Máster en Ingeniería Industrial

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Aportaciones al modelado y control no lineal de una microrred y estudio de algoritmos de optimización
(2026) Feijóo Rodríguez, Juan; Rodríguez Rubio, Francisco; Ingeniería de Sistemas y Automática
Este trabajo aborda el control de una microrred compuesta por consumidores, vehículos eléctricos, generación solar y conexión a la red eléctrica. Se tratan en detalle los sistemas de almacenamiento y los problemas de optimización, así como los algoritmos para su resolución, los cuales constituyen el núcleo del control predictivo. Se comienza con el modelado de la microrred, abarcando tanto la dinámica de los sistemas de al macenamiento como la obtención de perfiles reales y las predicciones de las potencias no manipulables y los precios. Los primeros dos modelos dinámicos de los sistemas de almacenamiento son sencillos y están bien documentados; sin embargo, el modelo más complejo es novedoso y ha sido desarrollado durante este trabajo combinando resultados experimentales de caracterización de convertidores y baterías con reformulaciones para adaptar las variables al ámbito del control de microrredes y ofrecer una interpretación de eficiencias variables. El resultado es un modelo discreto no lineal, complejo pero muy realista, que presta especial atención a las regiones fuertemente no lineales cercanas a las restricciones. A continuación, se introduce la teoría del control predictivo en la formulación de espacio de estados y se proponen dos estructuras de control jerárquicas, compuestas ambas por un planificador de referencias y un controlador predictivo. El planificador de referencias se encarga de satisfacer la demanda y los requerimientos de carga finales de los vehículos eléctricos, minimizando el coste de operación de la microrred al emplear predicciones de precios, generación y demanda. Se proponen dos planificadores de referencias: uno con un modelo sencillo que da lugar a un problema de programación lineal, y otro más complejo pero realista que obliga a desglosar potencias y a introducir variables discretas, dando lugar a un problema de programación lineal mixto entero. El controlador predictivo tiene la labor de realizar el seguimiento de las referencias impuestas por el planificador y emplea tiempos de muestreo menores para hacer frente a las incertidumbres del modelo interno respecto al de la planta. Esta estructura jerárquica de control se aplica sobre un modelo virtual de microrred cuyos bloques fundamentales son los modelos no lineales desarrollados anteriormente, los cuales son sometidos a flujos de potencia diferentes a los predichos. A pesar de las discrepancias entre el modelo de simulación de la microrred y los modelos internos de la estructura jerárquica de control, así como de los errores introducidos en las predicciones de los flujos de energía y los precios respecto a los reales, las simulaciones llevadas a cabo demuestran que no solo se logra satisfacer la demanda y los requerimientos de carga de los vehículos eléctricos, sino que además la gestión es económicamente muy satisfactoria, demostrando que la estrategia implementada es robusta ante escenarios adversos de incertidumbre. Finalmente, se aborda en detalle la teoría matemática de los algoritmos de optimización que internamente emplean tanto el planificador de referencias como el controlador predictivo para el cálculo de las acciones de control. Esta parte final del trabajo concluye con una implementación práctica de un algoritmo de punto interior para problemas convexos con restricciones y se particulariza para la resolución de problemas de programación lineal y cuadrática, siendo esta implementación la usada en las simulaciones. Además, para ilustrar su funcionamiento, se muestra la trayectoria del proceso iterativo de resolución ante diversos problemas representativos que admiten una representación gráfica. Todo el proyecto ha sido programado a muy bajo nivel y no ha requerido el uso de ninguna librería externa, por lo que está claramente enfocado a ofrecer una visión integral de todas las herramientas necesarias para implementar una estructura de control predictivo sobre una microrred real o para obtener un gemelo digital de la misma. Los resultados han sido muy satisfactorios, habiéndose conseguido una estructura de control robusta con un fuerte rechazo a perturbaciones. Además, el modelo no lineal de la microrred ha sido detallado en un artículo publicado y ha servido de base para las simulaciones y el diseño de controladores de otros tres artículos relacionados con microrredes en los que también se figura como coautor.
Análisis de un sistema de almacenamiento de energía modular híbrido combinando almacenamiento termoquímico y sales fundidas
(2026) Díaz Gómez, José Julio; Chacartegui, Ricardo; Ingeniería Energética
La expansión comercial de las tecnologías de energía renovable requiere sistemas de almacenamiento de energía eficientes, rentables y escalables. El almacenamiento termoquímico de energía ha despertado interés debido a su potencial para reducir costes, su alta eficiencia y sus períodos de almacenamiento de energía más prolongados. Uno de los conceptos más prometedores basados en carbonatos es el «calcium looping». Este trabajo explora la integración de un sistema híbrido de almacenamiento de energía mediante «calcium looping» y sales fundidas a temperatura media en una central eléctrica de ciclo combinado. La integración aprovecha las sinergias entre los procesos de almacenamiento de calor sensible y energía termoquímica y los rangos de temperatura, lo que permite una integración térmica altamente eficiente. El concepto propuesto tiene como objetivo integrar diversas fuentes de energía renovable, como la energía solar concentrada, la fotovoltaica y la eólica, para aplicaciones eléctricas e industriales, al tiempo que se descarbonizan parcialmente los ciclos combinados. El diseño del proceso explora las condiciones operativas óptimas, la energía almacenada en formas sensible y termoquímica, y la red de intercambiadores de calor para analizar la integración energética optimizada entre los diferentes procesos en el modo de carga. Los resultados muestran el interés del enfoque de almacenamiento de energía de ciclo combinado integrado, que permite el almacenamiento de energía sin penalizar la eficiencia térmica y logra reducciones en las emisiones de CO₂ y el consumo de combustible.
Validación en Tiempo Real mediante Control-Hardware-in-the-Loop de Algoritmos para la Detección de Ciberataques en Plantas Renovables
(2026) Carballo Ortiz, Francisco José; Barragán-Villarejo, Manuel; Maza Ortega, José María; Ingeniería Eléctrica
La creciente digitalización y la integración de energías renovables en el sistema eléctrico han expuesto a las plantas fotovoltaicas a nuevos riesgos de ciberseguridad. Para mitigar estos riesgos, es esencial desarrollar y validar algoritmos de protección antes de su despliegue industrial. El presente Trabajo de Fin de Máster tiene como objetivo el diseño e implementación de un entorno Control-Hardware-in-the-Loop (C-HIL) representativo de una instalación fotovoltaica de 5.7 MW, con el fin de evaluar un algoritmo de Identificación de Inyección de Datos Falsos (False Data Injection and Identification (FDII)) basado en estimación de estado. La metodología empleada consiste en la simulación en tiempo real de la planta eléctrica mediante la plataforma OPAL-RT, integrándola con equipos de control físicos. Se ha replicado la arquitectura de comunicaciones de la instalación real utilizando controladores lógicos programables (Programmable Logic Controller, (PLC)), un controlador de planta (Power Plant Controller (PPC)) comercial y un sistema de supervisión (Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)), gestionando el flujo de datos mediante protocolos industriales (Modbus TCP/IP y CAN bus). Una vez validada la operación del entorno C-HIL, se procedió a la integración del estimador de estado y a la automatización de ensayos de ciberataques orientados a falsear las medidas de monitorización. Los ensayos incluyeron ataques unitarios y de perfil continuo, tanto aleatorios (dummy) como sofisticados (smart). Los resultados demuestran que el algoritmo posee una alta tasa de detección frente a manipulaciones simples operando a máxima potencia. Sin embargo, la plataforma C-HIL ha permitido identificar vulnerabilidades críticas del estimador frente a ataques enmascarados y durante periodos de baja generación, demostrando la necesidad y el valor de este entorno de pruebas físico-virtual para la maduración de tecnologías de ciberseguridad industrial, así como estrategias de control del PPC o funcionamiento del SCADA para cumplimientos de códigos de red.
Validación en Tiempo Real mediante Control-Hardware-in-the-Loop de Algoritmos para la Detección de Ciberataques en Plantas Renovables
(2026) Carballo Ortiz, Francisco José; Barragán-Villarejo, Manuel; Maza Ortega, José María; Ingeniería Eléctrica
La creciente digitalización y la integración de energías renovables en el sistema eléctrico han expuesto a las plantas fotovoltaicas a nuevos riesgos de ciberseguridad. Para mitigar estos riesgos, es esencial desarrollar y validar algoritmos de protección antes de su despliegue industrial. El presente Trabajo de Fin de Máster tiene como objetivo el diseño e implementación de un entorno Control-Hardware-in-the-Loop (C-HIL) representativo de una instalación fotovoltaica de 5.7 MW, con el fin de evaluar un algoritmo de Identificación de Inyección de Datos Falsos (False Data Injection and Identification (FDII)) basado en estimación de estado. La metodología empleada consiste en la simulación en tiempo real de la planta eléctrica mediante la plataforma OPAL-RT, integrándola con equipos de control físicos. Se ha replicado la arquitectura de comunicaciones de la instalación real utilizando controladores lógicos programables (Programmable Logic Controller, (PLC)), un controlador de planta (Power Plant Controller (PPC)) comercial y un sistema de supervisión (Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)), gestionando el flujo de datos mediante protocolos industriales (Modbus TCP/IP y CAN bus). Una vez validada la operación del entorno C-HIL, se procedió a la integración del estimador de estado y a la automatización de ensayos de ciberataques orientados a falsear las medidas de monitorización. Los ensayos incluyeron ataques unitarios y de perfil continuo, tanto aleatorios (dummy) como sofisticados (smart). Los resultados demuestran que el algoritmo posee una alta tasa de detección frente a manipulaciones simples operando a máxima potencia. Sin embargo, la plataforma C-HIL ha permitido identificar vulnerabilidades críticas del estimador frente a ataques enmascarados y durante periodos de baja generación, demostrando la necesidad y el valor de este entorno de pruebas físico-virtual para la maduración de tecnologías de ciberseguridad industrial, así como estrategias de control del PPC o funcionamiento del SCADA para cumplimientos de códigos de red.
Optimización de una herramienta para evaluar el almacenamiento electroquímico en plantas fotovoltaicas
(2026) Arroyo Rodríguez, Beatriz; Lillo Bravo, Isidoro; Ingeniería Energética
Este Trabajo Fin de Máster tiene como objetivo principal la optimización de una herramienta avanzada programada en Python para evaluar la viabilidad técnico-económica del almacenamiento electroquímico mediante baterías (BESS) en plantas fotovoltaicas. El estudio parte de un análisis exhaustivo del marco legislativo español (destacando el Real Decreto 1183/2020 y el Real Decreto-ley 7/2025), que reconoce a las baterías como infraestructuras activas esenciales para la flexibilidad del sistema. En primer lugar, se realiza una comparativa técnica de diversas tecnologías de almacenamiento, seleccionando el Ión de Litio LFP (litio-ferrofosfato) como la opción más idónea para aplicaciones a gran escala (utility-scale) por su superior estabilidad térmica, seguridad y vida útil. Posteriormente, se lleva a cabo un profundo análisis del mercado eléctrico español (2018-2025), utilizando matrices de spread y volatilidad para identificar las estrategias óptimas de carga y descarga basadas en la gestión diferencial de precios. La herramienta desarrollada implementa una lógica de "Rolling Horizon" (ventana deslizante), demostrando que el horizonte de 48 horas es el más eficaz y realista para la toma de decisiones de un operador de mercado, permitiendo capturar gran parte del valor económico del sistema. Finalmente, el trabajo evoluciona hacia un escenario de operación multimercado mediante la integración del mercado secundario de regulación de frecuencia. Los resultados de la simulación confirman que esta dualidad de ingresos (arbitraje energético y reserva de potencia) eleva la rentabilidad del proyecto, alcanzando un VAN de 4,662 M€ y una TIR del 14,271%, consolidando la competitividad de la hibridación fotovoltaica con tecnología LFP.
Análisis de medidas de conciliación entre la vida laboral y académica del alumnado universitario
(2026) Burgos de León, Luis; González Arias, Judith; Pérez Mira, Ventura; Ingeniería Química y Ambiental
Hasta hace una década, el número de personas que compaginaban su actividad laboral con la académica en instituciones universitarias era muy reducido. Desde 2018 hasta la actualidad, este perfil del estudiantado ha crecido hasta ser una realidad para tener en cuenta. Los datos indican que este estudiantado que compaginan su formación universitaria con la actividad profesional se sitúa actualmente en el 47 % en España y en el 59 % en la Unión Europea. Si bien la compatibilización de ambas facetas dentro del estudiantado puede conllevarles grandes beneficios, una inadecuada conciliación entre ellas puede derivar en que el estudiantado desarrolle ciertas patologías de carácter psicológico como puede ser la ansiedad o estrés; e incluso físicas, como insomnio y fatiga crónica. Todos estos riesgos y factores de riesgo han sido analizados en múltiples investigaciones con el fin de conocer su correlación con la conciliación trabajo-estudios. Igualmente, en estas investigaciones se han planteado una serie de medidas preventivas con el fin de mitigar o eliminar estos riesgos y factores de riesgo para este grupo dentro de la comunidad universitaria. En este trabajo, se ha realizado un análisis de la implementación de dichas medidas en el seno de las universidades públicas andaluzas, detectándose que en todas se encuentran medidas facilitadoras para compatibilizar la actividad académica con la laboral, al ser un derecho reconocido por ley, tal y como establece la Ley de Universidades en su artículo 33.n. Respecto a las principales conclusiones obtenidas de este análisis, la primera de ellas es que no existe un marco común en el sistema público andaluz de universidades que equipare e igual las medidas de conciliación entre las instituciones universitarias. Se ha detectado que algunas universidades tienen una amplia gama de medidas, como el ajuste de horarios lectivos, reducción de la carga académica o formación telemática, mientras otras esta gama de medidas es más reducida. Esto deriva en desigualdades entre el alumnado universitario andaluz según su centro de estudios.
Estudio numérico de la presencia de despegues inclinados en laminados de material compuesto
(2026) González Collazo, David; Sandino de Benito, Carlos; Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
Este estudio tiene como objetivo analizar numéricamente la aparición de grietas en forma de despegues en materiales compuestos de fibra de carbono/resina epoxi. Para ello, se emplea un modelo de elementos de contorno, de fibra única y/o de dos fibras, previamente utilizado en numerosos estudios micromecánicos desarrollados en el seno del Grupo de Elasticidad y Resistencia de Materiales de la Universidad de Sevilla. Dicho modelo se particulariza para los distintos cas os analizados mediante la modificación de las cargas biaxiales aplicadas. A partir de los resultados obtenidos, se determina la evolución del índice de liberación de energía de la grieta, parámetro que permite predecir el crecimiento de los despegues. El objetivo de este trabajo es profundizar en la relación entre los estados tensionales biaxiales que experimenta la capa de 90º de un laminado cross-ply tras el proceso de curado y un posterior ensayo de tracción, y los despegues que se desarrollan en la interfase fibra-matriz. Dichos estados tensionales fueron definidos en trabajos previos realizados en el Grupo de Elasticidad y Resistencia de Materiales para laminados cross-ply carbono/epoxi con capas ultradelgadas de 90º. Asimismo, se ha observado que algunos de los despegues identificados en este tipo de laminados presentan orientaciones no esperadas, mostrando inclinaciones respecto a la dirección teórica asociada a dichos estados tensionales. En este contexto, el presente trabajo pretende, además, aportar una explicación a la aparición de estos despegues.
Desarrollo del Firmware de una placa de control versátil basado en microservicios
(2026) Ramos Delgado, Juan Fredesvindo; Márquez Alcaide, Abraham; Ingeniería Electrónica
En este trabajo se desarrolla el firmware para una plataforma de control versátil, orientada a su despliegue en convertidores de potencia modulares y multinivel. Para cumplir con los requisitos planteados inicialmente, se implementa una arquitectura de software modular y sin esperas (wait-free) sobre el microcontrolador TMS320F28379D de Texas Instruments, basada en microservicios, el paradigma publicador-suscriptor y una gestión eficiente de los saltos de funciones en el flujo de control. Las principales aportaciones del trabajo son tres. Primero, un servicio de sincronización distribuido que permite sincronizar agentes en un bus sin coste computacional asociado, lo que facilita la modulación distribuida y la ejecución de algoritmos de control en tiempo real. Segundo, se establece un marco de diseño básico sobre cómo deben ser las funciones que se desarrollen en el futuro para garantizar la retrocompatibilidad e interoperabilidad de la plataforma. Finalmente, se desarrolla un protocolo de comunicación basado en el paradigma de programación presentado que alcanza los 12,5 Mbps, permitiendo el intercambio de información en tiempo real entre los agentes distribuidos. La viabilidad de la plataforma se valida experimentalmente controlando con éxito un inversor de puente en H en cascada trifásico de siete niveles mediante una arquitectura de control distribuido maestro-esclavo.
Aplicación de herramientas BIM en el proyecto de una nave industrial
(2026) Cegrí Marcos, Ángeles; Rodríguez de Tembleque Solano, Luis; Galán Fernández, José Manuel; Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
El presente Trabajo Fin de Máster desarrolla el dimensionamiento y la verificación estructural de una nave industrial metálica existente, adaptando su diseño a la normativa vigente y a los criterios establecidos por el Eurocódigo y el Código Técnico de la Edificación. El objetivo principal del proyecto es servir como una guía práctica para el cálculo y modelado de estructuras mediante el uso de herramientas BIM, ofreciendo una metodología aplicable a futuros desarrollos académicos con características similares. Para el análisis estructural se ha empleado el software Autodesk Robot Structural Analysis Professional, donde se han definido y evaluado las acciones de cálculo y las combinaciones correspondientes a las solicitaciones de la nave industrial. A partir de los resultados obtenidos se han dimensionado los elementos estructurales, las uniones metálicas y la cimentación. Finalmente, el modelo estructural ha sido integrado en Autodesk Revit con el fin de generar un modelo tridimensional desde el cual elaborar los planos y la documentación gráfica del proyecto conforme a la metodología BIM.
Diseño, Análisis, Simulación y Control del convertidor DC/DC boost
(2026) Enseñat López-Polin, Juan; Albea-Sánchez, Carolina; Ingeniería de Sistemas y Automática
Este Trabajo Fin de Máster aborda el diseño, análisis, modelado, simulación y control de un convertidor DC/DC tipo boost, una de las topologías fundamentales en electrónica de potencia empleada para la elevación de tensión en aplicaciones industriales, energéticas y de conversión de potencia. El trabajo comienza con una revisión de los principios básicos de la electrónica de potencia y del funcionamiento de los convertidores DC/DC, estableciendo el marco teórico necesario para el desarrollo posterior. A continuación, se realiza un análisis detallado del convertidor boost en régimen permanente, aplicando los principios de balance volt-segundo en el inductor y balance de carga en el condensador, así como la aproximación de pequeño rizado. Este análisis permite obtener expresiones analíticas para la tensión de salida, las corrientes, el rizado y la eficiencia del convertidor, proporcionando una comprensión clara de su comportamiento estático y de la influencia de los parámetros del circuito. Posteriormente, se desarrolla el modelado dinámico del convertidor, incluyendo el modelo conmutado, el modelo promediado y el modelo linealizado alrededor de un punto de operación. A partir de este último se obtienen las funciones de transferencia necesarias para el diseño de los lazos de control. Sobre esta base, se diseña una estrategia de control en cascada compuesta por un lazo interno de control de corriente y un lazo externo de control de tensión, cumpliendo las especificaciones de estabilidad y respuesta dinámica establecidas. Finalmente, el sistema completo es validado mediante simulaciones en Simulink, incorporando un modelado realista de los componentes y de las no idealidades de los dispositivos de potencia, basándose en módulos Imperix disponibles en laboratorio. Los resultados obtenidos confirman el correcto funcionamiento del convertidor y de la estrategia de control propuesta, sentando las bases para una futura implementación experimental en hardware real.
Estudio comparativo entre pilas de hidrógeno y baterías para vehículos eléctricos
(2025) Vera Carmona, Nerea; Navas Herrera, Sergio Jesús; Cabello González, Gracia María; Ingeniería Energética
En el contexto actual de transición energética y lucha contra el cambio climático, el sector del transporte desempeña un papel clave en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. Frente a los desafíos medioambientales y la dependencia de los combustibles fósiles, han surgido dos alternativas tecnológicas con gran potencial: los vehículos eléctricos de batería (BEV) y los vehículos de pila de combustible de hidrógeno (FCEV). Ambos sistemas ofrecen soluciones de movilidad sostenible, aunque presentan diferencias sustanciales en términos de eficiencia, infraestructura, coste, legislación e impacto ambiental. Este trabajo analiza y compara de manera detallada estas dos tecnologías, con el fin de evaluar su viabilidad presente y futura en el contexto de la descarbonización del transporte.
Diseño y fabricación de un robot manipulador orientado a la estimulación cognitiva
(2025) Torrens García, Fernando Javier; Martínez Donaire, Andrés Jesús; Ingeniería Mecánica y Fabricación
El envejecimiento poblacional mundial ha dado lugar a un aumento de enfermedades de tipo neurodegenerativo, siendo necesaria la atención de todas las ramas de la ciencia para intentar encontrar soluciones que no solo resuelvan de forma definitiva el problema, sino que acompañen y mejoren la calidad de vida de pacientes con este tipo de afecciones. En dicho contexto, este proyecto presenta una propuesta que trata de potenciar el estímulo cognitivo de los afectados por estas enfermedades, mediante el diseño, puesta a punto y fabricación de un robot manipulador impreso con tecnología aditiva 3D. Se comenzará por una revisión de diseños comerciales que puedan usarse como punto de referencia del proyecto. A continuación, se hará un primer modelo numérico de la cinemática del manipulador en el software Adams View para estimar los pares de torsión, recorridos de articulaciones, volúmenes de trabajo y dimensiones. Con eso, se elegirán los servomotores que se usarán y se diseñará el brazo en Catia V5. Se validarán los pares de torsión con un nuevo modelo en Adams View y, una vez validado, se desarrollará toda la parte electrónica para poder controlar el brazo. También se hará un desarrollo matemático de la cinemática directa e inversa discreta y se implementará en Matlab. Con todo el análisis anterior completado, se fabricará y se montará el brazo manipulador, se realizarán unas pruebas cinemáticas que validen el modelo matemático anteriormente mencionado y se pondrán en valor las conclusiones obtenidas, así como una serie de propuestas para continuar avanzando en el marco de este proyecto.
Contributions to the design and operation of the power supply of the SMART Tokamak at the University of Seville
(2025) Sánchez Gamino, Juan; Márquez Alcaide, Abraham; Toscano Jiménez, Manuel; Física Aplicada III
La fusión nuclear se perfila como una de las alternativas más prometedoras para la generación de energía limpia, segura y prácticamente inagotable. A diferencia de la fisión, la fusión une núcleos ligeros liberando una enorme cantidad de energía sin producir residuos radiactivos de larga vida ni emisiones de carbono. Los tokamaks, dispositivos de confinamiento magnético, representan una de las apuestas más avanzadas para lograr la fusión controlada, y requieren de electrónica de potencia de gran precisión para alimentar sus bobinas y generar los campos magnéticos necesarios para el confinamiento del plasma. El presente documento recoge algunas contribuciones al diseño, modelado y puesta en marcha del sistema de fuente de alimentación del tokamak SMART de la Universidad de Sevilla durante su primera campaña experimental. En primer lugar, se encuentra una descripción detallada de la máquina y de su sistema de bobinas. Posteriormente se describe su sistema de fuente de alimentación basada en bancos de supercondensadores y convertidores de puente H de IGBTs. Se detallan los cinco circuitos que componen la fuente de alimentación, con especial atención al circuito auxiliar de breakdown del solenoide central, esencial para el arranque del plasma. El trabajo incluye el desarrollo de un modelo completo de la fuente de alimentación en Simulink y una interfaz gráfica en MATLAB para generar perfiles de corriente y automatizar simulaciones. Con estas herramientas se analizan dos cuestiones relevantes que han surgido durante la primera campaña experimental de SMART: (1) la influencia de la forma de rampa de corriente de las bobinas en la temperatura y envejecimiento de los supercondensadores, y (2) los fenómenos transitorios durante el breakdown del solenoide central. Las simulaciones han sido contrastadas con medidas experimentales de la corriente entregada por los supercondensadores y de los parámetros eléctricos de los componentes del sistema para su caracterización. Los resultados muestran que la forma de la rampa influye decisivamente en la corriente y el calentamiento de los módulos: el uso de la rampa lineal minimiza el estrés térmico, mientras que el uso de la rampa inversa exponencial reduce picos de corriente en un 30 % a costa de un posible incremento de temperatura de los módulos. Asimismo, a raíz de la caracterización del circuito auxiliar del breakdown y de las medidas de la corriente de salida de la fuente de alimentación del solenoide central, se ha propuesto la introducción de resistencias de amortiguamiento de 100 mΩ y 750 mΩ en el circuito auxiliar para optimizar el breakdown y mitigar fenómenos transitiorios que afectan negativamente al plasma. La adecuación de las nuevas resistencias al funcionamineto de la máquina ha sido validada en simulación.
Modelo de Índice de Salud para la Gestión de la Degradación de Transformadores de Alta Potencia
(2025) Romero Sánchez, Pablo; Sánchez Herguedas, Antonio Jesús; Crespo Márquez, Adolfo; Organización Industrial y Gestión de Empresas I
El presente trabajo, realizado en colaboración con Siemens Energy e Ingeman, tiene como objetivo desarrollar una metodología innovadora para la evaluación del estado de los transformadores de alta potencia mediante el cálculo del Índice de Salud de los Activos. Para ello, se lleva a cabo una revisión del estado del arte, el análisis comparativo entre la metodología interna de la empresa y el CNAIM, y la implementación de casos de estudio en Python que permitieron validar los modelos. La metodología propuesta integra principios de confiabilidad, clasificación sistemática de variables y modelos matemáticos de Weibull y COX, proporcionando una estimación más precisa de la vida útil de los transformadores. Los resultados obtenidos confirman la viabilidad de la metodología para la mejora de la toma de decisiones en mantenimiento, el monitoreo y reduce el riesgo operativo asociado a estos activos críticos. Asimismo, se identificaron líneas de mejora orientadas a incorporar criterios económicos y de riesgo, extender el modelo a otros activos de la red eléctrica y otros aspectos, para sentar las bases para la continuidad del proyecto.
End-plate design for a PEM fuel cell using finite element modelling
(2025) Rivero Bernabé, Marina; García Vallejo, Daniel; Domínguez Abascal, Jaime; Ingeniería Mecánica y Fabricación
La urgencia de descarbonizar el transporte ha acelerado la búsqueda de alternativas sostenibles a los vehículos propulsados por combustibles fósiles. Entre ellas, las pilas de combustible de hidrógeno con membrana de intercambio protónico (PEMFC) destacan por su idoneidad en aplicaciones de larga distancia, comerciales e industriales, donde la recarga rápida y la alta autonomía son factores clave. Sin embargo, la fiabilidad mecánica del stack sigue siendo un desafío fundamental que afecta tanto al rendimiento como a la vida útil del sistema. Este estudio aborda la optimización estructural de los stacks PEMFC, con especial énfasis en mejorar el comportamiento mecánico y la distribución de cargas en las placas terminales (end-plates). Se desarrolla un modelo de elementos finitos (FEM) validado para simular tensiones y deformaciones bajo condiciones realistas de operación. Se presta especial atención a la definición precisa de las interacciones de contacto dentro de la celda, especialmente entre la placa bipolar, la capa de difusión de gases (GDL) y el sello, ya que influyen directamente en la compresión del stack y la transferencia de esfuerzos. Para este análisis, se comienza con el estudio de una monocelda, donde se determina que las interfaces de contacto entre la BPP y la GDL deben permitir deslizamiento (contacto con o sin fricción), y que, en el caso del sello-GDL, el contacto debe definirse entre bordes, no entre caras. Posteriormente, se analiza un stack de 7 celdas. Un primer análisis de contactos revela que todas las celdas contribuyen a la rigidez total del conjunto, por lo que no pueden ignorarse los contactos internos. En consecuencia, todos los contactos BPP-GDL deben ser tratados como contactos no lineales. A continuación, se realiza un análisis de sensibilidad para comparar la aplicación de la precarga en los pernos mediante control de desplazamiento o de fuerza, valorando la eficiencia computacional frente a la precisión física. Se concluye que se empleará control en fuerza (aplicación directa de precarga) y se estudia qué nivel de carga es óptimo para lograr una distribución de tensiones más homogénea en el área activa de las celdas. A partir de estos resultados, se exploran varias geometrías alternativas para las placas terminales. Estos rediseños se proponen con el objetivo de mejorar aún más la uniformidad de tensiones y, en consecuencia, el rendimiento y la durabilidad del stack. El rediseño final, que incorpora un patrón de nervaduras en forma de rejilla y un aumento del espesor de la placa, logra una distribución de presión más uniforme en el área activa, mejorando significativamente el comportamiento estructural. Este trabajo propone una metodología de simulación robusta y reproducible para guiar el diseño futuro de stacks PEMFC y respaldar el avance hacia una movilidad libre de emisiones.
Diseño y fabricación de un fotómetro para fotografía analógica amateur
(2025) Rivera González de Quevedo, Arturo; Barrero García, Frederico; Ingeniería Electrónica
En el presente Trabajo de Fin de Máster se describe el diseño y desarrollo de un fotómetro para fotografía analógica para usuarios aficionados, con un coste reducido y tamaño compacto que permita ser usado y transportado colocado sobre la cámara en la posición en la zapata del flash. Los diferentes componentes que conforman dicho fotómetro son un microcontrolador, sensor LDR, circuito de adaptación mediante el uso de Amplificadores Operacionales, una pantalla de visualización de datos, batería para alimentación interna y una botonera para permitir la interacción del usuario con la máquina, todo ello recogido en una carcasa impresa en 3D, de forma que el producto final pueda ser fabricado en pequeña escala, ya sea como forma de negocio, o como venta por piezas para que el usuario final ensamble las piezas finales del aparato. El microcontrolador contará con la programación pertinentemente implementada, incluyendo la curva de calibración, matriz de exposición EV que permita evaluar la cantidad de luz existente, así como la solución de disparo para el usuario; además de los distintos menús, interfaces y modos de funcionamientos necesarios para la operación del fotómetro.
Revisión de fundamentos, potencial y características principales de Bombas de Calor de Alta Temperatura para usos industriales
(2025) Río-Miranda Barquero, Álvaro; Sánchez Martínez, David Tomás; Crespi, Francesco Maria; Ingeniería Energética
En el contexto actual de transición energética, este Trabajo de Fin de Máster revisa los fundamentos de las bombas de calor de alta temperatura, una tecnología clave para la descarbonización industrial que ofrece la posibilidad de recuperar calor residual. El objetivo principal es revisar los principios de operación y diseño del sistema y su componentes, especialmente los sistemas de compresión, así como estudiar el potencial de diferentes configuraciones del sistema para distintas aplicaciones. Para alcanzar este objetivo, el estudio parte de una sólida base teórica donde se exploran los principios termodinámicos que rigen el funcionamiento de las bombas de calor. Se analizan las configuraciones de ciclo más relevantes, desde el ciclo simple hasta arquitecturas más complejas como los sistemas en cascada o multietapa, y se detallan los componentes fundamentales que los integran. El trabajo pone un énfasis especial en el equipo de compresión, investigando a fondo los fundamentos de la compresión y presentando una clasificación extensa de las distintas tipologías existentes: se describen los compresores volumétricos rotativos (de pistón rotativo, de tornillo, scroll, de tornillo, de paletas y de lóbulos), los volumétricos alternativos y los turbocompresores centrífugos, identificando sus rangos de operación, ventajas e inconvenientes. Además, se realiza un estudio exhaustivo de los fluidos de trabajo, analizando sus propiedades termodinámicas y los estándares de seguridad que condicionan su aplicación en las bombas de calor, así como el marco actual reglamentario en la UE. Una vez sentadas las bases teóricas, el trabajo desarrolla una metodología de selección práctica. Esta se inicia con un caso de estudio simulado en el software EES, cuyo propósito es traducir los requisitos generales de un sistema (temperaturas de fuente y sumidero) en los parámetros principales de ingeniería que definen el diseño del compresor. Este caso práctico incluye un análisis de sensibilidad para cuantificar la influencia de la elección del refrigerante y de las condiciones de operación en el rendimiento del ciclo. A continuación, se presentan las herramientas de selección establecidas, como los diagramas de semejanza (𝑛𝑠−𝑑𝑠) para turbocompresores y los mapas de aplicación de caudal-presión para compresores volumétricos. Finalmente, la validez y utilidad de esta metodología se demuestra mediante su aplicación al análisis de dos casos prácticos reales, basados en proyectos industriales en los que trabaja el grupo de Máquinas y Motores Térmicos de la Universidad de Sevilla. El primer caso aborda el diseño de una bomba de calor de alta temperatura para la generación de vapor de proceso en una refinería del sector petroquímico, mientras que el segundo se centra en el diseño de un sistema para calentar agua presurizada en la industria del cobre, que incluye un innovador lazo de recirculación para aprovechar la propia corriente caliente como fuente de calor de la bomba de calor. A partir del análisis de los resultados de simulación, se discierne y justifica la configuración de ciclo y la elección del fluido de trabajo eficientes y adecuados para cada una de estas aplicaciones industriales, demostrando así el potencial de esta tecnología para ofrecer soluciones de descarbonización viables y optimizadas.
Diseño detallado de planta fotovoltaica de gran potencia
(2024) Delgado Díaz, Alfonso; Lillo Bravo, Isidoro; Pérez Aparicio, Elena; Ingeniería Energética
La tecnología solar fotovoltaica ha crecido exponencialmente en la última década y se ha posicionado como un método de generación de energía eléctrica a gran escala fiable, económico y competitivo. Buena muestra de ello son los porcentajes de potencia instalada y de energía producida dentro del mix nacional. Con este Trabajo Fin de Máster se pretende hacer un recorrido por el proceso de diseño de una planta solar fotovoltaica de gran potencia. En primer lugar, se analizará un posible emplazamiento y sus virtuales afecciones para, a continuación, seleccionar los que serán los equipos principales y analizar en profundidad su compatibilidad para dar lugar a una configuración eléctrica ejecutable. El Trabajo prosigue con un análisis detallado de la posible optimización de la implantación para cada una de las dos tecnologías más extendidas en el momento: seguidores solares a un eje y estructuras fijas. Ambas soluciones son analizadas mediante la simulación de su producción anular con software específico, desarrollando las posibles pérdidas que se deben tener en cuenta para acercar lo máximo posible la simulación a la realidad. Por último, se expone el diseño de la parte eléctrica de la planta solar fotovoltaica: cableado de baja y media tensión. Ya en los anexos, se presenta una colección de planos para ayudar a visualizar los resultados de la implantación diseñada con las soluciones estudiadas y, finalmente, se incluyen los informes de producción de PVSyst correspondientes. Así, el objeto del presente TFM es el diseño detallado de una planta solar fotovoltaica de gran potencia, concretamente de 40 MWp de potencia pico y 34,2 MWn de potencia nominal, situada en el término municipal de Mairena del Alcor (provincia de Sevilla) y para la que se analizarán cuatro posibles alternativas: estructuras fijas o seguidores solares y módulos bifaciales o no, con el objetivo de, finalmente, concluir cuál se puede considerar la opción de instalación óptima. Es este Trabajo, en fin, un camino por los principales análisis que en todo diseño de una planta fotovoltaica deben estudiarse, así como un resumen demostrado de las conclusiones que en la mayoría de diseños actuales se toman como hipótesis de partida.
Estudio de la influencia del daño en actuadores piezoeléctricos para aplicaciones hápticas
(2025) Prieto Sánchez, Amalia; Rodríguez de Tembleque Solano, Luis; Buroni Cuneo, Federico Carlos; Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
El interés cada vez mayor por las tecnologías hápticas, basadas en el sentido del tacto, y por los materiales piezoeléctricos, llevan a numerosas investigaciones. Estos materiales permiten transformar energía eléctrica en mecánica y viceversa, estableciendo un vínculo directo entre el entorno digital y los usuarios. Sin embargo, el rendimiento de los actuadores depende fuertemente de su geometría, de los materiales empleados y de las condiciones de contorno, lo que hace necesario caracterizar y optimizar su comportamiento. En este trabajo se incorpora una capa de adhesivo entre el actuador háptico y la lámina piezoeléctrica, con el fin de representar de manera más realista la unión y estudiar cómo su degradación afecta al dispositivo. El objetivo principal es analizar la influencia del daño en dicha capa adhesiva sobre el comportamiento dinámico y la fuerza transmitida, considerando tanto escenarios de daño uniforme como parcial. Para ello se desarrolla un modelo tridimensional en elementos finitos (ANSYS), que permite evaluar la evolución de las frecuencias naturales y de la respuesta temporal bajo diferentes configuraciones geométricas. Los resultados muestran que la degradación del adhesivo debilita significativamente la respuesta del sistema, afectando a la rigidez, la resonancia y la transmisión de fuerzas. No obstante, se identifican relaciones de espesores y radios que mitigan estos efectos, ofreciendo configuraciones más robustas frente a la degradación. Estas conclusiones permiten proponer criterios de diseño que contribuyen a optimizar la eficiencia y la fiabilidad de actuadores hápticos piezoeléctricos en aplicaciones reales.
Characterization and numerical modeling of Ti6Al4V titanium sheets manufactured by additive manufacturing using Selective Laser Melting (SLM)
(2025) Mula Pérez, Inmaculada; Rosa Sainz, Ana; Andrés López, José; Ingeniería Mecánica y Fabricación
Este trabajo Fin de Máster aborda la caracterización mecánica y la modelización numérica del comportamiento plástico de la aleación de titanio Ti-6Al-4V obtenida mediante fabricación aditiva. El objetivo principal ha sido reproducir y validar, mediante simulaciones en ANSYS Mechanical APDL, los resultados experimentales de distintos ensayos de referencia: tracción uniaxial, embutición Erichsen y conformado incremental de chapa (SPIF). A partir de ensayos de tracción previamente realizados, se obtuvieron las curvas esfuerzo-deformación verdaderas y los coeficientes de anisotropía plástica, que permitieron calibrar el criterio de plastificación anisotrópico de Barlat acoplado a la ley de endurecimiento de Hollomon. Se construyeron modelos de elementos finitos empleando elementos tipo Shell163 y formulación explícita, con definición detallada de condiciones de contorno y contacto, como se podrá observar en las líneas de código adjuntas en los Anexos. La validación se realizó comparando las curvas fuerza-desplazamiento, las alturas de cúpula y las distribuciones de adelgazamiento con los resultados experimentales, obtenidos mediante técnicas de correlación digital de imágenes (DIC, Aramis/Argus). Asimismo, se evaluaron otros modelos constitutivos más simples (BISO y MISO), que fueron descartados por su incapacidad para reproducir la anisotropía y la evolución real del endurecimiento. Los resultados numéricos muestran una concordancia satisfactoria con los datos experimentales, especialmente en la predicción de trayectorias esfuerzo-deformación y de la localización de zonas críticas de adelgazamiento. En conclusión, el modelo Barlat + Hollomon proporciona una base sólida para el diseño y optimización de procesos de conformado de chapas de Ti-6Al-4V, estableciendo un marco de trabajo fiable para futuras aplicaciones industriales. La principal ventaja de este trabajo reside en haber integrado caracterización experimental y simulación numérica, lo que permite reducir costes, tiempos de ensayo y material en fases de desarrollo. Además, sienta las bases para extender la metodología a otros procesos de conformado o a diferentes aleaciones metálicas complejas. Como líneas futuras, se abre la posibilidad de incorporar efectos de velocidad de deformación y temperatura, así como explorar modelos cristaloplásticos de mayor fidelidad, con el fin de mejorar la predicción de fallo local y la aplicabilidad industrial de los resultados.

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