APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

Els sistemes de tracció dels trens són responsables d'una gran part del consum elèctric de les infraestructures ferroviàries. En un context on la sostenibilitat del sistema de transport és un pilar clau en el disseny d'aquestes infraestructures, habitualment s'adopten mesures orientades a optimitzar l'ús de l'energia destinada a la tracció. Actualment, la majoria dels trens compten amb un sistema de fre regeneratiu que transforma l'energia cinètica dissipada durant la frenada dels combois, en energia elèctrica. L'energia recuperada es pot aprofitar tant per al subministrament elèctric dels elements auxiliars del tren i altres components de la infraestructura ferroviària, com per a l'alimentació de la catenària per a la tracció d'altres combois. En xarxes interurbanes, coordinar la frenada d'un tren amb l'acceleració d'un altre resulta difícil, cosa que provoca un excés d'energia recuperada que, si no es consumida per altres receptors, pot causar sobrecàrregues i danys en els equips. Per aquest motiu, l'excedent d'energia és redirigit a resistències encarregades de dissipar-lo. L'objectiu principal d'aquest treball és implementar un sistema que permeti retornar a la xarxa de subministrament elèctric, l'energia generada durant la frenada dels trens i no aprofitada per la tracció d'altres, evitant així la seva dissipació. El repte consisteix a implantar aquesta solució, basada en la tecnologia reversible, en una subestació existent d'una xarxa de ferrocarril metropolità. El present treball descriu els conceptes clau de l'electrificació ferroviària, incloent-hi els diferents tipus de sistemes i els seus elements principals per, posteriorment, desenvolupar una anàlisi tècnica i econòmica de la viabilitat i els beneficis d'implementar un sistema com el descrit. L'anàlisi inclou la descripció de l'equipament necessari a integrar en la subestació de tracció prèviament caracteritzada, així com la valoració econòmica del projecte basada en les solucions punteres dels fabricants especialitzats en el sector. Els resultats obtinguts demostren que la implantació de la tecnologia reversible permet una recuperació efectiva de l'energia, reduint el consum elèctric i els costos associats. Aquesta solució no només compleix amb les normatives actuals en matèria de sostenibilitat i digitalització, sinó que també contribueix a disminuir les emissions de gasos d'efecte hivernacle, reforçant el compromís ambiental del sistema de transport ferroviari. En conclusió, la tecnologia reversible es posiciona com una alternativa viable i eficient per augmentar la sostenibilitat del transport ferroviari. Els seus beneficis, com l'estalvi energètic, la reducció de costos i un període d'amortització relativament curt, la converteixen en una inversió estratègica per al futur de la infraestructura ferroviària.

A principios del año 2020, en el Área Metropolitana de Barcelona entró en vigor la Zona de Bajas Emisiones Rondas de Barcelona. Esta medida prohibió la entrada de los vehículos más contaminantes los días laborables de 7:00 a 20:00 horas dentro de los límites de dicha zona. Todo ello bajo la premisa y el objetivo de mejorar la situación respecto a la calidad del aire de la ciudad, que al igual que en la mayoría de grandes urbes del planeta con calidades del aire alarmantes, respirar su aire supone un riesgo para la salud de sus ciudadanos. En este trabajo de final de grado se ha llevado a cabo un análisis de la calidad del aire comparando los niveles de los principales contaminantes perjudiciales para la salud antes y después de la implementación de la Zona de Bajas Emisiones, todo ello con el objetivo de determinar su efectividad. Centrándose en aquellos contaminantes más perjudiciales para la salud, las partículas en suspensión, tanto PM10 como PM2.5; ozono, O3; dióxido de nitrógeno, NO2; dióxido de azufre, SO2; y monóxido de carbono, CO. Para poder interpretar correctamente los resultados obtenidos se ha presentado gran cantidad de información acerca de la calidad del aire y las ZBE, con el fin de entender el riesgo que conlleva estar expuesto a aires con concentraciones de contaminantes peligrosas para la salud, y su estrecha relación con la mortalidad. Las conclusiones obtenidas invitan a la reflexión ya que contrariamente a lo esperado, los niveles de ciertos contaminantes se han visto incrementados una vez implementada la ZBE. Si bien es cierto que se ha registrado dicho aumento, este ha sido en contaminantes los cuales la ZBE no tiene tanta repercusión, a pesar de ello no puede pasar desapercibido. En cuanto a los contaminantes que sí repercute directamente sí que se ha experimentado una mejora, especialmente en dióxido de nitrógeno, NO2, por lo que podría considerarse que la ZBE cumple su objetivo.

The increasing complexity of modern production systems, driven by rising product variety and demand fluctuations, requires manufacturers to continuously adapt their production and planning strategies. This master's thesis explores the use of Discrete Event Simulation (DES) in factory planning, focusing on the analysis of a use case of an assembly system in the railway sector. The company's re-planning was motivated by the need to increase production from 5,276 wheelsets per year to 6,000, while eliminating the night shift and the need to adapt the system to the variety of products in the company's portfolio. The research began with the theoretical review of factory planning principles, production systems and simulation methodologies. The practical part was divided into three phases, which consisted of different stages in the development of the simulation model. The first phase involved the understanding of the real production system and its translation into the simulation model while maintaining the correctness and accuracy. The second phase consisted of a feasibility analysis of the production system that had been designed in the planning process carried out by the company, which was validated to be feasible. The model in this phase was used to analyze the weaknesses of the layout and identify possible optimizations. Finally, some extra implementations were made into the simulation model to find answers to some emerging questions by using more advanced tools in the simulation software Witness, like the implementation of an Automated Guided Vehicle and the use of the Witness Experimenter tool. The results confirmed that while the new system can meet the yearly demand, the modular area remains significantly underutilized. The needed investment in additional infrastructure, resources and planning efforts does not provide sufficient benefits to justify the implementation. This research demonstrates that simulation-based factory planning is a valuable tool for decision-making, that can enable manufacturers to evaluate different production configurations before real-world implementation. Future steps for the company in the use case should involve going back into the planning process to re-design a new layout where they consider the results of this simulation project. The new layout should also be tested by Discrete Event Simulation before implementing it in the production facility to ensure optimal system performance.

This project explores the enhancement of motor controllers in the mobile robots developed by the CDEI, simplifying the control system by reducing the number of elements and, consequently, the weight, while improving the robots' overall efficiency. To achieve this, the study evaluates the implementation and use of Ingenia EtherCAT servo drives, specifically the EVSNET-E and EVE-XCR-E models. There are two primary objectives for the project: first, to validate the proper functioning of a printed circuit board (PCB) that integrates the EVS-NET-E drive, ensuring it enables real-time control of a brushless motor; and second, to develop a control program for installing this device in the robots. Additionally, the project establishes a methodology for integrating these drives into robots, including configuration guidelines and programming examples. To validate the PCB, the MotionLab3 software was employed, allowing the configuration of the attached drive. During this process, the various functionalities of the drive and its associated circuits were analyzed, making the necessary modifications. For the design of the control program, the fucntions of the Python Ingeniamotion library were used. The development of the code followed an iterative approach to ensure proper functionality at all stages. The control program was written in Python and subsequently implemented in ROS. Validation of the code was carried out through tests with the actual motor and simulations of the robot's movement. The analysis of the PCB revealed that while some components, such as communication and feedback circuits, were successfully verified, achieving a fully functional board requires a more detailed analysis to identify and address the causes of motor control issues. The design of the control program resulted in the creation of a final modular and versatile control program that allows for easy modifications and is compatible with any of the Ingenia controllers. Additionally, example codes were created to demonstrate the various functionalities of the drives. Therefore, despite some challenges encountered during the PCB analysis, the project demonstrated the feasibility of integrating Ingenia EtherCAT drives into the robots, obtaining the benefits that this involves, such as improved performance and reduced overall programming complexity.

En els últims anys, les energies renovables han experimentat un creixement significatiu, especialment a països com Espanya, on les llargues hores de sol fan que l'energia fotovoltaica sigui una alternativa prometedora per generar electricitat de manera sostenible. Aquest treball de fi de grau es centra en el disseny d'una instal·lació fotovoltaica per a una granja porcina, amb l'objectiu de promoure l'eficiència energètica i reduir la dependència de la xarxa elèctrica convencional. A través d'aquest projecte, s'han analitzat les característiques tècniques i estructurals necessàries per implementar un sistema autònom que ajudi a cobrir les necessitats energètiques de la granja. El projecte també explora diverses solucions per maximitzar el rendiment funcional del sistema i optimitzar el benefici econòmic, garantint al mateix temps la sostenibilitat del model. A més, es proposa una metodologia que pot ser aplicada en altres instal·lacions similars dins del sector ramader. Aquest treball no només contribueix a la implementació d'energies renovables en el sector agrícola, sinó que també busca servir com a referència per al futur desenvolupament de sistemes fotovoltaics en entorns rurals.

Aquest Treball de Fi de Grau consisteix en el disseny d'un pla d'acció per descarbonitzar i millorar l'eficiència energètica d'una fàbrica de gelatina. A través de l'estudi d'un cas real, es proposen actuacions concretes que no només contribueixen positivament a la mi- tigació del canvi climàtic i al desenvolupament sostenible, sinó que representen un estalvi energètic significatiu i una inversió viable per a l'entitat assessorada. L'estudi comença amb la determinació dels fluxos energètics i màssics del procés industri- al en qüestió i s'estableix una base on realitzar un inventari d'emissions inicials. Després s'identifiquen ineficiències i oportunitats de millora, donant lloc a la introducció d'alter- natives energètiques. L'actuació principal proposada consisteix en la substitució del subministrament actual de calor per cogeneració per una bomba de calor, aprofitant el balanç de les demandes tèrmiques de fred i de calor del procés. Aquesta mesura genera un estalvi energètic i una reducció de les emissions molt considerable. A més, es detallen altres actuacions que busquen assolir una electrificació total de la demanda energètica substituint les calderes de gas natural. Aquest pla de descarbonització estableix una metodologia clara, que permet a l'entitat assolir la situació de zero emissions netes l'any 2050. Alineant-se amb els objectius i nor- matives de sostenibilitat internacionals.

Este proyecto tiene como principal objetivo mejorar el proceso de gestión de tornillos en una empresa, la cual por motivos de privacidad no se menciona, donde se han realizado las prác- ticas del grado. Esta mejora busca reducir los costes de adquisición de los materiales y mini- mizar el tiempo de gestión de estos pedidos, estandarizando la gestión del stock mediante un nuevo modelo. Gracias al estudio del proceso actual, se han identificado diversas áreas de mejora, donde destacan los sobrecostes y el elevado volumen de pedidos de estos productos, que no aportan valor añadido. Mediante el análisis de los pedidos de tornillos al principal proveedor, se ha determinado con ayuda del modelo ABC y la colaboración del jefe del taller, qué tornillos son necesarios tener en stock. Una vez definido el stock, se han planteado y analizado diferentes modelos de gestión, como puede ser el uso del ERP de la empresa, un fichero de registro de entradas y salidas o, el elegido, un modelo Kanban de reposición. Este sistema, aunque sea manual, permite un flujo de trabajo sencillo y claro, ahorrando recursos administrativos y económicos. Además, con los estudios medioambientales, social y de igualdad de género, se ha comprobado que este nuevo modelo está alineado con los objetivos de desarrollo sostenible. En conclusión, este proyecto ha alcanzado el objetivo principal de mejorar el proceso de ges- tión actual. Aun así, la solución propuesta no es la óptima, por lo que se recomienda realizar revisiones periódicas para ir adaptando el proceso según las necesidades futuras, avanzando hacia una optimización progresiva basada en el principio de mejora continua.

In a typical Nuclear Power Plant (NPP), there are several safety barriers retaining the radionuclides within the NPP. A Zr-based nuclear fuel cladding constitutes the first barrier after the fuel matrix performing this crucial safety function, and many design acceptance criteria established bytheregulatorybodyareformulatedintermsofcladdingproperties. Decadesofexpertise have led to a high optimization of this technology, and exhaustive licensing processes have constantly demonstrated the capacity of Zr-based claddings to preserve its integrity in a wide range of conditions, including a spectrum of postulated accident, the so-called Design Basis Accidents (DBAs). However, harsher conditions than DBAs, like those that took place during Fukushima Daiichi's non-postulated accident, eventually cause the fuel cladding failure. Consequently, post-Fukushima international efforts have accelerated the development of Accident Tolerant Fuels(ATF),whichaimatincreasingthesafetymarginsbyensuringtheintegrityofthe f irst barrier containing the radionuclides in more severe regimes than Design Basis Accidents (DBAs). Among the proposed ATF, the Cr-coated Zr-based cladding is one of the most widely explored and most feasible technologies to be implemented in the short-term due to its costeffectiveness and higher resistance to high temperature steam environments. Before full-scale ATF implementation in Nuclear Power Plants (NPPs), a thorough safety analysis evaluation of the ATF benefits with respect to standard fuel rods is required. This task demands simulations that encompass design basis conditions and Severe Accidents, thus codes with sound capabilities in both regions of interest are needed. However, these codes often lack dedicated models that can represent new ATF designs. To contribute to this purpose and facilitate the Cr-coated ATF deployment, an oxidation model in high temperature steam environments has been developed from the available experimental data. The model relies on the evolution of three parameters, namely the Cr-coated cladding temperature, the time at which Cr oxidation starts and the growth of the chromia layer. As the first step, the model was implemented in RELAP/SCDAPSIM/MOD3.4SystemandSevereAccident code and acomplete process of verification was performed. This ensured that the model worked consistently without interfering with other simultaneous phenomena such as hydrogen production. The next step will be to validate the model with experimental data, while upcoming studies will focus on prolonged accidental sequences in the boundary between Design Extension Conditions with and without core melt, where Cr-coated ATF has a greater potential to increase the safety margins.

La validació de l'activitat desenvolupada dins d'un establiment comercial bé dictaminada per lleis i normatives del territori, que exigeixen uns mínims per tal de cuidar la qualitat del servei o productes oferts. En aquest treball, es porta a cau el projecte d'activitat d'un local destinat a una clínica de fisioteràpia, garantint el compliment de les normatives tècniques i de seguretat. Es presenta de forma teòrica i s'aplica el Codi Tècnic de l'Edificació (CTE), que especifica les condicions de seguretat, accessibilitat i eficiència energètica, el Reglament d'Instal·lacions Tèrmiques d'Edificis (RITE), que regula les instal·lacions de climatització i eficiència energètica i el Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió (REBT), que estableix els requisits en instal·lacions elèctriques. Entre d'altres lleis i reglaments oficials com la Llei 18/2020, el Reglament d'Instal·lacions de Protecció Contra Incendis (RIPCI), etc. Per a la representació gràfica i la distribució, es modelitza el local en un entorn CAD mitjançant AutoCAD, facilitant la visualització de l'establiment i la col·locació dels elements presents a les normatives, per tal de verificar els requeriments espacials, d'accessibilitat i de seguretat requerits en una clínica de fisioteràpia. La direcció del treball a més, enfoca el treball no únicament a adoptar la normativa actual, sinó també a anar més enllà d'aquesta, seleccionant sempre les opcions més respectuoses amb el medi ambient. Això implica una anàlisi de les alternatives disponibles amb mètodes multi criteri per garantir que les solucions implementades no només compleixin amb els requisits legals, sinó que també contribueixin activament a la sostenibilitat i a la reducció de l'impacte ambiental. Aquesta filosofia de treball permet establir una base sòlida per a projectes futurs, promovent una actitud proactiva davant els desafiaments mediambientals actuals i assegurant un equilibri entre el desenvolupament humà i la preservació del nostre entorn.

Aquest treball es centra en el disseny i la implementació d'un sistema de Business Intelligence per a una xarxa de transport d'autobusos basada en línies regulars, amb horaris i rutes establertes que cobreixen àrees urbanes i interurbanes per millorar l'eficiència operativa, analitzant dades reals de recorreguts, ocupació i puntualitat L'objectiu principal és proporcionar una eina per la gestió i l'anàlisi de dades operatives. El projecte es divideix en dues fases principals. La primera fase, d'anàlisi i disseny, inclou la definició dels requeriments, el disseny del model de dades, l'arquitectura del sistema i els processos d'extracció, transformació i càrrega de dades necessaris. També es dissenyen quadres de comandament interactius per visualitzar indicadors clau com el rendiment de línies i vehicles, l'oferta i la demanda, i l'eficiència econòmica. La segona fase, d'implementació, inclou el desenvolupament dels processos d'extracció, transformació i càrrega de dates, la construcció del Data Warehouse per centralitzar les dades i la creació dels quadres de comandament amb Power BI. El sistema proposat integra dades de diverses fonts, abordant els reptes de la dispersió i fragmentació de la informació. El treball combina coneixements acadèmics amb aplicacions pràctiques en BI, proporcionant una solució integral i escalable per al sector del transport públic. Així, representa una aportació significativa per promoure l'eficiència i la innovació en la gestió de xarxes de transport. En primer lloc, optimitzarà l'operativa identificant rutes amb baixa ocupació i ajustant els serveis segons la demanda real. També, facilitarà una gestió més eficient dels recursos, reduint el consum de combustible i optimitzant l'ús de vehicles i personal. A més, la presa de decisions es veurà reforçada amb dades interactives i tendències predictives, garantint accions més fiables. Finalment, aquest sistema està dissenyat per ser escalable, integrant noves tecnologies i funcionalitats a mesura que l'empresa creix.

El presente trabajo se centra en el desarrollo de un sniffer DALI y un software de validación orientados a optimizar y automatizar la verificación de dispositivos que utilizan el protocolo DALI en la empresa Simon Electric. Para ello, se ha adaptado una placa de hardware basada en el Gateway DALI de la misma empresa, en la que se modifica el funcionamiento para convertirla en un sniffer pasivo. A nivel de software, se han definido plantillas de prueba en formato JSON y se ha integrado un sistema que compara, de manera automática, los comandos enviados por el ordenador con las tramas capturadas en el bus DALI. La herramienta se fundamenta en un programa preexistente de validación, al que se le ha agregado una opción para abarcar los productos basados en Simon Bus y DALI. Con ello, se facilita su adopción por parte de los operarios y se reduce la curva de aprendizaje. Asimismo, se ha diseñado el sistema para que sea escalable y pueda incorporar nuevos requerimientos o funciones a medida que evolucione la familia de dispositivos DALI de la empresa, garantizando la flexibilidad necesaria para futuras modificaciones y ampliaciones.

L'estudi s'ha realitzat seguint les restriccions establertes per la normativa vigent d'edificació aplicable a reformes i ampliacions. Tanmateix, cal destacar que la darrera gran modificació de les instal·lacions, efectuada l'any 1998 a conseqüència d'un incendi, es va regir per normatives menys estrictes que les actuals, fet que pot condicionar l'anàlisi dels resultats. Per a la certificació energètica s'ha utilitzat la Herramienta Unificada LIDER-CALENER (HULC), reconeguda pel Govern d'Espanya. Aquesta eina verifica el compliment de les exigències d'estalvi energètic del Codi Tècnic de l'Edificació (CTE) i genera tant el certificat d'eficiència energètica com un informe detallat sobre les característiques estructurals i energètiques de l'edifici analitzat. El procés experimental ha descrit els passos seguits durant la simulació, identificant com a factors amb més impacte en la demanda energètica la ventilació, les infiltracions, les fonts internes i les finestres. Pel que fa al consum energètic, la calefacció i l'Aigua Calenta Sanitària (ACS) han resultat ser les principals fonts de despesa. Les propostes de millora s'han centrat a optimitzar l'envolupant tèrmica amb la incorporació d'aïllaments i en adoptar sistemes d'energia renovable. Destaquen la substitució de l'enllumenat convencional per tecnologia LED, el canvi de calderes per aerotèrmia —basant-se en l'experiència adquirida durant les pràctiques en una empresa del sector de la climatització— i el dimensionament d'una instal·lació fotovoltaica amb PV*SOL. Aquestes mesures tenen com a objectiu reduir el consum d'energia no renovable i les emissions contaminants. En conjunt, aquest estudi descriu el procediment de certificació energètica d'un edifici i l'impacte dels canvis implementats, promovent la rehabilitació i construcció d'edificis més eficients per avançar cap a un futur més sostenible.

Cellulose is a natural structural polysaccharide derived from different sources as plants or bacteria. Several studies have demonstrated the biocompatibility and the improvement of mechanical properties of 3D printed constructs by adding cellulose to the ink. The aim of this project is to develop a protein-based solution with the optimal cellulose concentration to improve the performance of 3D printed scaffolds. To reach this goal, a solution composed by 25% w/v soy protein isolate (SPI), 60 wt% of porcine gelatin (referred to SPI mass), 18.25% v/v of NaOH 5 M and 50 wt% deep eutectic solvent (DES, referred to SPI mass) were used, where the DES was composed by choline chloride, citric acid based on 1:1 molar ratio. Additionally, 10 wt%, 15 wt% and 20 wt% cellulose was added to the DES to analyze four different concentrations, with 0 wt% cellulose being the control ink. Different tests were performed to evaluate the properties of the inks and the resulting constructs. First, rheological tests were performed to analyze the flow behavior of the inks, including a temperature sweep, a frequency and shear sweep and recovery tests. Next, structural, and mechanical properties were assessed through compression test, texture profile analysis (TPA), 3-point bending test, and tensile test measurements. Finally, a biocompatibility test was performed. The results of the mechanical and structural analyses showed that the optimal cellulose concentration was obtained with 15 wt%, as it showed good deformation and recovery capabilities, along with a high Young's modulus, making it suitable for various medical applications. Furthermore, the biocompatibility test demonstrated a 95% cell viability. Therefore, the formulation shows significant potential for future applications as a bio-ink, allowing the incorporation of cells directly into the formulation for subsequent printing or as a 3D-printed construct for cell regeneration. Additionally, the inclusion of DES provides ionic conductivity properties, which enhance its potential for applications as neural regeneration.

This thesis addresses the challenges posed by tourist overcrowding in Catalonia and proposes solutions based on AI, specifically with Neural Networks (NN). The main objective of the project is to develop a model capable of predicting tourist overcrowding and to provide tools to policymakers to better manage this phenomenon and move towards a more sustainable tourism model. In the theoretical framework, the historical evolution of tourism in Catalonia is described, highlighting how this sector has become an economic pillar since the 1950s. With more than 20 million annual visitors, Catalonia is the most visited region in Spain, but this success has significant impacts. Tourist overcrowding has led to the expulsion of residents from historic centers, an unsustainable increase in housing prices, the loss of local businesses, and the saturation of public infrastructure. At an environmental level, elevated tourist pressure contributes to climate change and water scarcity, especially in coastal and rural areas. The project is based on the use of NNs, a tool from the field of machine learning that allows the modeling of complex relationships between data. These networks are configured to analyze tourism sustainability indicators in three main areas: social, economic, and environmental. By collecting statistical data from official bodies, models are built that are capable of projecting future scenarios on tourism overcrowding and identifying the most critical areas. The work methodology follows a systematic approach: first, the indicators necessary to evaluate tourism pressure are defined; then, a neural network is designed and trained using MATLAB, a software specialized (among other things) in data analysis and prediction. In terms of expected results, the project plans to provide practical tools that help local administrations identify areas with tourism saturation and design appropriate policies in the long run to mitigate the negative effects. However, the limitations of the work are recognized, such as the limited availability of reliable data, especially in the case of unregistered Tourist Use Housing (HUTs), and the difficulties in obtaining considerable amounts of data at the local level.