La soja (Glycine max) es una leguminosa con 40% (p/p) de proteínas. Así, el objetivo de este trabajo es desarrollar un proceso de cocción, inactivación y secado-tostado para lograr un producto listo para consumir. Se caracterizó el grano entero de soja en estado crudo, remojado, cocido y secado-tostado en lecho fluidizado. Se observó que al grano experimentaba reducción de volumen y densidad a medida que se deshidrataba, originando productos porosos. Estos cambios estructurales afectaron el comportamiento fluidodinámico del lecho de partículas, requiriéndose la disminución de la velocidad de fluidización durante el proceso para limitar el consumo de energía. A efectos de interpretar la transferencia de materia y energía durante el secado-tostado se desarrolló un modelo cinético considerando la contracción volumétrica y un coeficiente de difusión variable. Las ecuación diferenciales se resolvieron numéricamente, encontrándose una buena calidad predictiva. Luego se extendió el modelo al lecho fluidizado, para predecir variaciones de humedad y temperatura en el lecho de partículas y en el aire de secado. Se encontró un alto potencial para la recuperación de energía .Mediante la evaluación de la calidad del producto, el tratamiento más conveniente fue el que constaba de las etapas de remojado y secado-tostado a 140ºC.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Fluidodinámica / 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. Ejemplos de flujos granulares a escalas geofísicas son: flujos detríticos (aluviones), flujos piroclásticos, avalanchas de nieve y avalanchas de roca. Esta tesis está estructurada en base a una serie de artículos de investigación originales autocontenidos en la que se aborda el estudio de la dinámica interna de flujos granulares densos. En el presente trabajo se presenta una serie de resultados experimentales sobre flujos granulares compuestos por mezclas aire-partículas, con diferentes grados de fluidización inicial, inducidos sobre un canal rectangular (experimentos tipo rompimiento de presa ). También se presentan resultados experimentales y numéricos respecto del proceso de defluidización de mezclas aire-partículas en columnas estáticas. Los resultados obtenidos aportan nuevos conocimientos respecto de la física de los flujos granulares densos. Diversos estudios coinciden en que el fluido intersticial, incluso cuando es aire, resulta de gran importancia en la dinámica de los flujos granulares. Las partículas utilizadas en el estudio experimental pertenecen al grupo A según la clasificación del Geldart. Ensayos experimentales han mostrado que mezclas de partículas obtenidas en depósitos de flujos piroclásticos ricos en cenizas presentan un comportamiento del tipo A cuando son sometidas a fluidización por gas. Por ello, los resultados obtenidos en este trabajo tienen especial relevancia para entender la mecánica de flujos piroclásticos densos ricos en cenizas. Además, comportamientos similares a los esperados en mezclas aire-partículas del tipo A han sido observados en mezclas detríticas (agua-partículas) durante procesos de defluidización producto de la autoconsolidación de las mezclas debido a su propio peso. Para llevar acabo esta tesis, en primer lugar se realizaron experimentos tipo rompimiento de presa de mezclas granulares fluidizadas en distintas proporciones. Los resultados obtenidos fueron comparados con flujos derivados de mezclas no fluidizadas y flujos de agua pura, todos ensayados en la misma instalación experimental. La evolución espaciotemporal de la presión de poros en el fondo de los flujos granulares generados y a lo largo del canal experimental fue estudiada mediante un segundo conjunto de experimentos. Técnicas de análisis de imágenes de video permitieron correlacionar la estructura observada del flujo con las señales de presión obtenidas. En particular, con imágenes de video obtenidas a lo largo del canal se estudió los patrones de depositación del flujo. Nuevos experimentos, consistentes en medir la evolución de la presión de poros en mezclas estáticas (columnas) previamente fluidizadas, permitieron estudiar los mecanismos que controlan la difusión de la presión de poros en éstas. Este estudio fue complementado con un modelo numérico capaz de representar de buena forma los resultados experimentales obtenidos. A pesar de que en flujos granulares la difusión de la presión de poros puede ser controlada por otros procesos más complejos que aquellos presentes en el caso estático, este simple experimento aporta nuevas ideas respecto al proceso de difusión de la presión de poros en mezclas inicialmente fluidizadas. Finalmente, se estudió experimentalmente el alcance de los flujos granulares, para todo el rango de fluidización (desde nula a completamente fluidizado) en canales con distintas pendientes. En resumen, nuestros resultados enfatizan la capacidad de la presión de poros en aumentar la movilidad de mezclas fluido-partículas. El incremento en las escalas de tiempo de difusión de la presión de poros debido a la consolidación de mezclas fluidizadas y expandidas causan un notable incremento en el alcance de los flujos, cuando se comparan con mezclas no fluidizadas y no expandidas.

El presente trabajo trata sobre un estudio experimental de la dinámica de una capa granular delgada cuasi unidimensional, fluidizada vía un flujo gaseoso modulado periódicamente en el tiempo, con énfasis en las transiciones dinámicas que ocurren en la capa y los efectos que tiene el ruido sobre ellas. Para ello se construyó una celda de vidrio tipo Hele-Shaw con un material poroso dispuesto horizontalmente sobre la cual se depositó una capa de granos. Por la parte inferior de la celda se inyectó un flujo gaseoso, cuya modulaci ón fue controlada por una válvula que responde a una señal de voltaje. Al variar el grosor de la capa de granos, la amplitud, tiempo de duración y la frecuencia de la modulación, se encuentra un cambio de comportamiento entre un estado homogéneo, correspondiente al vuelo principalmente vertical de los granos, a una estructura periódica espacialmente ordenada. Esta estructura muestra una longitud de onda bien definida, y debido a la naturaleza de la modulación es subarmónica. A una frecuencia fija se estudió el diagrama de fases para diferentes grosores al variar la amplitud y la duración de la modulación. Se observan zonas donde la transición es de segundo orden (bifurcación supercrítica), y otras zonas donde es de primer orden (bifurcación subcríıtica). Se propone un mecanismo tentativo para la sustentación de la estructura en el tiempo y se compara con diversas aproximaciones teóricas. Se realiza una caracterización cuantitativa de las transiciones descritas vía un parámetro de orden. Finalmente, se muestran fenómenos propios de dinámicas con ruido observados en la capa.

Ingeniero Civil / Un flujo piroclástico es una mezcla densa de partículas y gas que se genera en erupciones volcánicas y cuyo colapso se destaca por tener alcances de decenas de kilómetros a velocidades de decenas de metros por segundo. Un ejemplo de esto fue lo ocurrido el 18 de mayo de 1980 en el monte St. Helen, en donde la actividad volcánica generó un flujo piroclástico que alcanzó velocidades de ~9-13 m/s, cubriendo una distancia de ~6-7 km en un terreno cuya pendiente es < 4°-6°. Estudios experimentales de rompimiento de presa representan estos flujos piroclásticos, en donde una columna de partículas finas, en representación del material piroclástico, colapsa generando un flujo granular que fluye a lo largo de un canal rectangular (Chedeville, 2014). En el fondo del canal, inicialmente liso, se agregó un lecho de esferas de distintos diámetros y se observó que la distancia de asentamiento de las partículas aumentó casi al doble que en el caso con fondo liso. A lo largo de la base del canal con lecho, sensores de presión registraron mayores aumentos de presión de poros al pasar el flujo granular, que es una causante de fluidización. Este aumento de presión se acredita en parte a partículas finas que van percolando en el lecho a medida que ocurre el flujo. Se entiende por fluidización al sostenimiento del peso de una partícula, o de un conjunto de estas, mediante un flujo de aire ascendente. A raíz de esto, el objetivo general se centra en estudiar de forma aislada la percolación de partículas finas sobre un lecho de partículas gruesas, para medir las presiones de poro alcanzadas en el lecho y observar el asentamiento de las partículas finas en función del tiempo. En este caso no se tiene un canal, sino que se inician los ensayos desde una situación estática en donde una columna de partículas finas ya se encuentra sostenida por un lecho, para luego ser inducidas a percolar de forma controlada. En los presentes ensayos, el flujo de aire es generado por la diferencia de presión de aire entre la superficie y la base de la columna de partículas, en donde la presión de aire en la base corresponde a la presión de poros del lecho, producida por la percolación, y la presión en la superficie corresponde a la presión ambiente inicial. Las presiones ambiente iniciales corresponden al 100%, 50% y 5% de la presión atmosférica. Como resultado de los ensayos se logra medir fluidizaciones entre el 6% y 28% de la presión litostática de las partículas finas a presión atmosférica. Se observa que la fluidización parcial no se logra únicamente por percolación, sino también por compactación de la columna de partículas finas. Ambos efectos actúan simultáneamente. Dentro de los tamaños de lechos y de partículas finas utilizadas, columnas de partículas de diámetro medio 75 µm logran mayores fluidizaciones que partículas diámetro medio 150 µm. En los lechos más gruesos, de 2 y 3 mm de diámetro medio, se observó mayor percolación, junto a un mayor grado de fluidización en comparación a ensayos con lecho de esferas de 1 mm. Al colapsar la columna, a presión ambiente se observan una serie de pequeña compactaciones y expansiones antes de quedar estáticas, mientras que a 5% de la presión atmosférica ocurre solo compactación. / Financiado por Proyecto Fondecyt 11130254

En el presente trabajo de investigación se presentara el análisis fluidodinámico de la incineración de residuos sólidos utilizando combustión en lecho fluidizado para esto primero se caracterizaran los residuos sólidos generados por las actividades humanas en la ciudad de Chiclayo para así determinar que residuos se podrían incinerar utilizando información brindada por el PIGARS, se obtuvo que el 50.65% está conformado por residuos orgánicos, el material reciclable que se puede utilizar para la combustión (plásticos, papel, cartón) se encuentra en un 13.8% y las telas conforman un 2.28% del total. El análisis fluidodinámico y el de trasferencia de calor se hizo para determinar la densidad de suspensión de los sólidos y el coeficiente de trasferencia de calor mediante la utilización de ecuaciones deducidas y empíricas, para un tamaño de partícula de 250 𝜇𝑚 se obtuvo una densidad de suspensión de 5.38 Kg/m3, una velocidad de fluidización de 8 m/s y un coeficiente global de trasferencia de calor hacia las paredes de 0.191 KW/m2 K. El análisis de la combustión se realizó con el fin de encontrar las cantidades de emisiones generadas al quemar los residuos urbanos sólidos para eso se utilizó la composición química de los residuos y el cálculo estequiométrico de la combustión teniendo en cuenta la adición del sorbente, esto nos muestra que se puede obtener un Nivel de emisión de 𝑆𝑂𝑥 de 0.039 g/MJ utilizando piedra caliza para la captura del mismo, esta tiene una eficiencia de captura de azufre del 90% debido a la relativamente baja temperatura de operación del lecho (800850°C). La velocidad de alimentación de la caliza que se necesita por cada t/h de residuos sólidos es aproximadamente 0.97 Kg/h.

Aquesta tesi permet adquirir una millor comprensió de la dinàmica dels plomalls hidrotèrmics en l'estany de Banyoles i correlacionar la meteorologia amb els processos de fluïdització que s'hi produeixen. S'han trobat els patrons atmosfèrics que generen els esdeveniments de les fluïditzacions així com la seva freqüència. Això és crucial per a determinar la qualitat de l'aigua de l'estany. S'han trobat inhomogeneïtats espacials tant en el plomall crònic que es desenvolupa en la cubeta B1, com en el plomall episòdic de la cubeta B2. S'ha caracteritzat l'estructura del plomall generat a la cubeta B2 i s'ha comparat amb el desenvolupat a la cubeta B1. Finalment, s'han realitzat simulacions numèriques mitjançant un model numèric: MIT General Circulation Model, en el qual s'ha hagut de fer canvis en les condicions de contorn per a situar la font convectiva al fons de la columna d'aigua. Les simulacions s'han comparat amb els resultats experimentals trobats mitjançant campanyes. / The aim of this thesis is to acquire a better understanding of the dynamics of the hydrothermal plumes in the lake and to gain more insight into the interrelationship between meteorology and fluidization. They have been found the atmospheric patterns that generate the fluidization events, as well as their frequency. This is crucial to determining the water quality of Lake Banyoles. They have been found spatial inhomogeneities of the chronic thermal plume found in B1 and of the episodic thermal plume in B2. The structure of thermal plume in B2 has been characterized and compared to the plume developed in B1. Finally, it has been used a numerical model: MIT General Circulation Model. It has been necessary to modify the boundary conditions moving the buoyancy source from the top of the water surface to the bottom. Results have been compared to experimental data undertaken from the field campaigns.