Search

In this work, the analysis of the acoustic emission (AE) signal in grinding processes is addressed. The proposed analysis method decomposes the acoustic signal into three frequency ranges. The total energy of each range is determined, as well as the highest frequency. Different grinding experiments were carried out, according to a full factorial design of experiments (DOE), in which feed speed, depth of cut, and transversal step (table cross feed) were varied. Arithmetic average roughness Ra and the material removal rate (MRR) were determined. It was observed that Ra depends mainly on the transversal step, followed by feed speed and the interaction between the transversal step and depth of cut, while MRR is greatly influenced by the transversal step. According to multi-objective optimization with the Derringer–Suich function, in order to simultaneously minimize Ra and maximize MRR, a transversal step of 9 mm per longitudinal pass, feed speed of 20 m/min, and depth of cut of 0.020 mm should be selected., This research was supported in part by the Excellence Initiative—Research University project of Gdansk University of Technology—under the project: DEC-4/2022/IDUB/IV.2/EUROPIUM., Peer Reviewed, Postprint (published version)

In this work three fuel consumption and exhaust emission models, ADVISOR, VT-MICRO and the European Environmental Agency Emission factors, have been used to obtain fuel consumption (FC) and exhaust emissions. These models have been used at micro-scale, using the two signal treatment methods presented. The manuscript presents: 1) a methodology to collect data in real urban driving cycles, 2) an estimation of FC and tailpipe emissions using some available models in literature, and 3) a novel analysis of the results based on delivered wheel power. The results include Fuel Consumption (FC), CO2, NOx and PM10 emissions, which are derived from the three simulators. In the first part of the paper we present a new procedure for incomplete drive cycle data treatment, which is necessary for real drive cycle acquisition in high density cities. Then the models are used to obtain second by second FC and exhaust emissions. Finally, a new methodology named Cycle Analysis by Ordered Power (CAbOP) is presented and used to compare the results. This method consists in the re-ordering of time dependant data, considering the wheel mechanical power domain instead of the standard time domain. This new strategy allows the 5 situations in drive cycles to be clearly visualized: hard breaking zone, slowdowns, idle or stop zone, sustained speed zone and acceleration zone. The complete methodology is applied in two real drive cycles surveyed in Barcelona (Spain) and the results are compared with a standardized WLTC urban cycle., Postprint (author's final draft)

The Electrical Engineering department of the University FNB/UPC -Barcelona Tech. conducted a large set of real tests on a hybrid propulsion platform with compressed natural gas (CNG) fuel at the facilities of Marina Barcelona 92 in 2018, to simulate the electrical transients that may cause dangerous situations such as “Blackouts“ in marine power generation plants. The commercial generator set used in this hybrid platform is composed of a reciprocating alternative internal combustion engine of 91 kW and a synchronous alternator of 175 kVA and a set three squirrel-cage induction motors of different ratings (i.e., 20 kW, 22 kW and 55 kW). It should be underscored that, as can be seen, the rated apparent power of the synchronous generator has been slightly oversized when compared with the rated active power supplied by the prime mover. In fact, the latter is defined as one of the main criteria of this article. As mentioned above, the synchronous alternator has been oversized, mainly to overcome the effects caused by the induction motors during its on-line starting, to fulfil smooth recovery while avoiding a general “blackout”. With this purpose in mind, one of the main goals of the article is to demonstrate that the proposed criteria are useful during severe transients, which are likely to cause undesired events in the ship. The transient originated by the induction motors during the on-line direct starting causes large overcurrent. Therefore, by oversizing the alternator and adding more inertia to the electrical system (i.e., the electrical system of the ship), we achieve a better response during this contingency. Indeed, this design criterion has not been taken into consideration by the maritime sector, which most of them are only designed for the steady state at a particular point of operation. Therefore, this point stresses the fact that without considering this design criterion, the electrical system may become more vulnerable. The aforementioned “Power Blackouts”, Postprint (author's final draft)

En el presente trabajo se presenta la implementación de un modelo de consumo y emisiones respecto a la potencia específica demandada, aplicado a vehículos con motores de combustión interna. Además de esta implementación, se realiza la validación de los datos necesarios para la construcción del modelo, obtenidos con un método de simulación y con uno experimental. La simulación para la obtención de los datos se realiza con el programa Advisor, el cual se parametriza para adaptarse a las condiciones deseadas. La obtención de datos de forma experimental se realiza a través de un dispositivo bluetooth conectado al vehículo y la aplicación móvil Torque PRO. La comparación de ambos métodos permite ver sus diferencias, así como sus puntos fuertes y débiles. La implementación del modelo se realiza a través de un programa en Matlab. Esta implementación permite definir los parámetros necesarios para la construcción de dicho modelo, ajustándolo a los datos proporcionados. Se comprueba la bondad del ajuste del modelo en cuanto al consumo y, en menor medida, en cuanto a las emisiones. La implementación realizada permite, a partir de unos datos iniciales que se pueden obtener de distintas fuentes, la definición del modelo. Una vez obtenido este modelo, se pueden realizar predicciones de consumo y emisiones en base a él, en función de la potencia requerida al motor.

En aquest document s’explica l’elaboració d’un programa amb el llenguatge de programació MATLAB que és capaç de fer el recompte de vehicles que passen per una via de trànsit rodat i a la vegada fa el càlcul de les seves respectives velocitats. El sensor utilitzat per a detectar els vehicles és el RPLIDAR A1M8. L’objectiu del treball és trobar una alternativa més econòmica als sistemes d’aforament de vehicles actuals, mantenint els serveis que aquests ens ofereixen

En aquest projecte es condiciona el dinamòmetre de xassís del Laboratori de Màquines Tèrmiques del departament de Motors i Màquines Tèrmiques (MMT) de l’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona (ETSEIB) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) per permetre emular cicles de conducció en un vehicle. Per a fer-ho s’ha condicionat la instal·lació i s’ha desenvolupat un codi en llenguatge Matlab® capaç d’interpretar els senyals provinents del dinamòmetre i representar-ne la velocitat del vehicle a temps real. Juntament s’hi projecta un rang de toleràncies d’un cicle de conducció definit prèviament perquè l’encarregat de la simulació pugui ajustar-se a les velocitats imposades. D’altra banda, els cicles de conducció per a simular rutes sobre un vehicle de carretera, mitjançant un dinamòmetre de xassís, poden no oferir resultats representatius o extrapolables a la realitat si no es segueix un procediment estandarditzat o no es consideren totes les variables que poden influir, tant en l’elaboració del cicle de conducció, com en el procediment d’aplicació. Aquest projecte proporciona informació sobre la metodologia d’elaboració de cicles de conducció representatius i la seva aplicació en un dinamòmetre de xassís.

A new mathematical model is presented for the supercritical fluid extraction of lanoline from wool using near-critical ethanol-modified CO2, using our previous experimental data. The model is intended to account for the extraction of lanoline at conditions well above its melting point (60–80 °C) and pressures up to 150 bar. The model parameters are a Henry-type fluid-to-liquid partition coefficient for lanoline, K = Cg/CL, and a fluid-side mass-transfer coefficient, kG. For Re ~1, K is independent of velocity and wool packing density, but increases with pressure (K = 4 - 15 × 10-4). kG is found to be independent of temperature; it increases with velocity, decreases with pressure, and increases with wool packing density. The values found are kG = 5.66 × 10-6 m/s (70 bar) and kG = 1.51 × 10-6 m/s (150 bar), Postprint (published version)

Aquest projecte té com a objecte d'estudi un dispositiu capaç de mesurar la concentració de partícules NOx i enregistrar les dades tenint en compte la seva geolocalització. L'estudi descriu el procés de disseny, implementació i validació experimental de l'electrònica necessària per l’adquisició de dades. Aquestes queden registrades a una targeta SD i es visualitzen a través d'una pantalla LCD incorporada i alhora mitjançant una aplicació mòbil a un smartphone. L'objectiu principal del projecte és la implementació d’un hardware i un software que permeti mesurar la concentració de NOx en cicles de conducció real a la ciutat de Barcelona, alhora que s’arxiven les mesures segons la seva geolocalització i es visualitzen en temps real mitjançant un smartphone. Per poder aconseguir aquest objectiu s'utilitza la plataforma Blynk i la seva App per Play Store d'Android o App Store d'Apple. També es dissenya un model 3d d’un contenidor que emmagatzemi tots els components necessaris i finalment s’imprimeix mitjançant la tecnologia d’impressió 3D. Per això s'analitza i es selecciona el hardware utilitzat i es dissenya i descriu el software programat en C++ mitjançant Arduino. S'apliquen coneixements de càlcul, informàtica, electrònica i mecànica. La conclusió del projecte és un dispositiu totalment operatiu, on s’han validat les mesures realitzades mitjançant cicles de conduccions reals i una guia completa del muntatge i funcionalitat de l'electrònica amb opcions de millora.

Supercritical extraction of lanolin from raw wool with modified CO2 (5% ethanol) at temperatures above the melting point of lanolin (T = 36–42 ºC) is difficult to model because of the multicomponent diffusion in the liquid layer. In this work, a neural network model is proposed based on the experiments previously published by our research group. Experimentally, the extraction of a 100-cm3 packed bed of raw wool depends on five variables, i.e., temperature (60–80 ºC), pressure (120–200 bar), solvent mass flow rate (3–5 kg/h), wool packing density (127–318 kg/m3), and time (~ 1 h). A nonlinear autoregressive exogenous (5,3,1) neural network was designed and trained with the experimental data aug-mented using an empirical Weibull statistical function. This correctly predicts the lanolin breakthrough at the extractor exit with only ± 0.42% error. The simple arithmetics of neural network allows a fast optimization with Genetic Algorithm to find optimum operation conditions for the extraction process, Postprint (author's final draft)

En aquest treball es busca la construcció i desenvolupament d’un sistema d’adquisició de dades per a mesurar els nivells de partícules en suspensió PM10, en relació a la qualitat de l’aire. Un dels requeriments del projecte és el de mantenir els costos de construcció al mínim possible, fent entrar el sistema en la categoria de low-cost, en auge avui dia. Per a aconseguir aquesta fita, es construirà el projecte basat en un controlador Arduino, permetent un prototipatge ràpid i una construcció barata. S’adquirirà doncs un Arduino UNO, juntament amb tots els components necessaris per a la construcció del sensor. Posteriorment es programarà el codi que farà funcionar tot el conjunt, adquirint les dades que mesurarà el sensor i emmagatzemant-les en una targeta SD. Finalment, es construirà una caixa adient per a que es pugui instal·lar a la intempèrie i el sensor sigui capaç de seguir adquirint les dades. En les següents pàgines del treball, es podrà trobar una descripció de tots aquests components, així com les seves característiques i el cost de construcció; el codi que s’ha escrit per a fer funcionar el conjunt, amb una explicació per parts; el muntatge que s’ha dut a terme per obtenir el sistema d’adquisició de dades final i les proves que s’han realitzat al llarg del procés amb l’ànim de garantir el bon funcionament d’aquest.

El projecte consta de la implementació de dos circuits electrònics per mesurar dades de la qualitat de l’aire en recintes interiors. El primer muntatge és del tipus datalogger, és a dir, que emmagatzema totes les dades de concentracions de gasos mentre està funcionant. Posteriorment aquestes dades es poden extreure per tal de fer-ne un estudi. Aquest muntatge s’ha fet utilitzant la placa Arduino UNO. El segon muntatge anomenat “alarma sensor” té l’objectiu d’establir una comunicació directa amb l’usuari. El sistema avisa a l’usuari quan hi ha certes concentracions de gasos que poden ser perjudicials per a la salut. Aquesta comunicació es fa mitjançant la plataforma Telegram. Aquest muntatge s’ha fet amb la placa Raspberry Pi 3 b. S’ha utilitzat un sensor de la família MQ, concretament el MQ135. Aquest sensor es capaç de detectar diversos gasos com NH4, NOX, alcohol, benzè, fum de tabac, CO2, etc. En aquest projecte s’han fet tots els experiments amb el gas CO2. Tot i això tota la metodologia emprada es pot aplicar a qualsevol dels altres gasos.

L’empitjorament progressiu de la qualitat de l’aire al planeta és un fet que provoca una gran incertesa entre els científics i els propis ciutadans que el pateixen diàriament. Aquest projecte consisteix en la visualització de la qualitat de l’aire a la península ibèrica a partir de dades captades per l’instrument TROPOMI, situat en satèl·lits del projecte Copernicus de l’Agència Espacial Europea. Per poder visualitzar aquestes dades, té com a objectiu la creació de varis programes informàtics que permetin automatitzar la obtenció i representació de les dades (mitjançant animacions) per tal de fer-les comprensibles per a la seva exposició. A més, per comprendre la precisió d’aquests sensors es realitza un estudi comparant les dades que obtenen els satèl·lit envers les que obtenen els dispositius de mesura situats a l’àrea metropolitana de Barcelona.

Honing processes provide a special cross-hatch pattern to the internal surface of cylinders that favors oil flow. However, along honing operation the abrasive grains wear out and lose their ability to cut material. The honing chips mixed with oil fill the pores of the abrasives and they start cutting in an incorrect way, leading to clogging. In the present paper, honing experiments were carried out according to a 32 factorial design, with different grain size and density of abrasive grains. Roughness, material removal rate, and tool wear were determined. Acoustic emissions were also measured and the chirplet concept was applied in order to detect differences between correct and incorrect cutting operations. As a general trend roughness and material removal rate increase with grain size and with density of abrasive. However, when clogging occurs roughness and material removal rate decrease, because the abrasive grains tend to deform the material instead of cutting it. When the honing process is working appropriately, the chirplet diagram of the harmonic part of the signal shows constant marks. On the contrary, when it does not work properly, marks disappear with time and their frequencies decrease. The results of the present paper will allow monitoring the honing process in order to change the abrasives when they are not working properly., Peer Reviewed, Postprint (published version)

This paper presents the results and discussion of an extensive set of tests of a hybrid generation system (gas-electric), to feed the electric motors which propel a small or medium vessel. Primarily, the hybrid electric system includes An otto cycle combustion engine, an electric generator and electric induction motors. The diesel engine represents the central part in regards to the propulsion task [1][2]. Thus, it provides the energy required by the electrical system, also supports load variations at low speed or cruising speed. Furthermore, it feeds other critical loads such as lights, electronic navigation systems, ancillary systems and other comfort loads within the hotel facilities. Presently, many technical challenges associated with the design of hybrid-electric propulsion systems are under discussion. Regarding technical limitations, the loading level and perhaps even more important is to deal with the complexity of the hybrid systems. Concerning to technical limitations, we can, therefore, highlight the following issues; the pilot excitation control, the performance of crash-stop manoeuvre and lastly the protection and control task., Postprint (published version)

In the present paper, acoustic emission was studied in honing experiments obtained with different abrasive densities, 15, 30, 45 and 60. In addition, 2D and 3D roughness, material removal rate and tool wear were determined. In order to treat the sound signal emitted during the machining process, two methods of analysis were compared: Fast Fourier Transform (FFT) and Hilbert Huang Transform (HHT). When density 15 is used, the number of cutting grains is insufficient to provide correct cutting, while clogging appears with densities 45 and 60. The results were confirmed by means of treatment of the sound signal. In addition, a new parameter S was defined as the relationship between energy in low and high frequencies contained within the emitted sound. The selected density of 30 corresponds to S values between 0.1 and 1. Correct cutting operations in honing processes are dependent on the density of the abrasive employed. The density value to be used can be selected by means of measurement and analysis of acoustic emissions during the honing operation. Thus, honing processes can be monitored without needing to stop the process., Postprint (author's final draft)

La contaminació atmosfèrica és un problema que afecta negativament als espais urbans i les grans ciutats. El trànsit és un dels principals causants d'aquests contaminants (òxids de nitrogen, monòxid de carboni, hidrocarburs sense cremar i partícules nes en suspensió) que suren a l'aire. A que estem exposats? Quins perills existeixen per la salut? Es possible mesurar la contaminació en cada tram de via urbana d'una manera senzilla? En aquest treball es planteja la possibilitat d'estudiar discretament cada segment de via urbana mitjançant anàlisis d'imatge digital per estimar el consum de combustible, les emissions de partícules i gasos contaminants associats als vehicles que circulen per les ciutats. Per dur-ho a terme s'ha desenvolupat un software de seguiment i detecció de vehicles basat íntegrament en MATLAB. S'ha fet un estudi d'un cas real en un tram de via de la ciutat d'Eivissa. L'estimació de les emissions i el consum s'ha dut a terme amb ADVISOR que és una eina d'anàlisi ràpid del comportament de vehicles. Finalment es conclou que la detecció de vehicles amb imatges és una feina que és abordable i que s'ha demostrat possible en aquest treball sota una sèrie de condicions especí ques.

© 2016 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works., A nonlinear model predictive control (NMPC) for the thermal management (TM) of Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEVs) is presented. TM in PHEVs is crucial to ensure good components performance and durability in all possible climate scenarios. A drawback of accurate TM solutions is the higher electrical consumption due to the increasing number of low voltage (LV) actuators used in the cooling circuits. Hence, more complex control strategies are needed for minimizing components thermal stress and at the same time electrical consumption. In this context, NMPC arises as a powerful method for achieving multiple objectives in Multiple input- Multiple output systems. This paper proposes an NMPC for the TM of the High Voltage (HV) battery and the power electronics (PE) cooling circuit in a PHEV. It distinguishes itself from the previously NMPC reported methods in the automotive sector by the complexity of its controlled plant which is highly nonlinear and controlled by numerous variables. The implemented model of the plant, which is based on experimental data and multi- domain physical equations, has been validated using six different driving cycles logged in a real vehicle, obtaining a maximum error, in comparison with the real temperatures, of 2C. For one of the six cycles, an NMPC software-in-the loop (SIL) is presented, where the models inside the controller and for the controlled plant are the same. This simulation is compared to the finite-state machine-based strategy performed in the real vehicle. The results show that NMPC keeps the battery at healthier temperatures and in addition reduces the cooling electrical consumption by more than 5%. In terms of the objective function, an accumulated and weighted sum of the two goals, this improvement amounts 30%. Finally, the online SIL presented in this paper, suggests that the used optimizer is fast enough for a future implementation in the vehicle., Accepted version

Realitzar una base de dades de vehicles amb algunes de les característiques més significatives per avaluar diferents cicles de conducció, amb l'objectiu d'estimar, l'energia necessària per la conducció real a la ciutat de Barcelona.

Este estudio consta de varias secciones. Cada una de ellas es en sí misma un objetivo, pero también una base para otros. - El primer objetivo y el que más trabajo a ha conllevado, ha sido la realización de la base de datos. Tras haber acotado el mercado al que se ciñe el registro de vehículos, ha finalizado conteniendo un total de197, con sus características físicas y con hasta 4 motorizaciones con sus consumos y masas. Esto hace un total de más de más de 4700 datos, de los cuales algunos no estaban disponibles y ha habido que crear un criterio o método de definición. Esta base de datos, además, se ha utilizado como elemento fundamental para los cálculos siguientes, ya que se ha considerado como referencia para los vehículos en circulación. - El siguiente objetivo realizado ha sido el cálculo de emisiones a lo largo de un ciclo real por la ciudad de Barcelona, en concreto el recorrido de Carrer d’Aragó. Para ello se ha realizado el ciclo con el vehículo propio y se han registrado las características (posición, velocidad, tiempo…) mediante una aplicación de telefonía móvil. Estos datos recogidos han sido procesados mediante la herramienta Excel para su conversión a: - archivo de fácil lectura para Matlab, conde se han realizado los cálculos energéticos necesarios. - archivo con los datos correctamente ordenados para su lectura con Advisor, donde se han obtenido los consumos, y emisiones a lo largo del ciclo. Los dos registros realizados se han tomado a distintas horas, y se ha podido observar cómo el tráfico no ha tenido una gran influencia. Por esta razón y en base a los registros de datos, los retrasos en el recorrido se han relacionado con las esperas en los semáforos. Además, se ha creado un ciclo ideal intentando simular uno real mediante una ligera oscilación de la velocidad. Con este ciclo se ha pretendido buscar la mejora que supondría el lograr una coordinación perfecta de semáforos en esa calle. - Por otro lado también se ha registrado un microciclo dos vec

© 2017 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works., A real-time nonlinear model predictive control (NMPC) for the thermal management (TM) of the electrical components cooling circuit in a Plug-In Hybrid Electric Vehicle (PHEV) is presented. The electrical components are highly temperature-sensitive and therefore working out of the ranges recommended by the manufacturer can lead to their premature aging or even failure. Consequently, the goals for an accurate and efficient TM are two: to keep the main component, the Li-ion battery, within optimal working temperatures, and to consume the minimum possible electrical energy through the cooling circuit actuators. This multi-objective requirement is formulated as a finite-horizon optimal control problem (OCP) that includes a multi-objective cost function, several constraints and a prediction model especially suitable for optimization. The associated NMPC is performed on real-time by the optimization package MUSCOD-II and is validated in three different repeatable test-drives driven with a PHEV. Starting from identical conditions, each cycle is driven once being the cooling circuit controlled with NMPC and once with a conventional approach based on a finite-state machine. Compared to the conventional strategy, the NMPC proposed here results in a more accurate and healthier temperature performance, and at the same time, leads to reductions in the electrical consumption up to 8%., Postprint (author's final draft)

The Corona Discharge is an phenomena brought on by the ionization of a fluid such as air surrounding a conductor that is electrically charged with high tension and high frequency. Previous studies show how the energy of that electrical discharge can be used for the ignition of a petrol engine, as an alternative for the most used currently, the spark ignition system. That project consists on the design and execution of a control (software and external hardware) with the Arduino Uno microcontroller, which may allow emitting the necessary voltage to generate the Corona Discharge in an ignition coil of a car, from reading the current that goes through it.

El present estudi té com a objectiu documentar el procés de validació tèrmica d’un vehicle. En primer lloc, es parteix de l’anàlisi teòric de les necessitats tèrmiques dels vehicles, amb eficiències entorn al 40% i amb consumidors cada vegada més exigents. En aquest punt, es fa referència a l’interès d’una gestió tèrmica intel·ligent i es descriuen els dos sistemes principals que hi intervenen: sistema de refrigeració motor i sistema de climatització d’habitacle. Una vegada explicats els fonaments teòrics, l’estudi es centra en analitzar la validació tèrmica d’un vehicle en desenvolupament. Es tracta d’un prototip en fase avançada, tot i que prèvia a l’inici de fabricació, que consisteix en una variant de motorització d’un model vehicle ja existent en la qual s’afegeix un motor sobrealimentat. Les diferents àrees d’anàlisis incloses a l’abast del present projecte són les següents: - Planificació de l’activitat. Aquest apartat té per objectiu estimar els temps i els recursos, tant humans com tècnics, necessaris per la seva realització. - Descripció del vehicle. Es detallen les principals característiques del vehicle d’assaig i dels components que n’integren els sistemes de refrigeració i climatització. - Instrumentació del vehicle. En aquest punt s’expliquen quins són els equips utilitzats per l’enregistrament de senyals, es detallen tots els canals a mesurar i es donen les directrius per a una correcta instrumentació. - Assaigs. S’argumenta la necessitat de fer assaigs en entorns controlats, com ho és la cambra d’assaig d’un túnel de vent climàtic, es descriu el procediment per a dur- los a terme i s’analitzen els resultats dels esmentats assaigs. La validació tèrmica d’aquest estudi comporta sis setmanes d’activitat, de les quals cinc estan destinades a la preparació i normalització del vehicle i una està destinada a la realització dels assaigs. La instrumentació està formada per 153 canals, la majoria dels quals es destinen a la mesura de la temperatura amb termop

Several socioeconomic factors are leading governments to encourage electric powered vehicles. Currently, the bottleneck for electric vehicles mass production lies in the high voltage battery technology. One of the main challenges to ensure batteries safety, comfort, performance and durability requirements is thermal management, since operating at temperatures outside the range specified by the manufacturer, they age prematurely, lead to dangerous and uncontrolled exothermic reactions and/or be incapable of delivering the electric energy demand to move the vehicle. The tendency in the solutions design for thermal management is to use cooling circuits with more and more sophisticated architectures governed by an increasing number of electrical actuators like pumps, fans and solenoid valves. The control of these systems is complex due to their nonlinear behavior, the high number of inputs and outputs and the need of accomplishing multiple goals, usually contradictory, at the same time. In front of this class of problems, conventional control methods are taken to their limit and new optimization based methods, like model predictive control, capable of exploiting the full potential in this kind of systems, are attracting the attention of the sector. The present thesis deals with the design of a predictive control for the battery and power electronics cooling circuit in a Plug-In Hybrid Electric Vehicle. The main merit of the proposed solution is that the method validation takes places in a prototype on real-time, which, as it will be seen in the state of the art, is one of the usual lacks in most model predictive control publications in the automotive sector. For reaching this settlement, the development of a suitable model of the system and optimization problem definition together with the use of an efficient and robust numerical tool, have been essential and therefore will be addressed exhaustively in this document. Additionally, the validation by means of simulation a, Diversos factores socioeconómicos están llevando a los gobiernos a fomentar los vehículos propulsados eléctricamente. Actualmente, el cuello de botella para la producción en masa del vehículo eléctrico reside en la tecnología de la batería de alta tensión. Uno de los retos principales para asegurar las prestaciones de seguridad, confort, funcionamiento y durabilidad de la batería es la gestión térmica, ya que a temperaturas alejadas de las especificadas por el fabricante, ésta envejece de forma prematura, dar lugar a una peligrosa y descontrolada reacción exotérmica y/o ser incapaz de entregar la energía eléctrica necesaria para mover el vehículo. La tendencia en el diseño de soluciones para la gestión térmica, es la de usar circuitos de refrigeración con arquitecturas cada vez más sofisticadas que implican la necesidad de un mayor número de actuadores eléctricos como bombas, ventiladores y electroválvulas. El control de estos sistemas es complejo debido a su comportamiento no lineal, al elevado número de entradas y salidas y a la necesidad de lograr varios objetivos a la vez a menudo contradictorios. Ante esta clase de problemas, los métodos convencionales de control son llevados a su límite y nuevos métodos basados en optimización, como el control predictivo, capaces de explotar el potencial de este tipo de sistemas, empiezan a atraer la atención del sector. Esta tesis trata del diseño de un control predictivo para la gestión térmica del circuito de refrigeración de la batería y la electrónica de potencia en un vehículo híbrido enchufable. El principal mérito de la solución propuesta es la validación del método en un prototipo en tiempo real, que según se verá en la revisión del estado del arte, es una de las principales carencias en la mayoría de estudios de esta técnica en automoción. Para llegar a esta solución, el desarrollo de un modelo del sistema adecuado y la definición del problema de optimización en combinación con el uso de una herramienta numérica fiab, Diversos factors socioeconòmics estan portant als governs a fomentar els vehicles propulsats elèctricament. Actualment, el coll d’ampolla per a la producció en massa del vehicle elèctric resideix a la tecnologia de la bateria d’alta tensió. Un dels reptes principals per assegurar les prestacions de seguretat, confort, funcionament i durabilitat de la bateria és la gestió tèrmica, ja que a temperatures allunyades de les especificades pel fabricant, aquesta envelleix de forma prematura, donar lloc a una perillosa i descontrolada reacció exotèrmica i/o ser incapaç de lliurar l’energia elèctrica necessària per moure el vehicle. La tendència en el disseny de solucions per a la gestió tèrmica, és la d’usar circuits de refrigeració amb arquitectures cada vegada més sofisticades que impliquen la necessitat d’un major nombre d’actuadors elèctrics com a bombes, ventiladors i electrovàlvules. El control d’aquests sistemes és complex a causa del seu comportament no lineal, a l’elevat nombre d’entrades i sortides i a la necessitat de assolir diversos objectius alhora sovint contradictoris. Davant aquesta classe de problemes, els mètodes convencionals de control són portats al seu límit i nous mètodes basats en optimització, com el control predictiu, capaços d’explotar el potencial d’aquest tipus de sistemes, comencen a atreure l’atenció del sector. Aquesta tesi tracta del disseny d’un control predictiu per a la gestió tèrmica del circuit de refrigeració de la bateria i l’electrònica de potència en un vehicle híbrid endollable. El principal mèrit de la solució proposada és la validació del mètode en un prototip en temps real, que segons es veurà en la revisió de l’estat de l’art, és una de les principals manques en la majoria d’estudis d’aquesta tècnica en automoció. Per arribar a aquesta solució, el desenvolupament d’un model del sistema adequat i la definició del problema d’optimització en combinació amb l’ús d’una eina numèrica fiable i robusta, han estat imprescindibles i per, Elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden derzeit aus unterschiedlichen sozioökonomischen Gründen von den Regierungen gefördert. Der Flaschenhals für die Massenproduktion von dieser Technologie ist die Hochvoltbatterie, die mehrere Herausforderungen um die Sicherheit, Komfort, Performance und Lebensdauer Anforderungen zu erfüllen begegnet. Das Thermomanagement ist eine davon, da der Batterie Temperaturbetrieb außerhalb des vom Hersteller angegebenen Bereiches führ zur vorzeitigen Alterung, gefährlichen und unkontrollierten exothermischen Reaktionen und Stromversorgungsbeschränkungen, die den Antrieb des Fahrzeugs verhindern. Der Trend in das Design von Thermomanagementlösungen geht dahin, immer ausgeklügelter Kühlkreislaufarchitekturen zu verwenden, wobei eine steigende Anzahl von elektrischen Aktoren wie Pumpen, Lüftern und Ventilen, benötigt werden. Die Regelung solcher Systeme ist komplex aufgrund ihres nichtlinearen Verhaltens, der zahlreichen Eingängen und Ausgängen und des Bedürfnisses mehrere Ziele gleichzeitig zu erfüllen. Angesichts dieser Aufgabenstellung, werden die konventionelle Regelungsmethoden an ihre Grenzen gebracht und neue optimierungsbasierten Methoden wie die modellbasierte prädiktive Regelung, die das volle Potential solcher Systeme ausnutzen können, beginnen die Aufmerksamkeit der Autoindustrie auf sich zu lenken. Die vorliegende Arbeit handelt von dem Design einer modellbasierten prädiktiven Regelung für das Thermomanagement des Batterie- und Leistungselektronikkühlkreislaufs in einem Plug-In Hybrid Fahrzeug. Der Hauptverdienst der vorgeschlagenen Lösung ist die Methodenvalidierung in einem Prototyp in Echtzeit, was häufig, wie in der Stand der Technik angeführt werden wird, einer der Mangeln der meisten Veröffentlichungen in dieser Branche ist. Um zu dieser Lösung zu gelangen, eine geeignete Modellierung und ptimierungsproblembeschreibung sowie ein effizientes und robustes numerischesWerkzeug waren wesentlich und spielen deshalb eine wichtig, Postprint (published version)

Este trabajo está englobado en el área de motores térmicos aplicada al motociclismo. El principal objetivo es el de estudiar y diseñar un tubo de escape pensado para ser implementado en la motocicleta del equipo ETSEIB Racing que participará en la 4ª edición de la competición MotoStudent. En esta competición organizada por la Moto Engineering Foundation (MEF), diversas universidades de todo el mundo participan con el objetivo de diseñar y construir un prototipo de moto de competición de 250 centímetros cúbicos. La competición culminará en una carrera que tendrá lugar en el circuito de Motorland Aragón en octubre de 2016. En el proceso de escape, justo cuando se abre la válvula de escape, se ponen en contacto dos recintos con una diferencia de presiones y temperatura apreciable, la cámara de combustión y el tubo de escape. Al haber estas diferencias de presión y temperatura, se originan ondas de presión y depresión. Se tratará de aprovechar el fenómeno de las perturbaciones de presión y depresión para mejorar el proceso de renovación de carga, de tal forma que podamos mejorar el rendimiento volumétrico. La idea para conseguir mejorar el rendimiento volumétrico será tratar de sincronizar el momento de llegada de la onda de depresión con la apertura de la válvula admisión en el cruce de válvulas con tal de que ayudar a extraer los gases quemados restantes y ayudar a introducir la carga nueva de la admisión. Para conseguir esta mejora se tendrá como variable la longitud del tubo de escape con el objetivo de que la onda de depresión llegue justo en el cruce de válvulas y ayude en la renovación de la carga. Partiendo de los cálculos teóricos para el diseño del tubo de escape, se tratará con el software Lotus Engine Simulation, mediante el cual se realizarán simulaciones con diferentes tubos de escapes y así corroborar los cálculos realizados teóricamente. Una vez finalizadas las simulaciones se procederá a realizar un diseño CAD del tubo de escape que se ajustaría a la pe

Aquest projecte pretén apropar una part important de la docència de l‟assignatura Màquines Tèrmiques, les seves pràctiques, a un món cada vegada més informatitzat i interconnectat. Per la seva redacció s‟ha fet una revisió de la situació actual de l‟assignatura (pràctiques que es realitzen, materials, continguts) i, amb el propi coneixement de l‟assignatura i les aportacions dels professors de la mateixa, s‟han actualitzat alguns dels continguts i s‟ha creat una pàgina web https://mtermiques.wordpress.com que vol arribar a ser una eina docent d‟ús habitual per a l‟assignatura, complementària de les que ja existeixen (quadern de pràctiques, Atenea). Amb aquesta nova eina, els alumnes i professors podran revisar les pràctiques abans i/o després de realitzar-les, així com per al seu recordatori abans de les proves avalotaries d‟una manera ràpida i accessible per qualsevol dispositiu connectat a internet. A més, s‟ha fet una traducció completa a l‟anglès, idioma bàsic en l‟àmbit de qualsevol enginyeria i particularment útil per a l‟ETSEIB, atesa la gran quantitat d‟alumnes estrangers que segueixen l‟assignatura. Finalment, es proposa al Laboratori de Màquines Tèrmiques que en el futur continuï actualitzant la pàgina web de les pràctiques i que, si ho creu convenient, la inclogui als cursos futurs.

La finalitat d’aquest treball és l’estudi detallat del funcionament del departament d’influència del producte a l’empresa automobilística SEAT. Un estudi que permeti avaluar d’una manera tant qualitativa com quantitativa la importància del departament a l’hora de planificar i dur a terme nous projectes, així com també el seu paper dins el funcionament global de l’empresa. L’estudi s’ha realitzat a nivell teòric, amb la descripció dels fonaments sobre els quals treballa el departament, i pràctic, aplicant la metodologia i bases descrites per a analitzar el paper del departament en la fabricació d’un nou model de cotxe (Comparativa entre Seat León 2005 i Seat León 2012). La confecció d’aquest document s’ha efectuat durant la realització d’un conveni UniversitatEmpresa amb l’empresa SEAT a la planta de producció ubicada a Martorell.

In the present work, design of a first approach of a test bench prototype for measuring friction in a piston-cylinder system is presented. The bench consists of a motor, belt and pulley transmission, crank mechanism, a piston, a cylinder and a lubrication system. Friction will be determined by means of strain gages placed on the connecting rod of the mechanism. The bench also includes a phonic wheel for acquiring angular speed and angular position signals of the crank. In future research, friction will be studied for different surface finishes obtained by means of honing and plateau honing. Honing processes provide a crosshatch pattern that holds oil and helps lubrication of piston and rings. Honing conditions will be selected with the goal of minimizing friction. Friction is directly related to energy consumption of an engine and, thus, to its environmental impact. Keywords: test bench, friction, piston-cylinder system, honing, roughness., Postprint (published version)

In this two-part paper, a topological analysis of powertrains for refuse-collecting vehicles (RCVs) based on simulation of different architectures (internal combustion engine, hybrid electric, and hybrid hydraulic) on real routes is proposed. In this second part, three different hybrid electric powertrain architectures are proposed and modeled. These architectures are based on the use of fuel cells, ultracapacitors, and batteries. A calculation engine, which is specifically designed to estimate energy consumption, respecting the original performance as the original internal combustion engine (ICE), is presented and used for simulations and component sizing. Finally, the overall performance of the different architectures (hybrid hydraulic, taken from the first paper part, and hybrid electric, estimated in this second part) and control strategies are summarized in a fuel and energy consumption table. Based on this table, an analysis of the different architecture performance results is carried out. From this analysis, a technological evolution of these vehicles in the medium- and long terms is proposed., Postprint (author's final draft)

In this two-part paper, a topological analysis of powertrains for refuse-collecting vehicles (RCVs) based on the simulation of different architectures (internal combustion engine, hybrid electric, and hybrid hydraulic) on real routes is proposed. In this first part, a characterization of a standard route is performed, analyzing the average power consumption and the most frequent working points of an internal combustion engine (ICE) in real routes. This information is used to define alternative powertrain architectures. A hybrid hydraulic powertrain architecture is proposed and modelled. The proposed powertrain model is executed using two different control algorithms, with and without predictive strategies, with data obtained from real routes. A calculation engine (an algorithm which runs the vehicle models on real routes), is presented and used for simulations. This calculation engine has been specifically designed to analyze if the different alternative powertrain delivers the same performance of the original ICE. Finally, the overall performance of the different architectures and control strategies are summarized into a fuel and energy consumption table, which will be used in the second part of this paper to compare with the different architectures based on hybrid electric powertrain. The overall performance of the different architectures indicates that the use of a hybrid hydraulic powertrain with simple control laws can reduce the fuel consumption up to a 14 %., Postprint (author's final draft)

Failures in reciprocating internal combustion engines operating with landfill gas are not uncommon. In general, damage is located in the combustion chamber surfaces and in the ring grooves, where a layer of non-volatile combustion products is deposited. These deposits attached to the surfaces reduce heat transfer and increase inner temperature, which produces a knocking phenomena damaging the crank bearings and fusing of the piston head material. Lubrication problems also appear due to the formation of a layer of soft paste silicone deposits in the rings grooves, which increases friction losses and accelerates wear on cylinder and rings. In this paper, some typical examples of damaged engines are presented. The deposits found were analysed using Scanning Electron Microscope and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM–-EDX). Additionally, the engine oil used was also analysed by Infra-Red Spectrometry (IR) and the results were compared with known organo-compounds. A method to detect incipient failure caused by organo-compounds contained in landfill gas is introduced. Silica appears in the layers covering the combustion chamber, as well as silicone compound in the top cylinder zone, piston and ring grooves. Damage is associated with siloxanes (organo-silicon compounds) contained in the landfill gas, which decompose in the combustion chamber, generating silicic acid and formaldehyde under the high temperature conditions throughout the combustion processes., Postprint (published version)

There is an increasing demand for vehicles with lower environmental impact and higher fuel efficiency. To meet these requirements, powertrain hybridization has been introduced in both academia and industry during recent years. In this work we have carried out an in-depth analysis of the potential reduction in fuel consumption of refuse-collecting vehicles (RCV), based on different hybridization technologies. This study has been structured in four work packages: RCV energy model development, predictive algorithms aimed at energy management for RCV drive cycles, analysis of hybrid hydraulic powertrains for RCV and analysis of hybrid electric powertrains for RCV. RCV energy model development: the process of simulation starts with the RCV energy model development, which is based on the improvement of the classic approach (breaking down the energy consumption into aerodynamics, rolling resistance, road profile and inertias), and adding the RCV ancillaries¿ (lifter, compactor and unloading devices) consumption. The adjustments and validation methodology applied to the models is based on the use of low-cost hardware and post-processing data by use of GPS and cartography. Working with this method it has been empirically demonstrated that high accuracy energy consumption estimations are possible through the use of these models. Predictive algorithms aimed at energy management for RCV drive cycles: based on the principle that RCV drive cycles are repetitive, the typical RCV drive cycle has been modeled and its main characteristics parameterized. The model is separated into different drive cycles which are related to different power consumption modes. Based on this analysis two algorithms are presented, which can identify in which drive mode the vehicle is operating; these algorithms are based on deterministic principles and on artificial intelligence respectively. Also, an algorithm which can estimate the energy needed to finish the current trip is presented; this algorithm i, Existe una creciente demanda de vehículos con menor impacto ambiental y mayor eficiencia energética. Para alcanzar esos objetivos, la hibridación del powertrain se ha introducido a nivel industrial y académico durante los últimos años. En el presente trabajo se ha realizado un análisis de la potencial reducción de consumo de carburante en vehículos recolectores de residuos (RCV), basado en diferentes tecnologías de hibridación. El trabajo se ha estructurado en cuatro paquetes de trabajo: modelos energéticos de RCV, algoritmos predictivos aplicados a la gestión energética de RCV, análisis de powertrains híbridos hidráulicos y análisis de powertrains híbridos eléctricos. Desarrollo de modelos de RCV: el proceso de simulación empieza con el desarrollo de los modelos, que están basados en la descomposición clásica (aerodinámica, rodadura, perfil de carretera e inercias) añadiendo los elementos auxiliares (prensa de residuos y elevador de contenedores). El ajuste y la validación de los modelos se basan en el uso de hardware de bajo coste y el post-procesado de datos mediante GPS y cartografía. Trabajando con este método se ha demostrado empíricamente que se pueden hacer estimaciones precisas del consumo energético, mediante el uso de los modelos desarrollados. Algoritmos predictivos para la gestión energética de RCV: basándose en el principio de que los ciclos de conducción de los camiones de basura son repetitivos, el ciclo de conducción de los RCV ha sido modelizado y sus principales características parametrizadas. El ciclo se ha separado en diferentes sub-ciclos que corresponden con diferentes modos de consumo de potencia. Basándose en este análisis se desarrollan dos algoritmos que pueden identificar el modo de consumo de potencia; estos algoritmos están basados en principios deterministas y en inteligencia artificial. Se presenta también un algoritmo que permite estimar en tiempo real el consumo de energía restante hasta llegar al final de la ruta. Una vez el ciclo, Postprint (published version)

La UPC (Universidad Politécnica de Cataluña), en particular la ETSEIB (Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona), participa en la tercera edición de la competición MotoStudent con su equipo ETSEIB racing, formado por nueve estudiantes de ingeniería industrial. Esta competición consiste en que 32 equipos internacionales formados por estudiantes de ingeniería diseñan y construyen un prototipo de motocicleta de carreras de categoría pre-moto3 (motor de 250 cc y 4t). Los estudiantes disponen de un período de tres semestres para fabricar los prototipos, que posteriormente son evaluados y verificados por un jurado técnico, y, en caso de ser aptos, compiten entre ellos en distintas pruebas en el circuito de Motorland Aragón en octubre de 2014 (aceleración, frenada, desmontaje del carenado, gymkhana y carrera). La Organización de MotoStudent permite gran flexibilidad a los equipos a la hora de diseñar los prototipos, imponiendo solo algunas restricciones sobre dimensiones y seguridad. Todos los equipos parten de un pack de uso obligatorio que contiene suspensiones, frenos, ruedas y motor. Para abordar el proyecto los 9 estudiantes de ingeniería del equipo ETSEIB racing se dividen en varios grupos de trabajo: gestión, bastidor, dinámica y tren de potencia. Como último paso, se unirá el trabajo de los distintos grupos para formar el conjunto de la motocicleta. Este proyecto contiene la información referente a la implementación del tren de potencia y sus componentes. Se parte de un motor precintado, ya que el reglamento de MotoStudent no permite la realización de modificaciones internas en el mismo. El proyecto contiene la información referente a la gestión del motor, sistema de escape, transmisión y ruedas. Así mismo, se incluyen los estudios de impacto medioambiental y económicos correspondientes.

Nowadays, the automotive sector requires great quality for each product that is produced, and especially regarding those pieces or parts which need to be reliable and long lasting, and that require high properties because of their use. High temperatures, high pressures or constant friction are effects that some pieces in the engine, for example, have to endure during its working life, which is of around fifteen to seventeen years. It is precisely in the automobile’s engine where pieces suffer the most aggressive effects, and therefore, where the fabrication has to be optimized to achieve its goals. Inside the engine, with its high temperatures, great movement and extenuating friction, the piston has to find a perfect measurement in roughness in order to avoid arriving to such aggressive conditions. This is done by maintaining the oil and the fuel separated but retaining the oil to a certain level to avoid excessive friction piston-cylinder. Therefore, the study of roughness regarding fabrication of these pieces is extremely important, and in addition to this, the realization of where it can be improved and where it cannot. This paper studies a way of differentiating the various frequencies of a surface profile. First, it analyses the primary surface properties to figure out what differentiates frequencies within a sample. Then, it studies which values assigned, regarding the properties, act in a filter to differentiate frequencies. Finally, it arrives to the conclusion of what is roughness and what is waviness and their specific properties.

In the present paper, roughness, force and vibration signals from ball-end milling processes are analysed. From the roughness signal actual feed value was obtained as expected. From the force and vibration signals both the frequencies of harmonics corresponding to rotation speed of the tool and impacts of teeth were detected., Postprint (published version)