La tradicional reacción de hidrogenación es un proceso catalítico heterogéneo, cuya baja velocidad de reacción es debida a la resistencia a la transferencia de masa y la baja solubilidad del hidrógeno (H2) en el substrato. Mediante el agregado de un solvente en estado supercrítico, capaz de solubilizar tanto al substrato como al gas, es posible llevar a cabo la hidrogenación en fase homogénea. De esta manera, se eliminan las restricciones de solubilidad y de transferencia de masa, logrando una mejor selectividad del proceso y mayo-res velocidades de reacción. Es necesario conocer del compor-tamiento del equilibrio entre fases de la mezcla, para determi-nar el beneficio del uso del estado supercrítico e interpretar su efecto. La región supercrítica de mezclas multicomponen-tes, presenta un comportamiento complejo altamente sensible a la composición y a las condiciones de presión y temperatura del proceso. Es el objetivo principal de esta tesis aportar infor-mación experimental que ayude al entendimiento del equilibrio entre fases que puede ocurrir en procesos de hidrogenación supercrítica. En el Capítulo I se presentan los conceptos bási-cos sobre fluidos supercríticos, sus características, propieda-des físicas y comportamientos particulares. Se desarrolla una revisión del equilibrio entre fases para sistemas binarios y ternarios; herramientas necesarias para el desarrollo de esta tesis. El Capítulo II, consiste en una breve descripción, consi-derando pasado, presente y futuro, de las aplicaciones de los fluidos supercríticos; son desarrollados los aspectos de mayor importancia de las reacciones llevadas a cabo en medio super-crítico, haciendo hincapié en la hidrogenación catalítica hete-rogénea de compuestos de elevado peso molecular. Equilibrio entre Fases en Procesos de Hidrogenación en Medios Super-críticos. En el Capítulo III, los posibles métodos experimen-tales utilizados para la medición del equilibrio de fases a alta presión, para sistemas que contengan un fluido supercrítico o cuasi-crítico son descriptos de manera general. Se detallan, el equipamiento utilizado, la metodología y los procedimientos experimentales empleados en el desarrollo de esta tesis, para obtener los datos de equilibrio requeridos para el análisis del comportamiento de fases, utilizando propano como solvente supercrítico. Para el análisis del comportamiento de fases de sistemas sometidos a hidrogenación supercrítica, dos diferen-tes procesos de importancia en la industria fueron abordados: la hidrogenación de aceites vegetales y la hidrogenólisis de metil ésteres de ácidos grasos. La hidrogenación de aceites vegetales abarca el Capítulo IV de esta tesis. Se explica de-talladamente cuál es la problemática que presentan los procesos de hidrogenación tradicionales de compuestos de elevado peso molecular, se proporcionan y analizan los datos experimentales obtenidos del equilibrio entre fases de los componentes involucrados en la reacción; información que ayuda a identificar el comportamiento de este sistema y esta-blecer lineamientos generales aplicables a diferentes proce-sos. La hidrogenólisis de metil ésteres de ácidos grasos pre-senta la misma problemática y es estudiada en el Capítulo V. En este capítulo de tesis se determina y estudia el equilibrio entre fases para sistemas representativos de los componen-tes involucrados en dicho proceso. Equilibrios multifásicos y el fenómeno de condensación retrógrada para sistemas terna-rios, fueron determinados. Esta información permite evaluar de la utilización de solventes supercríticos como alternativa tecnológica. / The traditional reaction of hydrogenation is a heterogeneous catalytic process, in which the mass transfer resistance and the low solubility of hydrogen (H2) in the substrate, determine very low reaction rates. With the addition of a supercritical solvent, miscible with both, the substrate and the gas, it is possible to carry out the reaction in a homogenous phase. In this way, solubility and mass transfer restrictions are elimina-ted and the selectivity and reaction rate of the process can be drastically improved. The knowledge of the phase behavior of the mixture is necessary to take advantages of the benefit in using supercritical fluids and also to get e better unders-tanding of the process. The supercritical region of multicompo-nent mixtures shows a complex behavior, highly sensitive to the composition of the mixture and to the pressure and temperature of the process. It is the aim of this project to provide experimental information that covers the various sceneries expected in supercritical hydrogenation processes. In Chapter I the basic concepts related with supercritical fluids, its characteristics, physical properties and particular behavior are summarized. A review of the phase behavior of binary and ternary mixtures is done; those are necessary tools for the development of this thesis. Chapter II, contain a brief description, about past, present and future of the appli-cations of the supercritical fluids; the relevance of carrying out reactions in supercritical media is discussed, emphasizing the heterogeneous catalysis hydrogenation of heavy compo-nents. In Chapter III, the experimental methods for the measurement of phase equilibria at high pressure, for systems that contain supercritical or near-critical fluids are generally described. Phase Equilibrium forHydrogenation Processes in Supercritical Media. The equipment used in this thesis to obtain experimental equilibrium data for the analysis of phase behavior of supercritical hydrogenation systems using propane as a supercritical solvent is detailed, as well as the methodolo-gy and experimental procedures. For the analysis of the phase behavior of supercritical hydrogenation systems, two commer-cial processes were considered: hydrogenation of vegetable oils and hydrogenolysis of fatty acids methyl esters. Hydroge-nation of vegetable oils is analyzed in Chapter IV of this the-sis. The problems of the traditional hydrogenation process for heavy components, is explained in detail, the experimental data measured are presented and analyzed; this information helps to identify the behavior of this system and to made general considerations applicable to different processes. The hydrogenolysis of fatty acids methyl esters has similar featu-res and the study of this system is presented in Chapter V, in which the phase behavior of the representative components of the system is determined and discussed. Regions of multi-phase behavior and retrograde phenomena are observed for ternary mixtures and not expected from the binary data. This information contributes to the evaluation of supercritical hydrogenation as a technological alternative.

Tesis para optar al grado de Magister en Ciencias de la Ingeniería, mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico. Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Los canales y fiordos australes de Chile son propensos a eventos de proliferación de algas. Un mecanismo que da pie a la generación de estos eventos es la mezcla vertical, la cual transporta nutrientes desde aguas profundas a zonas más someras, generando mayor disponibilidad de nutrientes para los procesos fotosintéticos de las microalgas, lo que permite su proliferación. En un cuerpo de agua estratificado, el perfil de densidad controla el proceso de mezcla vertical, por otra parte, la circulación es controlada por los forzantes y a su vez modifica la estructura de densidad, alterando el régimen de mezcla. Por lo tanto, caracterizar y predecir correctamente la estratificación y la mezcla vertical podría ayudar en el pronóstico de escenarios propensos a eventos de proliferación de algas. Durante el mes de enero de 2014 se realizó una campaña de mediciones en el fiordo Comau (42º22'S, 72º25'W), región de los Lagos, Chile. Éste es un sistema estuarino angosto, de 34 km de largo, con una profundidad media de 350 m. En la campaña se efectuó un monitoreo de la estratificación y variables hidrodinámicas del fiordo utilizando un sistema de medición autónomo diseñado para este propósito. La estratificación se caracterizó con mediciones continuas de temperatura y conductividad a diferentes profundidades y con perfiles diarios de estas variables con una sonda multiparámetro, la cual permitió la medición adicional de fluorescencia asociada a clorofila-a. El campo de velocidades en los primeros 23 m se registró en diversos periodos con un medidor acústico de corrientes ADCP. Por otra parte, se realizó una descripción de los procesos de mezcla vertical mediante un modelo 1D vertical con un cierre turbulento tipo k-ε. Al modelo se le incorporaron los efectos de presiones horizontales barotrópicas inducidas por la marea y baroclínicas inducidas por el viento, las cuales fueron incorporados mediante series de tiempo de gradientes de presiones. Estos gradientes fueron incorporados como términos fuente en las ecuaciones de momentum del modelo. Los resultados de la campaña de terreno indican la presencia de una capa superficial de agua dulce y otra profunda de agua salada con una interfaz de densidades abrupta y somera localizada a 5 m de profundidad y una corriente superficial con una velocidad promedio de 5 cms-1. La variación temporal de la estratificación muestra una correlación con el forzamiento por viento. Los resultados de modelación, que incluyeron los gradientes de marea y circulación baroclínica inducida por el viento, arrojaron una mejora de un 10 % con respecto al caso sin gradientes. Adicionalmente, se realizó una validación en términos de transporte de masa que muestra una relación de los coeficientes asociados a la mezcla vertical del modelo modificado con la distribución vertical de microalgas que concuerda con los resultados de otros experimentos de campo. Los resultados indican que la circulación baroclínica inducida por el viento podría estar modulando la mezcla vertical en el fiordo Comau.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / Este estudio presenta simulaciones numéricas del flujo de aire sobre edificios para diferentes configuraciones del entorno urbano. Al pasar sobre un obstáculo, el flujo de aire se acelera, este fenómeno puede ser aprovechado para la instalación de turbinas eólicas de pequeña escala. El principal objetivo de esta investigación es estudiar el recurso eólico cerca de edificios, en función de la configuración del entorno urbano, para así definir emplazamientos que sean favorables y estimar el potencial energético asociado. Esto se hace utilizando el método de volúmenes finitos mediante el software comercial ANSYS Fluent 14.5 y un posterior modelamiento matemático de las soluciones usando Wolfram Mathematica 8.0. A partir los resultados, se encuentra que la potencia disponible usando edificios como concentradores del recurso puede ser hasta 29% mayor que en el flujo libre. Se observa que la configuración urbana, el posicionamiento y el dimensionado de la turbina eólica son factores de gran importancia a la hora de ejecutar un proyecto. Estos resultados son explicados a través de los fenómenos físicos involucrados. Para futuros trabajos se propone incorporar el efecto de la aceleración vertical del aire, considerar más parámetros para describir el entorno urbano y retroalimentar los modelos matemáticos mediante mediciones de viento in-situ.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniero Civil, Mención Hidráulica Sanitaria Ambiental / El transporte hidráulico de sólidos a través de sistemas de tuberías es ampliamente utilizado en distintos procesos de la industria química, minera y alimenticia, entre otros. Para su correcto diseño, el cálculo de la velocidad de depósito y las pérdidas de carga, es fundamental para asegurar el transporte total de las partículas presentes en la mezcla sólidos- líquido. En la literatura, se encuentran varios estudios en esta materia cuando el uido utilizado como medio de transporte de los sólidos es newtoniano. Sin embargo, dependiendo de la concentración de sólidos y de la presencia de nos, el uido newtoniano junto a los nos se puede modelar como una mezcla no newtoniana que interactúa con las fracciones más gruesas de sólidos. Este tipo de mezclas con carácterísticas no newtonianas se utiliza extensivamente en la industria minera nacional para el transporte de pulpas y relaves. No obstante, en la literatura existen escasos estudios que se re eran al cálculo de la velocidad de depósito y pérdidas de carga en mezclas sólidos líquido no newtonianas. Con el n de calcular escalas físicas, se construyó una instalación experimental que consiste en un sistema cerrado de tuberías por el cual escurre una mezcla bifásica, en que la fase líquida es un uido no newtoniano de ley de potencia y la fase sólida son microesferas de vidrio. Experimentalmente se encuentró que la velocidad de depósito para partículas de 120, 300 y 600 micrones, a concentraciones en volumen de sólidos entre 17% y 32 %, ocurre en régimen laminar. Adisionalmente, se observó que las partículas de 300 y 600 micrones nunca lograron formar un lecho estático en la tubería, incluso a números de Reynolds inferiores a 100. Además, mediante imágenes tomográ cas de concentración, se observó un proceso migratorio importante de las partículas desde el interior hacia los bordes de la tubería. A partir de los datos experimentales, se propone un modelo para el cálculo de la velocidad de depósito y del factor de fricción de la mezcla sólidos líquido no newtoniana. El modelo propuesto para las pérdidas de carga tiene un error cuadrático medio de 11.2% respecto a los resultados experimentales. El modelo propuesto para la velocidad de depósito muestra un buen ajuste con los resultados experimentales y muestra una buena correlación con los resultados de Shah and Lord (1991) con una diferencia porcentual entre un 10% y 20 %. Respecto al fenómeno de migratorio de partículas, este fue analizado cualitativamente mediante un modelo difusivo basado en la frecuencia de colisiones. Finalmente, los resultados de esta investigación son un aporte importante en el desarrollo y comprensión de los fenómenos que rigen el transporte de mezclas sólidos líquido no newtonianas.

Ingeniero Civil / El estudio de flujos granulares resulta importante en distintas aplicaciones industriales, como también para lograr una mejor comprensión de fenómenos naturales. Los flujos granulares que ocurren en la naturaleza muchas veces presentan un gran poder destructivo. Por ello, la predicción de la ocurrencia y comportamiento de éstos a escalas geofísicas resulta de gran interés para el ordenamiento territorial y evaluación del riesgo en asentamientos humanos y numerosas faenas industriales. Se realiza un estudio experimental para analizar la importancia de la reología del fluido en el colapso de una columna de material granular no-cohesivo, en un fluido ambiente que es newtoniano o pseudoplástico, generando desplazamientos de material granular en condiciones controladas. Para esto, se trabaja en una instalación de acrílico rectangular de 0.1 m x 1.4 m x 0.3 m (ancho x largo x alto), la cual se rellena con fluidos ambientes a distintas reometrías y con distintos tipos de materiales granulares. Los experimentos consisten en la generación de un flujo de material granular, el cual se encuentra inicialmente sostenido por una compuerta. Al levantar esta compuerta se genera un flujo de material granular y fluido, el cual permite analizar cómo este flujo es influenciado a medida que se cambia la reometría del fluido ambiente en base a cómo se comporta el material granular en términos de desplazamiento y velocidad en el tiempo. El desarrollo del colapso de material granular típicamente presenta un patrón común independiente del material utilizado. Inicialmente presenta un rápido aumento en su velocidad hasta llegar a un punto de velocidad constante, para finalmente desacelerar hasta llegar al reposo. En este trabajo se pude ver que al trabajar en fluidos pseudoplásticos se genera un flujo secundario debido al esfuerzo de corte entre la compuerta y el fluido ambiente, que genera formas finales distintas a las típicamente conocidas para materiales granulares trabajados en aire. Para los resultados de distancia versus tiempo de materiales granulares en los fluidos ambientes newtonianos, se obtienen las curvas con forma de S que han sido registradas ampliamente en la bibliografía. En base a todos los análisis realizados para los distintos fluidos ambientes, y en particular al mirar los resultados obtenidos para la relación entre la distancia final del frente y la razón de aspecto, se puede concluir que los factores más relevantes dentro de los parámetros estudiados en este trabajo corresponden a la viscosidad del fluido ambiente y la uniformidad del material granular a colapsar. / Financiado por Proyecto Fondecyt 1130910

Ingeniero Civil / Lagunas de pocos centímetros de profundidad son encontradas en la región altiplánica de la Cordillera de los Andes, las cuales corresponden a cuerpos de agua salada formados por afloramientos subterráneos. A estos ecosistemas, conocidos como salares, llegan a alimentarse una gran cantidad de aves cuyo alimento corresponde principalmente a microalgas ubicadas en los primeros milímetros en los sedimentos. Otro aspecto característico de estas lagunas, es que la principal fuente de energía capaz de aumentar el transporte de masa y mometum es el viento que sopla fuertemente por las tardes. Por otra parte, el intercambio del oxígeno es el resultado de la acción de procesos de transporte a través de la interfaz agua-sedimentos, la cual es determinada por condiciones de turbulencia del flujo en la columna de agua proporcionada por la acción del viento y por condiciones bioquímicas en los sedimentos. El objetivo de este trabajo es estudiar experimentalmente el intercambio de oxígeno a través de la interfaz agua-sedimentos para cuerpos de agua someros agitados por la acción del viento. Para ello, se considera un marco conceptual el cual combina procesos de transporte en el lado del agua, como también consumo y producción en los primeros milímetros de los sedimentos. Este estudio experimental es llevado a cabo en un túnel de viento, el cual sopla aire sobre un estanque ubicado al final de la instalación. Este tanque está compuesto por un fondo falso y un compartimiento sobre el mismo. En este último, se colocan sedimentos naturales en cuya superficie se ha producido el crecimiento de microalgas. Los experimentos a realizar consisten en medir perfiles de viento con un anemómetro de hilo caliente Extech, perfiles de oxígeno disuelto a través de la subcapa difusiva con un microperfilador OX-25 Unisense y mediciones de temperatura y salinidad en el cuerpo de agua a través de un sensor TetraCon 925. Estas mediciones son hechas para la combinación de dos profundidades del agua y cuatro velocidades del viento. Como resultado de estas mediciones es desarrollada una nueva metodología para calcular el flujo de oxígeno a través de la interfaz agua-sedimentos, la cual considera las condiciones hidrodinámicas en el cuerpo de agua y balances de masa a través de los sedimentos.

Resumo: O presente trabalho traz uma investigação experimental do escoamento em torno de um cilindro rotativo posicionado perpendicularmente à direção principal do escoamento, para números de Reynolds inferiores a 103. Os experimentos foram conduzidos em um túnel hidrodinâmico vertical, com seção de teste 146x146x500 mm e intensidade turbulenta da corrente livre inferior a 0,5%. O diâmetro do corpo de prova foi fixado em 6 mm, proporcionando um bloqueio sólido no interior da seção de testes pouco superior a 4%. A influência do número de Reynolds e da rotação específica do corpo de prova sobre a configuração do escoamento foi bastante estudada. A freqüência de emissão dos vórtices, necessária ao cálculo do número de Strouhal, foi determinada a partir da obtenção do sinal de velocidades, adquirido com o auxílio de um anemômetro de filme quente, ou através da técnica de contagem de fotogramas. Técnicas de visualização de escoamento foram, também, empregadas, em diferentes circunstâncias, tanto na análise qualitativa do escoamento, como para auxiliar o correto posicionamento das sondas de filme quente. Em vários ensaios, a visualização do escoamento por injeção de corante líquido a montante do corpo de prova foi utilizada, mostrando-se bastante eficiente, sobretudo no que concerne à qualidade das imagens obtidas. No entanto, esta técnica só possibilita a visualização de uma região bastante restrita do escoamento e, dependendo do posicionamento da agulha de injeção, diferentes configurações do escoamento podem ser observadas, dificultando a interpretação dos resultados. Para contornar esta situação, utilizou-se, também, a técnica de geração de bolhas de hidrogênio, que permite uma visão mais abrangente do campo de escoamento. De maneira geral, os resultados foram bastante satisfatórios quando comparados com a literatura, mostrando que a... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo). / Abstract: This work presents an experimental investigation on the flow around a rotating cylinder positioned perpendicularly to the free stream, for Reynolds numbers up to 103. The experiments have been carried out inside a 146x146x500 mm test section of a vertical water tunnel, using a 6mm diameter cylinder, which has provided a lower than 4% blockage ratio inside the test section, under a less than 0.5% maximum free-stream turbulence intensity. The influence of both diameter-based Reynolds number and specific rotation of the cylinder on the flow configuration has been analyzed. The vortex shedding frequency, parameter necessary to evaluate the Strouhal number, has been determined from the velocity signal from hot film anemometer as well as directly through a framecounting technique. Two different methods of flow visualization, liquid dye and hydrogen bubble generation, has been also used under distinct circumstances, in order to provide a qualitative analysis of the flow, as well to obtain the correct location of the hot-film probes. In some experiments, flow patterns have been visualized by liquid dye injection upstream the test cylinder, propitiating a good image quality. Dye injection, however, allows for the visualization of a quite restricted area of the flow, in such a way that, depending on the needle location, several distinct flow configurations appear, making it very difficult the interpretation of the results. In order to mitigate those drawbacks, the technique of hydrogen bubble generation has also been employed, reaching for a far wider vision of the flow field. The achieved results have showed that the wake structure is strongly affected by the cylinder rotation, in such a way that the vortices generation can be totally inhibited for a values upper than 2, in the all range of the Reynolds number. / Orientador: Sérgio Said Mansur / Coorientador: Edson Del Rio Vieira / Banca: Marcos Pinotti Barbosa / Banca: André Luiz Seixlack / Mestre

Orientador: Henry França Meier. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.

Orientador: Henry França Meier. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.

Orientador: Vanderlei Gageiro Machado. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Exatas e Naturais, Programa de Pós-Graduação em Química.