La contaminación causada por el uso del agua en muchas de las actividades del ser humano, nos lleva a la necesidad de utilizar nuevas tecnologías para remoción de contaminantes de las aguas residuales, una de ellas es la electrocoagulación. En este estudio se planteó construir un reactor de electrocoagulación para evaluar la eficiencia en la remoción de la DQO (Demanda Química de Oxigeno) de aguas residuales provenientes de la industria de pintura; así como determinar las mejores condiciones de pH, conductividad, intensidad de corriente y tiempo de tratamiento. En base a los resultados obtenidos al realizar el tratamiento del efluente con electrocoagulación, se determinó una eficiencia promedio del 87% en la remoción de la DQO. Estos valores óptimos de operación se obtuvieron con una intensidad de corriente I= 5 amperios, con el pH natural del efluente de 7,12 y un tiempo de tratamiento de 15 minutos, con lo cual se cumple la normativa ambiental vigente en el país. Otro aspecto importante observado en este estudio fue la calidad del lodo producido en el tratamiento, de aspecto mucho más compacto que un lodo físico químico o biológico. / The pollution caused by the use of water in many activities of human beings, has taken us to the need of using new technologies to the removal of contaminants from wastewater, one of them is the electrocoagulation. In this research we suggest the construction of an electrocoagulation reactor to evaluate the efficiency in the removal of COD (Chemical Oxygen Demand) from wastewater coming from the painting industry; it also wants to determine the best conditions of pH, conductivity, electric intensity and time of treatment. Based on the results we’ve gotten in the treatment of effluent with electrocoagulation, we determined an average efficiency in the 87 % of COD removal. This optimum ranges were gotten with an electrical intensity of I = 5 amperes, with the natural pH of the effluent in 7,12 and a 15 minutes treatment time, with which we accomplish the environmental compliance of the country. Other important aspect we´ve seen in this research was the quality of the sludge produced in the treatment, with much more compact appearance than a physicochemical or biological sludge. Keywords: electrocoagulation, electrodes, water treatment.

En el presente trabajo de investigación se evaluó la influencia del porcentaje de FeTi en el revestimiento de electrodos de soldadura, sobre la microestructura, la resistencia al desgaste, y la dureza de recubrimientos duros base Cr. El porcentaje de FeTi (45% de concentración) en el revestimiento de los electrodos estuvo en el rango de 0 a 6.85%. Los electrodos fueron empleados para depositar capas de recubrimiento sobre sustratos de acero ASTM A-36 empleando el proceso SMAW. La microestructura de los recubrimientos fue evaluada mediante técnicas metalográficas y microscopia electrónica de barrido. Para la determinación de la dureza se empleó el método Vickers. La resistencia al desgaste de los recubrimientos fue evaluada mediante el ensayo de desgaste continuo por abrasión e impacto y el ensayo de desgaste por abrasión de rueda de caucho y arena (ASTM G 65-04). Los resultados indican que los porcentajes de carburo de titanio, austenita retenida, y martensita, en la microestructura de los recubrimientos, varían con el contenido de FeTi. No se aprecia una variación significativa en la dureza asociada al porcentaje de FeTi debido al efecto compensatorio que ejerce el porcentaje de las fases observadas. En relación a la resistencia al desgaste, altos porcentajes de FeTi (5 y 6.85%) generan un ligero incremento en la resistencia al desgaste abrasivo. / Trabajo de investigación

Magíster en Ciencias, Mención Física / La fabricación y posicionamiento de nanopartículas de tamaño y composición ajustable resulta interesante debido a las propiedades que surgen producto del confinamiento en bajas dimensiones. Para acceder a ellas es necesario reemplazar los dispositivos electrónicos macroscópicos típicos por equivalentes nanométricos. En este campo, uno de los mayores retos es elaborar un esquema de medición que permita estudiar el transporte de cargas a través de una nanopartícula individual. Con tal de contactar las nanopartículas a los electrodos en este nuevo esquema, es necesario conocer tanto las propiedades de ambos como sus interacciones. Dado el tamaño reducido de las nanopartículas, resulta fundamental el poder fabricar electrodos nano-espaciados. En esta tesis se realizaron caracterizaciones eléctricas de dos tipos de nanopartículas: análogas al azul Prusiano (PBA por su sigla en ingles) y a base de hierro. Dichas nanopartículas fueron depositadas sobre muestras de electrodos nano-espaciados fabricados mediante la técnica de enmascaramiento con óxido de cromo. Se concluyó que estos dispositivos son una plataforma confiable para un amplio rango de temperaturas ($4$-$300$ K). Más aún, se pudo establecer que son compatibles tanto con técnicas actualmente disponibles como drop-casting, como con nuevas técnicas como la deposición directa de clústeres generados por pulverización catódica con magnetrón. La caracterización eléctrica de las nanopartículas de \ce{CoFe} PBA depositadas por \textit{drop-casting}, permitió demostrar que es posible atraparlas y estudiar sus curvas corriente-voltaje usando los dispositivos fabricados. Sin embargo, los datos obtenidos a bajas temperaturas no permitieron esclarecer el mecanismo involucrado en el transporte eléctrico. En este sentido es importante mencionar que se observaron dos comportamientos: Un primer grupo de dispositivos que no mostró evidencia de ser afectado por el láser ($640$ nm) y que presentó un \textit{Coulomb gap}, sugiriendo transporte individual de electrones; y un segundo grupo en el que si se evidenció un efecto tras la irradiación, que no se presenta \textit{Coulomb gap}, y cuya dependencia en temperatura de la resistencia se desvió fuertemente de la ecuación de Arrhenius ($\log(R) \propto T^{-1}$). En el caso de las nanopartículas a base de hierro, se consideró un nuevo esquema de fabricación y depósito de éstas, utilizando pulverización catódica. Mediciones a temperatura ambiente indicaron que las nanopartículas habían sido atrapadas entre los electrodos tras depositarlas. Las mediciones a baja temperatura mostraron una disminución en la resistencia medida y la aparición de un \textit{Coulomb gap}, lo que sugiere transporte individual de electrones. Usando teoría ortodoxa, y la aproximación de condensador de placas paralelas, fue posible estimar que el tamaño del punto de contacto entre la nanopartícula y los electrodos estaba en el rango de $1$ a $2$ nm, lo cual tiene sentido dado el tamaño de las primeras. / Este trabajo ha sido financiado a través de los Proyectos Fondecyt 1140770 y DAFNEOX

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Los sistemas de puesta a tierra representan un elemento esencial para la protección de personas, aparatos eléctricos, instalaciones y viviendas contra averías o fugas eléctricas. Por tal razón, es necesario desarrollar y mejorar la calidad de los elementos de descarga como el electrodo copperweld. El mercado objetivo del proyecto es constituido por las empresas de distribución eléctrica y los distribuidores de materiales para el sector eléctrico. Los electrodos copperweld tienen un diámetro desde 14.60 mm hasta 19.05mm y un largo desde 1.80 M hasta 2.40 M. La presentación comercial tiene las medidas de 14.60 mm x 2.40 M y será comercializada a un precio de S/. 30.00 soles más IGV. Al ofertar este electrodo como novedoso y con un estricto cumplimiento de las norma ANSI C33.8 se espera cubrir el 30% del mercado interno. La planta tendrá un área de 520 metros cuadrados y estará ubicada en la Zona Industrial Infantas en el distrito de Los Olivos en Lima. El proceso productivo consiste en la recepción de la materia prima e insumos, acondicionamiento del cuerpo del electrodo y desengrase, el cual irá luego a las tinas de inmersión para obtener el recubrimiento de cobre, y finalmente el electrodo será secado en un horno eléctrico y embalado en mangas de plástico. La inversión inicial del proyecto en activos fijos es de S/. 221,512.00 soles incluyendo el IGV, con respecto al capital de trabajo es necesaria la suma de S/. 136,066.83 soles incluido IGV. El financiamiento ha sido estructurado en 47.94% de capital propio y 52.06% de deuda. El costo ponderado de capital es 13.97%. La evaluación económica y financiera de los flujos de caja del proyecto presentan su factibilidad en diversos escenarios, con un Valor Actual Económico de S/. 80,072 soles, un Valor Actual Neto Financiero de S/. 177,342 soles y un período de recuperación de 5 años. La Tasa Interna de Retorno Financiera es 39.79%, por lo que el proyecto es rentable. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / El objetivo principal de este trabajo es hacer una evaluación del desempeño comparado de electrodos usados en el proceso de soldadura por resistencia eléctrica. Los electrodos a comparar son: Electrodo comercial de cobre, níquel, cobalto, electrodo de cobre catódico comercial y electrodo de cobre, carburo de titanio y alúmina desarrollado por el alumno en las instalaciones del departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile. El electrodo desarrollado por el alumno es obtenido mediante molienda reactiva y extrusión. Se cuenta con experiencias anteriores que sirven de comparación y guía para éste trabajo. El desempeño de los electrodos es medido en base a 3 parámetros principalmente: Acortamiento del electrodo, aumento de diámetro del mismo y pérdida de masa, también se hace un exhaustivo proceso de caracterización de los materiales en estudio. La fabricación del electrodo de Cu-2,5%v TiC-2,5%v de Al2O3 consta de 3 etapas principales, que son, molienda reactiva de polvos, extrusión y finalmente el maquinado de los electrodos. Una vez que se tienen todos los electrodos listos, se someten a desgaste, es decir, sucesivas pasadas de soldadura, con el objetivo de medir regularmente los parámetros antes mencionados. Los resultados obtenidos muestran que ambas aleaciones son ampliamente superiores en casi todos los parámetros al cobre puro. El electrodo de Cu-2,5%v TiC-2,5%v de Al2O3 presentó un acortamiento promedio de un 6,6%, un aumento del diámetro de un 22,2% y una pérdida de masa de 0,3%. El electrodo de Cu-Ni-Co presento unos valores respectivos de 7,9%, 2,1% y 1,06% mientras que el cobre comercial presentó un 40%, 20%, 1,64% respectivamente. Se desprende que el electrodo de Cu-2,5%v TiC-2,5%v de Al2O3 es el mejor desempeño presenta, sin embargo la aleación de Cu-Ni-Co también es muy superior al cobre puro.

Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales / El desarrollo de esta tesis doctoral busca contribuir al conocimiento científico relacionado con la fabricación de dióxido de titanio mediante la inserción de defectos, conocido también como TiO2 autodopado. Para esto, se postularon dos aproximaciones no descritas en la literatura científica para emular los procedimientos más utilizados en la literatura científica, los que son Reducción química e Hidrogenación, pero modificando completamente el concepto de su fabricación. En vez de generar los defectos atacando el material tras su fabricación (estrategia top-down), se propone insertarlos durante el crecimiento de este (estrategia bottom-up), a través del control de la atmósfera presente durante su fabricación utilizando la técnica de pulverización catódica reactiva. La primera aproximación utilizada consistió en la fabricación de un electrodo bicapa TiO2/Ti2O3 el cual emulase la generación de una capa defectuosa en la superficie del TiO2, compuesta por el subóxido Ti2O3. La segunda aproximación que se presenta guarda relación con generar un procedimiento de hidrogenación in-situ utilizando hidrógeno como gas adicional en la atmósfera del proceso reactivo. El proceso de hidrogenación in-situ permitió comprender como la integración del hidrógeno en la matriz cristalina del TiO2 modifica tanto su estructura como su configuración electrónica, conllevando esto a la mejora de su fotoactividad. TiO2. Finalmente, de los resultados obtenidos en el análisis de fotoactividad, utilizando como prueba de control la oxidación fotoelectroquímica del agua, solo se logra tener hasta un 25% más de fotocorriente en los electrodos de TiO2 hidrogenado, lo cual no se observa en los electrodos bicapa.

Ingeniero Civil Mecánico / El desarrollo de baterías de litio de alta potencia es la piedra de tope para el surgimiento de vehículos eléctricos económicos y autónomos, así como para el almacenamiento de electricidad producida por fuentes renovables intermitentes. El principal desafío es la presencia de niveles de deformación y esfuerzo demasiado altos en las zonas activas de los electrodos, a causa del proceso cíclico de intercalación de litio durante la carga y la descarga, llegando incluso a producirse deformación plástica, nucleación de grietas, y fracturas, limitando la vida útil de las baterías. Modelar el fenómeno de la intercalación de litio es complejo, pues los gradientes químicos inducen campos de esfuerzos y, a su vez, los esfuerzos favorecen o dificultan la difusión química a través de la microestructura. Existen modelos que involucran la cinética molecular y la deformación de la microestructura del electrodo. Otros modelos continuos, más sencillos y más fáciles de implementar, han permitido resolver las ecuaciones diferenciales acopladas que dan cuenta del balance termodinámico del sólido involucrado. La mayoría de los modelos están restringidos a geometrías unidimensionales o muy simples. El objetivo de este trabajo es extender el uso de modelos continuos existentes a dos dimensiones, y resolver numéricamente, mediante el análisis isogeométrico, un sistema de ecuaciones diferenciales y acopladas. Con este procedimiento, se espera caracterizar la distribución de esfuerzos y concentratión en una partícula de electrodo de batería, y obtener los niveles de concentración de esfuerzos alrededor de los vacíos y las discontinuidades.

En la presente tesis de maestría se reporta la preparación, caracterización y evaluación de electrodos de fieltro de grafito modificados con nanoaleaciones de Cu-Ag (NPs Cu- Ag), para su aplicación en procesos electro Fenton. El fieltro de grafito fue caracterizado mediante voltametría cíclica (VC), para evaluar su comportamiento electroquímico, encontrándose una mejor eficiencia al ser activado en un rango de voltaje de -2 a 2 V. Los electrodos activados fueron tratados mediante electro oxidación en presencia de HNO3 1 M y luego se caracterizaron mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR). Los electrodos tratados fueron modificados mediante la deposición de NPs Ag, Cu y Cu-Ag, en medio ligeramente ácido, mediante el método de amperometría de pulso diferencial (DPA). La presencia de las NPs se confirmó mediante análisis por UV-vis de reflectancia difusa. El análisis estructural y morfológico se llevó a cabo mediante difracción de rayos X (DRX) y microscopia electrónica de barrido (SEM). La evaluación de los electrodos en procesos Fenton se llevó a cabo mediante la determinación de la cantidad de H2O2 producida luego de 1 h de tratamiento, a valores de pH de 3, 7 y 10 y empleando voltajes de -1, -2 y -3 V. Se encontró que a voltajes entre -1 y -2 V, los electrodos modificados para la producción de H2O2 presentan una eficiencia por debajo de la de los electrodos tratados con HNO3, y que a -3 V, la eficiencia de los electrodos activados se multiplica solo por un factor 1,4 (40 %), mientras que la de los electrodos modificados se multiplica por factores entre 3 – 8,7, dependiendo de la relación Cu:Ag y del pH. Finalmente se determinó que es posible modificar el pH al cual se produce la máxima cantidad de H2O2, variando la proporción molar Cu:Ag. / In the present Master Degree thesis it is reported the preparation, characterization and evaluation of graphite felt electrodes modified with Cu-Ag nanoalloys (Cu-Ag NPs), for applications in Fenton processes. The graphite felt was characterized by cyclic voltammetry (CV) in order to study its electrochemical behaviour, and it was found that it yielded better efficiency when activated in a voltage range of -2 to 2 V. The activated electrodes were treated by electro oxidation in presence of HNO3 1 M and thereafter they were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The treated electrodes were modified by the deposition of Ag, Cu and Cu-Ag NPs in neutral media by means of the differential pulse amperometry method (DPA). The presence of those NPs was confirmed by diffuse reflectance UV-vis spectroscopy. The structural and morphological analysis was carried out by X-ray diffraction (XRD) and scanning electronic microscopy (SEM). As for the production of H2O2 after 1 h of its electro-generation, at pH values of 3, 7 and 10, and using voltages of -1, -2 and 3 V, it was found that at voltages between -1 and -2 V, the efficiency for producing H2O2 was lower for the modified electrodes than for the electrodes treated by electro-oxidizing in HNO3; and that at -3 V, the efficiency of the treated electrodes is multiplied by a factor of 1,4 (40 %), while that of the modified electrodes is multiplied by factors between 3 – 8,7, depending on the Cu: Ag ratio and pH. Finally, it was determined that the pH value at which the maximum amount of H2O2 is produced can vary according to the molar ratio Cu:Ag in these NPs. / Tesis