En el Perú, la minería es un actor muy importante en el desarrollo económico y social del país, las grandes empresas dedicadas al rubro minero invierten dinero y tiempo para cumplir uno de los grandes retos que es lograr la eficiencia operativa de excelencia en las plantas concentradoras de minerales. Para lograr el reto trazado, las empresas mineras buscan motivar a los colaboradores con el fin de lograr oportunidades de mejora en los procesos y por ende en los equipos. El presente Trabajo de Investigación busca la optimización de la línea de ingreso de aire a la celda de flotación (BGRIMM KYF-300), dado que los trabajos por mantenimiento rutinario han incrementado en su frecuencia. Sabemos que uno de los procesos más utilizados por las empresas mineras es la concentración de minerales por medio del proceso de “flotación”, este proceso utiliza máquinas y equipos de gran envergadura, cuando los equipos presentan fallas frecuentes es prioridad de la empresa buscar soluciones óptimas que permitan la disponibilidad del equipo. La finalidad del Trabajo de Investigación es diseñar una modificación en la línea de ingreso de aire de la celda de flotación que permita mejorar la disponibilidad del equipo y evitar que las fallas recurrentes por un diseño de fábrica inadecuado puedan ocasionar una falla catastrófica en el equipo.

En esta tesis se describen los procedimientos experimentales realizados para la instalación y puesta en funcionamiento de una celda de hidrógeno adquirida por la Facultad Regional Bahía Blanca de la U.T.N.. Se determina la eficiencia energé-tica de la celda, aplicando varios métodos y se estudian los materiales que se utilizan para la fabricación de los electrodos. En primer término, se describe el funcionamiento básico de una celda de combustible, los tipos de celdas, las principales aplicaciones y se realiza una revisión de su desarrollo tecnoló-gico; posteriormente se detallan los diseños y materiales utili-zados en la fabricación de celdas de combustible que emplean membrana polimérica para el intercambio de protones como electrolito (PEMFC), como así también se analizan parámetros críticos de su funcionamiento como ser el manejo de agua, re-frigeración y presión de trabajo. Además se describen espe-cialmente los materiales que se utilizan para la construcción de los electrodos de las celdas, tanto en diseños conven-cionales como en diseños innovadores y su influencia en el rendimiento de las celdas. Posteriormente se realiza una descripción del combustible que utiliza la celda en cuanto a sus características sobresalientes, sus formas de obtención y de almacenamiento, como así también el manejo seguro para su utilización en el Laboratorio. En la parte final se detallan los procedimientos experimentales realizados para: Instalación de la celda en el Laboratorio. Instalación para el suministro de hidrógeno gaseoso comprimido. Conexión y configuración de los equipos para el acondi-cionamiento de la potencia de salida de la celda. Puesta en marcha y operación de la celda. Empleo del software de comunicaciones. Determinación de la eficiencia energética para distintos estados de carga. Evaluación de la cantidad de agua producida por la celda. Análisis y ejecución de los mantenimientos del sistema. Instalación de un sistema de seguridad de monitoreo y alarma. / The experimental procedures performed for the installation and operation of an hydrogen cell acquired by F.R.B.B. U.T.N. is presented in this thesis. The energy efficiency is determined applying several methods while materials used for the manu-facture of electrodes are studied. In the first sections the basic operation of a fuel cell, the cell types and the main applications are described. A review of its technological development is also included. The design and materials used in the manufacture of fuel cells that uses polymeric membrane for proton exchange as electrolyte (PEMFC) and the critical operating parameters such as water management, cooling and working pressure are also analyzed. The materials used for constructing the electrodes of the cell, both in conventional designs as in innovate designs are described. Their influence on the performance of the cells is also examined. The outs-tanding features of the fuel used in the cell, their ways of production and storage, as well as safe handling in the labo-ratory are also analyzed. In the final section the following experimental procedures are detailed: Installation of the cell in the laboratory. Installation for supplying compressed gaseous hydrogen. Connection and configuration of equipment for conditioning the output power. Startup and operation of the cell. Using of communications software. Determination of efficiency for various load states. Evaluating the amount of water produced. Analysis and execution of maintenance of the cell. Installation of a monitoring and alarm system.

Ingeniero Civil Químico / El presente trabajo tuvo como objetivo general el estudio y la caracterización del proceso de flotación de una celda de contacto. Este trabajo se centró específicamente en modelar y caracterizar distintos fenómenos presentes durante la operación de una celda de contacto, tales como la recuperación por flotación y arrastre. Adicionalmente se llevó a cabo pruebas para el estudio de recuperación de iones presentes en el agua cuando el equipo es operado con agua de mar. Se realizaron pruebas preliminares en un sistema bifásico, con el objetivo de conocer la operación de este equipo y definir los reactivos a utilizar en los ensayos posteriores. Se realizaron pruebas para obtener curvas de Jg versus εg para distintos espumantes, luego se llevó a cabo una prueba de distribución de tiempos de residencia, se hicieron ensayos de recuperación por arrastre, utilizando para ello cuarzo como mineral, comparando además el grado de arrastre con y sin agua de lavado. Luego, se hicieron pruebas de recuperación de iones, donde el agua de proceso utilizada fue a agua de mar (rica en iones), mientras que el agua de lavado era agua fresca, para así poder determinar el grado de arrastre de iones en el concentrado en función de la razón entre agua de lavado y agua en el concentrado, repitiéndose estas pruebas con y sin mineral. Se llevó a cabo también pruebas de flotación análogas entre la celda mecánica y de contacto, con muestras provenientes de El Abra, realizando una prueba cinética con el objetivo de, por un lado establecer un modelo de recuperación, y también para comparar el desempeño de ambos equipos. A partir de las pruebas de recuperación de iones se obtuvo una recuperación de aproximadamente un 17%, corroborando así un efectivo desplazamiento de los iones en el concentrado al usar agua fresca de lavado. Por otra parte, se definió un modelo para el factor de arrastre en función de la velocidad superficial de gas y del flujo de agua de lavado por unidad de área en la celda. Al comparar el desempeño de la celda de contacto con el de una celda convencional se observó que la cinética de recuperación en la primera fue más lenta que la de la segunda para las pruebas realizadas, por lo que el rendimiento de la celda de contacto resultó ser inferior al de la celda mecánica convencional.

Doctora en Química / En la búsqueda de semiconductores poliméricos de fácil procesamiento para su aplicación en celdas solares orgánicas (CSO), esta tesis abordó la electropolimerización de derivados de tienilvinileno en una serie de líquidos iónicos (LIs). Los LIs son sales fundidas a temperatura ambiente y están constituidos enteramente por iones. Entre sus propiedades se destaca la baja presión de vapor y su conductividad iónica inherente, funcionando simultáneamente como solvente y electrolito de soporte; siendo una alternativa limpia en reemplazo a los compuestos orgánicos volátiles (COVs). Se sintetizó las unidades monoméricas derivadas de tienilvinileno con sustituyentes electro-dador del tipo alquilo y alquiloxi, (E)-1,2-di-(3-octil-2-tienil)vinileno (3-OTV) y (E)-1,2-di-(3-octiloxi-2-tienil)vinileno (3-OOTV), respectivamente. La incorporación del enlace vinílico entre anillos de tiofeno disminuye el carácter aromático del anillo, con el consecuente aumento en la deslocalización de los electrones π y el descenso en el desorden rotatorio entre anillos aromáticos. Mediante la incorporación de los grupos electron-dador del tipo alquilo o alquiloxi, en la posición β del anillo de tiofeno se incrementó el grado de solubilidad de los polímeros en solventes orgánicos. A su vez, se sintetizó ocho LIs basados en el catión imidazolio con variaciones en el largo de la cadena alquílica (C4mim+, C6mim+ y C8mim+) y diferentes tamaños de anión (BF4-, PF6-, NTf2- y TfO-), los cuales se caracterizaron fisicoquímicamente a través de su viscosidad, conductividad y ventana electroquímica. Los procesos de electropolimerización se desarrollaron mediante las técnicas galvanostática y potenciodinámica. Con la última técnica, se evaluó la electropolimerización en sistemas diluidos basados en LI/acetonitrilo/monómero con el objetivo de establecer el potencial de oxidación de las unidades monoméricas en los diferentes LIs. Además, se observó la naturaleza electrocrómica del polímero, siendo de color azul en su estado oxidado y de color rojo en su forma reducida. Posteriormente, se realizó el estudio en sistemas concentrados de LI/monómero a modo de obtener un mayor rendimiento polimérico para realizar pruebas en CSO y descartar el uso de COVs, no obstante, un aumento de la concentración monomérica en el LI produce un descenso en su solubilidad, siendo necesaria la adición de diclorometano. Se concluyó que la naturaleza del catión imidazol influyó favorablemente en el proceso de electropolimerización al poseer una similitud estructural aromático coplanar con los monómeros. Se determinó que el tipo de anión del LI genera variaciones en la morfología y electroactividad del polímero, puesto que durante el paso de la corriente anódica se incorporaron aniones al polímero, siendo el polímero POTV-PF6 el más electroactivo. Con ambas técnicas, galvanostática y potenciodinámica, se obtuvieron materiales poliméricos fácilmente solubles en solventes orgánicos. El polímero POTV-PF6, que se obtuvo por la técnica galvanostática, se empleó como dador de electrones en la fabricación de una CSO de heterounión en capas, donde el ánodo y cátodo fueron vidrio ITO y aluminio, respectivamente. En la fabricación de las celdas solares se empleó dos técnicas para el depósito polimérico: la evaporación al vacío y el spin-coating, posteriormente se evaluó la eficiencia de conversión energética de estos dispositivos con ayuda de un simulador solar AM 1.5. Se obtuvieron mejores resultados con el depósito polimérico que se realizó por spin-coating.

El objetivo principal de esta memoria es la creación de un modelo matemático para poder simular el comportamiento de un reactor flujo pistón (PFR) de lecho fijo catalítico de zirconia para el caso de la reacción de reformado de metanol. El mecanismo propuesto para la reacción de reformado de metanol es como sigue: donde 1. es la reacción del reformado de metanol (MSR: Methanol-Steam Reaction), 2. es el water-gas shift (WGS) y 3. es la descomposición de metanol (MD: Methanol Decomposition). El modelo matemático está basado en los balances de masa y energía de un PFR. Existen factores difusionales y factores relacionados con la reacción química. Para el caso de la cinética de la reacción de reformado, se consideraron dos cinéticas propuestas en literatura: Herry Purnama, quien propuso que el mecanismo de reacción fuese la del MSR y WGS, esta última reversible. Brant A. Peppley, quien propuso un mecanismo de reacción mucho más completo, tomando en consideración las reacciones en los sitios catalíticos. Sin embargo, se debió obtener una cinética distinta a las propuestas por los dos investigadores, ya que los datos experimentales son incongruentes con las cinéticas que ellos proponen. Esto se puede deber al hecho que las condiciones de operación son disímiles entre las de los investigadores y las aquí empleadas. Las principales diferencias son: distinto catalizador, distinto tratamiento para soportar el catalizador y distinto tratamiento de activación del catalizador. Con todos estos factores, se produjo una notoria diferencia entre los valores simulados y los datos experimentales, llegando a producirse una diferencia de una orden de magnitud. Se intentó ajustar los parámetros para que las simulaciones concordaran con los datos experimentales, pero, dada la naturaleza de las cinéticas propuestas por Purnama y Peppley, no se pudo lograr este objetivo. Por lo tanto, se propuso un mecanismo de reacciones, los cuales son MSR y MD, y experimentos tales que se pueda calcular los valores cinéticos para el mecanismo propuesto. Luego, la integración de la cinética obtenida en el modelo matemático requeriría ajustes menores. De esta manera, se podrá generar un modelo matemático, el cual será capaz de simular lo que ocurra dentro del PFR.

Magíster en Ciencias, Mención Mecánica / Hoy en día existe una necesidad creciente por mejorar las aplicaciones de la energía solar, en particular a través del uso de dispositivos a base de semiconductores. La base de la tecnología usada en las celdas fotovoltaicas es el dispositivo llamado junta PN. Por ende, una mejor comprensión y caracterización de los procesos físicos involucrados en dicho dispositivo ayudará a encauzar de mejor manera los esfuerzos para mejorar las prestaciones de las celdas fotovoltaicas. En los materiales a base de semiconductores los transportadores de carga eléctrica son los electrones en la banda de conducción y también los electrones de la banda de valencia. Cuando electrones dejan la banda de valencia (subiendo energéticamente a la banda de conducción) estados desocupados (hoyos) quedan en dicha banda. Desde el punto de vista de la modelación es más fácil describir el movimiento de hoyos que el de electrones en la banda de valencia. En esta tesis se estudió el flujo de transportadores de carga en una junta PN a través de un modelo hidrodinámico [2, 7, 16, 17, 30]. El cual incluyó la ecuación de Poisson, y leyes de conservación de masa y momentum para electrones y hoyos. Usualmente en el diseño de dispositivos a base de semiconductores se utiliza el modelo Drift-Diffusion (DD). Dicho modelo aplicado a la junta PN asume: (i) una zona vacía de transportadores cerca de la junta, (ii) equilibrio térmico, y (iii) que los efectos de las colisiones de los transporte son despreciable para el cálculo del transporte de carga. Dichas simplificaciones dejan de ser válidas para juntas pequeñas (del orden del micrón) [23]. El modelo usado en esta tesis supera estos supuestos y además entrega información acerca de la distribución espacial de las densidades y velocidades de electrones y hoyos en todo el dispositivo. Estas distribuciones no son entregadas por el modelo DD. El modelo propuesto fue resuelto con la ayuda del método de perturbaciones y algoritmos numéricos. Para su resolución las ecuaciones fueron adimensionalizadas. Se redefinió el número de Reynolds y la viscosidad cinemática para el flujo de electrones. Se estudiaron las distribuciones espaciales de la densidad de transportadores, campo eléctrico, potencial electrostático, y velocidades de electrones y hoyos para distintas configuraciones de operación y diseño. Se obtuvieron también las curvas de corriente versus el voltaje aplicado con y sin radiación incidente. Se concluyó que, las Juntas PN que en equilibrio (oscuridad y sin voltaje aplicado) tienen campos eléctricos más intensos son más eficaces para generar potencia útil cuando existe radiación. En este sentido, aumentos del dopaje, disminuciones de la temperatura del cristal, y una temperatura adecuada de electrones y hoyos favorecen la generación de potencia útil por parte de la junta PN. Se espera que esta nueva caracterización sirva como punto de partida de posteriores estudios térmicos de estos dispositivos.

El objetivo general de la tesis doctoral ha sido el desarrollo de electrodos selectivos de tecnología avanzada para su uso en celdas de combustible de hidrógeno/oxígeno de alta eficiencia que operan a baja temperatura. A tal fin, se prepararon electrocatalizadores de nanopartículas de Pt con orientación cristalográfica preferencial (111), los cuales exhiben la mayor actividad catalítica para la reacción de electrorreducción de oxígeno, cuya cinética lenta es una de las principales limitaciones en el proceso de conversión de energía. La obtención de las nanopartículas sobre sustratos carbonosos se realizó mediante la aplicación de una técnica de electrólisis pulsante. Se diseñaron y construyeron electrodos porosos de difusión de gas catalizados con los que se construyeron ensambles electrodo-membrana de intercambio de protones (PEM)-electrodo. Se diseñó y construyó un prototipo de celda de combustible unitaria de hidrógeno/oxígeno de tecnología PEM y se evaluó su comportamiento en operación y estabilidad a tiempos largos. Se determinó que la incorporación en el cátodo de los electrocatalizadores de Pt altamente facetados tipo (111), desarrollados en el transcurso de la tesis, mejoran el comportamiento en operación de la celda de combustible de hidrógeno/oxígeno de tecnología PEM. Finalmente, se elaboró un protocolo de testeo para celdas de combustible de hidrógeno/oxígeno PEM.

Un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Israel ha observado que el uso de foto ánodos de Fe2O3 produce una mejora importante en el rendimiento de las celdas fotoelectroquímicas. Las mejoras están basadas en el uso de láminas muy delgadas de Fe2O3 que mejoran la eficiencia en el transporte de carga. La elección de Fe2O3 está basada en su estabilidad en agua, su alta eficiencia de absorción de luz, su no toxicidad y su bajo coste. Las celdas fotoelectroquímicas son importantes para la electrólisis del agua y la producción de hidrógeno. / A research group at the Israel Institute of Technology has outlined the use of Fe2O3 photoanodes to enhance the efficiency of photoelectrochemical cells. The improvement is based on the design of extremely thinsheets of Fe2O3, which allow for a more efficient transport of charge carriers, reducing the amount of them that are lost due to recombination. Fe2O3 was chosen as a photoanode material due to its high stability in water, its high light absorption efficiency, the fact that it is non toxic and its low cost. Photoelectrochemical cells are extremely important in order to electrolyse water, hence producing hydrogen,a green fuel.

Ingeniero Civil de Minas / La flotación de minerales es un proceso industrial ampliamente utilizado en minería, para separar selectivamente material valioso desde una roca original, utilizando propiedades superficiales relacionadas con la hidrofobicidad/hidrofilicidad que todos los minerales poseen. El proceso utiliza burbujas de gas, que atraviesan una fase pulpa (agua y partículas suspendidas de la roca inicial), para colectar material previamente hidrofobizado. En términos netos, las burbujas, principalmente gobernadas por fuerzas de empuje, se mueven verticalmente hacia arriba mientras que el líquido (pulpa) se mueve verticalmente hacia abajo. Estudios indican que la distribución y el movimiento de las burbujas en columnas no es homogéneo. Consecuentemente, se puede hipotetizar que el movimiento de las burbujas en celdas de flotación de tipo columnar está asociado a patrones de flujo que impactan el transporte de líquido, y con esto, la transferencia de reactivos. El objetivo de este trabajo es estudiar cómo dicho movimiento conjunto de líquido y gas afecta el transporte de reactivo superficialmente y no superficialmente activo a través de un flujo de burbujas. Simultáneamente se presentan variantes en la metodología de medición de la velocidad superficial de gas para obtener un parámetro de caracterización de gas en celdas de flotación columnar más robusto y de mayor significado físico. La metodología experimental de trabajo involucra el estudio del transporte radial de reactivo en un sistema de laboratorio 2-D mientras que la dispersión de gas y el transporte axial de reactivo se evalúa en una columna piloto de flotación. Estudios de laboratorio en el sistema 2-D indicaron que la resistividad aparente al transporte de los reactivos utilizados (Espumante Aerofroth 70 Plus y Sulfato pentahidratado de cobre) fue menor en el uso del reactivo no superficialmente activo (Sulfato de cobre) y que esta disminuyó en presencia de un flujo de burbujas. De lo anterior se concluye que la metodología y el punto de incorporación de reactivos son clave para el correcto funcionamiento de una operación de flotación. En el sistema 3-D se confirma que el diámetro del tubo muestreador es relevante para obtener resultados representativos de la velocidad superficial de gas en una celda columnar. Un modelo matemático del tipo exponencial para estimar este valor a partir de un tubo muestreador de diámetro arbitrario fue obtenido. Finalmente los resultados del transporte de reactivo axial indican que es posible dispersar un reactivo con una tendencia cercana a la homogeneización a lo largo de todo el eje axial, comportamiento que es esperable en una columna de flotación a escala industrial. / 10/10/2022

La electroluminiscencia es el fenómeno por el cual ciertos materiales emiten luz visible cuando se someten a un potencial eléctrico. En este contexto, en la presente tesis doctoral se desarrollaron dispositivos electroluminiscentes tipo OLED basados en sistemas supramoleculares huésped/hospedador, donde el grupo luminóforo se encontraba incorporado en el interior de los microporos de zeolitas, estabilizando este grupo frente a procesos químicos y agentes ambientales que originan su degradación. Previamente, se prepararon una serie de películas de zeolitas, midiendo la conductividad eléctrica de cada una de ellas a diferentes voltajes de corriente directa. Tras esto, fue objeto de estudio la eficiencia electroluminiscente de los compuestos rutenio tris-bipiridilo y polifenilenvinileno encapsulados en el interior de zeolitas de poro grande tipo faujasita. Por otra parte, se ha llevado a cabo la incorporación de compuestos luminóforos en matrices rígidas inorgánicas (PMO) con el fin de aumentar su estabilidad y procesabilidad. Por último, se ha descrito la introducción covalente de grupos imidazolio en la estructura de un compuesto luminóforo. De esta manera, se favoreció el transporte de carga desde los electrodos externos hacia la capa activa, mejorando considerablemente la eficiencia de estas celdas electroluminiscentes. Los resultados obtenidos en la presente tesis doctoral describen una aplicación novedosa de los sistemas supramoleculares en la obtención de materiales electroluminiscentes, facilitando la preparación de nuevos y mejorados dispositivos OLEDs. / Cabeza Martínez, JF. (2008). Preparación de materiales electroluminiscentes basados en compuestos adsorbidos en el interior de sólidos porosos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3541