Máster en Ingeniería Industrial

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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.
Modelado y control de sistemas de generación de hidrógeno verde
(2025) Molero Almazán, Francisco; Ridao Carlini, Miguel Ángel; Ingeniería de Sistemas y Automática
Este Trabajo Fin de Máster desarrolla y simula un sistema de gestión energética (EMS) de tipo heurístico para una microrred híbrida compuesta por generación fotovoltaica, almacenamiento en baterías y un sistema de hidrógeno (electrolizador, compresor, doble tanque y pila de combustible). El objetivo principal es diseñar e implementar estrategias de control que permitan operar la microrred de forma eficiente, segura y económicamente viable, maximizando el autoconsumo renovable y minimizando el coste de operación en distintos escenarios de precio eléctrico. El trabajo se estructura en dos casos principales. En el primero, se parte de una microrred base incluida en la librería Simugrid, que evoluciona incorporando progresivamente criterios económicos y lógicas predictivas simples. En el segundo caso, se amplía la complejidad del sistema añadiendo nuevos componentes personalizados (compresor, tanque de alta presión, demanda externa de hidrógeno), lo que permite analizar tanto aspectos técnicos (límites de presión, control de flujos) como decisiones económicas entre producción local y suministro externo de hidrógeno. Los resultados muestran que un EMS basado en reglas bien diseñado puede adaptarse a configuraciones complejas y lograr una operación técnicamente robusta con mejoras económicas significativas. Las simulaciones se han llevado a cabo en el entorno MATLAB/Simulink, utilizando como base la arquitectura modular de Simugrid y desarrollando bloques específicos para los nuevos elementos. Finalmente, se proponen líneas de mejora que incluyen la migración a control predictivo, simulaciones ampliadas en el tiempo y una posible implementación en tiempo real.
Desarrollo de metodología para el seguimiento y la cuantificación de la migración celular
(2025) Martín Agüera, Carmen; Reina Romo, Esther; Blázquez Carmona, Pablo; Ingeniería Mecánica y Fabricación
La ingeniería, cada vez más ligada al ámbito de la salud, ofrece herramientas clave para comprender fenómenos biológicos complejos como la migración celular. Este trabajo se centra en el análisis del comportamiento migratorio de células cancerosas en entornos tridimensionales, utilizando como modelo células MDA-MB-231 de cáncer de mama triple negativo, embebidas en un hidrogel. El objetivo ha sido desarrollar una metodología capaz de seguir y cuantificar las trayectorias celulares a lo largo del tiempo, a partir de imágenes adquiridas mediante microscopía confocal en modalidad time-lapse. Para ello, se ha implementado un algoritmo de seguimiento basado en un problema de asignación con restricciones adaptadas, permitiendo identificar trayectorias individuales incluso en presencia de fenómenos como adhesión y separación entre células o entrada y salida del volumen de control. A partir de estas trayectorias, se ha calculado la velocidad media de cada célula, obteniendo resultados que evidencian la complejidad del comportamiento migratorio y su dependencia tanto de factores internos (fenotipo celular) como externos (microambiente y propiedades de la matriz extracelular). Este trabajo sienta las bases para futuros estudios más avanzados que integren modelos celulares más complejos o multi-celulares, y plantea posibles aplicaciones en la evaluación de tratamientos oncológicos dirigidos a frenar la capacidad invasiva de las células tumorales.
Determinación de etapas e integración de sistemas de almacenamiento termoquímico de base metálica
(2025) Marqués-Valderrama, Israel; Chacartegui, Ricardo; Becerra Villanueva, José Antonio; Ingeniería Energética
Este trabajo desarrolla aspectos que son necesarios para profundizar en el desarrollo y estudio de nuevos sistemas de almacenamiento termoquímicos de energía basados en compuestos metálicos. El actual panorama energético enfocado en la descarbonización y la introducción masiva de energías renovables a la red incrementa la necesidad del desarrollo de tecnologías de almacenamiento de energía. Además, aparece un especial interés en los sistemas de almacenamiento de energía termoquímica, que permiten generar compuestos químicos intermedios en la fase de carga, para volver al reactivo inicial en la descarga. Concretamente, el empleo de materiales que contengan elementos metálicos en su composición no solo es un tema novedoso, sino que supondría el aprovechamiento de compuestos muy abundantes, fácilmente obtenibles, y con posibilidades de desarrollar sistemas competitivos. Para evaluar el potencial empleo de sistemas de reacción concretos como base, se requiere la realización de ciertos estudios que permitan dilucidar cuán posible es su aplicabilidad, tratando desde temáticas relacionadas con la disposición geográfica (factores de abundancia, comercialización) hasta factores relacionados con la toxicidad o compatibilidad térmica de los compuestos con ciertos materiales. Para modelar la integración de estos sistemas en ciclos de potencia, así como para realizar un estudio exhaustivo de los sistemas a estudiar, se ha desarrollado un software desde el que se pretende abordar aspectos termodinámicos, químicos y de resolución de modelos basados en el almacenamiento termoquímico de energía.
Diseño y Análisis del Sistema Eléctrico de una Planta Desaladora con Integración de Generación Solar Fotovoltaica como Fuente Auxiliar
(2025) López Rodríguez, Juan Manuel; Marano-Marcolini, Alejandro; Ingeniería Eléctrica
El presente Trabajo Fin de Máster tiene como objetivo el diseño y análisis del sistema eléctrico de una planta desaladora de agua de mar con una capacidad de 50.000 m3 al día, integrando generación solar fotovoltaica como fuente auxiliar de energía. El proyecto desarrolla el dimensionamiento de todos los equipos eléctricos necesarios, desde la conexión a la red de alta tensión (66 kV) hasta la alimentación de los consumidores en baja tensión, incluyendo transformadores, cuadros generales y centros de control de motores. Una vez diseñado el sistema eléctrico, se evalúa el impacto de la planta fotovoltaica en la reducción del consumo energético neto de la desaladora, analizando la disminución del consumo específico de energía (SEC) y el comportamiento anual del sistema en régimen de autoconsumo sin excedentes. Posteriormente, se realiza un estudio económico que determina la viabilidad de la incorporación de la generación renovable, considerando el ahorro energético y el período de retorno de la inversión. Finalmente, se presentan las conclusiones técnicas y económicas que confirman la idoneidad de esta solución híbrida para mejorar la eficiencia y sostenibilidad de plantas desaladoras de capacidad similar a la de este proyecto.
Análisis con Elementos Finitos de problemas de Contacto Elasto-Plástico
(2025) López Moreno, Jose María; Madrigal Sánchez, Carmen; Rodríguez de Tembleque Solano, Luis; Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
En este trabajo se estudia un problema de contacto entre dos esferas considerando el régimen plástico del material. La resolución de este problema se ha llevado a cabo mediante MEF, haciendo uso del programa comercial Abaqus/Standard. La plasticidad del material se ha representado haciendo uso del modelo de endurecimiento Navarro-Madrigal, y se ha implementado dentro del programa a través de una subrutina UMAT (User-defined MATerial behaviour). La subrutina utilizada sigue un esquema de integración explícita para asegurar una evolución de las propiedades del material coherente a la deformación plástica desarrollada por la pieza. Respecto a la resolución del problema de contacto, se ha utilizado un método de discretización – dónde y qué restricciones de contacto se aplican – superficie a superficie con contacto rígido, y una formulación lagrangiana aumentada – método para aplicar dichas restricciones –. El esquema de resolución numérica ha sido validado mediante la resolución de una serie de problemas de referencia, presentados en los anexos: un cubo elastoplástico sometido a una carga cíclica – para validar la implementación de la UMAT dentro del programa –, y dos cubos elásticos en contacto – para validar los parámetros de contacto elegidos –. El caso de estudio seleccionado es un problema clásico de contacto hertziano entre dos esferas, considerando que una de ellas sigue una ley de comportamiento plástica. Se ha analizado las distribuciones de presión, normal y tangencial, que se generan en la zona de interacción de las dos esferas, y el tamaño de la zona de contacto. La elección de este caso se justifica por la existencia de una solución previa documentada, usada como referencia para validar los resultados obtenidos. Asimismo, esta solución de referencia se ha utilizado para analizar la influencia que el modelo de endurecimiento del material tiene sobre la solución final. Se ha analizado, además, la influencia de los siguientes factores sobre la solución del caso de estudio propuesto: el límite elástico de la pieza elastoplástica; y el coeficiente de rozamiento en la superficie de contacto de los sólidos. En último lugar, se ha planteado un problema de concepto, para evaluar las diferencias entre usar un modelo de comportamiento elástico frente a uno elastoplástico, en el caso de que la otra esfera – aquella que siempre sigue una ley de comportamiento elástica – tenga una rigidez infinita. Los resultados obtenidos en el caso de estudio llevan a las siguientes conclusiones: • Las diferencias entre este proyecto y el estudio de referencia impiden realizar una comparación directa entre los resultados de ambos estudios. Las soluciones obtenidas son dispares, y no se puede aislar el efecto del modelo de endurecimiento sobre la solución del problema si, por un lado, los dos trabajos no contemplan el mismo sistema de cargas aplicado sobre las dos esferas y si, por otro, se desconoce cómo el estudio de referencia ha implementado su modelo de endurecimiento dentro del programa. • El límite elástico del material tiene una influencia significativa sobre la solución del problema. Valores más elevados de este parámetro conducen a distribuciones de presión normal más próximas a la solución puramente elástica del contacto. Por el contrario, valores más bajos del límite elástico generan una distribución de presiones más achatada y una zona de contacto más amplia, reflejo del mayor grado de deformación plástica en la región de contacto. • El coeficiente de rozamiento no presenta una influencia significativa en el problema elastoplástico cuando únicamente se aplica una carga normal entre los sólidos en contacto. La solución obtenida es prácticamente idéntica en términos de la distribución de presiones normales y del tamaño de la región de contacto, independientemente del valor asignado al coeficiente de rozamiento. Además, en todos los casos evaluados, los valores de la distribución de presión tangencial resultan tan próximos al cero numérico que no es posible extraer conclusiones precisas sobre su influencia en este contexto. Por su parte, los resultados obtenidos en el problema de concepto llevan a las siguientes conclusiones: • Con el modelo elástico se obtiene una distribución de presiones normales por encima de la solución analítica. Esta diferencia se debe a que el modelo numérico considera rozamiento en la superficie de contacto, mientras que la solución analítica parte de la suposición de un contacto sin fricción. En el caso del modelo elastoplástico, la distribución de presiones normales resulta más aplanada, y se observa un aumento en el tamaño de la zona de contacto. Cabe destacar que, en todos los casos - elástico y elastoplástico -, la distribución de presiones normales es independiente del coeficiente de rozamiento definido en la zona de contacto. • En lo referente a la distribución de presiones tangenciales, las diferencias entre el modelo elástico y el modelo elastoplástico están inversamente relacionadas con el valor del coeficiente de rozamiento: a menor coeficiente de rozamiento, mayor es la discrepancia entre ambas soluciones. No obstante, en todos los casos analizados, un incremento del coeficiente de rozamiento conduce a una aumento de la zona de deslizamiento y, por ende, una disminución de la zona de adhesión.
Modelado y Simulación de Plataformas Robóticas Orbitales con MuJoCo
(2025) Jiménez Alfaro, Andrea; Suárez Fernández-Miranda, Alejandro; Ingeniería de Sistemas y Automática
El presente Trabajo de Fin de Máster realiza un estudio sobre el motor de simulación física MuJoCo para el modelado y el control de sistemas robóticos, aplicado al caso de manipuladores robóticos orbitales para mantenimiento de satélites espaciales. En la primera parte se analizan en profundidad conceptos teóricos de dinámica espacial y fundamentos acerca del uso de MuJoCo: sus principales características, las investigaciones recientes y relevantes, y los elementos necesarios para su funcionamiento. Posteriormente se desarrollan dos implementaciones prácticas para poder comprender mejor el marco teórico estudiado y para mostrar cómo llevar a cabo funcionalidades básicas de la robótica en el simulador. 1. Simulación de la órbita de un satélite: se realiza un experimento sobre la órbita circular de un modelo previamente diseñado de manipulador espacial. Se muestra cómo llevar a cabo la aplicación de fuerzas externas sobre objetos, cómo establecer condiciones iniciales, y cómo importar modelos diseñados de robots. Asimismo, se explica al usuario cómo inicializar el entorno de simulación, incluyendo las distintas estructuras de datos y la propia ventana de simulación. 2. Control de actitud: Se implementa un sistema de control para regular la orientación de un modelo cúbico de satélite. En esta sección se explica el desarrollo de controladores discretos en MuJoCo, incluyendo cómo preparar un modelo de articulaciones y actuadores para implementar el algoritmo posteriormente. Finalmente, se analizan los resultados obtenidos para demostrar la validez de la herramienta, evidenciando que MuJoCo puede utilizarse para diversas aplicaciones gracias a su gran versatilidad. Cabe destacar que, además, al tratarse de un software de código abierto, se han desarrollado numerosos frameworks, interfaces y librerías complementarias por parte de la comunidad investigadora, por lo que posee una amplia compatibilidad con otros entornos. Como línea futura de trabajo, se dejan propuestas una serie de mejoras orientadas a la integración de modelos y controladores más complejos, con el fin de ampliar el alcance del estudio y mejorar la calidad de simulación de otros proyectos.
Análisis del patinete eléctrico en el contexto urbano: Perfil de usuario, patrones de uso y percepción social
(2025) Jarrín Herrera, Isabel María; Romero Pérez, Luis Miguel; Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
El presente trabajo analiza datos de una encuesta realizada por alumnos del Máster de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad de Sevilla sobre el uso y la percepción del patinete eléctrico o VMP, procesándolos y visualizándolos en Power BI para identificar perfiles de usuarios y no usuarios, patrones de uso, sustitución modal y principales barreras de adopción, con el fin de estimar su integración en la movilidad sostenible urbana y metropolitana. El estudio se complementa con un diagnóstico contextual mediante DAFO, revisión de normativa vigente y seguimiento de noticias recientes, y se apoya en segmentaciones interactivas en Power BI que permiten comparar resultados por sexo, edad y ocupación -entre otros- para extraer conclusiones sobre seguridad, comportamiento ante ausencia de infraestructura y relación con el transporte público, proponiendo recomendaciones de infraestructura, regulación y educación vial basadas en la evidencia.

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