CFD techniques are important tools for the study of multiphase flows, because most of the physical phenomena of these flows often happen on space and time scales where experimental methodologies are impossible in practice. Notwithstanding, numerical approaches are limited by the computational power of the present computers. In this sense, small improvements in the efficiency of the simulations can make the difference between an approachable problem and an unapproachable one. The proposal of this doctoral thesis is focused on developing numerical algorithms to optimize the simulations of multiphase solvers based on single fluids formulations, applied on three-dimensional unstructured meshes, in the context of a finite-volume discretization. In particular, the methods developed in the context of this PhD thesis use a conservative level set technique to deal with the multiphase domain. The work has been organized in five chapters and four appendices. The first chapter constitutes an introduction to the multiphase flows and the different approaches used to study them. The core work of the of this PhD thesis is explained throughout chapters two, three, and four. In those chapters, the improvements performed on the multiphase DNS techniques are addressed in detail, providing results comparisons and discussions on the obtained outcomes. After developing the main ideas of the thesis, a final concluding chapter is presented, summarizing the main findings of this research, and pointing out some future work. Finally, the appendices includes some material that can be useful to understand in depth some specific parts of the thesis but, conversely, they are not essential to follow the main thread. As said before, the core work of this thesis is presented throughout chapters two, three and four. In chapter two, four domain optimization methods are formulated and tested. By using these techniques, small domains can be used in rising bubble simulations, thus saving computational res, La Mecánica de Fluidos Computacional (CFD) es una importante disciplina para el estudio de flujos multifase. Esto se debe a que, en este tipo de flujos, la mayor parte de los fenómenos físicos ocurren en escalas de tiempo y espacio imposibles de detectar mediante una metodología experimental. Sin embargo, los enfoques numéricos están limitados por la potencia de cálculo de los ordenadores actuales. En este sentido, pequeñas mejoras en la eficiencia de las simulaciones pueden marcar la diferencia entre un problema que puede resolverse mediante CFD o uno que no. En la presente tesis doctoral se propone el desarrollo de varios algoritmos numéricos para optimizar simulaciones de flujos multifase basadas en formulaciones "single fluids", aplicadas en mallas no estructuradas y tridimensionales, en el contexto de discretizaciones "finite-volume". El trabajo se ha organizado en cinco capítulos y cuatro apéndices. El primer capítulo constituye una introducción a los flujos multifase y a los distintos enfoques usados para estudiarlos. El trabajo nuclear de la presente tesis reside en los capítulos tres, cuatro y cinco. En dichos capítulos se presentan las mejoras realizadas en las técnicas de resolución de flujos multifase mediante una metodología "DNS", aportando comparaciones de resultados y discusiones críticas de los resultados obtenidos. Después de desarrollar las ideas centrales de la tesis, se presenta un capítulo final con las conclusiones destacadas de este trabajo, señalando posibles líneas de trabajo futuro. Finalmente, se incluyen varios apéndices con material complementario que puede ser útil para profundizar en algún aspecto concreto del desarrollo, pero que a su vez no es esencial para entender las ideas principales del texto. Como se explica anteriormente, el trabajo central de la tesis se ha desarrollado a lo largo de los capítulos dos, tres y cuatro. En el segundo capítulo se formulan y prueban cuatro métodos de optimización de dominios de cálculo. Mediante, Postprint (published version)