As-Built 3D Heritage City Modelling to Support Numerical Structural Analysis: Application to the Assessment of an Archaeological Remain

Terrestrial laser scanning is a widely used technology to digitise archaeological, architectural and cultural heritage. This allows for modelling the assets’ real condition in comparison with traditional data acquisition methods. This paper, based on the case study of the basilica in the Baelo Claudia archaeological ensemble (Tarifa, Spain), justifies the need of accurate heritage modelling against excessively simplified approaches in order to support structural safety analysis. To do this, after validating the 3Dmeshing process frompoint cloud data, the semi-automatic digital reconstitution of the basilica columns is performed. Next, a geometric analysis is conducted to calculate the structural alterations of the columns. In order to determine the structural performance, focusing both on the accuracy and suitability of the geometric models, static and modal analyses are carried out by means of the finite element method (FEM) on three different models for the most unfavourable column in terms of structural damage: (1) as-built (2) simplified and (3) ideal model without deformations. Finally, the outcomes show that the as-built modelling enhances the conservation status analysis of the 3D heritage city (in terms of realistic compliance factor values), although further automation still needs to be implemented in the modelling process

Tenacidad y perseverancia. Estudio organizacional y financiero de Freixenet 1998 - 2007

Este trabajo final de carrera es un estudio sobre la empresa Freixenet entre los años 1998 y 2007. Repasando sus orígenes y su historia, queremos ver como se ha formado la principal exportadora de vinos espumosos del mundo y hacer un estudio de su organización. Además, analizar sus datos financieros y así ver la importancia que tiene dentro de la industria vinícola y la industria agroalimentaria en Cataluña, teniendo como magnitudes principales; las ventas netas, personas ocupadas y el número de establecimientos. Mediante la gestión financiera queremos interpretar su evolución económica relacionando los movimientos monetarios que realiza año tras año y así saber cómo se mantiene, evoluciona y crece una gran empresa. A lo largo de la historia ha competido muy estrechamente con Codorníu, por esto en este trabajo también se comparan las trayectorias de estas dos grandes empresas catalanas

Fully Planar Dual-Polarized Broadband Antenna for 3G, 4G and Sub 6-GHz 5G Base Stations

A fully planar dual polarized radiating element with internal embedded coupled dipoles is presented in this paper. The inclusion of these elements allows achieving three different goals: firstly, an extension of the bandwidth towards lower frequencies (from 1.69 GHz to 1.427 GHz) as required in new 5G standards; secondly, a reduction of the antenna size in comparison with other topologies for bandwidth extension and, finally, a reduction of the secondary lobes. The proposed dual polarized broadband antenna is based on two sets of dual polarized dipoles, with a fully planar structure. The objective of this paper is the design of an antenna working in the extended 5G band in order to fulfil the future 5G requirement in the microwave region, in which the new frequency bandwidth goes from 1.427 up to 2.69 GHz with the return losses lower than -14 dB and the crosspolar isolation larger than 28 dB.This work was supported in part by the Spanish Ministry of Education, Culture and Sport under a grant for predoctoral contracts for University Teacher Training under Grant FPU16/00459, and in part by the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities, (program ``Programa Estatal de I+D+i orientada a los Retos de la Sociedad'') under Grant RTC-2017-6394-7

Common mode feedback analysis for EIT systems with distributed current sources

The use of differential voltage measurements is widely used in EIT instruments. Instrumentation amplifiers are always affected by common mode voltages at their input. These voltages may have different origins, being the current sources and multiplexers the ones which contribute the most. However, even considering ideal current sources and multiplexers, some amount of common mode voltage will always be present due to the measurement principle. Errors produced by common mode voltages are very difficult to calibrate because they depend on the object being measured. At low frequencies it is easy to design instrumentation amplifiers with high CMRR values, but common mode voltages are also high, mostly because of unbalances in electrode impedances. At higher frequencies common mode voltages are smaller, but the CMRR of the amplifiers also decreases. Common mode feedback (CMF) to reduce common mode voltages has been largely used in EIT systems. There is a good theoretical understanding of CMF for systems using a single current source and a demultiplexer. However there is a new class of instruments which use distributed current sources. In these systems CMF is actually used to change the inherent unbalance among current sources instead of being applied to the output of the current source. We present a theoretical analysis of this new CMF technique and the results obtained when applying it to our latest EIT systemPostprint (published version

Performance assessment of EIT measurement systems

EIT acquisition systems, when regarded as measuring instruments, can be characterized by their inherent characteristics: reproducibility, repeatability and discrimination. The ultimate limit to all three is noise, whether long-term or short-term noise. In addition, for some applications accuracy can also play a role, although accuracy is not an inherent characteristic and requires a known test object to be defined. Because EIT systems are multichannel instruments and the information of all channels is being combined to produce an image, a procedure to standardize the performance assessment must be set up in order to allow for meaningful comparison of different systems or different settings in the same system. We propose the use of three parameters defined long ago but scarcely used among EIT systems designers: SER (Systematic Error Ratio), NER (Noise Error Ratio) and RER (Reciprocity Error Ratio). We applied these definitions to our latest EIT instruments, TIE5-sys, in a wide frequency range and with different settings in configurable acquisition parameters and provide the interpretation of the results obtained in terms of reproducibility, repeatability and discrimination. We also comment on the tradeoffs that show up when using the usual definition for these figuresPostprint (published version

Information and geometrical alterations modelling to support accurate analysis of heritage assets

En la tesis existe un contrato de cesión de derechos que afecta a parte del contenido.La documentación virtual del patrimonio arquitectónico, arqueológico y cultural es un área de conocimiento con una creciente presencia en la literatura científica. Las técnicas de adquisición de datos geométricos como el escaneado tridimensional son ampliamente usadas en investigación y en proyectos de restauración en patrimonio, pues permiten capturar las características geométricas de los activos. En las últimas décadas, estas técnicas han sido implementadas en plataformas Building Information Modelling para crear modelos de información de edificios y sitios históricos (HBIM). Sin embargo, la simplificación excesiva en el modelado virtual conlleva no lograr reproducir el estado de conservación real de dichos activos, lo que a su vez imposibilita la obtención de resultados precisos en los análisis que pueden ser realizados en el patrimonio. Por lo tanto, esta tesis doctoral se centra en desarrollar una metodología para generar modelos de información del patrimonio arquitectónico, arqueológico y cultural en su estado de conservación actual (modelos as-built) a partir de la digitalización 3D, modelando sus alteraciones geométricas, a fin de respaldar el análisis preciso de estos activos con vistas a contribuir a su conservación. Para ello, se lleva a cabo un análisis crítico de las tecnologías de captura 3D (escaneado láser terrestre y escaneado óptico) y metodologías existentes y sus aplicaciones en el contexto del patrimonio. Esto supone validar el proceso de mallado de las nubes de puntos para la constitución de modelos as-built. A continuación, se propone un procedimiento semiautomático de tres pasos (nube de puntos — malla 3D — objeto sólido 3D) para la reconstitución virtual en HBIM de edificios históricos y otros activos patrimoniales en su estado de conservación actual. Con vistas a testar y validar la metodología propuesta, esta tesis aborda la generación de modelos de información de dos casos de estudio (el Cenador de Carlos V del Real Alcázar de Sevilla y las columnas de la Basílica del Conjunto Arqueológico de Baelo Claudia en Tarifa) para su análisis geométrico y numérico estructural con precisión. Por un lado, el análisis geométrico consiste en estudiar los desplomes odesplazamientos, las distorsiones y las deformaciones superficiales de las columnas, así como ladistribución de las alteraciones geométricas. Por otra parte, el análisis numérico se centra en evaluar el comportamiento estructural de la columna más desfavorable en términos de alteraciones geométricas estructurales a través del Método de Elementos Finitos. Estos análisis se llevan a cabo en distintos enfoques de modelado para los casos de estudio en función de sus alteraciones geométricas: (1) as-built, (2) simplificado y (3) modelado ideal sin deformaciones. Los resultados del análisis geométrico y el análisis estructural revelan el gran impacto del modelado as-built de información y alteraciones geométricas del patrimonio en la precisión de los estudios sobre su estado de conservación. Así, estos modelos as-built permiten identificar y medir los elementos o áreas que muestran debilidades a nivel estructural y superficial a través del estudio del alcance de sus alteraciones geométricas y deformaciones. En este sentido, el análisis geométrico de la columna más desfavorable estructuralmente en la Basílica, a partir de la metodología de modelado as-built propuesta, permite obtener desplomes y distorsiones de 132% y 235%, respectivamente, frente al resto de columnas y su geometría ideal. En cuanto a su simulación estructural considerando el modelo as-built, se obtiene un aumento del 50% en el esfuerzo cortante máximo con respecto al modelo simplificado. Por lo tanto, la contribución principal de esta tesis radica en la propuesta de una metodología para la generación de modelos de información HBIM, a partir de datos de escaneado 3D, que sean de utilidad para diversos análisis y simulaciones que determinen el estado físico de los activos patrimoniales con precisión para su preservación en el tiempo. No obstante, esto no limita la aplicación de la metodología propuesta para el patrimonio a otras disciplinas que pueden beneficiarse del modelado as-built de elementos, construcciones o espacios para su posterior análisis.The virtual documentation of the architectural, archaeological and cultural heritage is a field of knowledge with a growing presence in the scientific literature. Geometric data acquisition techniques such as three-dimensional scanning are widely used in research and restoration projects in heritage, since they allow to capture the geometric characteristics of assets. In the latest decades, these techniques have been implemented in Building Information Modeling platforms to create information models of historical buildings and sites (HBIM). However, the excessive simplification in virtual modelling entails failing to reproduce the real conservation status of these assets, which in turn makes it impossible to obtain accurate results in the analyses that can be performed on the assets. Therefore, this doctoral thesis focuses on developing a methodology to generate information models of the architectural, archaeological and cultural heritage in their current conservation status (as-built models) from 3D digitisation, modelling their geometrical alterations, in order to support accurate analysis of these assets to contribute to their conservation. For this purpose, a critical analysis of 3D capture technologies (terrestrial laser scanning and optical scanning) and existing methodologies and their applications in the heritage context is carried out. This involves validating the point cloud meshing process for the constitution of as-built models. Next, a three-step semi-automatic procedure (point cloud — 3D mesh — 3D solid object) is proposed for the virtual reconstitution in HBIM of historical buildings and other heritage assets in their current conservation status. With a view to test and validate the proposed methodology, this thesis addresses the generation of information models of two case studies (the Pavilion of Carlos V in the Real Alcázar of Seville and the columns of the Basilica in the Archaeological Ensemble of Baelo Claudia in Tarifa) for their accurate structural geometrical and numerical analyses. On the one hand, the geometrical analysis consists of studying the displacements, the distortions and the surface deformations of the columns, as well as the distribution of the geometrical alterations. On the other hand, the numerical analysis focuses on the structural behaviour assessment of the most unfavorable column in terms of structural geometrical alterations through the Finite Element Method. These analyses are carried out in different modelling approaches for the case studies based on their geometrical alterations: (1) as-built, (2) simplified and (3) ideal modelling without deformations. The results of both the geometrical analysis and the structural analysis reveal the great impact of the as-built information and geometrical alterations modelling of heritage on the accuracy of the studies on its conservation status. Thus, these as-built models allow for identifying and measuring the elements or areas which show structural and surface weaknesses through the study of the extent of their geometrical alterations and deformations. In this sense, the geometrical analysis of the most structurally unfavorable column in the Basilica, based on the proposed as-built modelling methodology, allows to obtain displacements and distortions of 132% and 235%, respectively, against the rest of the columns and its ideal geometry. In relation to its structural simulation considering the as-built model, a 50% increase in the maximum shear stress is achieved with respect to the simplified model. Therefore, the main contribution of this thesis lies in proposing a methodology for the generation of HBIM information models, based on 3D scanning data, which are useful for diverse analyses and simulations to accurately determine the physical status of the assets for their preservation over time. Notwithstanding, this does not limit the application of the proposed methodology for heritage to other disciplines that can benefit from the as-built modelling of elements, constructions or spaces for subsequent analysis

Multi-task Implementation for Image Reconstruction of an AER Communication

Address-Event-Representation (AER) is a communication protocol for transferring spikes between bio-inspired chips. Such systems may consist of a hierarchical structure with several chips that transmit spikes among them in real time, while performing some processing. There exist several AER tools to help in developing and testing AER based systems. These tools require the use of a computer to allow the processing of the event information, reaching very high bandwidth at the AER communication level. We propose to use an embedded platform based on multi-task operating system to allow both, the AER communication and the AER processing without a laptop or a computer. We have connected and programmed a Gumstix computer to process Address- Event information and measured the performance referred to the previous AER tools solutions. In this paper, we present and study the performance of a new philosophy of a frame-grabber AER tool based on a multi-task environment, composed by the Intel XScale processor governed by an embedded GNU/Linux system.Ministerio de Ciencia e Innovación TEC2006-11730-C03-0

Fractional proportional-resonant current controllers for Voltage Source Converters

This paper proposes a novel fractional proportional-resonant controller, which applies fractional order calculus to the well-known proportional-resonant controllers. The focus of the study is the current control loop of voltage source converters. The main merit of the proposed fractional controller formulation lies into the use of fractional exponents in the integro-derivative parts obtaining a controller with an extra degree of freedom. This degree of freedom allows the phase delay to be improved for a wide frequency range in comparison with the conventional proportional-resonant controllers. Furthermore, the obtained controller results in a lower order transfer function that reduces the computational burden when multiple current frequencies have to be tracked. As fractional integro-derivative exponents are not directly implementable, five mathematical approaches are explored, selecting the Chareff’s approximation for the fractional controller operator’s implementation. A tuning procedure for such a controller is also addressed. The new controller formulation is validated in a 20 kVA laboratory set-up based on a silicon-carbide converter, and it is implemented in a DSP. Two AC output converter’s configurations are considered to demonstrate the controllers’ tracking capability; short-circuited (balanced fault) output, and grid-connected operation. This last case is evaluated operating as active filter and delivering fundamental component to a non-ideal grid.Postprint (author's final draft

Análisis de la situación actual del aprovechamiento de la biomasa para producción de electricidad en España

La actual situación de crisis mundial unido al aumento de precio de los combustibles tradicionales y los efectos sobre el clima que estos suponen, crean la necesidad en la sociedad moderna de encontrar nuevas fuentes de abastecimiento energético. En este proyecto se pretende dar a conocer las tecnologías actuales para la producción eléctrica mediante el empleo de la biomasa en sus diferentes formas, sin olvidar algunas otras aplicaciones como la generación térmica y la automoción, pues la exigencia implica no una solución única sino muchas actuando sinérgicamente con un objetivo común, hacer que nuestro país no sea dependiente energéticamente del exterior y fomentar así la economía nacional y el desarrollo tecnológico. La biomasa para producción eléctrica no puede ser la única alternativa en energías renovables, todas deben desarrollarse con el fin de diversificar el sistema eléctrico sustituyendo el consumo de combustibles de origen fósil y nuclear La importancia de la biomasa es crucial por tratarse de la única fuente limpia con disponibilidad constante, pues el resto de tecnologías renovables dependen de las condiciones que se dan en cada momento. La biomasa por lo tanto puede actuar tal y como lo hacen los combustibles tradicionales. En la introducción se analizan algunos aspectos globales de potencial biomásico del planeta y se dan los argumentos que la convierten en renovable. Seguidamente se analiza la situación del conjunto de alternativas renovables en España y se justifica económicamente la importancia de la biomasa para producción eléctrica, explicando el déficit de tarifa eléctrica que arrastra nuestra economía, la importancia en el PIB del sector de las renovables y de la biomasa, alcance del PER y origen y fundamento sobre el que se ha venido desarrollando el sector renovable en Europa, el Protocolo de Kioto, analizando la particular situación de España. Posteriormente se analizan las diferentes formas en las que se puede encontrar biomasas, para posteriormente enumerar los usos técnicos que se puede hacer a partir de ella, centrándose en las diferentes alternativas para la generación eléctrica a partir del estado de agregación, pero sin olvidar otros usos técnicos por la importancia que se espera tenga en el futuro. El desarrollo de un uso concreto, como la producción de biocombustibles para la automoción, implicaría un desarrollo paralelo de biocombustibles para producción eléctrica gracias a la maduración de los procesos de obtención. En los capítulos posteriores, se analizan algunas de las alternativas más conocidas y desarrolladas de pretratamiento de la biomasa para su posterior empleo en la producción eléctrica, como la generación de biogás, la gasificación para obtener gas de síntesis, la pirólisis, con aportes de detalles técnicos de cada una, y los biocombustibles. Todos estos productos son susceptibles de poder emplearse para producción eléctrica. Seguidamente se dedica un capítulo al tratamiento de RSU (residuos Sólidos Urbanos) por el gran volumen y potencial contaminación que suponen. Son un mal necesario y su valoración energética se hace del mismo modo necesaria. Se prosigue con un análisis de la distorsión sobre el coste real de los combustibles tradicionales frente al de la biomasa, explicando qué elementos deben internalizarse para tener una comparativa más objetiva. Entre estas externalidades se dedica un capítulo especial al empleo de biomasa forestal para prevención de incendios, pues España se encuentra en una situación de riesgo muy importante con unos elevadísimos costes sociales, medioambientales y económicos, que precisan de una nueva orientación del problema, enfocándose más a la prevención que a la extinción. Otras externalidades que supone el empleo de la biomasa son también mencionadas, y entre ellas la generación de empleo, que es un aspecto fundamental para el desarrollo económico de nuestro país y en el que la biomasa tiene un peso muy importante en comparación con otras fuentes de origen renovable. En los últimos capítulos se analiza la potencia instalada mediante biomasa para producción eléctrica en España, su evolución en los últimos años, las instalaciones en proceso de inscripción definitiva, así como las normativas más importantes a nivel nacional y europeo.Ingeniería Industria