En la presente tesis se investigó sobre las escorias negras (EAFS) obtenidas a partir de la industria siderúrgica, como residuos, para su uso como material de agregado en capas de afirmado, así como el diseño de esta. Para ello se tuvo que indagar en investigaciones nacionales e internacionales referidas al tema. En el trabajo académico se analizaron las propiedades que presentan las EAFS, con respecto a los requerimientos que establece el Ministerio de Transportes y Comunicaciones. Por otro lado, se cuantificaron las cantidades de metales pesados encontrados en las EAFS, divididos en esenciales y tóxicos. Encontrando que, si bien las escorias presentan cantidades ligeramente superiores a los rangos admisibles para suelos agrícolas, con respecto a las cantidades de cromo y cobre, estas pueden ser mitigadas mediante la fitorremediación, lo que hace viable su uso. Con los resultados favorables obtenidos, se obtuvo un espesor de afirmado de 15 cm en base a los requerimientos mínimos de los manuales de carteras no pavimentadas del MTC. Para finalizar, fue necesario establecer la factibilidad económica de transportar las EAFS hasta los proyectos viales. Para ello se compararon los precios de compra y transporte de agregados convencionales con respecto al transporte de las EAFS. Se obtuvo un radio óptimo de transporte de 50 km a partir de la fábrica de Aceros Arequipa de Pisco. Si bien este radio podría extenderse, dependerá del lugar del proyecto vial, así como también la distancia del proveedor o cantera de agregado convencional de afirmado más próximo. / In this thesis, we investigated the black slag (EAFS) obtained from the steel industry, as waste, for its use as an aggregate material in layers of asserted, as well as the design of this. For this, national and international research on the subject had to be investigated. The academic work analyzed the properties presented by the EAFS, with respect to the requirements established by the Ministry of Transport and Communications. On the other hand, quantify the amounts of heavy metals found in the EAFS, divided into essential and toxic. Finding that, although the slags present the quantities slightly higher than the permissible ranges for agricultural soils, with respect to the quantities of chromium and copper, these can be mitigated by phytoremediation, which makes its use viable. With the favorable results obtained, a stated thickness of 15 cm was obtained based on the minimum requirements of the MTC manuals of unpaved roads. Finally, it was necessary to establish how feasible it is to transport the EAFS to road projects. To do so, we compared the purchase and transportation prices of a conventional aggregate with respect to the transportation of the slag, since these would be priceless when granted by CAASA. An optimum transport radius of 50 km was obtained taking the CAASA steel factory in Pisco as a midpoint. While this radius could be extended, it will depend on the location of the road project, as well as the distance from the nearest conventional supplier or quarry. / Tesis

“Estudio de prefactibilidad técnico-económica de la obtención biotecnológica de gas hidrógeno” El objetivo de esta Memoria de Título es evaluar la prefactibilidad técnica y económica de una planta biotecnológica de producción de hidrógeno, con metodologías características de la evaluación privada. La crisis energética de la década del 70 y la crisis ambiental causada por el calentamiento global del planeta en la década del 90, propulsaron la búsqueda de combustibles sustitutos de los combustibles fósiles, convirtiéndose el hidrógeno en el más atractivo de los potenciales sustitutos, susceptible de ser utilizado tanto en fuentes estacionarias como difusas. Se realizó un análisis del mercado energético para fijar una escala industrial significativa para el estudio, lo que permitió elegir una potencia instalada de 75 MW. Sobre la base de dicha capacidad, se efectuó el dimensionamiento de los equipos mediante balances de masa y energía. La evaluación económica del proyecto consistió en contrastar la planta biotecnológica con una tecnología madura y comercializada de producción química de hidrógeno desde gas metano, pero sujeta a una misma exigencia de diseño, que contempló la emisión nula de dióxido de carbono, lo que permitió obtener comparaciones sobre una base común. En términos relativos, la rentabilidad de ambos proyectos, medida sobre la base de los indicadores económicos VAN y TIR, resultó ser similar, aún cuando se analizaron distintos escenarios de emisión de dióxido de carbono a la atmósfera. Esto permite sostener, que para llegar al requisito de diseño de no emitir a la atmósfera dióxido de carbono, no es necesaria una fuerte inversión ni altos costos de operación. Por otro lado, la ventaja comparativa exhibida por la opción biotecnológica sobre la opción química, radica en un menor costo de producción energética, siendo alrededor de 4 veces menor. Desde la perspectiva del diseño conceptual, resulta factible construir una planta de producción biotecnológica de hidrógeno con capacidad de 1x106 Nm3 /d si se dispone de un área total de 607 ha y se satisfacen los parámetros e hipótesis de diseño supuestos. Se concluye que al nivel de estudio de prefactibilidad técnica y económica, resultará más rentable, construir y operar una planta biotecnológica de obtención de hidrógeno que una de producción química, en cualquier escenario de emisión de dióxido de carbono a la atmósfera y en particular de emisión nula.

El presente trabajo consiste en el estudio numérico del confinamiento de un campo de alta temperatura, producido por una fuente de calor intenso, por medio de cortinas de aire tipo doble jet-doble flujo (DJ-DF), emulando las condiciones de operación de la instalación experimental construida en el marco del proyecto Fondecyt 1040498. Para este efecto se utilizó el modelo de turbulencia Reynolds Stress Model (RSM). El diseño de un dispositivo de confinamiento de escalares activos mediante cortinas de aire y la simulación numérica de sus condiciones de operación con modelos turbulentos de orden superior han motivado este estudio, cuyo objetivo ulterior es proponer soluciones para la seguridad en túneles viales. La eficacia de confinamiento por barreras gaseosas abre las puertas para diseñar su aplicación tecnológica en el campo de la seguridad dentro de túneles viales, en los cuales se busca controlar el transporte de calor y los gases tóxicos producidos en caso de incendio. La atención del estudió se centró tanto en las cortinas como en el comportamiento global del dispositivo. Simulaciones isotérmicas y no-isotérmicas fueron realizadas. Se efectuó una comparación del modelo RSM con los modelos k- standard y V2F. Se realizaron simulaciones no-isotérmicas considerando diferentes condiciones de operación del dispositivo, variando los parámetros relevantes que gobiernan los fenómenos estudiados (número de Reynolds, potencia térmica). Estas comparaciones fueron complementadas con mediciones de temperatura obtenidas de la instalación experimental. Por último, se varió el dominio de cálculo de las simulaciones: se realizó una simulación tridimensional del dispositivo y se realizó una simulación bidimensional, pero disminuyendo el largo de los circuitos de recirculación. Las simulaciones permitieron caracterizar las distintas zonas de las cortinas DJ-DF. En las zonas cerca de las boquillas de salida las cortinas se comportan como doble jet, pero aguas abajo se comportan como un jet plano simple. Los términos de transferencia de calor turbulento permitieron identificar las zonas de inhibición y transferencia de calor por estos mecanismos. Se observó que las capas de mezcla y la zona de impacto favorecen de manera importante el transporte de calor turbulento. Al aumentar el número de Reynolds de las cortinas se obtuvo una disminución de la actividad turbulenta en el eje de la cortina favoreciendo así el confinamiento. Se concluye que el modelo RSM se adapta mejor que los modelos citados, justificando el aumento de los recursos computacionales por la calidad de los resultados. Las simulaciones 3D indican cambios poco significativos en el comportamiento de las cortinas con respecto a los 2D, sin embargo, se predicen temperaturas mayores en la zona confinada debido a efectos radiativos en las paredes laterales. Las cortinas son en esencia bidimensionales y los efectos 3D se limitan a la zona próxima al penacho generado por la fuente térmica. La disminución de la longitud de los circuitos de recirculación del dispositivo no afecta la habilidad de confinamiento de las cortinas, pero produce un aumento global de la temperatura en la zona confinada. Dada la dispersión de los resultados al comparar el campo térmico experimental, etapas futuras de investigación numérica deben considerar las pérdidas de calor por las paredes (no adiabaticidad). Además, si se desea simular condiciones reales de incendio dentro del dispositivo, el modelo de radiación ocupado debe considerar el efecto radiativo que produce el humo dentro del túnel, que debería afectar la temperatura y dinámica de los flujos.