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.

En el presente estudio tiene por objetivo proponer mejoras al proceso productivo de leche de la empresa ganadera en estudio, ante las disminuciones de ingresos económicos por cuanto existe menor producción de leche en el ordeño de la mañana respecto del ordeño en la noche; así también la producción entre estaciones del año varia, siendo menor en épocas calurosas. Dentro de las causas asociadas se encontró a la influencia del estrés calórico y el mal manejo del mimo, dejando la empresa de percibir 459 725 S/-año (S/ 275 873 por diferencia de producción entre turnos de ordeño y S/ 183 851 por diferencia de producción entre estaciones). La metodología consistió en realizar un diagnóstico del proceso productivo de leche, utilizando herramientas de ingeniería de métodos, permitiendo elaborar una propuesta de mejora consistente en: ampliación de la disposición de sombras, aumento de la oferta de agua en corrales de estabulación, capacitación al personal operario, instalación de un sistema de enfriamiento en sala de pre ordeño y establecimiento de un nuevo procedimiento de ordeño para eliminación del cuello de botella identificado. Los resultados demostraron que las mejoras propuestas permitieron incrementar la producción en 6,46 kg de leche adicional por vaca al día, y la inversión requerida fue de 70 710,19 S/-año, o de 1,71 S/-vaca al día, lo que relacionándolo con los nuevos ingresos y egresos resultó en un costo beneficio de 2,71 resultando viable el proyecto de mejoramiento.

La presente Tesis Doctoral se enmarca en el campo de la Ciencia de Materiales, en concreto, en el desarrollo de materiales espumados metálicos con porosidad interconectada (también conocidos como espumas de poro abierto) para aplicaciones de disipación térmica. Dicho desarrollo concierne el prediseño de los materiales, su fabricación y una posterior caracterización microestructural, térmica, fluidodinámica y mecánica. Las espumas metálicas de poro abierto presentan elevada superficie específica por unidad de volumen, baja densidad, gran capacidad de transferencia de calor, así como unas propiedades mecánicas aceptables. La combinación de estas propiedades junto con una estructura porosa interconectada que permite el paso de un fluido a su través hace de estos materiales excelentes candidatos para numerosas aplicaciones en el campo de la electroquímica como electrodos, en catálisis como soportes catalíticos, en ingeniería biomédica donde se utilizan como implantes biocompatibles y biodegradables y en el área de la electrónica como disipadores e intercambiadores de calor. En los últimos años, el control térmico en la industria electrónica, aeronáutica y aeroespacial se ha convertido en un foco de estudio de numerosos autores como consecuencia de los grandes avances tecnológicos actuales, que implican una miniaturización de los equipos electrónicos y un aumento de la potencia y prestaciones de los mismos. En condiciones normales de operación, los equipos más modernos generan grandes excesos de calor que deben ser eliminados con el fin de evitar fallos y roturas de los empaquetados electrónicos. La arquitectura de estos empaquetados electrónicos, en su forma más simple, consiste en un chip de silicio (foco emisor de calor) seguido de un material cerámico que cumple la función de aislante eléctrico (normalmente, de AlN) y de dos tipos de materiales responsables de eliminar los excesos de calor. Por un lado, se emplean los conocidos disipadores pasivos, caracterizados por presentar elevada conductividad térmica y bajo coeficiente térmico de expansión. Estos componentes conducen el calor a través de su estructura hasta zonas más alejadas donde se localiza un disipador activo. Los materiales compuestos metal/cerámica, como aluminio/diamante y aluminio/grafito, son buenos ejemplos de disipadores de calor pasivos. Numerosos autores revelaron que las prestaciones de estos materiales pueden ser mejoradas mediante la nanoingeniería interfacial matriz-refuerzo, dando lugar a materiales compuestos de conductividad térmica superior, bajos coeficientes térmicos de expansión y, en ocasiones, propiedades mecánicas mejoradas. Por otro lado, los disipadores activos se encargan de transportar el calor por conducción a través de la estructura sólida del material y transferirlo por convección a un fluido en movimiento a través de su estructura interna que lo elimina al medio. Los disipadores activos más comunes son los conocidos disipadores de aletas de aluminio. En ocasiones, estos son sustituidos por espumas metálicas de poro abierto puesto que presentan una mayor área específica, elevado coeficiente térmico de transferencia, así como una buena conductividad térmica y densidad reducida. Existen dos estrategias para la generación de porosidad en espumas de poro abierto: i) autoformación, según la cual la porosidad se genera mediante un proceso de evolución regido por los principios físicos, y ii) prediseño, donde la estructura se crea de forma más controlada con el uso de moldes mártir que determinan las cavidades porosas. Las técnicas de fabricación de espumas de poro abierto en las que la generación de porosidad se controla empleando una estrategia de prediseño pueden clasificarse en cuatro grupos atendiendo al estado del material precursor: líquido, sólido, vapor e iones. Cuando el material precursor se encuentra en estado líquido, las técnicas de procesado más importantes son la colada a molde perdido de espumas poliméricas y la colada alrededor de partículas o infiltración sobre preformas mártir. Si el procesado se lleva a cabo con un precursor en estado sólido, pueden destacarse técnicas como: sinterización parcial de polvos y fibras, presurización y sinterización de polvos en preformas mártir, sinterización de esferas huecas, sinterización de polvos y aglutinantes, o reacción de sistemas multicomponentes. Así mismo, el procesado de espumas en estado vapor e iónico concierne la deposición de vapor y electrodeposición, respectivamente, del material precursor sobre espumas poliméricas. De entre la amplia variedad de técnicas de fabricación, la infiltración de preformas mártir, también conocida como método de replicación, resulta ser la más interesante puesto que permite el mejor control sobre el material. Este método ha sido utilizado tradicionalmente para la obtención de espumas metálicas de poro abierto. El método de replicación consiste en producir una preforma porosa, normalmente de partículas empaquetadas, con un agente plantilla (cloruro de sodio, carbón, etc.) que posteriormente es infiltrada con metal fundido o cualquier otro líquido precursor de la matriz para producir un material compuesto. Tras la solidificación del líquido precursor, esta es eliminada o bien por disolución o bien por reacción química controlada (por ejemplo, combustión) para dejar una estructura porosa interconectada que puede ser considerada como el "negativo" de la preforma inicial. Este método tiene la ventaja de ser suficientemente versátil como para permitir el control de la fracción de volumen, el tamaño, la forma y la distribución del tamaño de los poros. Con este control preciso, las propiedades de las espumas fabricadas pueden ser ajustadas fácilmente al intervalo deseado. Dependiendo del material precursor y de la arquitectura porosa final deseada, diferentes materias primas han sido empleadas para la preparación de preformas mártir. No obstante, el material más utilizado es el cloruro de sodio (NaCl) en forma de partículas, que puede ser convenientemente empaquetado e infiltrado con precursores líquidos a temperaturas inferiores a su punto de fusión (801°C) y luego eliminado por disolución en soluciones acuosas. Las espumas metálicas obtenidas por el método de replicación se caracterizan por presentar baja porosidad (menor al 70%), dando lugar a materiales con caídas de presión más elevadas que las espumas metálicas comerciales, pero con una clara ventaja frente a estas: la habilidad de disipar grandes cantidades de flujo de calor como consecuencia de una elevada fracción de volumen de metal. Una revisión bibliográfica de los últimos años revela que diversos autores han adoptado la estrategia de incorporar nuevas fases a las espumas de poro abierto, ya que parece ser una forma adecuada de superar los requisitos de muchas aplicaciones tales como las estructurales, catalíticas, electroquímicas y biomédicas. Sin embargo, existen escasos antecedentes donde se contemple dicha estrategia para modificar materiales aplicados al control térmico activo. A pesar de los grandes atributos que presentan las espumas metálicas tradicionales utilizadas para disipación térmica, el acelerado crecimiento tecnológico hace que sus prestaciones sean insuficientes para cumplir con los requisitos de los equipos electrónicos más avanzados. Existe, por tanto, la necesidad de reformular sus diseños con el fin de potenciar sus propiedades. A la vista de dicha problemática actual, surge el desarrollo de la presente Tesis Doctoral, cuyas hipótesis se plantean a continuación: 1. Las espumas metálicas, ampliamente utilizadas para disipación térmica, presentan propiedades que han limitado su uso en las tecnologías emergentes, de modo que sus diseños han de ser reformulados. La estrategia de incorporar nuevas fases en la matriz estructural de las espumas metálicas parece ser la forma más adecuada para ampliar su aplicabilidad. 2. El método de replicación, comúnmente utilizado para la fabricación de espumas metálicas de poro abierto, es suficientemente versátil como para permitir un control sobre la estructura porosa del material final. La utilización de preformas mártir para la generación de porosidad a partir de un agente plantilla, permite que la incorporación de nuevas fases en el empaquetado sea completamente viable, siempre que se tengan en consideración ciertos aspectos de diseño. Ejemplo de ellos son, entre muchos, que las fases incorporadas no rompan la coordinación de las partículas del agente plantilla de tal modo que impidan la eliminación de estas tras la infiltración, evitando así la interconexión entre poros en el material final; o bien que el sistema matriz-inclusión presente una mala interfase térmica y/o mecánica. 3. La utilización de refuerzos de base carbono en materiales compuestos de matriz aluminio, tales como copos de grafito o diamante, han proporcionado conductividades térmicas muy superiores a los materiales monolíticos análogos, de modo que pueden considerarse como potenciales inclusiones térmicas en espumas metálicas de poro abierto. 4. Puesto que la eliminación de calor en los disipadores activos ocurre por un mecanismo de conducción/convección forzada, los materiales con mayor conductividad térmica serán capaces de conducir el calor de forma más efectiva hasta zonas más alejadas del foco emisor de calor, que posteriormente será transportado por un fluido para eliminarlo al medio. Por ello, se espera que las espumas metálicas de poro abierto con inclusiones térmicas de base carbono den lugar a potencias disipadas superiores en comparación con las espumas metálicas tradicionales. En base a estas hipótesis, se formulan los siguientes objetivos generales: 1. Desarrollo de espumas de aluminio de poro abierto que contengan copos de grafito como inclusiones térmicas (espumas de material compuesto aluminio/copos de grafito) y evaluación de su aplicabilidad en el campo de la disipación térmica activa. 2. Desarrollo de espumas de aluminio de poro abierto que contengan partículas de diamante como inclusiones térmicas (espumas de material compuesto aluminio/diamante) y evaluación de su aplicabilidad en el campo de la disipación térmica activa. 3. Empleo de la nanoingeniería interfacial con el fin de modificar las propiedades de las espumas de aluminio de poro abierto con inclusiones térmicas de base carbono (copos de grafito y partículas de diamante) y evaluación de su aplicabilidad en el campo de la disipación térmica activa.

El presente trabajo presenta el diseño de los miembros superiores de un exoesqueleto de cuerpo completo, con cinco grados de libertad en cada brazo, de los cuales cuatro son actuados, para soportar una carga de hasta 30kg durante la acción de elevar un objeto desde el suelo hasta la zona media del cuerpo. Incrementar las capacidades físicas de la persona a través del uso de exoesqueletos, consiste en que estos mismos cubran el cuerpo entero de la persona. Por lo tanto, debido a la complejidad del mismo, es que en este proyecto solo aborda el diseño de los miembros superiores del exoesqueleto, además se proporcionan las fuerzas en el extremo que se debe conectar con el resto del exoesqueleto, para su desarrollo en futuros trabajos. En los primeros capítulos se realizó un estudio sobre las tecnologías existentes en el campo de los exoesqueletos, tanto de modelos comerciales, como de exoesqueletos que forman parte de trabajos de investigación aun en desarrollo. Además, se presenta una breve introducción sobre conceptos anatómicos del cuerpo humano como también de antropometría, esto con el fin de entender y aplicar dichos conceptos en el posterior diseño mecánico. Con esta información recopilada y haciendo uso de la metodología VDI 2221, se realizó el diseño conceptual del exoesqueleto en base a una lista de requerimientos previamente propuestos. Por último, se desarrolló el diseño mecánico del exoesqueleto, una vez realizado esto se obtuvo y analizó todos los procesos que el exoesqueleto debía cumplir para su funcionamiento y en base a estos requisitos se seleccionaron los componentes electrónicos que cumplan dicha tarea. Así mismo, los costos de diseño y fabricación se estiman en S/. 20,000 y S/ 43,000, respectivamente.

Las discapacidades motoras en el Perú ascienden a cerca del 60% de las discapacidades totales en el país. Este tipo de discapacidad limita las actividades cotidianas de las personas a las que afecta, creando la necesidad de que estas sean asistidas por otras personas o máquinas. Estas limitaciones, se extienden también a actividades deportivas de su agrado. Actualmente, leyes y reglamentos vigentes, han permitido que se inicie la práctica de deportes paralímpicos en el Perú a través de la Asociación Nacional Paralímpica del Perú (ANPP), lo cual ha permitido que las personas con discapacidades motoras, cumplan sus sueños y objetivos. Esta tesis está basada en el Para Va'a, el cual es la adaptación del Va'a o canoas polinesias, un nuevo deporte, de rápido crecimiento que, según el caso aplicado, no es considerado paralímpico, pero es practicado de manera recreativa y competitiva a nivel mundial. Al investigar distintas posibles soluciones, se observó que estas no eran útiles para la práctica del deporte y otras no permitían el dinamismo y naturalidad requerida. Esta tesis presenta el diseño de una órtesis activa de mano, la cual permite la práctica del Para Va’a a un atleta con discapacidad motora. Este sistema, hace posible al atleta realizar el deporte con naturalidad, ergonomía y le permite alcanzar su mayor desempeño con la seguridad que requiere. El diseño de la órtesis, se realizó mediante la metodología de diseño alemana VDI2206. Este también abarcó, el diseño mecánico, electrónico y de control del sistema integrado, que permite a las órtesis funcionar con total normalidad. Asimismo, con la finalidad de demostrar la ergonomía de la órtesis al practicar el deporte, se realizó el estudio de la forma de esta y la posición de la muñeca del atleta al remar. Finalmente, se obtuvo un costo de fabricación menor a los S/3,200 nuevos soles, el cual permite que este sistema sea accesible.

Teniendo presente que la actividad pecuaria y ganadera es una las actividades primarias de supervivencia de un gran número de la población de las zonas de menor de desarrollo de nuestra patria, y dentro de estas actividades, cabe destacar, donde la cadena láctea como principal actividad de las familias de la sierra y selva, en el año 2016 se tiene que casi el 65% de las unidades agropecuarias se forjan en la sierra, 19% en la selva y 17% en la costa, en actividades de cultivos de pastos, forrajes, producción de leche, crianza de animales y posteriormente transformación en quesos y derivados lácteos, considerada la última como la principal actividad económica rentable de la población rural. En ese orden de ideas, la presente investigación tiene el objetivo proncipal de diseñar un molino con ciertas características para la molienda del quesillo, ( producto de haber cortado la leche con cuajo, ya sea casero o producto industrializado que se usa como cortante), antes de ser prensado y convertirse en queso e incrementar volumenes de producción en el distrito y provincia de Santa Cruz, departamento de Cajamarca, y por ende mejorar el abastecimiento del mercado local y la economía de las productoras, siguiendo el procedimiento del diseño mecánico, permitiendo su desarrollo y crecimiento industrial. Este molino consta de ciertas partes como: el disco como pieza fundamental para moler, eje principal, poleas, fajas de transmisión y rodamientos por lo que se determinaron algunas cargas a las que se encuentran sometido. Una vez conocida el funcionamiento del molino tipo disco, para determinar la velocidad se utilizó la fórmula del movimiento parabólico para determinar el alcance máximo de una partícula de quesillo molido, asi mismo se calculó el torque y dar paso a la potencia para la selección de un motor adecuado. Para su diseño y su futura construcción se necesito de un software CAD/ CAE, para este caso Solidworks 2016. Finalmente se realizó una evaluación económica calculando el TIR y VAN para conocer la viabilidad del proyecto, teniendo una inversión de 2 987, 52 soles para su construcción. / The main activities in the mountain and jungle from Peru in 2016, 64% of the agricultural was developed in the mountains, 20% in the jungle and 16% on the coast , about pasture and forage cultivation , husbandry, milk production and then being cheeses and dairy products, it was the best economic activity of the rural population. Therefore, this research has the objetive of designing a quesillo’s shredder with some requirements, before being pressed. and become cheese to increase production volumes in the Santa cruz province, department of Cajamarca, then we need to improve the supply of the local market and the producer’s economy, we have followed the mechanical design procedure allowing its development and growth industry. Also the parts of the shredder are: the disc as a fundamental piece for milling, the mechanical shaft, pulleys, transmission belts and bearings, it was important to calculate some loads, power, angular velocity and choose the shredder structure correctly to make the cheese’s machine. We knew disk-type shredder how it works, so we used some formulas like a parabolic movement, it was used to calculate the speed and the maximum range of a cheese’s particle,also we calculated the torque and the power to select an electric motor. Finally, we needed a CAD / CAE software, for our case Solidworks 2016, then we made an economic evaluation (IRR and NPV) to know the project viability, having an investment of 2987, 52 soles for its construction.

[EN] This PhD Thesis is aimed at widening and improving the existing knowledge on the relationships between structure and uni-axial compression mechanical properties of aluminium foams obtained by the melting route. Aluminium foams, like other cellular materials, show high specific stiffness and mechanical strength, and are able to absorb energy under compression loads by plastic collapse. They are fire resistant and more isotropic than honeycomb structures. These characteristics justify recent industrial and scientific interest on manufacture and applications of metal foams in crash protection systems for vehicles or in lightweight modular structures. Despite their potential advantages, existing foams still show limitations compared to other cellular materials due to high manufacturing costs, the difficulty to obtain higher and more reproducible mechanical properties and the limited knowledge on the stabilization mechanisms and on the control of the structure. Experimental work has been carried out on aluminium foams obtained by the melting route, stabilized with calcium and foamed by addition of TiH2. In contrast with other studies, the extent of the structural characterization has spread from microstructure to the global macro-structure of the foam, providing a more complete picture of the phenomena that control the structure and properties. Cellular structure has been analysed by original image analysis techniques, determining the main parameters of the foam: thicknesses, material distribution, cell sizes and preferential orientations. Macrostructural analysis allowed determining the existence of a systematic and reproducible density gradient in the vertical direction, associated with the increase of cell edge thickness due to gravitational drainage. The foam Al-Ca-Ti alloy has been analysed and characterized, identifying the intermetallics that play the role of stabilizing agents during foaming. As original contribution, tensile mechanical testing of the solid material has been performed. Mechanical strength and energy absorption have been evaluated by compression testing at room and high temperature. Structural anisotropy and density gradients allowed quantifying and justifying deviations in mechanical properties for samples with similar density, allocated in previous studies to random effects. Density gradients in foam panels influence as well the slope of the stress-strain curve in the plastic zone and as a consequence, the efficiency in energy absorption, generating a predictable and measurable scale effect. Strength values measured experimentally have been checked against Gibson and Ashby classic dimensional models, concluding that these cannot predict correctly the mechanical behavior of closed cell aluminium foams. As an alternative, optimized models incorporating the effect of material ratio in cell edges as a function of relative density have been proposed, allowing the correct prediction of strength and the potential effects of the foam relative density. As an original contribution for the analysis of the energy absorption properties, the use of "diagrams of energy absorption per unit of stress" is suggested, allowing the determination of the optimum design strength and strain values for impact protection in a quicker and easier way than previously existing procedures. Finally, FEM simulation has been carried out for the analysis of the effects of wall thickness dispersion and structural anisotropy on collapse stresses. / [ES] Esta tesis tiene como principal objetivo mejorar y ampliar el conocimiento existente sobre las relaciones entre la estructura de las espumas de aluminio de poro cerrado obtenidas por fusión y las propiedades mecánicas bajo cargas de compresión uniaxial. Las espumas de aluminio, como otros materiales celulares, presentan elevadas propiedades específicas de rigidez y resistencia mecánica, así como una elevada absorción de energía bajo cargas de compresión. Presentan mayor resistencia al fuego que las espumas poliméricas y un comportamiento más isótropo que las estructuras de tipo panal. Estas características justifican el reciente interés industrial y científico sobre tecnologías de obtención y sobre aplicaciones en sistemas de protección contra impacto en vehículos o en construcciones modulares ligeras. A pesar de sus ventajas potenciales, las espumas disponibles presentan todavía limitaciones frente a otros materiales celulares debido al alto coste de obtención, a la dificultad de obtener propiedades mecánicas más elevadas y reproducibles, y a las limitaciones del conocimiento existente sobre los mecanismos de estabilización y sobre el control de la estructura. El trabajo experimental se ha llevado a cabo sobre espumas de aluminio obtenidas por fusión, estabilizadas mediante adición de calcio y espumadas internamente mediante TiH2. Frente a otros trabajos, en esta Tesis el alcance de la caracterización estructural se ha extendido desde la microestructura a la macro-estructura global de la espuma, aportando una visión más completa de los fenómenos que controlan la estructura y las propiedades. La estructura celular ha sido analizada mediante técnicas originales de análisis de imagen, determinando los parámetros significativos: espesores, distribución del material, tamaños de celda y orientaciones preferentes. El análisis macroestructural ha permitido determinar la existencia de un gradiente sistemático y reproducible de densidad en sentido vertical, asociado al incremento de los espesores de bordes que genera el drenaje gravitacional. Se ha analizado y caracterizado la aleación Al-Ca-Ti que forma la espuma, identificando los intermetálicos que actúan como estabilizadores, y con carácter original, se han llevado a cabo ensayos de tracción del material sólido. La resistencia y la absorción de energía se han evaluado mediante ensayos de compresión a temperatura ambiente y a alta temperatura. La anisotropía estructural y los gradientes de densidad han permitido cuantificar y justificar las desviaciones en los valores de resistencia observados para muestras de similar densidad, que en otros trabajos se atribuyen a efectos aleatorios. La existencia de gradientes de densidad en los paneles afecta además a la pendiente de la curva tensión-deformación en la zona plástica y a la eficiencia en la absorción de energía, generando un efecto de escala que resulta predecible y cuantificable. Los valores de resistencia medidos experimentalmente se han contrastado frente a los modelos dimensionales clásicos propuestos por Gibson y Ashby, concluyendo que dichos modelos no predicen correctamente el comportamiento de las espumas de aluminio de poro cerrado. Como alternativa se proponen modelos optimizados que incorporan los efectos de la fracción de material en bordes sobre la densidad, y que permiten predecir correctamente tanto los niveles de resistencia como los efectos potenciales de la densidad relativa. Con carácter original, para el análisis de las propiedades de absorción de energía se propone el uso de "diagramas de absorción de energía específica por unidad de tensión", que permiten determinar el punto óptimo de utilización de las espumas de modo más rápido y eficiente que otros procedimientos ya disponibles. Finalmente, se ha llevado a cabo mediante simulación MEF un análisis de los efectos que la dispersión de espesores de paredes y la anisotropía t / [CAT] Aquesta tesi té com a principal objectiu millorar i ampliar el coneixement existent sobre les relacions entre l'estructura de les escumes d'alumini de porus tancat obtingudes per fusió i les propietats mecàniques sota càrregues de compressió uniaxial. Les escumes d'alumini, com altres materials cel·lulars, presenten elevades propietats específiques de rigidesa i resistència mecànica, així com una elevada absorció d'energia sota càrregues de compressió. Presenten major resistència al foc que les escumes polimèriques i un comportament més isòtrop que les estructures de niu d'abella. Aquestes característiques justifiquen el recent interès industrial i científic sobre tecnologies d'obtenció i sobre aplicacions en sistemes de protecció contra impacte en vehicles o en construccions modulars lleugeres. Malgrat els seus avantatges potencials, les escumes disponibles presenten encara limitacions enfront d'altres materials cel·lulars a causa de l'alt cost d'obtenció, a la dificultat d'obtenir propietats mecàniques més elevades i reproduïbles, i a les limitacions del coneixement existent sobre els mecanismes d'estabilització i sobre el control de l'estructura. El treball experimental s'ha dut a terme sobre escumes d'alumini obtingudes per fusió, estabilitzades mitjançant addició de calci i escumejades internament mitjançant TiH2. Enfront d'altres treballs, en aquesta Tesi l'abast de la caracterització estructural s'ha estès des de la microestructura a la macro-estructura global de l'escuma, aportant una visió més completa dels fenòmens que controlen l'estructura i les propietats. L'estructura cel·lular ha sigut analitzada mitjançant tècniques originals d'anàlisis d'imatge, determinant els paràmetres significatius: espessors, distribució del material, grandàries de cel·la i orientacions preferents. L'anàlisi macro-estructural ha permès determinar l'existència d'un gradient sistemàtic i reproduïble de densitat en sentit vertical, associat a l'increment dels espessors de vores que genera el drenatge gravitacional. S'ha analitzat i caracteritzat l'aliatge Al-Ca-Ti que forma l'escuma, identificant els intermetàl·lics que actuen com a estabilitzadors, i amb caràcter original, s'han dut a terme assajos de tracció del material sòlid. La resistència i l'absorció d'energia s'han avaluat mitjançant assajos de compressió a temperatura ambient i a alta temperatura. L'anisotropia estructural i els gradients de densitat han permès quantificar i justificar les desviacions en els valors de resistència observats per a mostres de similar densitat, que en altres treballs s'atribueixen a efectes aleatoris. L'existència de gradients de densitat en els panells afecta a més al pendent de la corba tensió-deformació en la zona plàstica i a l'eficiència en l'absorció d'energia, generant un efecte d'escala que resulta predictible i quantificable. Els valors de resistència mesurats experimentalment s'han contrastat enfront dels models dimensionals clàssics proposats per Gibson i Ashby, concloent que aquests models no prediuen correctament el comportament de les escumes d'alumini de porus tancat. Com a alternativa es proposen models optimitzats que incorporen els efectes de la fracció de material en vores sobre la densitat, i que permeten predir correctament tant els nivells de resistència com els efectes potencials de la densitat relativa. Amb caràcter original, per a l'anàlisi de les propietats d'absorció d'energia es proposa l'ús de "diagrames d'absorció d'energia específica per unitat de tensió", que permeten determinar el punt òptim d'utilització de les escumes de manera més ràpida i eficient que altres procediments ja disponibles. Finalment, s'han dut a terme mitjançant simulació MEF anàlisis dels efectes que la dispersió d'espessors de parets i l'anisotropia tenen sobre les tensions de col·lapse. / Cárcel González, B. (2016). Efectos de la estructura celular sobre el comportamiento mecánico de espumas de aluminio de poro cerrado obtenidas por fusión. Aplicación en absorbedores de energía [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61298 / TESIS

[ES] Dentro del sector biomédico, el titanio y sus aleaciones han desplazado a otros materiales como el acero inoxidable 316L y las aleaciones Co-Cr por ofrecer un módulo elástico más cercano al hueso cortical, lo que reduce sustancialmente el efecto de apantallamiento de tensiones. Una manera de disminuir aún más el módulo elástico es estabilizando la fase cúbica beta (bcc) del titanio a temperatura ambiente mediante la adición de elementos como el Nb y Mo, cuya biocompatibilidad ha sido comprobada en numerosos estudios. La ruta convencional para el procesado de estas aleaciones es la fundición y/o forja, pero en esta investigación se ha optado por la pulvimetalurgia ya que el desperdicio de material es mínimo y se reducen las etapas posteriores de tratamientos térmicos y mecanizado, facilitando el procesado en general y reduciendo los costos. Además, el carácter refractario de los elementos estabilizadores beta justifica aún más el empleo de un método de consolidación en estado sólido como la pulvimetalurgia donde no es necesario alcanzar temperaturas tan elevadas. Por tanto, en una primera aproximación se han procesado aleaciones de Ti-xNb-yMo (x = 13, 20, 27, 35 ; y = 12, 10, 8, 6; % en peso) mediante pulvimetalurgia convencional para estudiar el efecto del Nb y Mo en la microestructura y propiedades mecánicas de las aleaciones. A fin de atacar otros problemas inherentes del proceso como la porosidad y la falta de homogeneidad en la microestructura se ha acudido a la mezcla mecánica de polvos de la aleación Ti-35Nb-6Mo, evaluando también el efecto de diferentes agentes controladores de proceso en la molienda. Por último, se ha tratado la superficie de las aleaciones Ti-27Nb-8Mo y Ti-35Nb-6Mo mediante fusión por láser con diferentes parámetros para estudiar la capacidad del proceso de cerrar la porosidad abierta, mejorar la homogeneidad superficial, y evaluar su efecto en la microestructura y propiedades mecánicas de las aleaciones. Pese a aumentar la porosidad en función del contenido de Nb, las aleaciones Ti-27Nb-8Mo y Ti-35Nb-6Mo de las obtenidas por mezcla elemental exhibieron las mejores propiedades en general, con una microestructura casi beta en su totalidad y un módulo de elasticidad de 67 - 74 GPa, que se acerca más al presentado por el hueso cortical en comparación con la aleación comercial Ti-6Al-4V ELI. Por su parte, la mezcla mecánica mejoró considerablemente la homogeneidad química de la aleación Ti-35Nb-6Mo, pero promovió la formación de la fase alfa y deterioró la resistencia y deformación mecánica debido a la ganancia en acritud del polvo y el aumento de la porosidad. No obstante, la microdureza de las aleaciones aumentó significativamente. En cuanto al agente controlador de proceso, el cloruro de sodio (NaCl) exhibió los mejores resultados en términos de rendimiento y distribución de tamaño de partícula, mientras que el ácido esteárico indujo la contaminación del polvo mediante la formación de la fase no deseada TiC. El tratamiento de fusión superficial por láser consiguió cerrar efectivamente la porosidad abierta de las aleaciones y mejorar la homogeneidad microestructural. Adicionalmente, promovió un aumento de la resistencia y la deformación mecánica y una leve disminución del módulo elástico en ambas aleaciones. Por último, la aleación Ti-27Nb-8Mo tratada superficialmente a 1000W y 6,67 mm/s exhibió una microestructura beta casi en su totalidad y las mejores propiedades mecánicas desde un punto de vista biomédico, con una resistencia de 1467 MPa, una deformación de 7% y un módulo de elasticidad de 67 - 72 GPa. / [CA] Dins del sector biomèdic el titani i els seus aliatges han desplaçat a altres materials com l'acer inoxidable 316L i els aliatges Co-Cr per oferir un mòdul elàstic inferior i més pròxim a l'os cortical, la qual cosa redueix substancialment l'efecte d'apantallament de tensions. Una manera de disminuir encara més el mòdul elàstic és estabilitzant la fase cúbica beta; (bcc) del titani a temperatura ambient mitjançant l'addició d'elements altament biocompatibles com el Nb i Mo. La ruta convencional per al processament d'aquests aliatges és la fosa i/o forja, però en aquesta recerca s'ha optat per la pulvimetalurgia ja que el desaprofitament de material és mínim i es redueixen les etapes posteriors de tractament tèrmics i mecanitzat, facilitant el processament en general i reduint els costos. A més, el caràcter refractari dels elements estabilitzadors beta justifica encara més l'ús d'un mètode de consolidació en estat sòlid com la pulvimetalurgia on no és necessari aconseguir temperatures tan elevada. Per tant, en una primera aproximació s'han processat aliatges de Tu-xNb-yMo (x = 13, 20, 27, 35 ; i = 12, 10, 8, 6; % en pes) mitjançant pulvimetalurgia convencional per a estudiar l'efecte del Nb i Mo en la microestructura i propietats mecàniques dels aliatges. A fi d'atacar altres problemes inherents del procés com la porositat i la falta d'homogeneïtat en la microestructura s'ha acudit a la mescla mecànica de pólvores de l'aliatge Tu-35Nb-6Mo, avaluant també l'efecte de diferents agents antiadherentes en la mòltaa. Finalment, s'ha tractat la superfície dels aliatges Tu-27Nb-8Mo i Tu-35Nb-6Mo mitjançant fusió per làser amb diferents paràmetres per a estudiar la capacitat del procés per a tancar la porositat oberta, millorar l'homogeneïtat superficial, i avaluar el seu efecte en la microestructura i propietats mecàniques dels aliatges. Malgrat augmentar la porositat en funció del contingut de Nb, els aliatges Tu-27Nb-8Mo i Tu-35Nb-6Mo van exhibir les millors propietats en general. La mescla mecànica va millorar l'homogeneïtat química de l'aliatge Tu-35Nb-6Mo però va deteriorar les propietats mecàniques amb excepció de la microdureza. El tractament de fusió superficial per làser va aconseguir tancar efectivament la porositat oberta dels aliatges i va millorar l'homogeneïtat microestructural i les propietats mecàniques. Finalment, l'aliatge Tu-27Nb-8Mo tractada superficialment a 1000W i 6,67 mm/s va exhibir una microestructura beta gairebé íntegrament i les millors propietats mecàniques des d'un punt de vista biomèdic. / [EN] Within the biomedical sector, titanium and its alloys have replaced other materials such as 316L stainless steel and Co-Cr alloys due to a lower elastic modulus, closer to the cortical bone, which significantly reduces the stress shielding effect. An alternative to decrease the elastic modulus even more is to stabilize the cubic beta phase (bcc) of titanium at room temperature by adding highly biocompatible elements such as Nb and Mo. These alloys are normally processed by casting and/or forging, but in this work powder metallurgy was conducted due to lower material waste and less subsequent stages of heat treatments and machining, reducing costs significantly. Moreover, the refractory nature of beta stabilizing elements justifies even more the use of a solid-state consolidation method such as powder metallurgy where it is not necessary to reach meting point temperatures. Therefore, in a first approach, Ti-xNb-yMo alloys (x = 13, 20, 27, 35; y = 12, 10, 8, 6;% by weight) were processed by conventional powder metallurgy to study the effect of Nb and Mo in the microstructure and mechanical properties of the alloys. In order to attack other powder metallurgy inherent problems, such as porosity and inhomogeneity in the microstructure, mechanical mixing was carried out for the Ti-35Nb-6Mo powder, evaluating the effect of different non-stick agents on the milling process. Finally, the surface of Ti-27Nb-8Mo and Ti-35Nb-6Mo alloys were treated by laser surface melting under different parameters to reduce open porosity, improve surface homogeneity, and evaluate its effect. in the microstructure and mechanical properties of alloys. Despite increasing porosity with the increase of Nb content, Ti-27Nb-8Mo and Ti-35Nb-6Mo alloys exhibited the best overall properties, consisting of a beta phase microstructure. Mechanical mixing improved the chemical homogeneity of the Ti-35Nb-6Mo alloy but deteriorated the mechanical properties with the exception of microhardness. The laser surface melting treatment effectively closed the open porosity in the alloys and improved the microstructural homogeneity and mechanical properties. Lastly, the Ti-27Nb-8Mo alloy which surface was treated at 1000W and 6.67 mm/s exhibited a beta microstructure and the best mechanical properties from a biomedical point of view. Despite increasing porosity with Nb addition, Ti-27Nb-8Mo and Ti-35Nb-6Mo alloys exhibited the best overall properties, both consisting of a beta phase microstructure and an elastic modulus of 67 - 74 GPa, which is closer to the cortical bone in comparison to the commercial Ti-6Al-4V ELI alloy. On the other hand, the mechanical mixing significantly improved the chemical homogeneity of the Ti-35Nb-6Mo alloy, but induced the formation of alfa phase and deteriorated the resistance and mechanical deformation due to the increase in porosity and the hardening effect produced during the milling process. Therefore, the microhardness increased significantly. Regarding the process control agent, sodium chloride (NaCl) exhibited the best results in terms of powder yield and particle size distribution, while stearic acid induced contamination by the formation of the undesired TiC phase. The laser surface melting treatment was able to effectively close the open porosity of the alloys and improve microstructural homogeneity. Moreover, it promoted an increase in strength and mechanical deformation and a slight decrease in the elastic modulus in both alloys. Finally, the surface-treated Ti-27Nb-8Mo alloy at 1000W and 6.67 mm/s exhibited almost an entirely beta phase microstructure and the best mechanical properties from a biomedical point of view, with a resistance of 1467 MPa, a deformation of 7% and a modulus of elasticity of 67 - 72 GPa. / El trabajo se realizó en el Instituto de Tecnología de Materiales y en el Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales de la Universitat Politècnica de València, bajo la ayuda del proyecto MAT2014-53764-C3-1-R del Ministerio de Economía y Competitividad de España, y la subvención 2016/020 del programa SANTIAGO GRISOLIA, enmarcada en la convocatoria del 2015 de la Conselleria de Educación, Cultura y Deporte de la Generalitat Valenciana. / Viera Sotillo, M. (2020). Desarrollo de aleaciones ß Ti-Nb-Mo mediante pulvimetalurgia para aplicaciones biomédicas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/156194 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] La construcción con elementos prefabricados de hormigón es un sector en alza por la aceleración del proceso constructivo, el ahorro de costes derivados de la obra in situ y la mejora de la calidad y acabados, entre otros. En la construcción prefabricada de estructuras de ingeniería civil como puentes y edificios es frecuente el empleo de vigas prefabricadas de hormigón. La construcción con estas vigas requiere el vertido de una capa de hormigón in situ sobre las mismas tras su emplazamiento, que sirve como elemento integrador para garantizar la unidad estructural. Los elementos estructurales que se obtienen de esta forma son conocidos como vigas compuestas de hormigón. En vigas compuestas, aspectos como la resistencia a rasante de la interfaz entre hormigones han sido estudiados en numerosas publicaciones. No obstante, su comportamiento a cortante no ha sido, por el momento, analizado en profundidad. En consecuencia, existe muy poca información, tanto en la literatura existente como en los códigos de diseño actuales, acerca de la resistencia a cortante de estos elementos, de cómo influye la presencia de una interfaz entre los hormigones en la resistencia a cortante o de cómo contribuye la losa hormigonada in situ a dicha resistencia. La presente tesis doctoral tiene como objetivo estudiar la resistencia a cortante de vigas compuestas de hormigón. Para ello, se desarrolla un extenso programa experimental compuesto por vigas monolíticas y compuestas con y sin armadura transversal, con sección transversal rectangular o en forma de T y con hormigones de diferentes calidades en la viga prefabricada y en la losa hormigonada in situ. Se ensaya a cortante un total de 69 vigas de hormigón armado con el fin de analizar las diferentes variables de interés en la resistencia a cortante. A partir de los resultados experimentales, se propone un modelo mecánico de predicción de la resistencia a cortante de vigas compuestas de hormigón con sección transversal rectangular y en forma de T, que también es de aplicación a vigas monolíticas en T. Además, como apoyo al estudio experimental y al modelo mecánico, se modelan numéricamente algunos especímenes del programa experimental. Con todo ello, se busca incrementar el estado actual del conocimiento en este campo, mediante el aporte de un gran número de resultados experimentales y el análisis de los parámetros de diseño, así como sentar las bases para el desarrollo de una formulación de diseño de estructuras compuestas y de evaluación de las ya existentes globalmente aceptada por la comunidad científica. / [CA] La construcció amb elements prefabricats de formigó és un sector en alça per l'acceleració del procés constructiu, l'estalvi de costos derivats de l'obra in situ i la millora de la qualitat i acabats, entre altres. En la construcció prefabricada d'estructures d'enginyeria civil com a ponts i edificis és freqüent l'ús de bigues prefabricades de formigó. La construcció amb aquestes bigues requereix l'abocament d'una capa de formigó in situ sobre les bigues després del seu emplaçament, que serveix com a element integrador per a garantir la unitat estructural. Els elements estructurals que s'obtenen d'aquesta forma són coneguts com a bigues compostes de formigó. En bigues compostes, aspectes com la resistència a rasant de la interfície entre formigons han sigut estudiats en nombroses publicacions. No obstant això, el seu comportament a tallant no ha sigut, de moment, analitzat en profunditat. En conseqüència, existeix molt poca informació, tant en la literatura existent com en els codis de disseny actuals, sobre la resistència a tallant d'aquests elements, de com influeix la presència d'una interfície entre els formigons en la resistència a tallant o de com contribueix la llosa formigonada in situ a aquesta resistència. La present tesi doctoral té com a objectiu estudiar la resistència a tallant de bigues compostes de formigó. Per a això, es desenvolupa un extens programa experimental compost per bigues monolítiques i compostes amb armadura transversal i sense, amb secció transversal rectangular o en forma de T i amb formigons de diferents qualitats en la biga prefabricada i en la llosa formigonada in situ. S'assaja a tallant un total de 69 bigues de formigó armat amb la finalitat d'analitzar les diferents variables d'interés en la resistència a tallant. A partir dels resultats experimentals, es proposa un model mecànic de predicció de la resistència a tallant de bigues compostes de formigó amb secció transversal rectangular i en forma de T, que també és aplicable a bigues monolítiques en T. A més, com a suport a l'estudi experimental i al model mecànic, es modelen numèricament alguns espècimens del programa experimental. Amb tot això, es pretén incrementar l'estat actual del coneixement en aquest camp, mitjançant l'aportació d'un gran nombre de resultats experimentals i l'anàlisi dels paràmetres de disseny, així com establir les bases per al desenvolupament d'una formulació de disseny d'estructures compostes i d'avaluació de les ja existents globalment acceptada per la comunitat científica. / [EN] Construction with precast concrete elements is a booming sector due to the acceleration of the construction process, the saving of costs arising from the on-site construction and the quality and finish improvement, among others. Precast concrete beams are frequently used in the precast construction of civil engineering structures such as bridges and buildings. Construction with these beams requires the pouring of a cast-in-place concrete layer on top of the beams after their placement, which works as a unifying element to ensure structural integrity. Structural elements obtained in this way are known as concrete composite beams. In composite beams, some aspects such as the shear strength of the interface between concretes have been studied in multiple publications. However, their shear behaviour has not yet been analysed in depth. Consequently, there is very little information, both in the existing literature and in current design codes, about the shear strength of these elements, how the presence of an interface between the concretes influences the shear strength or how the cast-in-place concrete slab contributes to the shear strength. The aim of this doctoral thesis is to study the shear strength of concrete composite beams. For this purpose, an extensive experimental programme is developed, consisting of monolithic and composite beams with and without transverse reinforcement, with rectangular or T-shaped cross-section and with concretes of different qualities in the precast beam and in the slab. A total of 69 reinforced concrete beams are tested under shear forces in order to analyse the different variables of interest in shear strength. Based on the experimental results, a mechanical model for predicting the shear strength of concrete composite beams with rectangular and T-shaped cross-section is proposed, which is also applicable to monolithic T-beams. In addition, to support the experimental study and the mechanical model, some specimens of the experimental programme are numerically modelled. All in all, the aim is to improve the current state of knowledge in this field by providing a large number of experimental results and analysing the design parameters, as well as to lay the foundations for the development of a formulation for the design of existing structures and the assessment of existing ones that is globally accepted by the scientific community. / The present doctoral thesis would not have been possible without the financial support of the Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) and the Agencia Estatal de Investigación (AEI) through Grants BIA2015-64672-C4-4-R and RTI2018- 099091-B-C21-AR, both funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and by the “ERDF A way of making Europe”. I am thankful as well for their support through Grant BES-2016-078010 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and by the “ESF Investing in your future”. The project was also supported by the Regional Government of Valencia through Project AICO/2018/250. And finally, thanks to the Concrete Science and Technology University Institute (ICITECH) of the Universitat Politècnica de València (UPV; Spain) in which this research project has been developed, and to our concrete supplier Caplansa. / Rueda García, L. (2022). Experimental Assessment of the Shear Resistant Behaviour of Precast Concrete Beams with Top Cast-in-Place Concrete Slab [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/183594 / TESIS / Compendio

El sector de puericultura y ortopédico son sectores de gran relevancia, donde aspectos como el confort, adaptabilidad, calidez, etc. adquieren sentido. Los cauchos basados en silicona líquida (LSR) son clave en estos sectores, ofreciendo interesantes propiedades tanto a nivel técnico como de percepción positiva por parte del usuario. No obstante, la transformación de estos materiales es algo más compleja que el conjunto de plásticos de uso común y además, debido a su naturaleza reticular, resulta un material difícil de reciclar. El proceso de inyección es un proceso de conformado de los materiales poliméricos termoplásticos que representa una notable importancia económica y tecnológica. Bajo estas premisas, el objetivo principal de este trabajo de investigación es el desarrollo de materiales para el sector ortopédico - puericultura a partir del empleo de materiales de naturaleza reticular reversible (elastómeros termoplásticos) que puedan procesarse mediante técnicas de inyección convencionales y que sean capaces de aportar una buena inercia térmica para confort, mediante el empleo de materiales microencapsulados con cambio de fase (PCMs). Para ello, se plantea un conjunto de mezclas de un sistema basado en dos grados comerciales de elastómero termoplástico de SEBS (copolímero en bloque de estireno-etileno/butileno-estireno) con durezas extremas. Ello conlleva el planteamiento de objetivos parciales como la caracterización reológica del sistema (desarrollando un modelo de predicción de comportamiento mediante software de simulación), la modelización del comportamiento mecánico de las mezclas, la optimización del procesado de las mezclas aditivadas con PCMs (analizando la respuesta mecánica y térmica) y el estudio de la inercia térmica de las mismas para la mejora del confort de estos materiales y su potencial empleo en los sectores industriales mencionados, como sustitutos en las aplicaciones de la silicona líquida inyectada. / Juárez Varón, D. (2011). Procesado, modelización y caracterización de mezclas industriales de SEBS con materiales con cambio de fase (PCM) para la mejora del confort térmico en aplicaciones de ortopedia y puericultura [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11551 / Palancia