Entre els accidents greus que poden ocórrer a les instal·lacions industrials o durant el transport de substàncies perilloses, els dolls de foc presenten un especial interès. Tot i que tenen una distància relativament més curta d'afectació que altres accidents greus, es caracteritzen per originar grans fluxos de calor i, en cas de contacte de la flama amb un equip, originen sovint un efecte domino, desencadenant una subseqüent explosió, incendi o altres esdeveniments amb greus conseqüències.Diversos estudis experimentals i teòrics han estat efectuats; no obstant això, la majoria d'aquests han estat enfocats a dolls de foc a escala de laboratori, flames subsòniques o torxes, les condicions de les quals difereixen significativament d'aquelles trobades en dolls de foc accidentals reals, que normalment assoleixen majors longituds de flama i velocitats de sortida sònica. Aquesta manca d'investigació és la raó per explicar perquè els dolls de foc eren encara molt mal coneguts i la predicció dels seus efectes i conseqüències era encara un problema. Aquesta tesi ha estat elaborada per a obtenir informació nova i útil sobre els dolls de foc, millorant la comprensió de la seva geometría i de les característiques tèrmiques, mitjançant l'anàlisi, l'experimentació i el modelatge matemàtic.Aquest estudi s'ha centrat alhora en dades existents i en noves dades experimentals, implicant Aixa dolls de foc verticals i horitzontals alliberats en absència de vent, implicant diversos combustibles (hidrogen, metà i propà). L'estudi comprèn una àmplia gamma de variables d'operació (velocitats de sortida del combustible, pressions en la canonada i diàmetres d'orifici de sortida). L'estudi experimental ha implicat dolls de foc amb flames de fins a 10.3 m de longitud i 1.5 m d'amplada. El combustible utilitzat ha estat propà, amb velocitats de sortida sònica i subsònica, utilitzant diversos diàmetres d'orifici de sortida. Els dolls de foc han estat filmats amb dues càmeres de vídeo (VHS) i una càmera termográfica d'alta velocitat (IR). Les principals característiques geomètriques de les flames (dimensions i forma) han estat analitzades en funció de la velocitat de sortida del combustible,del flux màssic i del diàmetre d'orifici de sortida. L'anàlisi i tractament d'imatges infraroges i de les mesures obtingudes amb tres sensors de flux de calor situats a diferents distàncies de la sortida del doll de foc han permès l'obtenció de les seves principals característiques de radiació: flux de calor irradiat als voltants (persones i instal·lacions) en funció de la distancia, poder emissiu i emisivitat de les flames. Diverses expressions han estat proposades per estimar les dimensions de la flama en funció de diverses variables (flux màssic, diàmetre d'orifici de sortida i nombres de Froude i Reynolds). Els resultats i expressions obtinguts en aquest estudi contribueixen a una millor comprensió dels dolls de foc, representant un avanç en les metodologies i l'establiment de noves mesures, normes i polítiques de planificació per a la prevenció i/o el control d'aquest tipus d'accident greu amb foc, tant en establiments industrials com en el transport de materials perillosos. / Among the major accidents that can occur in processing plants or in the transportation of hazardous materials, jet fires are of particular interest. Although they have a relatively shorter distance of influence than other major accidents, they are characterized by high heat fluxes and if there is flame impingement they can originate a domino effect, leading to a subsequent explosion, large fire, or other events with severe effects. Several experimental and theoretical studies have been carried out; however, most of those works have been focused on small-scale jet fires, subsonic flames or flares, the conditions of which significantly differ from those found in real accidental jet fires, usually reaching larger flame lengths and sonic exit velocities. This lack of research is the reason to explain why the current knowledge of jet fires was still rather poor and the accurate prediction of their effects and consequences was still a problem. The present thesis has been addressed to produce a significant amount of novel and useful information on jet fires, by improving understanding of jet fire structure, reach and radiative features, through analyses, experiment and mathematical modelling. This study has been focused on both existing and also new experimental jet flame data, comprising all together, turbulent non-premixed jet flames vertically and horizontally released into still air, involving several fuels (hydrogen, methane and propane), over a wide range of operational conditions (jet exit velocities, release pressures and pipe diameters). The experimental study developed in this thesis has concerned relatively large jet fires with flames of up to 10.3 m in length and 1.5 m in width. The fuel was propane, and both sonic and subsonic jet exit velocities were obtained from different outlet diameters. The jet fires were filmed with two videocameras registering visible light (VHS) and a thermographic camera (IR). The main geometrical features of the flames were analyzed as a function of the fuel velocity, mass flow rate and jet outlet diameter: jet flame size and flame shape. The treatment of infrared images and measurements obtained from three heat flow sensors located at different distances from the jet fire outlet also led the main radiative features of jet fires to be obtained: incident thermal radiation heat over a target, surface emissive power and emissivity of the flames.Expressions for estimating jet flame reach as a function of several variables (mass flow rate, orifice exit diameter, Froude and Reynolds numbers) have also been proposed. The results and the expressions obtained in this study contribute to a better understanding of jet fires for accurate risk assessment, allowing the obtention of important advances in risk assessment methodologies and the establishment of new measures, regulations, and risk planning policies for the prevention and/or control of this type of major fire, occurred world-wide in industrial establishments and in the transportation of hazardous materials.

Deep knowledge of combustion phenomena is of great scientific and technological interest. In fact, better design of combustion equipments (furnaces, boilers, engines, etc) can contribute both in the energy efficiency and in the reduction of pollutant formation. One of the limitations to design combustion equipments, or even predict simple flames, is the resolution of the mathematical formulation. Analytical solutions are not feasible, and recently numerical techniques have received enormous interest. Even though the ever-increasing computational capacity, the numerical resolution requires large computational resources due to the inherent complexity of the phenomenon (viz. multidimensional flames, finite rate kinetics, radiation in participating media, turbulence, etc). Thus, development of capable mathematical models reducing the complexity and the stiffness as well as efficient numerical techniques are of great interest.The main contribution of the thesis is the analysis and application of the laminar flamelet concept to the numerical simulation of both laminar and turbulent non-premixed flames. Assuming a one-dimensional behavior of combustion phenomena in the normal direction to the flame front, and considering an appropriate coordinates transformation, flamelet approaches reduce the complexity of the problem.The numerical methodology employed is based on the finite volume technique and a parallel multiblock algorithm is used obtaining an excellent parallel efficiency. A post-processing verification tool is applied to assess the quality of the numerical solutions.Before dealing with flamelet approaches, a co-flow partially premixed methane/air laminar flame is studied for different levels of partial premixing. A comprehensive study is performed considering different mathematical formulations based on the full resolution of the governing equations and their validation against experimental data from the literature. Special attention is paid to the prediction of pollutant formation.After the full resolution of the governing equations, the mathematical formulation of the flamelet equations and a deep study of the hypothesis assumed are presented. The non-premixed methane/air laminar flame is considered to apply the flamelet modelling approach, comparing the results with the simulations obtained with the full resolution of the governing equations. Steady flamelets show a proper performance to predict the main flame features when differential diffusion and radiation are neglected, while unsteady flamelets are more suitable to account for these effects as well as pollutant formation. Assumptions of the flamelet equations, the scalar dissipation rate modelling, and the evaluation of the Lagrangian flamelet time for unsteady flamelets are specially analysed. For the numerical simulation of turbulent flames, the mathematical formulation based on mass-weighted time-averaging techniques, using RANS EVM two-equation models is considered. The laminar flamelet concept with a presumed PDF is taken into account. An extended Eddy Dissipation Concept model is also applied for comparison purposes. A piloted non-premixed methane/air turbulent flame is studied comparing the numerical results with experimental data from the literature. A clear improvement in the prediction of slow processes is shown when the transient term in the flamelet equations is retained. Radiation is a key aspect to properly define the thermal field and, consequently, species such as nitrogen oxides. Finally, the consideration of the round-jet anomaly is of significant importance to estimate the flame front position.In conclusion, flamelet modelling simulations are revealed to be an accurate approach for the numerical simulation of laminar and turbulent non-premixed flames. Detailed chemistry can be taken into account and the stiffness of the chemistry term is solved in a pre-processing task. Pollutant formation can be predicted considering unsteady flamelets.

The present study was aimed at exploring the purification and modification of montmorillonite rich Turkish bentonites by organic salts and their subsequent effects on the morphology (X-diffractometry, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy), melt flow index, mechanical (Tensile, Impact) and especially thermal stability (thermal gravimetric analysis, differential scanning calorimetry) properties of polymer/organoclay nanocomposites with and without an elastomeric compatibilizer. The bentonite clay mined from Resadiye (Tokat/Turkey) was purified by sedimentation, resulting in higher cation exchange capacity and thermal stability in comparison to unpurified clay, and then used in the synthesis of six thermally stable organoclays by replacing the interlayer inorganic sodium cations with two (alkyl, aryl) phosphonium and four di-(alkyl, aryl) imidazolium surfactant cations in an attempt to overcome the problem of early decomposition of alkyl ammonium organoclays usually used in polymer nanocomposites. An optimum amount of these organoclays (wt %2) was then used in the production of Polyamide 66 and Poly(ethylene terephthalate) based nanocomposites by melt blending with the help of an optimum amount of elastomeric compatibilizer (wt %5) which also acted as impact modifier. Phosphonium organoclays were used in the production of nanocomposites for both polymers, whereas imidazolium organoclays were used with PET only. The importance of clay purification was revealed in the removal of non-clay minerals available in the raw bentonite clay as confirmed by XRF and XRD, the significant increase in cation exchange capacity and the improved thermal stability of the purified clays as proven by TGA. The interlayer spacing of the phosphonium organoclays ranged from 1.78 to 2.52 nm indicating arrangement between pseudo-trilayers and paraffin-type chains, while the interlayer spacing of imidazolium organoclays ranged between 1.35 nm and 1.45 nm indicating a monolayer arrangement. The effects of chemical structure (chain type), counter ion and alkyl chain length on the thermal stability of the imidazolium salts were investigated. TGA analysis showed that the thermal stability of (alkyl, aryl) phosphonium and di-(alkyl, aryl) imidazolium organoclays proved to be superior to conventionally used quaternary alkyl ammonium organoclays. Not only the thermal stability of the organoclays prevented the nanocomposite from early decomposition, but these organoclays also improved the onset decomposition temperatures of PA66 and PET nanocomposites compared to the pure polymer owing to the dominant barrier effect of the silicate layers as a result of the formation of carbonaceous-silicate char. The reinforcement of PA66 with surface modified phosphonium organoclays and PET with surface modified phosphonium and imidazolium organoclays enhanced the mechanical and thermal properties of the binary and ternary nanocomposites. The mechanical properties were in good agreement with DSC analysis for all the PA66 and PET compositions. The presence of elastomer and organoclays promoted the nucleation process in PA66 blend, binary and ternary nanocomposites. However, the presence of elastomer and organoclay retarded the nucleation in most of the PET composites.

El sistema de fangs activats és el tractament biològic més àmpliament utilitzat arreu del món per la depuració d'aigües residuals. El seu funcionament depèn de la correcta operació tant del reactor biològic com del decantador secundari. Quan la fase de sedimentació no es realitza correctament, la biomassa no decantada s'escapa amb l'efluent causant un impacte sobre el medi receptor. Els problemes de separació de sòlids, són actualment una de les principals causes d'ineficiència en l'operació dels sistemes de fangs activats arreu del món. Inclouen: bulking filamentós, bulking viscós, escumes biològiques, creixement dispers, flòcul pin-point i desnitrificació incontrolada. L'origen dels problemes de separació generalment es troba en un desequilibri entre les principals comunitats de microorganismes implicades en la sedimentació de la biomassa: els bacteris formadors de flòcul i els bacteris filamentosos. Degut a aquest origen microbiològic, la seva identificació i control no és una tasca fàcil pels caps de planta. Els Sistemes de Suport a la Presa de Decisions basats en el coneixement (KBDSS) són un grup d'eines informàtiques caracteritzades per la seva capacitat de representar coneixement heurístic i tractar grans quantitats de dades. L'objectiu de la present tesi és el desenvolupament i validació d'un KBDSS específicament dissenyat per donar suport als caps de planta en el control dels problemes de separació de sòlids d'orígen microbiològic en els sistemes de fangs activats. Per aconseguir aquest objectiu principal, el KBDSS ha de presentar les següents característiques: (1) la implementació del sistema ha de ser viable i realista per garantir el seu correcte funcionament; (2) el raonament del sistema ha de ser dinàmic i evolutiu per adaptar-se a les necessitats del domini al qual es vol aplicar i (3) el raonament del sistema ha de ser intel·ligent.En primer lloc, a fi de garantir la viabilitat del sistema, s'ha realitzat un estudi a petita escala (Catalunya) que ha permès determinar tant les variables més utilitzades per a la diagnosi i monitorització dels problemes i els mètodes de control més viables, com la detecció de les principals limitacions que el sistema hauria de resoldre. Els resultats d'anteriors aplicacions han demostrat que la principal limitació en el desenvolupament de KBDSSs és l'estructura de la base de coneixement (KB), on es representa tot el coneixement adquirit sobre el domini, juntament amb els processos de raonament a seguir. En el nostre cas, tenint en compte la dinàmica del domini, aquestes limitacions es podrien veure incrementades si aquest disseny no fos òptim. En aquest sentit, s'ha proposat el Domino Model com a eina per dissenyar conceptualment el sistema.Finalment, segons el darrer objectiu referent al seguiment d'un raonament intel·ligent, l'ús d'un Sistema Expert (basat en coneixement expert) i l'ús d'un Sistema de Raonament Basat en Casos (basat en l'experiència) han estat integrats com els principals sistemes intel·ligents encarregats de dur a terme el raonament del KBDSS. Als capítols 5 i 6 respectivament, es presenten el desenvolupament del Sistema Expert dinàmic (ES) i del Sistema de Raonament Basat en Casos temporal, anomenat Sistema de Raonament Basat en Episodis (EBRS). A continuació, al capítol 7, es presenten detalls de la implementació del sistema global (KBDSS) en l'entorn G2. Seguidament, al capítol 8, es mostren els resultats obtinguts durant els 11 mesos de validació del sistema, on aspectes com la precisió, capacitat i utilitat del sistema han estat validats tant experimentalment (prèviament a la implementació) com a partir de la seva implementació real a l'EDAR de Girona. Finalment, al capítol 9 s'enumeren les principals conclusions derivades de la present tesi. / The activated sludge system is the most widely used technology for biological wastewater treatment in the world. Its successful performance relies on the correct operation of both the bioreactor and the secondary settler. When settleability deteriorates, the inefficient separation of biomass can affect the quality of the activated sludge effluent, implying on most occasions an impact on the receiving ecosystem. These kind of undesired situations, known as activated sludge solids separation problems, are one of the main causes of inefficiency in activated sludge systems. They include: filamentous bulking, non-filamentous bulking, biological foaming, dispersed growth, pin-point floc and rising sludge. The origin of solids separation problems is (except from rising sludge) an imbalance between the different microbiological communities responsible for the biomass settleability: the floc-forming bacteria and the filamentous bacteria. Due to this microbiological origin, their identification and control is a tough task for plant operators. Knowledge-Based Decision Support Systems (KBDSS) are a group of tools from the Artificial Intelligence domain characterized by their capability to represent heuristic knowledge and to work with large amounts of data. The main objective of the present thesis is to develop and validate a KBDSS specially designed to support plant operators to handle solids separation problems of microbiological origin occurring in activated sludge systems. In order to achieve this objective, the developed KBDSS must accomplish with the following characteristics: (1) the implementation of the system must be viable and realistic in order to ensure its proper operation; (2) the reasoning process followed by the system must be dynamic and evolutive in order to match the necessities of the domain and (3) the reasoning must be also intelligent,.First of all, in order to guarantee the feasibility of the system, a thorough study, at a local scale (Catalonia) has contributed to the determination of the most common parameters generally used to diagnose, monitor and control these problems as well as to the detection of the existing limitations that the suggested KBDSS should overcome. The results obtained from past applications of KBDSS has demonstrated that the main bottleneck in developing KBDSS is the structure of the knowledge base (KB), where all the knowledge acquired from the domain is represented, together with the necessary reasoning processes. In our approach, the additional complexity and the corresponding necessities imposed by the dynamic nature of the domain exacerbate the limitations in developing a feasible system. In this case, a previous conceptualisation phase was considered in which a conceptual design of the system was set up. The Domino Model was suggested as a tool to conceptually design the system. Finally, in order to efficiently fulfill its main tasks, the last main objective or characteristic that the KBDSS must accomplish is the use of intelligent reasoning. In our approach, an Expert system (based on expert knowledge) and a Case-Based Reasoning System (based on experiential knowledge) have been and integrated as the main intelligent tools to carry out the goals of the KBDSS. In chapter 5 the development of the dynamic ES is presented. In chapter 6, a new temporal approach for classical CBRS is depicted, the Episode-Based Reasoning System (EBRS). Next, in chapter 7 some details of the KBDSS implementation in the G2 environment are presented. After that, in chapter 8 the results obtained during the 11 months of validation are depicted, including the results regarding the accuracy, adequacy, usefulness and usability of the system, which have been validated both experimentally (before the implementation) and as a result of the system's implementation in the Girona WWTP. Finally, in chapter 9, the main conclusions derived from the present thesis are enumerated.

The type of serotonin receptor 1A (5-HT1A), the galanin type 1 (GalR1) and the orphan receptor 39 (GPR39) belong to the superfamily The serotonin receptor type 1A (5-HT1A), the galanin receptor type 1 (GalR1) and the orphan receptor 39 (GPR39) belong to the superfamily of G-protein-coupled receptors. All three GPCRs share, among other features, a relationship with the pathophysiology of unipolar depression associated with presence of zinc. The current paradigm with respect to these functional unities is that these receptors are not acting as monomeric forms but through complexs involving specific interactions with themselves or other receptors from the same family. This allows them to increase their functional possibilities exponentially, allowing versatility from a fixed number of receptors, and consequently also increases the number of pharmacological approachmes. The heterodimerization between 5-HT1A receptor and GalR1 has been previously described as an antagonistic interaction that could lead to unipolar depression. In this thesis we have shown that this interaction is avoided in the presence of zinc, giving a rational explanation for the antidepressant effect widely described for this cation. Although there was no published evidence regarding the interaction of these two receptors with GPR39, a receptor that is activated by zinc and whose expression depends on the concentration of this cation, in this thesis we have demonstrated the ability to interact of these three receptors in both forms GPR39-5-HT1A, 5-HT1A-GalR1 and the trimer GPR39-5-HT1A-GalR1. It has also been found that the functional capacity of the receptors is modified according the type of interaction in which these receptors are involved. So that monomeric and oligomeric forms have different signalling capacities. This would suggest that in the human brain all putative receptor configurations could be present, and that the presence of one or other would be regulated by zinc concentration. Deepening in the detailed molecular mechanism of the effect of zinc on these interactions should allow the development of new drugs for a disease with high prevalence in the nowadays society. / El receptor de serotonina del tipus 1A (5-HT1A), el de galanina de tipus 1 (GalR1) i el receptor orfe 39 (GPR39) pertanyen a la superfamília dels receptors acoblats a proteïna G. Tots tres receptors comparteixen, entre d'altres característiques, una relació amb la fisiopatologia de la depressió unipolar associada amb la presència de zinc. El paradigma actual, respecte a la unitat funcional d'aquests receptors, és que no actuen en forma monomèrica sinó mitjançant complexos que involucren interaccions específiques amb ells mateixos o amb altres receptors de la mateixa família. Això els hi permet augmentar les seves possibilitats funcionals exponencialment, permetent una gran versatilitat a partir d'un nombre fix de receptors, i en conseqüència també augmenta el nombre de possibilitats d'abordatge farmacològic. L'heterodimerització entre el receptor 5-HT1A i el GalR1 s'ha descrit prèviament com una interacció antagònica que podria donar lloc a la depressió unipolar. En aquesta tesi s'ha demostrat que aquesta interacció s'evita en presència de zinc, donant una explicació racional a l'efecte antidepressiu àmpliament descrit per a aquest catió. Tot i que no hi havia cap evidència publicada respecte a la interacció d'aquests dos receptors amb el GPR39, un receptor que és activat pel zinc i l'expressió del qual depèn de la concentració del mateix, en aquesta tesi s'ha demostrat la capacitat d'interacció d'aquests tres receptors, tant en les formes GPR39-5-HT1A i 5-HT1A-GalR1 com en el trímer GPR39-5-HT1A-GalR1. A més, s'ha trobat que la capacitat funcional dels receptors es veu modificada segons el tipus d'interacció en la que aquests receptors participen, de manera que les formes monomèriques i oligomèriques presenten una capacitat de senyalització diferent. Això faria pensar que en el cervell humà podrien trobar-se totes les configuracions potencials de receptors, i que la presència d'unes o altres estaria regulada per la concentració de zinc. L'aprofundiment en el mecanisme molecular detallat de l'efecte del zinc en aquestes interaccions hauria de permetre el desenvolupament de nous fàrmacs per a una malaltia d'alta prevalença en la població mundial.

La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu UPC / This thesis is based on the study of colour elimination of textile effluents which contain reactive dyes. Reactive dyes are widely used in the dyeing of cotton and other cellulosic fibre. However they exhibit a low degree of exhaustion and low biodegradability, being necessary the application of specific treatments prior to their discharge to the biological treatment. Much of the new methods of colour removal can be classified in three major groups: Advanced oxidation methods (AOM), coagulation with natural products and the selection of specific microorganisms. In this thesis one representative technique of each of these three groups has been selected: treatment by electrochemical oxidation, coagulation with a natural byproduct and enzymatic treatment. The electrochemical oxidation has been applied to synthetic effluents with reactive dyes. The behaviour of the decoloured effluents has been studied, before and after the mixing with the rest of textile wastewater, in order to verify if the electrochemical treatment could affect negatively to the subsequent biological treatment with activated sludge. With this aim the biodegradability of the decoloured effluents has been studied by electrolytic respirometric techniques, which can show inhibitory or toxicity phenomena. The results demonstrate that the electrochemical treatment do not cause problems of inhibition of microbial growth, if the effluent is previously been aerate for 24 hours. This process ensures that the decoloured wastewater can be sent to the biological treatment. The influence of oxidant products generated in the electrochemical treatment has been evaluated in two pilot plants of biological treatment by activated sludge. Consideration has been given to monitoring the microscopic observation of activated sludge as bioindicator of the proper functioning of the treatment plants. It is concluded that the wastewater with reactive dyes can be treated by an electrochemical process to remove colour and the resulting effluent can be treated directly by activated sludge without prior removal of the residual chlorine which can be formed during the electrochemical treatment, only a longer time of adaptation is required in the implementation of the sewage system. A second method of textile wastewater decolourisation has been studied. The use of a natural coagulant extracted from seeds of Moringa oleífera tree in substitution of higher cost methods which require the addition of chemical products. The results obtained with Moringa Oleifera are compared with those obtained using a chemical coagulant and polyelectrolyte. Furthermore, dyeing tests of cotton fabrics were performed with decoloured water. The quality dyeing was compared respect to reference dyeing carried out with clean water. The promising results obtained in this study suggest the use of natural resources in the wastewater textile treatment, mainly in countries with less economic power. Two dyes with different reactive groups (vinylsulphone and chlorotriazine) have been treated with the enzyme laccase in order to study its applicability on the decolourisation of textile effluents. The influence of different parameters is studied, such as the addition of mediator, the concentration of salt and the dye hydrolysis. It is concluded that the addition of mediator or co-substrate is not necessary, the presence of salt in the dye effluent (NaCl) does not inhibit the enzymatic activity and the hydrolysis of the studied dyes does not affect the enzymatic action. 70-90% of decolourisation is obtained, depending on the dye. Finally, it has been carried out the comparative study of the results obtained by the three selected methods of colour removal. It is concluded that the electrochemical treatment is the most efficient, with 95-100% of colour removal, in front of 91-94% obtained by the natural coagulant extracted from Moringa Oleifera and 70-90% of decolourisation reached by the enzymatic treatment. / La presente Tesis Doctoral se basa en el estudio de la eliminación del color de efluentes textiles con colorantes reactivos. Los colorantes reactivos son ampliamente utilizados en la tintura de algodón y otras fibras celulósicas. Sin embargo presentan un grado de agotamiento bajo y son poco biodegradables, por lo que requieren de un tratamiento específico previo a su descarga a la depuradora biológica. Buena parte de los nuevos métodos de eliminación del color pueden ser clasificados en tres grandes grupos: los métodos de oxidación avanzada (MOA), la coagulación con productos naturales y la selección de microorganismos específicos. En esta Tesis Doctoral se ha seleccionado una técnica concreta de cada uno de estos tres grupos. Para ello se han realizado diferentes estudios mediante tratamiento de oxidación electroquímica, coagulación con un subproducto natural y tratamiento enzimático. La oxidación electroquímica se ha utilizado en efluentes sintéticos con colorantes reactivos y una vez tratados se ha estudiado su comportamiento antes y después de mezclarse con el resto de aguas residuales textiles, para comprobar si podían repercutir negativamente frente a un tratamiento posterior de depuración biológica con fangos activados. Se ha estudiado la biodegradabilidad de estos efluentes decolorados utilizando la técnica de respirometría electrolítica para determinar si existe algún problema de inhibición o toxicidad. Los resultados obtenidos demuestran que el tratamiento electroquímico no presenta problemas de inhibición frente a los microorganismos, si previamente los efluentes han sido aireados durante 24 horas. Este proceso asegura que el agua residual tratada seguidamente en una planta de depuración biológica no causará ningún problema sobre los fangos. Se ha comprobado la influencia de estos productos oxidantes generados durante el tratamiento electroquímico en dos plantas piloto de depuración por fangos activados. Se concluye que el agua residual con colorantes reactivos puede ser tratada mediante un proceso electroquímico para eliminar el color y el efluente resultante puede ser tratado directamente por fangos activados, sin previa eliminación del cloro residual que pueda haberse formado durante la electroquímica. Se ha estudiado un segundo método de decoloración, utilizando un coagulante natural extraído de las semillas del árbol Moringa oleifera, para decolorar aguas residuales textiles, en substitución de métodos de mayor coste económico que requieren el uso de reactivos químicos. Se compararon los resultados con los obtenidos usando un coagulante químico y polielectrolito, y se realizaron pruebas de tintura con el agua decolorada comparándola frente a referencias teñidas con agua limpia. Los buenos resultados obtenidos permiten pensar en la utilización de recursos naturales en países con menor poder económico para que puedan llevar a cabo tecnologías de depuración. Se han tratado dos colorantes con diferentes grupos reactivos (vinilsulfona y clorotriazina) con el enzima Laccase para estudiar su aplicabilidad en efluentes textiles para la decoloración, evaluando la influencia de parámetros, tales como la adición de mediador, la concentración de sales y la hidrólisis del colorante. De los resultados obtenidos puede concluirse que no es necesaria la adición de mediador o co-sustrato, que la presencia de sales en el efluente de tintura (NaCl) no inhibe la acción del enzima y que la hidrólisis de los colorantes estudiados no afecta la acción del enzima, obteniéndose decoloraciones del 70-90%, dependiendo del colorante. Finalmente se realiza un estudio comparativo de los resultados obtenidos de los tres métodos seleccionados para la eliminación del color, llegando a la conclusión de que el tratamiento electroquímico es el más eficiente, con eliminaciones de color del 95-100%, frente al 91-94% en el caso de utilizar coagulante natural extraído de Moringa Oleífera y 70-90% de decoloración con el tratamiento enzimático.

La producció d’hidrogen, a gran escala, a partir d’aigua ha esdevingut un repte des de fa uns quants any enrere. Així, una via ecològica i eficient per a la generació d’hidrogen ha de ser establerta. Entre totes les possibilitats, la electròlisis mitjançant la tecnologia de membranes bescanviadores de protons (PEM) és la tècnica més prometedora per a aconseguir tal propòsit. A més a més, aquesta aproximació també pot ser considerada per a dur a terme reaccions electroquímiques per altres propòsits més enllà de la generació d’hidrogen, com per exemple, la reducció de contaminants d’origen químic. A la llum d’aquests antecedents, reactors electro-catalítics multi-funció basats en membranes de bescanvi protòniques, integrats en un sistema en flux, per a (1) producció d’hidrogen i (2) reducció de nitrats (contaminant estudiat) a nitrogen, van ser dissenyats, construïts i finalment avaluats, satisfactòriament. Catalitzadors heterogenis basats en metalls van ser utilitzats com a materials d’elèctrode per a realitzar les reaccions electroquímiques desitjades. El MoS2, així com, el Co3O4 van ser descoberts com a materials prometedors per a la producció d’hidrogen en sistemes d’electròlisis PEM degut al seu rendiment, preu i abundància en l’escorça terrestre. Utilitzant la mateixa estratègia, catalitzadors suportats en SnO2 van ser emprats per a la reducció en continu de nitrats, en fase aquosa, sota condicions electroquímiques. Aquesta aproximació va ser anomenada reducció de nitrats assistida mitjançant electròlisis. El catalitzador de SnO2 modificat amb PdCu va destacar com el material d’elèctrode amb millor rendiment en termes de conversió i selectivitat. Mitjançant la modificació dels paràmetres de treball, així com, la configuració del reactor, la versatilitat i flexibilitat d’aquesta estratègia van ser avaluades per a poder afinar la formació de productes durant la reacció. / La producción de hidrógeno, a gran escala, a partir de agua se ha convertido en un reto desde ya hace unos cuantos años. Así, una vía ecológica y eficiente para la generación de hidrógeno tiene que establecerse. Entre todas las posibilidades, electrólisis mediante la tecnología de membranas de intercambio de protones (PEM) es la técnica más prometedora para conseguir dicho propósito. Además, dicha aproximación también puede ser considerada para llevar a cabo otras reacciones electroquímicas con propósitos totalmente distintos a la producción de hidrógeno, como por ejemplo, la reducción de contaminantes de origen químico. A la luz de estos antecedentes, reactores electroquímicos multifuncionales basados en membranas de intercambio protónicas, integrados en un sistema en flujo, para (1) producción de hidrógeno y (2) reducción de nitratos (contaminante estudiado) a nitrógeno, fueron diseñados, construidos y evaluados, satisfactoriamente. Catalizadores heterogéneos basados en metales fueron utilizados como materiales de electrodo para realizar las reacciones electroquímicas deseadas. MoS2, así como, Co3O4 fueron descubiertos como materiales prometedores para la producción de hidrógeno en sistemas de electrólisis PEM, debido a su rendimiento, precio y abundancia en la corteza terrestre. Empleando la misma estrategia, catalizadores soportados en SnO2 fueron utilizados para la reducción en continuo de nitratos, en fase acuosa, bajo condiciones electroquímicas. Esta aproximación fue llamada reducción de nitratos asistida mediante electrolisis. Catalizador de SnO2 modificado con PdCu destacó como el material de electrodo con mejor rendimiento en términos de conversión y selectividad. Mediante la modificación de los parámetros de trabajo, así como, la configuración del reactor, la versatilidad y flexibilidad de esta estrategia fueron evaluadas para poder ajustar la formación de productos durante la reacción. / Large-scale hydrogen production from water has become a challenge since several years ago. Thus, a clean and efficient way for hydrogen generation has to be stablished; among all possibilities, electrolysis by means of proton exchange membrane (PEM) technology is the most promising technique to achieve such goal. Furthermore, this approach can be also considered as potential strategy to perform electrochemical reactions for other purposes rather than only hydrogen production, like chemical pollutants reduction. In the light of this backgrounds, a multipurpose proton exchange membrane (PEM) electrocatalytic reactors, integrated in a flow system, for (1) hydrogen production and (2) nitrate reduction (target pollutant) towards nitrogen, were successfully designed, constructed and lately evaluated. Metal-based heterogeneous catalysts were employed as electrode material to carry out desired electrochemical reactions. MoS2 as well as Co3O4 were found as promising materials for hydrogen production in PEM electrolysis system due to its performance, price and abundance on Earth’s crust. Using same strategy, SnO2 supported catalysts were employed for continuous aqueous phase nitrate reduction under electrochemical conditions. This approach was called electrolysis-assisted nitrate reduction. PdCu dopped SnO2 catalyst stood up as the best performing electrode material in terms of conversion and selectivity. By modifying working parameters as well as reactor configuration, versatility and flexibility of this strategy were evaluated in order to fine tune products formation during reaction.

A pesar de las ventajas que ofrecen los sistemas de refrigeración por absorción, su utilización está muy por debajo de su potencial técnico y económico. El fluido de trabajo convencional H2O/LiBr presenta serios problemas de corrosión y descomposición térmica a temperaturas mayores de 150ºC. Por este motivo, se propone el desarrollo de absorbentes que no sean corrosivos, sean estables térmicamente y permitan aprovechar al máximo el nivel de temperatura de fuentes de calor de alta temperatura. El objetivo de este trabajo es estudiar la solución acuosa de: LiNO3+KNO3+NaNO3 con composición másica porcentual de sales 53, 28 y 19 respectivamente, llamada “Alkitratos”, como fluido de trabajo en enfriadoras de absorción, que utilicen H2O como refrigerante, en configuraciones de triple-efecto capaces de operar a temperaturas de hasta 260ºC. En una primera etapa, se ha realizado la determinación experimental, estimación y modelización de las propiedades termofísicas de varias soluciones acuosas de nitratos y nitritos alcalinos con el fin de crear una base de datos de las propiedades termofísicas. Posteriormente, se ha realizado la simulación de la configuración del ciclo denominada “Ciclo con etapa de alta temperatura con Alkitratos” usando el programa de simulación ABSIM (Advanced Modular Simulation of Absorption Systems). Este ciclo muestra una eficiencia ligeramente superior en comparación con el ciclo de triple-efecto con H2O/LiBr a temperaturas del generador mayores de 180ºC, sin los problemas de inestabilidad térmica y corrosión que se presentan en el ciclo con H2O/LiBr por encima de 150ºC. Posteriormente, se ha diseñado y construido un dispositivo experimental para el estudio del proceso de absorción de los Alkitratos en un absorbedor de película descendente sobre tubos horizontales en las condiciones de operación de un ciclo de refrigeración por absorción con accionamiento a alta temperatura. Se ha llevado a cabo un estudio de sensibilidad de las variables de operación y se han evaluado una serie de parámetros de eficiencia del absorbedor. A las condiciones de operación establecidas en las pruebas experimentales, los valores obtenidos del flujo de vapor absorbido se encuentran en el rango de 2.83-6.55 g.m-2.s-1, el coeficiente de transferencia de calor de la película descendente varía entre 631.9 y 1715.8 W.m-2.ºC-1, mientras que el coeficiente de transferencia de masa se encuentra en el rango de (2.1-6.0)x10-5 m.s-1. A partir de la base de datos experimentales obtenida se ha desarrollado un modelo de redes neuronales artificiales (RNA) para la determinación de los parámetros de eficiencia del absorbedor. Los resultados mostraron un buen ajuste entre los datos experimentales y calculados, lo cual indica que el modelo RNA es efectivo para determinar los parámetros de eficiencia del absorbedor. Por último, se ha desarrollado un modelo físico del absorbedor de tubos horizontales de película descendente que utiliza los Alkitratos como fluido de trabajo, que acopla los procesos de transferencia de calor y de masa, y además integra tres regímenes de flujo (formación de gota, caída de gota y película descendente) y predice el desempeño del absorbedor en diferentes condiciones de operación. / Despite its huge potential for energy savings and low environmental impact, the use of absorption refrigeration systems is well below its technical and economic potential. The conventional working fluid H2O/LiBr has serious problems regarding corrosion and thermal decomposition at temperatures above 150°C. For this reason, we propose the development of absorbents suitable to triple-effect absorption refrigeration cycles. These absorbents should be non-corrosive, thermally stable, and allow taking advantage of the thermal potential of high temperature heat sources. The objective of this work is to study the solutions of alkaline nitrates, LiNO3+KNO3+NaNO3 with a percentage mass composition in salts of 53, 28 and 19%, respectively, called “Alkitrate”, as a new working fluid for absorption chillers using water as refrigerant in triple-effect configurations that can operate up to temperatures of about 260°C. In a first stage, experimental measurement, estimation and modelling of the thermophysical properties of aqueous alkaline nitrate and nitrite solutions were carried out in order to create an experimental database of thermophysical properties. Subsequently, the absorption cycle configuration called "Alkitrate topping cycle" was simulated using the ABSIM (Advanced Modular Simulation of Absorption Systems) program. The Alkitrate topping cycle showed a slightly higher efficiency as compared to the LiBr/H2O triple-effect cycle at generator temperatures above 180ºC, without the problems related to thermal stability and corrosion of H2O/LiBr at temperatures higher than 150ºC. Subsequently, an experimental set-up was designed and built-up to study the absorption process with Alkitrate as working pair in a horizontal falling film absorber at operating conditions of interest for absorption refrigeration cycles driven by high temperature heat sources. Then, a sensitivity study was conducted and the trends of absorber efficiency parameters were evaluated. At the operating conditions used in the experiments, the values achieved for the absorption mass flux were in the range 2.83-6.55 g.m- 2.s-1, the solution-side heat transfer coefficient ranged from 631.9 to 1715.8 W.m-2.ºC-1, while the mass transfer coefficient was in the range (2.1-6.0)x10-5 m.s-1. Based on the experimental data base achieved from the experimental set-up, a model that uses artificial neural networks (ANN) for predicting the absorber efficiency parameters in a horizontal falling film absorber was developed. The results showed a good agreement between experimental and calculated data, indicating that the use of ANN is an effective technique for predicting the absorber efficiency parameters. Finally, a physical model of a horizontal tubes falling film absorber with Alkitrate, involving coupled heat and mass transfer processes was developed. The mathematical model integrates three solution flow regimes (drop formation, droplet fall, and falling film) and predicts the absorber performance at different operating conditions.

En esta Tesis se ha estudiado fundamentalmente el efecto que la introducción de una carga rígida formada por microesferas de vidrio tiene sobre las propiedades mecánicas y sobre la fractura de los compuestos poliestireno-microesferas.El módulo elástico a tracción aumenta con el porcentaje de microesferas pudiéndose aplicar los modelos de isotensión que consideran la ausencia de adhesión entre la matriz y la carga, observada mediante el análisis fractográfico por MEB de las probetas ensayadas. Por la misma causa, la resistencia a la tracción disminuye con el porcentaje de carga. La adición de microesferas potencia los mecanismos de deformación predominantes en tracción, sucediéndose la nucleación de microcavidades, su crecimiento, y la aparición y generalización del crazing.Una de las características más relevantes de los compuestos ha sido el gran aumento de la deformación a cedencia y a la rotura que viene motivado por la aparición de crazing múltiple y extensivo, alcanzándose el mayor nivel de deformación con un 15 % en peso de microesferas, porcentaje que representa el límite de saturación de la matriz.Las propiedades mecánicas a alta velocidad de deformación se han descrito satisfactoriamente a través de la técnica de impacto por caída de dardo siendo el mejor modelo el de flexión de baja energía. La tensión de inicio de fallo por impacto se ha situado en 45 Mpa mientras que el nivel de tensión para provocar la separación de fases se ha cuantificado en 18 MPa.En fractura las partículas provocan la estabilización de la propagación de grieta. Cuando hay muy pocas microesferas (<6% peso) predomina el carácter inestable y se puede aplicar el criterio de la LEFM. La composición del 6% tiene un comportamiento de transición estable-inestable, mientras que en porcentajes superiores de carga se ha observado fractura estable hallándose el valor de JIC. Con la inclusión de cantidades moderadas de partículas ( 10 % en peso) se consigue un aumento paralelo de los parámetros de fractura KIC, GIC (JIC) y del módulo elástico. Los mecanismos de refuerzo que causan el incremento son: La desviación del plano de la grieta, la interacción frente de grieta - partícula por el fenómeno de anclaje-arqueo de la misma y la promoción del crazing múltiple. En el rango de altas velocidades de deformación la presencia de microesferas mejora las características de fractura aunque es menor la importancia de los procesos de absorción energética derivados de la presencia de las partículas.A través de un modelo de elementos finitos se ha estimado el valor del módulo elástico y del coeficiente de Poisson de las mezclas, encontrando una gran similitud entre los valores experimentales y los teóricos así calculados. Por otra parte a partir de las distribuciones de tensiones entorno de las inclusiones se ha establecido que el proceso de fractura se inicia con la separación de fases entorno del polo de la esfera para posteriormente generar una grieta interfacial que discurre hasta un ángulo de 70 º para a partir de ese instante iniciarse y crecer el crazing en el sentido perpendicular a la tensión aplicada.

La alta dependencia que el mundo tiene del petróleo, la inestabilidad que caracteriza al mercado internacional y las fluctuaciones de los precios de este producto y el impacto ambiental, social y demás problemas que acarrea, han llevado a que se busquen nuevas formas de energía alternativas como son los biocombustibles. El biodiesel o FAME (Fatty Acid Methyl Ester) es un biocombustible renovable y amigable con el ambiente que proviene de aceites vegetales o grasas de origen animal. El biodiesel puede ser usado total o parcialmente para reemplazar el combustible diesel de los motores de autoignición sin requerir una modificación sustancial de los mismos.Esta investigación se centra en resolver la gran dificultad que presenta la producción de biodiesel a partir de aceite crudo de palma debido a su alto índice de acidez y la cantidad de gomas e impurezas que hay en el aceite crudo. Se presenta un estudio experimental llevado a cabo con el objetivo de comparar y optimizar la producción de biodiesel a nivel de laboratorio, mediante la transesterificación con metanol y NaOH como catalizador. Los experimentos se realizaron variando la relación molar de metanol:aceite y la cantidad de catalizador usada, así como el pretratamiento aplicado al aceite. Se transesterificó aceite crudo, desgomado (con ácido fosfórico), o preesterificado (con un catalizador ácido como el ácido sulfúrico). Los parámetros de comparación que se midieron fueron su rendimiento (en gramos de biodiesel producido por gramo de aceite crudo de palma), y su % de FAME según la norma UNE 14103. El mejor biodiesel producido fue analizado de acuerdo a la norma estándar europea UNE 14214 para evaluar su calidad global. La sola preesterificación del aceite crudo de palma a las condiciones recomendadas, transforma el aceite crudo de palma en una materia prima de características apropiadas para la transesterificación mediante un proceso simple y rápido, reduciendo significativamente las pérdidas inherentes al refinado, favoreciendo el rendimiento y produciendo un biodiesel de muy buena calidad. Por otro lado se utilizó aceite preesterificado de palma y aceite reciclado con una baja concentración de ácidos grasos libres, para comparar la transesterificación convencional en modo batch, con una transesterificación de forma continua en un reactor tubular nunca antes utilizado. Este reactor tubular hace que los reactivos (aceite, metanol e hidróxido de sodio) fluyan a través de una tubería dispuesta en forma helicoidal sumergida en un baño calefactor a 60°C. Este reactor dispone de cinco salidas distribuidas no uniformemente que permiten tomar muestras a diferentes tiempos de reacción, con lo que se pretende eliminar la necesidad de la agitación mecánica y disminuir el tiempo de reacción. Con el objetivo de mejorar la calidad del biodiesel obtenido, se aplicaron variaciones al sistema helicoidal antes mencionado tales como la incorporación de un micro-mezclador estático y el suministro energético en forma de ultrasonidos provenientes del mismo baño calefactor.El reactor helicoidal propuesto en esta tesis, aprovecha la sinergia producida por el efecto de las microdiscontinuidades originadas por los pulsos de las bombas y el cambio constante de dirección de las fuerzas de flujo en la trayectoria helicoidal a la que se ve obligado el fluido. Esto potencializa el efecto de mezclado de las fases inmiscibles, optimizando el contacto íntimo entre los reactivos, por lo cual se reduce significativamente el tiempo necesario para la transesterificación y en el caso del aceite preesterificado, produciendo un biodiesel con una pureza superior a la exigida por la norma Europea UNE 14214. / The high petroleum dependence of the world, the instability of the international petroleum market and the petroleum price fluctuations, besides its social and environmental impact, have directed the world to the search of alternatives sources of energy, like biofuels. Biodiesel or FAME (Fatty Acid Methyl Ester) is a renewable biofuel, environmentally friendly, produced from vegetable oils or animal fats, that can be used totally or partially to replace diesel without requiring any modification in the engines. The present research try to solve the high difficulty in producing biodiesel from crude palm oil, due to the high acid index, and the amount of gums and impurities presents in the crude oil. In this sense, an experimental study is presented with the objective of compare and optimise the biodiesel production at laboratory scale by transesterification reaction with methanol using NaOH as catalyst. The experiments were carried out varying the molar ratio methanol:oil, and the amount of catalyst used, as well as different oil pretreatment (using crude oil without pretreatment, degummed with phosphoric acid or preesterified with acid catalyst like sulphuric acid). The parameters that were measured and used for comparison were the yield of biodiesel (in grams of biodiesel produced per gram of crude palm oil) and its FAME % according to standard norm UNE 14103. The best biodiesel produced was analysed according to the standard European norm UNE 14214 in order to evaluate its global quality. The acid preesterification process at the optimal conditions found, transforms the crude palm oil in a suitable raw material for transesterification reaction, by a simple and rapid process, reducing significantly the losses due to refining, favouring the yield and producing a biodiesel with a very good quality. On the other side, a preesterified palm oil and a recycled oil with a low free fatty acid concentration, were used to compare conventional transesterification in batch mode with continuous transesterification in continuous mode, using a new tubular reactor never used before. This tubular reactor allows the reactives (oil, methanol and sodium hydroxide) to flow through a tube having helicoidal form, submerged in a heating water bath at 60º. This reactor has 5 sampling points, not uniformly distributed, allowing to take samples at 5 different reaction times. The helicoidal distribution allows to eliminate the mechanical stirring and decrease the reaction time needed to complete transesterification. With the purpose of improve the quality of the biodiesel produced, different variations to the helicoidal system were incorporated, such as the use of a static micro-mixer, and the use of ultrasonication in the water bath to supply energy. The helicoidal reactor used in this thesis, uses the synergy produced by the effect of the microdiscontinuities originated by the pump pulses, and the constant change of direction of the flow forces during the helicoidal trajectory to which the fluid is forced to pass through. This increases the mixing effect to the immiscible phases, optimising the intimate contact between the reactants, which reduced significantly the time necessary for the transesterification, and in the case of the preesterified oil, allowed producing a biodiesel with a purity higher than the minimum limit imposed by the European norm UNE 14214.