Tesis doctorales

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Análisis y modelado de la fenomenología ondulatoria asociada al diseño de barreras acústicas basadas en conjuntos de dispersores aislados. Homologación de dispositivos
(Universitat Politècnica de València, 2015-03-31) Castiñeira Ibáñez, Sergio; Sánchez Pérez, Juan Vicente; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Geodésica, Cartográfica y Topográfica; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
Una de las soluciones para el control del ruido ambiental en la fase de transmisión viene dada por la utilización de barreras acústicas. En los últimos años, la posibilidad de manipular el sonido a través de estructuras periódicas motivó la idea de utilizar estos medios como una alternativa a las barreras acústicas clásicas. Estos sistemas presentan una propiedad interesante que permite su uso como barreras acústicas: la existencia de rangos de frecuencias en las que el sonido no se transmite a través de la estructura, debido a la difracción Bragg, es decir, a un proceso de dispersión múltiple relacionado con la periodicidad del sistema. Sin embargo, debido a las características de este fenómeno de interferencias, su uso exclusivo no es suficiente para garantizar la existencia de altas atenuaciones sonoras en amplios rangos de frecuencia. Dos han sido las líneas de investigación clásicas seguidas en la literatura para aumentar la capacidad de atenuación de estos sistemas: (i) introducir nuevos mecanismos de control de la transmisión acústica en los dispersores y (ii) introducir nuevos ordenamientos de dispersores para maximizar la difracción Bragg. En este trabajo se muestra la realización y caracterización acústica de dos prototipos de barrera acústica basados en sistemas de dispersores según las dos líneas de investigación expuestas, una en la que se han añadido los mecanismos de absorción y resonancia a los centros dispersores, y otra que además añade ordenamientos fractales. El objetivo de ambos prototipos es su uso como dispositivo real de reducción de ruido de tráfico. Ambas barreras han sido analizadas, patentadas y homologadas para su puesta en el mercado. Por otro lado se presenta un modelo teórico de diseño por superposición de pantallas basadas en sistemas periódicos que analiza por separado cada uno de los fenómenos involucrados en la propagación acústica a través de la barrera, siguiendo el principio de tuneado. Este principio considera que cada fenómeno acústico actúa de forma independiente sin afectar a los otros. El modelo de superposición propuesto, desarrollado mediante el método de elementos finitos, constituye un modelo integral ya que permite, de una manera muy sencilla, transformar un modelo en tres dimensiones en la suma de dos modelos bidimensionales, reduciendo de esta manera el coste computacional. Asimismo, permite elegir qué fenómenos acústicos se quieren considerar en el diseño de estas pantallas, añadiendo una importante carga tecnológica y de diseño al campo de las pantallas acústicas.
Aplicaciones de los sensores de los smartphones a la didáctica de la física experimental
(Universitat Politècnica de València, 2017-06-19) Giménez Valentín, Marcos Herminio; Castro Palacio, Juan Carlos; Monsoriu Serra, Juan Antonio; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
Traditionally, Physics laboratory practices have two objectives. On the one hand, students reinforce the concepts that they have acquired in theory lessons. On the other hand, they get used to the experimental techniques. However, students sometimes consider that the practices are routine and of little interest. Several resources, based on Information and Communication Technologies, have been used to deal with this problem. The smartphones of the students themselves incorporate various sensors. Free available applications are able to control the sensors, acquire data and transmit them. The smartphones become measuring tools. The main objective of this Thesis is to propose new experiments for Physics laboratories that take advantage of this way of using smartphones. A collection of works is presented as a set of publications. The acceleration sensor enables us to study: the free and damped oscillations of the smartphone; the normal modes of a coupled two dimensional vibrating system of smartphones; and the mechanical beat. The ambient light sensor is used to analyze the efficiency of several types of optical sources; the dependence of the illuminance on the distance to the source is also studied. Finally, the microphone enables us to characterize the acoustic beat phenomenon. The new experiments are focused on university and high school students. Our surveys show the higher rating given to this type of experiences with respect to their traditional alternatives.
Aproximación metodológica a la obtención de modelos de percepción de molestias a partir de parámetros psicoacústicos en vehículos ferroviarios. Aplicación a trenes de alta velocidad
(Universitat Politècnica de València, 2016-01-07) Mateo Martínez, Begoña; Porcar Seder, Rosa-Maria; Solaz Sanahuja, José Salvador; Uris Martínez, Antonio; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
[EN] Comfort on board is, nowadays, one of the main reasons for the choice of transport means. Therefore, offering greater comfort is an advantage against other modes of mobility and the competition brought about by liberalization of rail passenger transport. Noise is a key factor influencing passenger comfort. Therefore, in the late nineties, the first relevant acoustic comfort studies about high-speed vehicles began to appear. Although most studies focus mainly on the physical characterization, they have made some progress on trying to relate the interior noise and the passenger comfort. The main objective of this research is to conduct a methodological approach to obtaining a psychoacoustic model, in order to predict the level of discomfort of passengers in conditions of commercial circulation, and make a comparison between different high-speed rail vehicles in terms of sound quality. For this purpose, it was necessary to define an experimental methodology to obtain objective parameters of the background noise, as well as subjective measures of perception. In particular, for the calculation of objective measures, this study develops a procedure to measure sound inside high-speed vehicles traveling at commercial speed, that allows their psychoacoustical comparison. The field study has identified the psychoacoustic variables that best describe the background noise, and how they vary according to their location within the vehicle. To measure the perception, a methodology to assess the level of annoyance of representative sounds has been defined. This methodology has been validated as a result of the study, obtaining a high reliability in the measurement of discomfort levels. The experimental methodology was applied in a field study, where the sound within six high-speed vehicles traveling at commercial speed was recorded. That field study allowed to record forty-six sounds that were subsequently measured in their level of discomfort by passengers. In order to obtain a model to predict the level of annoyance, different psychoacoustic variables were analyzed: A weighted pressure level, loudness, sharpness and roughness of the sounds, along with the level of annoyance perceived by multiple linear regression. The model obtained has a predictive capacity of 90.8%. Moreover, the research includes a comparison of the level of discomfort and a psychoacoustic characterization of the vehicles that were part of the field study.
Contribución a la simulación virtual de parámetros de calidad acústica en espacios arquitectónicos. Aplicación del método de superficies de respuesta
(Universitat Politècnica de València, 2012-11-28T08:12:47Z) Llinares Millán, Jaime; Ramírez Blanco, Manuel Jesús; Bravo Plana-Sala, José María; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Dpto. de Construcciones Arquitectónicas; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Edificación; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica; Centro de Investigación de Tecnología de la Edificación
El análisis acústico de espacios arquitectónicos ha sido ampliamente estudiado en los últimos años. Este análisis se ha enfocado desde diferentes puntos de vista, siendo la simulación uno de ellos. En salas de grandes dimensiones y en particular en aquellas que poseen un determinado valor patrimonial, es muy interesante conocer, además de las condiciones acústicas de la situación actual, las que resulten de futuras intervenciones que puedan conllevar un cambio de uso de dicho espacio. Para ello, es necesario disponer de un modelo fiable que permita prever la variación de estas condiciones ya que cualquier intervención tendente a mejorar su acústica es siempre costosa, tanto en presupuesto como en la posible alteración de la arquitectura interior. Por todo ello, la posibilidad de simular el efecto que pueda tener cualquier cambio en cuanto a las características geométricas de la sala o de los materiales que la componen cobra una especial relevancia. En general, los programas de simulación acústica (Odeon, Caat, etc.) trabajan sobre un modelo tridimensional de la sala y aplican unos valores de los coeficientes de absorción de los materiales de revestimiento, que se toman de la bibliografía o directamente de ensayos, cuando el caso lo permite. Como resultado de esta simulación, se obtienen los valores de los parámetros de calidad, tanto temporales como energéticos, siendo el más importante el tiempo de reverberación en función de la frecuencia (para cada octava o tercio de octava). Por otra parte, se realiza una medición "in situ" de estos parámetros cuyos valores suelen presentar diferencias respecto a los simulados. En estas condiciones se ajustan los resultados procedentes de la simulación a los medidos, hasta conseguir un determinado grado de coincidencia entre ellos. En la actualidad, este ajuste se realiza mediante un método iterativo, generalmente basado en la experiencia del operador, que introduce variaciones razonables de los valores de los coeficiente
Contribución al estudio del comportamiento de silicio poroso nano-estructurado en fluidos corporales simulados para el desarrollo de nuevos materiales biocompatibles y biodegradables
(Universitat Politècnica de València, 2008-05-07T07:44:29Z) Pastor Galiano, Ester Lorena; Curiel Esparza, Jorge; Matveyeva ., Eugenia; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
En los últimos años el interés hacia el silicio poroso nanoestructurado para el desarrollo de nuevas aplicaciones biomédicas, como pueden ser: biosensores, liberación controlada de fármacos, etc., ha crecido exponencialmente. Los materiales ideales para este tipo de aplicaciones deben ser biocompatibles, biodegradables y biorreabsorbibles dependiendo de su función. el silicio mesoporoso es biodegradable, pero su biocompatibilidad depende de sus propiedades superficiales y de su estructura. Nuestro objeto de estudio ha sido el aumento de la biocompatibilidad del silicio poroso. En particular se ha investigado la interacción "in Vitro" de este material con fluido corporal simulado (FCS), que contiene una composición iónica casi idéntica a la del plasma sanguíneo, con el objetivo de conocer su comportamiento. Posteriormente, se han realizado dos tipos de tratamientos sobre el mismo: de oxidación (Si-O) y de derivatización con acetileno (Si-C), analizando su influencia en el comportamiento del material en FCS. Ambos procesos, ya conocidos en diversas aplicaciones del silicio poroso, han dado lugar a una estabilización en este medio. Además se ha demostrrado que la oxidación electroquímica en ácido fosfórico concentrado del silicio poroso con o sin derivatización, incrementa su bioactividad, asegurando la biocompatibilidad. Los resultados han permitido llegar a obtener capas de hasta 5 um de hidroxiapatito (componente mineral del hueso) sobre la superficie de las muestras, tras un mes de inmersión de las mismas en FCS, lo que es de gran interés en futuras aplicaciones biomédicas que tengan como base este material.
Design of Acoustic Lenses for Ultrasound Focusing Applications
(Universitat Politècnica de València, 2022-01-17) Pérez López, Sergio; Candelas Valiente, Pilar; Fuster Escuder, José Miguel; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Dpto. de Comunicaciones; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica; Generalitat Valenciana; Ministerio de Economía y Competitividad; Agencia Estatal de Investigación
[ES] La focalización de ultrasonidos tiene muchas aplicaciones en una gran variedad de áreas tanto científicas como industriales. Los ultrasonidos focalizados son una de las herramientas principales usada por médicos en todo el mundo para obtener imágenes biomédicas de diferentes tipos de tejidos y órganos de manera no invasiva. En las últimas décadas, el uso de ultrasonidos focalizados de alta intensidad (HIFU, por sus siglas en inglés) ha surgido como una de las técnicas principales para el tratamiento de cáncer mediante la ablación térmica de tumores de manera no invasiva. Además, los ultrasonidos focalizados están emergiendo en los últimos años como uno de los métodos más prometedores para el tratamiento de las enfermedades cerebrales, con la aparición de nuevas técnicas disruptivas como la apertura reversible de la barrera hematoencefálica o la neuromodulación. En entornos industriales, los ultrasonidos son ampliamente utilizados como uno de los métodos principales para la evaluación no destructiva de materiales y estructuras, debido a que las ondas acústicas pueden penetrar en los objetos a distancias donde la luz no puede debido a la elevada absorción y dispersión. En este sentido, diseñar estructuras capaces de focalizar ultrasonidos es de una gran relevancia tanto para la comunidad científica como para los sectores médicos e industriales. Esta tesis presenta nuevos diseños de lentes acústicas capaces de controlar los parámetros principales del haz de ultrasonidos focalizados, proporcionando diferentes tipos de perfiles de focalización adecuados para una gran variedad de aplicaciones y escenarios. En particular, se han diseñado y adaptado al campo de los ultrasonidos las lentes de Fresnel (Fresnel Zone Plates, FZPs), ampliamente utilizadas en el campo de la óptica. Se ha presentado una nueva técnica de modulación espacio-temporal capaz de controlar la posición del foco de ultrasonidos tanto en espacio como en tiempo, aumentando así la versatilidad de este tipo de dispositivos. También se ha demostrado el funcionamiento en el campo de la acústica de nuevos diseños basados en aplicar secuencias binarias a una lente de Fresnel convencional, como las secuencias fractales de Cantor o las secuencias de M-bonacci generalizadas, capaces de modificar las propiedades de focalización de las lentes, incluyendo el número, posición y forma de los focos acústicos. Además, se introduce un nuevo diseño de lentes esféricas rellenas de líquido capaces de generar jets ultrasónicos, con mucho potencial en aplicaciones de imagen de alta resolución en campo cercano. Se ha demostrado que, cambiando el líquido interno de la lente o ajustando el ratio de mezcla entre dos líquidos, se pueden controlar los parámetros principales del jet. Los diseños propuestos en la tesis han sido validados tanto empleando simulaciones numéricas como realizando medidas experimentales, allanando el camino para el uso de este tipo de estructuras en aplicaciones de focalización de ultrasonidos.
Design, modelling, characterization and implementation of acoustic lenses for modulation of ultrasound beams.
(Universitat Politècnica de València, 2021-01-21) Tarrazó Serrano, Daniel; Rubio Michavila, Constanza; Uris Martínez, Antonio; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Informática; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural; Ministerio de Economía y Competitividad; Agencia Estatal de Investigación
[ES] La capacidad de controlar y modificar los haces de energía ha sido motivo de investigación por parte de la comunidad científica desde largo tiempo atrás. En el campo de la acústica, este control energético de las ondas mecánicas tiene numerosas aplicaciones. Desde las aplicaciones industriales, alimentarias, farmacéuticas, etcétera hasta la biomedicina. Esta tesis se basa en la aplicación del control y modulación focal de los ultrasonidos para el uso en este último campo. Se puede modular y controlar los focos de ultrasonidos de diferentes formas. En este caso, se han desarrollado lentes planas que utilizan el principio de la difracción para lograr focalizar los haces. Las ventajas del uso de lentes planas de focalización permiten ser implementadas de forma sencilla en procesos de mecanización e incluso mediante impresión 3D. Se propone utilizar transductores planos que al emitir sobre una lente acústica, se produzca una conformación focal de características controladas. La lente conocida como lente de Fresnel (FZP) ha sido escogida como base de diseño en la implementación de las diferentes soluciones que logran cumplir con los objetivos marcados. Mediante la aplicación de modificaciones en una FZP se puede lograr pasar de una lente con capacidades extraordinarias de focalización a una lente capaz de controlar la resolución lateral y la profundidad de foco e incluso mejorar la ganancia. El objetivo final de aplicación es el uso en transductores de ultrasonidos de alta intensidad conocidos como HIFU. Mejorar la capacidad de resolución hace que se puedan desarrollar mejores terapias oncológicas que supongan un índice mayor de éxito en la lucha contra el cáncer. En la presente tesis se ha propuesto, además, una novedosa lente FZP basada en el cambio de fase que puede resultar un antes y un después en aplicaciones biomédicas. Se ha conseguido no solo mejorar la eficiencia de una FZP, sino que se ha conseguido implementar en materiales compatibles con resonancia magnética. Se han desarrollado modelos numéricos basados en el método de los elementos finitos que emulan la física involucrada. Las medidas han sido realizadas en condiciones controladas por un sistema robotizado de alta precisión. Todos los resultados obtenidos y publicados han sido desarrollados de forma numérica y experimental, validándose el método de trabajo y dando consistencia a las soluciones propuestas.
Didáctica de la Física Experimental con Smartphones
(Universitat Politècnica de València, 2019-09-02) Salinas Marín, Isabel; Monsoriu Serra, Juan Antonio; Sans Tresserras, Juan Ángel; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño; Instituto de Diseño para la Fabricación y Producción Automatizada; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
[ES] El objetivo fundamental de esta Tesis es explorar nuevas vías de aplicación de los sensores de los smartphones a la didáctica de la Física. Al mismo tiempo que se introduce un elemento innovador, como es el uso de un dispositivo móvil como herramienta de medida, se ha optado por ensayos sencillos que se puedan adaptar tanto a las enseñanzas a nivel de educación secundaria como universitaria. En este documento se recopila, en formato de compendio de publicaciones, una serie de experiencias que aportan una perspectiva diferente al trabajo realizado en un laboratorio. Se utiliza el sensor de aceleración para el estudio del movimiento rectilíneo vibratorio forzado con amortiguamiento débil, en un carril cinemático, y del movimiento oscilatorio armónico, en un aparato de torsión; el sensor de presión para el análisis de las oscilaciones amortiguadas en un medio viscoso; el giroscopio para estudiar la dinámica de un yoyó; y, finalmente, el sensor de luz ambiente para el análisis de la dependencia de la iluminancia con la distancia.
Diseño y aplicaciones de nuevas estructuras difractivas aperiódicas
(Universitat Politècnica de València, 2017-04-06) Ferrando Martín, Vicente; Furlan, Walter Daniel; Monsoriu Serra, Juan Antonio; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica y del Medio Natural; Escuela de Doctorado
The diffractive optical elements have enhanced his importance in the last decades due to the improvement of the technology which allows its construction and the greater computing power that helps predicting the behaviour of the diffractive structures in function of the design parameters without en extra cost. The periodic symmetry become a key factor in order to understand the performance of these elements, and it allows to study the properties and the applicability of the different diffractive elements. However, this periodicity also introduces certain limitation in the design of the elements and their properties, such as high chromatic aberration when they are used as image forming elements. To overcome this limitations it was proposed the use of deterministic aperiodic sequences in the design of the diffractive optical elements. In this Thesis work I study different aperiodic sequences and their effect in the design of new diffractive structures. In particular, we use the Cantor fractal set, the Fibonacci sequence and the Thue--Morse series in the design of devices with different purposes. Along the development of the Thesis there have been generated new diffractive elements which overcome some limitations, opening new field for the application of pre-existing technologies. Between them, they can be highlighted the optical alignment systems, the generation of optical vortex, the reduction of the chromatic aberration and the enhancement of the focal depth in image forming elements.
Diseño y Caracterización experimental de nuevas lentes difractivas basadas en geometrias aperiódicas
(Universitat Politècnica de València, 2013-10-15T07:18:51Z) Calatayud Calatayud, Arnau; Furlan, Walter Daniel; Monsoriu Serra, Juan Antonio; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
En el campo de la fotónica, los elementos ópticos difractivos han encontrado un gran número de nuevas aplicaciones en muchas áreas diferentes, que cubren todo el espectro electromagnético desde la microscopía de rayos X, hasta la formación de imágenes con THz. Lentes difractivas convencionales, como las placas zonales de Fresnel, son esenciales en muchos de estos sistemas de focalización y formación de imágenes, pero tienen limitaciones inherentes principalmente bajo iluminación policromática. Para superar algunas de estas limitaciones, se ha propuesto un nuevo tipo de lentes difractivas multifocales basadas en estructuras aperiódicas, las placas zonales fractales. En esta tesis se presentan las propiedades de focalización de nuevas lentes difractivas diseñadas a partir de otras secuencias aperiódicas que mejoran el rendimiento de las placas zonales fractales ya conocidas. Las propiedades de focalización se han analizado teórica y experimentalmente. Para este último fin, se ha desarrollado expresamente un dispositivo experimental basado en un modulador espacial de luz de cristal líquido (SLM). Además, se discuten nuevas aplicaciones para estas lentes difractivas aperiódicas en el campo de la oftalmología como las lentes intraoculares y en el campo de la manipulación de objetos a escala nanométrica como las pinzas ópticas
Diseño y caracterización experimental de sistemas de atrapamiento y manipulación de micro-objetos mediante técnicas ópticas, térmicas y acústicas
(Universitat Politècnica de València, 2024-04-11) Muñoz Pérez, Francisco Misael; Arias González de la Aleja, José Ricardo; Monsoriu Serra, Juan Antonio; Ortega Mendoza, José Gabriel; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación; Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica; Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías, México; Agencia Estatal de Investigación; Generalitat Valenciana
[ES] La necesidad de confinar y manipular micro-objetos tiene aplicaciones en múltiples áreas de la ciencia y tecnología. Actualmente, existen diversas técnicas para lograr este objetivo, y una de las más destacadas es el uso de las llamadas pinzas ópticas, que se han convertido en una herramienta ampliamente utilizada en laboratorios de todo el mundo. Este trabajo de investigación se centra en el fascinante campo del atrapamiento y manipulación de micro-objetos, con un enfoque destacado en la combinación de elementos ópticos difractivos y la técnica de pinzas ópticas. Esta combinación permite un aumento de la versatilidad de los sistemas experimentales de pinzas ópticas. Los avances presentados en esta tesis tienen aplicaciones en una amplia gama de campos, desde la nanotecnología hasta la biología celular. Como lentes difractivas implementadas en los sistemas de pinzas ópticas, se introducen las lentes difractivas Kinoform basadas en la secuencia aperiódica m-Bonacci. Estas lentes permiten atrapar múltiples partículas simultáneamente y manipularlas tridimensionalmente en dos planos focales diferentes, lo que amplía significativamente las posibilidades de investigación y desarrollo en diversas disciplinas. Además, se aborda la generación de múltiples trampas ópticas mediante lentes Kinoform cuadrifocales basadas en otra secuencia aperiódica conocida como Silver Mean, permitiendo atrapar partículas en cuatro planos focales de manera simultánea. Este avance mejora significativamente la versatilidad de los sistemas de pinzas ópticas. Adicionalmente el uso de vórtices multiplexados en un sistema de pinzas ópticas, permite atrapar de manera independiente múltiples partículas y transferir momento angular. Estos avances abren nuevas posibilidades en la construcción de micromotores y aplicaciones de micro-ensamblaje. Un efecto asociado a las trampas ópticas es la generación de microburbujas, en la actualidad estas se han convertido en objeto de estudio debido a la facilidad de generación y a sus posibles aplicaciones como agentes de transporte de partículas o micro-objetos. Aprovechando este efecto en esta tesis se implementa una técnica de atrapamiento que emplea fuerzas termoforéticas en la captura y manipulación de microburbujas en líquidos. Esto constituye otro avance importante en el campo del atrapamiento tridimensional. Por último, se desarrolla un laboratorio virtual utilizando COMSOL Multiphysics para simular el atrapamiento acústico, lo que permite a los estudiantes interactuar con el sistema y comprender mejor este fenómeno. Este enfoque educativo proporciona herramientas valiosas para la comprensión y análisis de la manipulación de partículas, lo que beneficia a los estudiantes de pre-grado y grado interesados en este campo. En conjunto, todos estos avances representan contribuciones significativas en el campo del atrapamiento y manipulación de partículas, en particular a través de las pinzas ópticas, promoviendo el progreso tecnológico y científico en diversas disciplinas y brindando oportunidades educativas para futuras generaciones de investigadores y científicos. A lo largo del desarrollo de esta tesis, se han creado nuevos elementos difractivos que superan ciertas limitaciones y aumentan las capacidades de las pinzas ópticas, abriendo nuevas perspectivas de aplicación para tecnologías preexistentes.
Diseño, caracterización y aplicaciones clínicas de lentes de contacto multifocales aperiódicas
(Universitat Politècnica de València, 2017-01-03) Rodríguez Vallejo, Manuel; Furlan, Walter Daniel; Monsoriu Serra, Juan Antonio; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
Myopia is the most prevalent refractive error from the age of 20 and impairs clear vision at far distance. Presbyopia, on the other hand, is an anomaly of the visual function that appears from the age of 45, impairs clear vision at near distance, and affects all people for being a natural age associated defect. Multifocal contact lenses represent a solution by which presbyopic patients can see simultaneously at multiple distances. Furthermore, they can be used, according to the last theories about optical signals that modulate the ocular growth, to slow down myopia progression in growing children. This Thesis proposes two new aperiodic contact lens designs for slowing down myopia progression or for presbyopia compensation. The first design has the main advantage of inducing greater relative peripheral refractive error with less impairment of central vision in comparison with the first lens commercialized in order to slow down myopia progression. This design has been manufactured, characterized, and the real efficiency has been measured in a sample of myopic subjects, offering a good agreement with its theoretical basis. The second design, for compensating presbyopia, has been also manufactured, characterized and tested in a sample of presbyopic subjects for measuring the visual performance achieved with the prototypes. Moreover, to accomplish this task, it was required to have a wide amount of different tests for testing vision at multiple distances. Therefore, another aim of this Thesis was to analyze the capabilities of the iPad for the reproduction of apps for measuring visual performance. New apps for measuring visual acuity, contrast sensitivity and stereopsis have been designed and validated for this purpose. With these new apps available, the visual performance was measured in the presbyopic subjects wearing the aperiodic contact lenses. Visual performance at near distance was significantly improved and the main advantage of the lens was the low pupil-dependence and good decentration tolerance despite of being a multizonal design.
Diseño, fabricación y control de calidad de lentes intraoculares multifocales
(Editorial Universitat Politècnica de València, 2012-11-05T07:06:05Z) Remón Martín, Laura; Monsoriu Serra, Juan Antonio; Furlan, Walter Daniel; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
El mercado de lentes intraoculares (LIOs) está creciendo de manera espectacular en los últimos años debido al auge de cirugía de cataratas. La mayoría de las lentes implantadas en la actualidad son monofocales diseñadas simplemente para compensar la visión de lejos del paciente. Sin embargo, existen otros tipos de lentes denominadas multifocales (LIOMs) que proporcionan buena visión tanto de lejos como de cerca y suponen una alternativa prometedora en pacientes de más de 50 años para la compensación de la presbicia. En el mercado existen gran disparidad de diseños multifocales, cada uno con sus ventajas e inconvenientes, lo que evidencia que la LIOM que ofrece las mejores prestaciones todavía no ha sido diseñada. En esta Tesis se presentan resultados de diseño, fabricación y evaluación de la calidad óptica de un nuevo tipo de LIOMs, con geometría fractal, que presenta una mayor profundidad de foco y una menor aberración cromática con respecto a las que actualmente se encuentran en el mercado. Para la evaluación de la calidad óptica de las LIOMs propuestas se han desarrollado expresamente dos dispositivos experimentales basados en las especificaciones de la Norma UNE ISO 11979-2. Las medidas de calidad óptica obtenidas con los nuevos diseños de LIOMs fractales han sido comparadas con la obtenidas para algunos modelos de LIOMs comerciales, demostrando que las lentes propuestas presentan una calidad óptica comparable con las mismas. Además, se presentan medidas subjetivas de calidad óptica obtenidas en ojos reales, las cuales podrían ser de utilidad cuando se comience con los ensayos clínicos en sujetos operados de cirugía de cataratas.
Diseño, realización y evaluación de implantes intracorneales difractivos multifocales
(Universitat Politècnica de València, 2020-10-29) Montagud Martínez, Diego; Furlan, Walter Daniel; Monsoriu Serra, Juan Antonio; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica; Ministerio de Economía y Competitividad; Generalitat Valenciana; Universitat Politècnica de València
[ES] La presbicia es el error refractivo con mayor incidencia en la población debido al envejecimiento de la misma. Existen múltiples medidas para corregirla, desde lentes oftálmicas, lentes de contacto, lentes intraoculares etc¿ Actualmente, los implantes intracorneales (corneal inlays) se encuentran entre las soluciones más novedosas. Estos dispositivos se sitúan en el estroma corneal mediante una cirugía mínimamente invasiva. Existen tres implantes intracorneales comerciales cuyos mecanismos difieren entre sí. El más estudiado es el KAMRA inlay® y utiliza el efecto estenopeico para aumentar la profundad de foco. Por otra parte, Flexivue Microlens® se basa en una estructura multifocal donde el centro focaliza en lejos mientras que la periferia focaliza en cerca. Por último, Raindrop Near Vision® modifica la estructura de la córnea para aumentar el radio de curvatura de la parte central de ésta y permitir enfocar a distancias próximas. Todos ellos deben permitir el paso de nutrientes y oxígeno a través de la córnea, ya sea mediante aperturas o siendo permeables. Existe un cuarto tipo de implante intracorneal no comercial desarrollado por el Diffractive Optics Group (DiOG), el cual distribuye los micro-agujeros, que permiten el paso de nutrientes y oxígeno, en las zonas transparentes de una placa zonal de Fresnel. Además, contiene un agujero central, que actúa como estenopeico. Este dispositivo tiene como nombre Diffractive Corneal Inlay (DCI). Esta Tesis pretende modificar y optimizar los parámetros de diseño del DCI y comparar sus propiedades ópticas con otros implantes intracorneales comerciales.
ESTUDIO DE DURABILIDAD DE CAÑAS DE OBOE A PARTIR DE PARÁMETROS DE CALIDAD SONORA
(Universitat Politècnica de València, 2016-01-07) Romero Nieto, Juan Pedro; Alba Fernández, Jesús; Rey Tormos, Romina María del; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Politécnica Superior de Alcoy; Escuela Politécnica Superior de Gandia; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
[EN] This Doctoral Thesis is a study of the durability of the oboe's double bladed mouthpiece (commonly known as "reed") and has tried to address the topic from various perspectives. An objective point of view was taken in an acoustic analysis of the reeds through thousands of measurements while a more subjective angle was taken through an evaluation of the opinions of professional musicians, people with musical knowledge and the general public. This Doctoral Thesis has been elaborated in several phases. In the first phase, nine reeds of three different models (Alfa, Alliaud and unnamed cane harvested by myself) were made. In this phase, reed behavior was measured as a function of the hours each had been played whilst parameters which might influence the quality of the reed were investigated: acoustics in which it was played, notated opinions by professional colleagues, chemical parameters such as pH. In a second phase, fifteen reeds were made using cane from five different sources (three reeds from each source), including four specialized companies: Alfa, Alliaud, Le Roseau Chantant and Kge Reed's own collection, Villajoyosa (Alicante). At this stage, more concrete results were sought. Three intermittent recording sessions were performed over time: the first on December 23, 2013 after the reeds were freshly made and barely used, the second on April 16, 2014 when the reeds were half-worn out, and the third on July 9, 2014, when it was time to discard the reeds due to the end of their functioning lifespan. The recordings were made in the anechoic chamber of the Polytechnic University of Gandia, in the Aula Magna of the University and also in a reverberant hall using various systems of recording equipment: the Symphonie, a 2250 Sound Level Meter and HATS. We asked for the collaboration of another oboist to investigate results of changing the musician without changing the instrument or reed. These files have been analyzed objectively by looking for harmonic patterns of behaviour. It has been found that those reeds that are considered ideal produce harmonic patterns which are quite similar (up to the 4th or 5th harmonic) while reeds in a state of disrepair display marked differences in these harmonics. It has been determined that the deterioration of the upper order of these harmonics is a function of the number of hours of the reed's use. It was also found that upon leaving the anechoic chamber, harmonic patterns were distorted by the acoustic effects of the hall or room. Another important fact is that the harmonic patterns of the good reeds made in the first phase (2005) largely coincide with those of the reeds made in the second phase (2013). This lends stability and consistency to the harmonic analysis. With regard to the subjective part, through a specialized internet surveys page, a hearing-survey was designed consisting of fourteen different sound fragments to be listened to and evaluated. We achieved wide participation with 447 people completing the survey correctly, of which over 200 have a degree in music. The results of the surveys have been analyzed in detail. After a filtering based on various sectors of the population, different conclusions were obtained. The most noteworthy are that the opinions of the performer and the listener do not always coincide; the interpretative sensation sometimes differs from that of the listener, with respect to the functionality and sonorous quality of the reed. The influence of the room enhances the perception of the listener, and can even partly mask the flaws of a mediocre reed. An interpreter who makes his own reeds can play on one that is sub-par but still attain a feeling that the reed is good. However, different interpreters cannot exchange reeds and still play comfortably as was determined in the subjective part.
Estudio del comportamiento acústico de estructuras multicapa mediante nah
(Universitat Politècnica de València, 2008-05-06T11:32:44Z) Escuder Silla, Eva María; Ramis Soriano, Jaime; Alba Fernández, Jesús; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Politécnica Superior de Gandia; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
El objeto de esta tesis se centra el estudio del comportamiento acústico de estructuras multicapa, utilizando como herramienta, entre otras, la denominada "Holografía acústica de campo cercano" (NAH, Nearfield Acoustical Holography). Las conclusiones obtenidas y las herramientas desarrolladas en este estudio tienen implicaciones en dos ámbitos, el aislamiento acústico con particiones ligeras multicapa, y la optimización de la radiación de sistemas electroacústicos basados en la vibración de un panel provocada por un elemento excitador de tipo dinámico (caso de los altavoces planos). El proceso para conseguir predicciones acertadas del comportamiento de estructuras multicapa, tanto desde el punto de vista de la aplicación acústica de la edificación, como el electroacústico (mejora de prestaciones de altavoces), debe partir, necesariamente de un conocimiento preciso de las características acústicas de los componentes, es decir, cada una de las capas. Este estudio constituye la primera fase de la investigación y del trabajo. La validación de las teorías sobre el aislamiento acústico lleva contigo el ensayo de diferentes materiales y configuraciones. El objeto es aumentar al máximo el índice de aislamiento de una cierta configuración, intentado disminuir en lo posible los costes. El estudio del comportamiento acústico de distintas configuraciones suele realizarse en cámara de transmisión. Los resultados de las medidas en estas condiciones no tienen por qué coincidir con los obtenidos con medidas "in situ", ya que las condiciones de montaje son hasta cierto punto incontrolables. Existen diversos trabajos donde se desarrollan los diferentes modelos, teorías y técnicas de medición con este fin, desde modelos y teorías para caracterizar materiales absorbentes hasta métodos de caracterización de materiales absorbentes medidos en el tubo de Kundt. También existen medidas de una determinado variable acústica, permiten obtener los parámetros de entrada necesarios para los progr
Estudio experimental de la retención de volátiles por hielo de CO2: relevancia astrofísica
(Universitat Politècnica de València, 2009-11-25T09:47:43Z) Cantó Doménech, José Rafael; Millán Verdú, Carlos; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Politécnica Superior de Alcoy; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
En esta tesis se estudia el hielo de CO2, a fin de evaluar su capacidad para retener sustancias volátiles por encima de la temperatura efectiva de sublimación de éstas. Para ello se han realizado distintos experimentos en el Laboratorio de Astrofísica Experimental (LAE), en el que el grupo de investigación Caracterizaciones de Interés Astrofísico (CIA) trabaja en el campus de Alcoi de la Universitat Politècnica de València. Los componentes básicos de la configuración experimental empleada son: un sistema de alto vacío y de baja temperatura, una microbalanza de cuarzo (QCMB), dos láseres y un espectrómetro de masas tipo cuadrupolo (QMS). El elemento principal es una cámara de alto vacío (P < 10-7 mbar), cuyas condiciones de presión se obtienen mediante una bomba turbomolecular ayudada por una bomba rotativa (~10-3 mbar). La primera fase de un criostato de ciclo cerrado de He (40 K) conectado térmicamente a un escudo protector actúa como una criobomba consiguiendo una presión en la cámara por debajo de los 10-7 mbar medida con un sensor ITR IoniVac Transmitter (con el 5% de precisión). La segunda etapa del criostato es el llamado dedo frío y es capaz de alcanzar una temperatura de 10 K. Por debajo de éste, se encuentra el portamuestras sobre el que se situa la QCMB (formada por una superficie plana y ópticamente gruesa de oro), puesta en contacto térmico con el dedo frío. Para garantizar un buen contacto térmico se utiliza indio. La temperatura en la muestra (QCMB) se controla mediante el Intelligent Temperature Controller ITC 503S (Oxford Instruments), utilizando un diodo de SiO2 (Scientific Instruments) ubicado justo detrás de la muestra para la medida de la temperatura, que nos permite variarla entre 10 y 300 K con una precisión del 1 %. Otro sensor similar se encuentra en la parte final de la segunda etapa del criostato con el fin de comprobar el comportamiento del sistema. Los gases puros o las mezclas a estudio se preparan en una precámara en una proporción estimada por sus presiones parciales medidas mediante un sensor cerámico Ceravac CTR 90 (Leybold Vacuum) cuya precisión es de 0,2 %, y que no está influenciado por el tipo de gas. Los gases entran a la cámara a través de una válvula de aguja (Leybold D50968), que regula el flujo de gas mientras que el QMS (AccuQuad RGA 100, con una resolución ~0,5 uma) nos permite verificar la proporción de gases dentro de la cámara de vacío. Los experimentos realizados han consistido, fundamentalmente, en depósitos de distintas moléculas en condiciones de alto vacío (<10-7 mbar) para evitar contaminación y de baja temperatura (T >10 K) para simular condiciones astrofísicas. Así, para estudiar la capacidad del CO2 para retener volátiles en su estructura, hemos realizado una serie de experimentos de desorción térmica para el CO2, CH4 y N2 puros y para mezclas binarias CO2:N2 y CO2:CH4, depositadas en una proporción de 95:5.
Estudio tipológico de espacios docentes en la Universitat Politècnica de València. Análisis experimental de los parámetros de calidad acústica
(Universitat Politècnica de València, 2016-12-19) Sanchis Mullor, Francisco José; Guillén Guillamón, Ignacio Enrique; Gómez Lozano, Vicente; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Arquitectura; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
The main goal of the present research is the understanding of the acoustic behavior of the classrooms within the School of Architecture and the School of Building Engineering. This work will allow to establish rational criteria for future developments and to rank the rooms according to their acoustic behavior. The characterization of these classrooms was conducted from two different points of views based on the complexity and interdependence of several classrooms. On one hand by means of acoustic measurements of the classrooms, on the other hand with the help of Odeon, acoustic simulation software. This double acoustic characterization focuses in obtaining a high correlation between both series of results, and therefore the validation of simulated models obtained for future refurbishments. According to the obtained results getting accurate results in acoustic simulation models will require the use of adjustment processes in simulation models. Furthermore, the presence of students inside the classrooms and the unequal impact over its acoustic features is an aspect that was also taken into account throughout the study. Finally, after studying the relationship between the acoustic behavior of unoccupied classrooms and the same measurements obtained under conditions of occupation acquired through the use of simulations, a set of experimental functions was proposed. They allow the assessment of the acoustic features of an occupied classroom using the acoustic measures in unoccupied conditions. With this study, the transfer of technology is taken further trough the forecast during the early phases of one project of the acoustic behavior of one classroom.
Estudio y caracterización experimental de nuevas estructuras difractivas
(Universitat Politècnica de València, 2019-07-27) Machado Olivares, Federico José; Furlan, Walter Daniel; Monsoriu Serra, Juan Antonio; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica
Los Elementos Ópticos Difractivos han experimentado un creciente interés en los últimos años debido a sus múltiples aplicaciones en los campos de la microscopía y de las telecomunicaciones, entre otros. Actualmente, también se están desarrollando importantes progresos en el diseño de lentes intraoculares y lentes de contacto basadas en estructuras difractivas. Durante el proceso de realización de esta Tesis Doctoral se ha estudiado en primer lugar el estado del arte relacionado con estos elementos ópticos, prestando especial interés en el diseño y caracterización de lentes difractivas. En su forma más sencilla, estas lentes están formadas por un conjunto de anillos transparentes y opacos distribuidos periódicamente a lo largo de la variable radial cuadrática. Reemplazando esta distribución periódica de anillos por una secuencia aperiódica determinista, se ha conseguido mejorar las prestaciones de las lentes difractivas. Así, por ejemplo, con la secuencia fractal de Cantor se puede obtener una extensión de la profundidad de foco y una reducción de la aberración cromática. Por otro lado, con la secuencia de Fibonacci, se pueden diseñar lentes difractivas bifocales. Combinando estas lentes basadas en geometrías aperiódicas con máscaras de fase helicoidales se han generado nuevas distribuciones de vórtices ópticos susceptibles de ser utilizados como trampas ópticas para atrapar y manipular partículas micrométricas. Tomando todas estas estructuras difractivas como punto de partida en el desarrollo de esta Tesis Doctoral, se ha avanzado en el estudio y caracterización experimental de lentes difractivas basadas en secuencias aperiódicas diferentes a las consideradas previamente. En concreto, se han obtenido nuevas propiedades de focalización y formación de imágenes utilizando las funciones de Walsh y la secuencia m¿bonacci. También se ha abordado el estudio y caracterización experimental de lentes difractivas en el rango de los THz. Se han desarrollado diferentes prototipos mediante impresión 3D que están permitiendo tanto la focalización, como la generación de vórtices de THz.
Estudio, modelado y caracterización acústica de nuevas soluciones en base a tejidos textiles.
(Universitat Politècnica de València, 2021-05-17) Atiénzar Navarro, Roberto; Picó Vila, Rubén; Rey Tormos, Romina María del; Dpto. de Física Aplicada; Escuela Politécnica Superior de Alcoy; Escuela Politécnica Superior de Gandia; Centro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y Astrofísica; Instituto de Investigación para la Gestión Integrada de Zonas Costeras
[ES] En este trabajo de Tesis se han llevado a cabo cuatro líneas de investigación a fin de analizar el comportamiento acústico de nuevas soluciones basadas en tejidos textiles procedentes de la industria textil, a partir de modificaciones o combinaciones estructurales de los mismos. En esta Tesis se ha estudiado la estructura de la fibra textil a partir del análisis de los parámetros macroestructurales de la fibra, como la finura, la longitud, y la sección transversal. Además, se ha investigado el grado de influencia de estos parámetros sobre la absorción acústica. Se pudo evidenciar que la finura de la fibra tiene una influencia significativa en la absorción acústica en comparación con la longitud de fibra. Además, las fibras huecas tienen un mejor comportamiento acústico, comparado con las fibras sólidas. Una vez analizada la estructura y la composición de la fibra, se adhirieron microcápsulas en la superficie de los tejidos textiles a fin de aumentar la absorción acústica de éstos. Para ello, se han considerado distintas posibilidades de diseño según el tipo de tejido base usado, la homogeneidad de los tejidos de base dopada y la concentración de microcápsulas. Además, se ha utilizado un modelo de membrana con la finalidad de predecir el comportamiento acústico de tejidos textiles dopados con microcápsulas. En este estudio se pudo comprobar que la absorción acústica está influenciada por el dopaje de los tejidos con MCCs. Seguidamente, se combinaron tejidos textiles con con otros materiales con el objetivo de disponer de absorción selectiva o de aumentar la absorción acústica en el rango de frecuencias de trabajo. Asimismo, se ha pretendido observar el efecto acústico de espumas tradicionales perforadas mediante diferentes tecnologías. Además, se han utilizado modelos de doble porosidad y métodos numéricos con la finalidad de validar los resultados obtenidos experimentalmente. Se pudo comprobar que la absorción acústica del sistema tejido-espuma perforada depende ligeramente del textil usado. Además, se obtuvo gran concordancia entre los valores predichos y experimentales. Finalmente, se ha analizado la influencia de la estructura del tejido. Se ha investigado el efecto acústico producido por los parámetros geométricos, utilizados en el diseño de tejidos plegados, como la longitud del pliegue, el número de pliegues, la distancia entre pliegues consecutivos o la altura del pliegue. Se ha pretendido, mediante cambios en la estructura del tejido textil, obtener valores de absorción típicos de un material acústico. Además, se ha utilizado un modelo de membrana permeable plegada con el fin de predecir el coeficiente de absorción acústica en campo difuso. En este estudio se pudo comprobar que los tejidos plegados presentan un mayor coeficiente de absorción acústica en medias y altas frecuencias, tanto en incidencia normal como en incidencia aleatoria. Además, a menor número de pliegues, se consiguen valores más elevados de absorción acústica en todo el margen frecuencial.

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