòstic de fallades. No obstant això, aquests estudis se centren més en la part de diagnòstic sense considerar l'extensió al pronòstic. A més, la majoria dels enfocaments de pronòstic existents es basen en mètodes dependents de l'aplicació que extreuen característiques de les variables mesurades.
En aquesta dissertació, aplicarem la idea d'estendre l'anàlisi de residus o relacions de redundància analítica (ARRs) des de la part de diagnòstic fins a la part de pronòstic, incloent diverses millores, com evitar la necessitat de tenir el model matemàtic del sistema i considerar la incertesa del modelatge utilitzant mètodes d'intervals. En aquesta tesi, s'utilitzaran alguns residus generats estructuralment basats en dades amb finalitats d'anàlisi. Donada una descripció gràfica (o textual) del sistema i les mesures d'entrada/sortida disponibles, l'estructura de les ARRs entre algunes entrades i sortides es pot determinar amb l'ajuda de l'Anàlisi Estructural (AE) del sistema. Després, utilitzant un enfocament basat en dades d'aprenentatge automàtic aplicat a dades històriques no defectuoses, es poden obtenir relacions analítiques entre entrades i sortides. D'aquesta manera, en lloc de trobar ARRs a partir d'un model matemàtic físic, les ARRs s'obtenen combinant l'AE i enfocaments basats en dades.
Per a sistemes lineals, s'utilitzaran funcions calibrades mitjançant la caixa d'eines d'identificació de sistemes (System Identification Toolbox™) de MATLAB®. I per tractar amb sistemes no lineals en general, s'utilitza l'enfocament basat en dades del sistema d'inferència difusa adaptativa (ANFIS) per implementar el sistema de diagnòstic. Un cop s'ha identificat el model ANFIS, es reformula en forma de paràmetres variables lineals (LPV). Després, es desenvolupa un esquema de detecció de fallades basat en un filtre de Kalman LPV zonotòpic i un mètode de col·locació de pols. Finalment, es proposa un esquema d'aïllament de fallades basat en un enfocament millorat de raonament de Dempster-Shafer.
Els residus s'utilitzen per a finalitats de detecció de fallades, activant senyals de fallada quan els valors dels residus assolixen valors anòmals. A més, és possible predir fallades futures mitjançant la detecció de desviacions anòmales en els residus. Un cop es detecta un canvi anòmal en la tendència del residu, es procedeix a estimar quan aquesta desviació del residu resultarà en una detecció de fallada i, per tant, quin serà el temps de vida útil restant (RUL) del sistema. Per a aquest propòsit, l'evolució futura del residu s'estima mitjançant una funció de regressió. Els paràmetres nominals i d'interval de la funció de regressió s'estimen amb les dades de residu disponibles, proporcionant valors nominals i d'interval del RUL del sistema.
Al llarg d'aquesta dissertació, s'han utilitzat dos casos d'estudi: un motor de corrent continu sense escombretes (BLDC) i un cas d'estudi conegut basat en un sistema de quatre tancs per il·lustrar l'efectivitat dels mètodes i algoritmes proposats.(Español) En esta tesis, propondremos métodos para combinar técnicas de análisis estructural y métodos basados en datos, ampliando la aplicabilidad de los métodos de diagnóstico convencionales basados en modelos y proponiendo una extensión para el pronóstico. Algunos investigadores ya han explorado ideas similares: por ejemplo, algunos han intentado utilizar técnicas como las redes neuronales recurrentes de caja gris para generar residuos con el fin de desarrollar métodos híbridos de diagnóstico de fallos. Otra investigación destacada es la combinación de redes neuronales de espacio de estados y métodos de descomposición de modelos para el diagnóstico de fallos. Sin embargo, estos estudios se centran más en la parte de diagnóstico sin considerar la extensión al pronóstico. Además, la mayoría de los enfoques de pronóstico existentes se basan en métodos dependientes de la aplicación que extraen características de las variables medidas.
En esta disertación, aplicaremos la idea de extender el análisis de residuos o relaciones de redundancia analítica (ARRs) desde la parte de diagnóstico hasta la parte de pronóstico, incluyendo varias mejoras, como evitar la necesidad de tener el modelo matemático del sistema y considerar la incertidumbre del modelado utilizando métodos de intervalos. En esta tesis, se utilizarán algunos residuos generados estructuralmente basados en datos con fines de análisis. Dada una descripción gráfica (o textual) del sistema y las mediciones de entrada/salida disponibles, la estructura de las ARRs entre algunas entradas y salidas puede determinarse con la ayuda del Análisis Estructural (AE) del sistema. Luego, utilizando un enfoque basado en datos de aprendizaje automático aplicado a datos históricos no defectuosos, se pueden obtener relaciones analíticas entre entradas y salidas. De esta manera, en lugar de encontrar ARRs a partir de un modelo matemático físico, las ARRs se obtienen combinando el AE y enfoques basados en datos.
Para sistemas lineales, se utilizarán funciones calibradas mediante la caja de herramientas de identificación de sistemas (System Identification Toolbox™) de MATLAB®. Y para tratar con sistemas no lineales en general, se utiliza el enfoque basado en datos del sistema de inferencia difusa adaptativa (ANFIS) para implementar el sistema de diagnóstico. Una vez que se ha identificado el modelo ANFIS, se reformula en forma de parámetros variables lineales (LPV). Luego, se desarrolla un esquema de detección de fallos basado en un filtro de Kalman LPV zonotópico y un método de colocación de polos. Finalmente, se propone un esquema de aislamiento de fallos basado en un enfoque mejorado de razonamiento de Dempster-Shafer.
Los residuos se utilizan para fines de detección de fallos, activando señales de fallo cuando los valores de los residuos alcanzan valores anómalos. Además, es posible predecir fallos futuros mediante la detección de desviaciones anómalas en los residuos. Una vez que se detecta un cambio anómalo en la tendencia del residuo, se procede a estimar cuándo esta desviación del residuo resultará en una detección de fallo y, por lo tanto, cuál será el tiempo de vida útil restante (RUL) del sistema. Para este propósito, la evolución futura del residuo se estima mediante una función de regresión. Los parámetros nominales y de intervalo de la función de regresión se estiman con los datos de residuo disponibles, proporcionando valores nominales y de intervalo del RUL del sistema.
A lo largo de esta disertación, se han utilizado dos casos de estudio: un motor de corriente continua sin escobillas (BLDC) y un caso de estudio conocido basado en un sistema de cuatro tanques para ilustrar la efectividad de los métodos y algoritmos propuestos.DOCTORAT EN AUTOMÀTICA, ROBÒTICA I VISIÓ (Pla 2013