Dans le contexte énergétique mondial actuel, les piles à combustible à membrane échangeuse de protons constituent une solution prometteuse au futur développement d'une nouvelle génération de véhicules électrifiés, permettant une autonomie plus importante que celle des véhicules électrifiés à batteries. Néanmoins, le développement à grand échelle des piles à combustible reste à ce jour limité en raison de certains verrous technologiques, tel que la gestion de l'eau. Afin de permettre une production de masse des piles à combustible, de tels problèmes doivent être résolus. Plusieurs axes de travail peuvent être envisagés, tant sur les aspects matériels sur la structure de la pile, que du point de vue de la commande en développant des outils algorithmiques permettant le suivi de l'état de fonctionnement du système en vue de détecter les défaillances éventuelles, ou la dégradation des conditions de fonctionnement, et permettre ainsi d'y apporter une solution au moyen du système de commande ou de supervision.Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans cette seconde approche et portent plus particulièrement sur la mise en évidence des phénomènes d'engorgement ou d'asséchement du cœur de pile afin de diagnostiquer les éventuels problèmes d'hydratation conduisant à la réduction du rendement, à la diminution des performances ou encore à un vieillissement prématuré.Les méthodes développées au cours de ces travaux se fondent sur des stratégies de suivi de paramètres significatifs d'un modèle de pile dont les évolutions, comparativement à des valeurs de référence, sont caractéristiques de l'état hydratation du cœur de pile. Le suivi en temps réel de ces paramètres permet ainsi de mettre en évidence les phénomènes d'engorgement ou d'asséchement du cœur de pile.Les modèles adoptés pour ces travaux font appel à une représentation de l'impédance électrique de la pile.Ainsi, en suivant cette approche, la stratégie adoptée se fonde alors sur le développement de deux modèles de type circuit électrique : un modèle d'ordre entier puis un modèle d'ordre fractionnaire. Cette deuxième formulation des modèles, plus proche de la réalité physique des phénomènes de transports se produisant au cœur de pile, permet une meilleure représentation de la pile tant du point de vue temporel que fréquentiel. En effet, les analyses effectuées en utilisant des résultats expérimentaux obtenus au moyen d'une cellule de pile (surface active de 100 cm2 conçue par la société UBzM) ont permis de valider que le modèle d'ordre fractionnaire, en contrepartie d'une augmentation de la complexité, permet de mieux reproduire d'une part les résultats temporels de la pile (suivi de tension pour un profil de courant donnée), d'autre part une meilleure approximation de l'impédance mesurée.Des méthodes d'identification paramétrique, conventionnelles et adaptées aux systèmes d'ordre fractionnaire, sont ensuite utilisées afin d’extraire les paramètres des modèles développés à partir de données expérimentales temporelles (tension/courant de la pile), ou fréquentielles (spectroscopie d'impédance). Une étude de sensibilité permet alors de définir les paramètres les plus indicatifs des phénomènes d'engorgement et d'assèchement. L'évolution de ces paramètres, associés à la tension et le spectre d'impédance de la pile, sont alors combinés afin de construire une stratégie de diagnostic de l’engorgement et de l’asséchement du cœur de pile. / In the current global energy context, proton exchange membrane fuel cells represent a promising solution to the future development of a new generation of electrified vehicles, allowing greater autonomy than electrified vehicles using batteries.Nevertheless, the large-scale development of fuel cells remains limited due to some technological locks, such as water management. To enable mass production of fuel cells, such problems must be solved. Several working axes may be envisaged both on the hardware aspects of the fuel cell structure, and from the point of view of control, by developing algorithmic tools for monitoring the operating state of the system to detect any failures, or degradations that may occur.The work of this thesis falls within this second approach and focuses specifically on the identification of drying and drowning phenomena which can appear in a fuel cell, to diagnose any moisture problems leading to yield reduction.The methods developed in this work are based on the monitoring of relevant parameters of the fuel cell model which changes, compared to reference values, are characteristic of the state of the fuel cell hydration.The real-time monitoring of these parameters can highlight the drying and drowning phenomena.Adopted models for this work are based on a representation of the electrical impedance of the fuel cell.Thus, following this approach, the adopted strategy is then based on the development of two electrical models: an integer order model and a fractional order model. It appears that the second model formulation is closer to the physical reality of transport phenomena occurring in the fuel cell. It allows a better representation of the fuel cell behavior in time and frequency domain. Indeed, the analyzes based on experimental results performed using a single fuel cell (100 cm2 active area designed by UBzM company) have validated that the fractional order model, in return for an increase of complexity, allows better reproduce, in the one hand of the fuel cell time-series voltage response (voltage monitoring for a given current profile), on the other hand a better approximation of the measured impedance. Conventional and of fractional order parametric identification methods are then used to extract the model’s parameters from time-series experimental data (voltage / current from the battery) or frequency data (impedance spectroscopy).A sensitivity analysis allows then the defining of the most indicative parameters of the drowning and drying phenomena. The evolution of these parameters associated with the voltage and impedance spectrum of the fuel cell are then combined to build a diagnosis strategy of the fuel cell water management.

La presente Tesis Doctoral se centra en el diseño y preparación de materiales carbonosos dopados con nitrógeno para su aplicación como cátodos en la reacción de reducción de oxígeno. Esto se ha realizado a través de dos enfoques. En primer lugar, el enfoque computacional, que ha permitido profundizar en los mecanismos de la reacción, el efecto del pH, así como identificar los grupos funcionales nitrogenados más activos. Por otro lado, este estudio también se ha realizado a través de la síntesis química de estos materiales, empleando tratamientos térmicos de polianilina a diferentes temperaturas y empleando diferentes atmósferas en el tratamiento térmico. Parámetros, tales como porosidad, orden estructural, conductividad eléctrica y, sobre todo, los grupos funcionales nitrogenados, han sido ampliamente caracterizados y estudiados. Posteriormente, el estudio de la actividad catalítica de los materiales carbonosos dopados con nitrógeno sintetizados ha demostrado que todas estas propiedades juegan un papel clave en la catálisis de esta reacción, haciendo especial hincapié en la presencia de heteroátomos y defectos en la matriz carbonosa.

La presente investigación se centra en la propuesta de un sistema de generación de biogás a partir de residuos de un centro de faenado avícola para su aprovechamiento en energía, con ello se pretende cubrir un porcentaje del consumo de energía en el centro y también reducir el factor contaminante que genera la falta de manejo de estos residuos. Inicialmente se determinó mediante fuentes secundarias los parámetros físico químicos de los residuos (0,511 m/día) como materia seca (76%), relación C/N (5-8), sólidos orgánicos (17%), sólidos volátiles (superior a 60%) y proteínas (91%). Además, se evaluó al biodigestor tipo chino como la opción más viable a instalar, pues al realizar el método de factores ponderados este resaltó en cuanto a la facilidad de mantenimiento, eficiencia de producción de biogás, vida útil y presión de biogás. También se diseñó el sistema de generación de energía en 3 etapas, tratamiento preliminar de las plumas, sistema de biodigestión y el sistema de generación de energía. Este sistema genera al día 34,74 m3 de biogás con una composición de 65,32% de CH4 y 34,67% de CO2, el cual produce un total de 26,67 kWh al día que representa un 22,23% de la demanda de energía total al día. Finalmente, se analizó la viabilidad económica y financiera donde S/54 752,14 es el Valor Actual Neto (VAN) y 32% la Tasa Interna de Retorno (TIR) ya que son positivos la inversión produce ganancias y se recuperara en un plazo de 1 año 11 meses y 29 días.

Des essais sur le pressage du millet perlé sucré et du sorgho sucré pour l’extraction de sève pour une production éventuelle de bioéthanol ont été effectués en 2009 et 2010. Les essais préliminaires de l’été 2009 ont démontré l’efficacité de la presse à vis pour l’extraction de sève ainsi qu’une meilleure performance avec l’utilisation d’une biomasse finement hachée. Les essais de 2010 ont été effectués à Sainte-Anne-de-Bellevue (Montréal) et à Saint-Augustin-de-Desmaures (Québec) afin de déterminer l’effet de différentes pressions (35, 45 et 55 psi) et de deux moments de récolte et de pressage (avant-midi et après-midi) sur l’extraction de la sève, la teneur et le rendement en sucres du millet perlé sucré et du sorgho sucré. Les résultats ont démontré que l’extraction de sève et la teneur en sucres sont plus élevées chez le sorgho sucré que chez le millet perlé sucré et qu’une pression entre 45 et 55 psi était optimale pour le taux d’extraction et le rendement en sève alors que la pression n’a aucune influence sur la teneur en sucres. La récolte et le pressage effectués en après-midi ont permis d’obtenir des teneurs plus élevées en sucres qu’en avant-midi à un site sur deux. Ces résultats démontrent que le millet perlé sucré et le sorgho sucré représentent une alternative intéressante pour la production de sève qui pourrait être utilisée pour la production de bioéthanol. / Trials related to the extraction of juice from sweet pearl millet and sweet sorghum for bioethanol production were carried out in 2009 and 2010. In summer of 2009, preliminary investigation resulted in a better performance of a specific screw press along with using finely chopped biomass. Based on these results, experimental studies have been done in summer 2010 with a screw press in Saint-Anne-de-Bellevue (Montreal) and Saint-Augustin-de-Desmaures (Quebec). The effects of various compressive forces (35, 45, and 55 psi) as well as a comparison between biomass harvested and pressed in the morning and in the afternoon have been investigated. Results showed a positive impact of a higher pressure on juice extraction. A compressive force between 45 and 55 psi was found to be optimal for juice extraction. However, the compressive force has no effect on juice sugar concentration. Juice of sweet sorghum has higher sugar concentration than that of sweet pearl millet and was also extracted more easily and in a higher volume. Also, pressing in the afternoon was found to be better in terms of sugar concentration of the extracted juice. The results show that sweet pearl millet and sweet sorghum represent an interesting alternative for bioethanol production.

Des essais ont été réalisés en 2010 à Saint-Augustin-de-Desmaures et à Sainte-Anne-de-Bellevue afin de comparer deux espèces destinées à la production d’éthanol (millet perlé sucré/sorgho sucré), deux dates de récolte (août/septembre) et quatre délais entre le hachage et le pressage (0,5, 2, 4 et 6 heures) sur le rendement en biomasse et en sucres et sur la valeur nutritive du fourrage et de l’ensilage du résidu pressé. Le sorgho sucré représente une meilleure source de sucres comparé au millet perlé sucré. La récolte réalisée en août permet d’obtenir un fourrage et un ensilage des résidus pressés de meilleure valeur nutritive, alors que celle effectuée en septembre permet de maximiser le rendement en biomasse et en sucres. Le délai entre le hachage et le pressage n’affecte pas la teneur et le rendement en sucres du jus. Les ensilages fabriqués à partir du résidu pressé des deux espèces se sont bien conservés. / Field studies were conducted in 2010 at Saint-Augustin-de-Desmaures and Sainte-Anne-de-Bellevue to compare two crops potentially used for ethanol production (sweet pearl millet/sweet sorghum), two harvest dates (August/September), and four delays between mowing and pressing the biomass (0.5, 2, 4, and 6 hours) for biomass and sugar yields and nutritive value of the forage and silage made with the residue. Sweet sorghum is a better source of sugar than sweet pearl millet. The harvest in August produces a forage and a silage of greater nutritive value, whereas the harvest in September maximizes biomass and sugar yields. The delay between mowing and pressing the biomass had no significant impact on yield and sugar concentration of the juice. Silages made from the pressed forage material of both species were well preserved.

There is a great need for reducing the extraction of limited resources of the Earth today. Oneway to achieve this, inter alia, is through increased recycling of material. The UN is activelytaking action on the matter, on a global level, and regionally the European Union hasdeveloped a directive on material waste. The Swedish construction sector is responsible forapproximately a third of the total generated waste, and measures regarding construction wasteshould thus be prioritized. Based on the abovementioned EU directive, the SwedishEnvironmental Protection Agency has developed a national action plan for waste, in whichconstruction and demolition waste is a focal point. JM AB is one of the leading corporationsin the Nordic countries in terms of housing development projects and one of their keyconcepts is sustainability. Not only does JM conduct its work in accordance with the currentrecommendations of both national and regional bodies, but in addition it has raised theambitions even further.JM is actively working to reduce the amount of landfill waste as well as the total amount ofwaste, and it has a good structure in place for doing so. An area of improvement with recyclingthat has now been identified is separation at source of combustible waste. Materials such aswood, plastics and corrugated cardboard can be separated from other combustible materials.This would not only increase the waste being recycled but also decrease the waste being burntfor energy extraction. The purpose of this thesis is to examine obstacles and possibilitieswithin the current recycling of combustible waste. The main ambition is for the results toprovide a foundation for the work of JM with regards to this, but hopefully other corporationsand actors within the construction sector will find the results useful and helpful as well.An internal survey was conducted and the questionnaire included both open questions andquestions with multiple-choice answers. Six employees at JM also participated in interviews.For added depth and more thorough analysis two waste contractors were also interviewed.Furthermore, a literature review was conducted and suggested that there is a strong need forchange in recycling within the entire construction sector. The review also showed that manysimilar problems exist in other construction companies.The survey, literature review and interviews lead to several action proposals of varying extentand complexity. Some of them are more specific, such as clearer signage on containers, newtank solutions, introduction of recycling instructions, and focus on recycling of wrappingplastics. Other proposals respond to more complex issues, such as a lack of commitment andsubstandard planning in the initial stages. What increases dedication and commitment is veryspecific for each individual. A shift in behavior relative to recycling, as well as increasedknowledge of combustibles, are both necessary. For this to happen a continuous effort isrequired, which in and of itself is a challenge, as well as clear leadership, division ofresponsibilities, and top down support within the corporate group.In a broader perspective, better cooperation from all actors within the construction sector isnecessary. An increased producer responsibility overall is required and improvements inwaste management alone is not sufficient. Producers should ensure that products andwrapping can be reused or recycled. This requires better and easier access to recycling, butalso a viable market for recycled material, and by extension manufacturers should be obligedto use more recycled material in their products.

En esta tesis se ha estudiado en forma teórica la adsorción de diferentes moléculas sobre la superficie (111) de la aleación PtCo, la cual se utiliza como electrodo en celdas de combustible entre otros fines catalíticos. La adsorción de benceno es analizada para estudiar la estabilidad, reactividad y las propiedades físicas, química y magnéticas de la superficie. Luego, en una segunda instancia se estudió la adsorción de metanol sobre la mencionada superficie. Todos los cálculos fueron realizados a nivel de Primeros Principios mecánico cuánticos basados en Teoría del Funcional de la Densidad. Se determinó la geometría del benceno adsorbido y los resultados teóricos se compararon con datos experimentales. Se calcularon las poblaciones de solapamiento de los enlaces C-H, C-C y adsorbato-metal, las densidades de estado y las frecuencias de vibración. En el caso de la co-adsorción con CO, los resultados obtenidos permiten explicar como es la interacción entre las moléculas co-adsorbidas y el orden secuencial de la misma. En el caso del metanol, después de determinar la geometría de adsorción, se realizó la corrección energética proporcionada por las fuerzas de interacción de van der Waals ya que esta molécula se adsorbe débilmente a la superficie. Luego, se computaron las poblaciones de solapamiento y los ordenes de enlace de C-H, C-C, O-H y adsorbato-metal, como así también las densidades de estado y las frecuencias de vibración. En todos los casos los procesos de adsorción resultaron favorables. Las frecuencias de vibración calculadas para las moléculas de benceno y metanol adsorbidas muestran un corrimiento al rojo con respecto a las mismas en la fase gaseosa. / In this thesis have been studied in a theoretical form the adsorption of different molecules on the (111) surface of the PtCo alloy, which is used as fuel cells electrode among other catalytic interest. The benzene adsorption is analyzed to study the stability, reactivity, and physical, chemical and magnetical properties of the surfaces. Later, in a second step, the methanol adsorption has been analyzed over the same surface. All calculations were realized a First Principles quantum mechanical level based on Density Functional Theory. The benzene adsorption geometry has been determinated and the results compared with experimental data. The overlap populations of the C-H, C-C and adsorbate-metal bonding, the density of states and the vibrational frequencies have also been computed. In the case of the co-adsorption with CO, the obtained results explain how is the interaction between the co-adsorbed molecules and the sequential order itself. In the methanol case after adsorption geometry determination, the energetic correction provided by van der Waals interaction forces was considered because this molecule is weakly adsorbed at the surface. Then, the overlap population and bond orders for C-H, C-C, O-H and adsorbatemetal were computed, as well as the density of states and vibrational frequencies. In all cases, the adsorption process has been favorable. The computed vibrational frequencies for methanol and benzene adsorbed molecules shown a red shift with respect to the gas phase.

El presente trabajo de tesis realiza un análisis de la evaluación del consumo de combustible y emisiones de dos vehículos livianos, marca Kia Rio y motor de encendido por chispa, funcionando con dos mezclas de gasolina y etanol (E7,8 y E10). Uno de los vehículos transitó en Lima Metropolitana, mientras que el otro en la ciudad del Cusco. Ambos vehículos fueron instrumentados adecuadamente, para obtener un registro de las emisiones y trayectoria del circuito de conducción. Además, se obtuvo el valor promedio del consumo de combustible. Las pruebas fueron realizadas en diferentes días y horas. Con los resultados obtenidos durante los ensayos, tanto en Lima Metropolitana y Cusco, se puede inferir que el consumo de combustible aumenta de acuerdo al tráfico de la ciudad (+15%) y la altitud de la zona (+17,8%). Del mismo modo, mientras más se aumente el contenido de etanol a la mezcla, el consumo de combustible sufre un ligero incremento de 18%; ya que el etanol, a diferencia de la gasolina, posee un poder calorífico inferior; en tal sentido, el motor necesitará un mayor consumo de combustible para desarrollar la misma potencia. Con respecto a las emisiones gaseosas expulsadas por el vehículo, se observa un aumento de CO (+60%) y HC (+80%) debido a las condiciones de tráfico y un mayor consumo de combustible. Por otro lado, el incremento de etanol en la mezcla de combustible influyó que las emisiones de CO presentaran un descenso; caso contrario sucedió que las emisiones de NOX se incrementaran ligeramente. De igual forma, el efecto de altitud provocó menores emisiones de CO, NOX y HC en gramos por kilómetro, ya que en Cusco el porcentaje de oxígeno disminuye a 67% en volumen de aire a causa de la presión atmosférica que cae a 67,2 atm. Finalmente, las emisiones de CO2 no sufrieron mucha influencia por el aumento de etanol, ni por efecto de la altura.

El presente trabajo se enfoca en reducir el consumo de madera como combustible del proceso de cocción artesanal de ladrillos para reducir el volumen de emisión de gases contaminantes, frenar la deforestación de los bosques y reducir los costos de producción de las ladrilleras artesanales. El estudio se centra en las ladrilleras ubicadas en el distrito de la Habana, provincia a de Moyobamba, departamento de San Martín. Para lograr este objetivo se plantea en un primer lugar un rediseño del horno, usando como base para este el horno vertical que posee buenos resultados en Asia pero con muy poco estudio de su desempeño en otras regiones. La principal razón de la eficiencia detectada en el horno vertical es que es un horno de flujo continuo de ladrillos, entendiéndose por flujo continuo que el horno tiene la capacidad de producir ladrillos mientras se le ponga combustible, descargue los ladrillos cocinados y se coloque más ladrillos secos, sin la necesidad de apagar la leña como los hornos actuales empleados por la ladrillera mencionada; además, añade los sub procesos de calentado del aire de combustión y enfriado de ladrillos cocinados (ambos procesos en un mismo proceso), y el calentado de ladrillos secos, todo esto gracias al empleo de la convección del aire reutilizando energía producida y que en los hornos actualmente utilizados es descargada a la atmosfera. A este modelo se plantea añadir lógicas de control y automatización, usando para esto el sensado constante de la temperatura interna del horno a través del empleo de termocupla para reducir, en gran medida, las pérdidas energéticas o exceso de energía producidas por el uso de técnicas artesanales de observación y retiro de los ladrillos, siendo hasta la fecha desarrolladas de manera empírica. De esta manera, se plantea tener un control del volumen del combustible inyectado como variable fundamental para el control de la temperatura, este control se desarrollara a través del control de giro del alimentador diseñado que cumple la función de válvula de paso para el combustible; todo esto a fin de mantener una temperatura homogénea al interior del horno, tener un control del consumo de madera y obtener ladrillos de buena calidad. Como complemento a este control se plantea el uso de madera triturada para asegurar la utilización del 100% de combustible en la combustión, a fin generar más calor sin la necesidad de consumir más combustible. Por último, se plantea la automatización del proceso de descarga del nuevo horno, entendiéndose por descarga el retiro de ladrillos quemados o cocidos para su distribución al mercado.

La presente Tesis Doctoral titulada "Estudio del comportamiento estacionario y dinámico de una pila de combustible de 300 W de potencia operando en modos ánodo cerrado y ánodo abierto" se estudia el efecto de las variables de operación de la pila de combustible como son los caudales de hidrógeno y de aire, la temperatura de operación, la temperatura de humidificación de los gases, los coeficientes estequiométricos de los gases y la presión de alimentación de los mismos sobre el comportamiento de una pila de combustible de 300W y de las celdas individuales que la componen, mediante las curvas potencial-densidad de corriente o curvas de polarización y mediante espectroscopía de impedancias electroquímicas. Para llevar a cabo el trabajo se ha desarrollado un sistema de monitorización y control de las variables mencionadas previamente. Las curvas de polarización son características de cada pila de combustible, y permiten estudiar su comportamiento estacionario en diferentes condiciones de operación. En modo ánodo cerrado el potencial aumenta con el coeficiente estequiométrico del aire. En modo ánodo abierto, el potencial aumenta con los coeficientes estequiométricos del hidrógeno y del aire, con los caudales de ambos gases y con la presión. Con respecto a la temperatura, en ambos modos de operación, los mejores resultados se obtienen cuando la temperatura de operación y de humidificación tienen valores similares. Se ha desarrollado un modelo matemático que permite determinar los parámetros cinéticos de las celdas individuales mediante el ajuste de las curvas de polarización experimentales al modelo propuesto. Al estudiar el comportamiento dinámico se ha observado que cuando se produce un aumento de la densidad de corriente el potencial disminuye bruscamente, alcanza un valor mínimo o subimpulso y luego aumenta hasta alcanzar un nuevo estado estacionario. Por otro lado, cuando se produce un cambio negativo en la densidad de corriente el potencial aumenta hasta un valo / Pérez Page, M. (2012). ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO ESTACIONARIO Y DINÁMICO DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE TIPO PEM DE 300 W OPERANDO EN LOS MODOS DE OPERACIÓN DE ÁNODO CERRADO O DEAD-END Y ÁNODO ABIERTO [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16960