Ingeniero Civil Químico / Toda actividad productiva requiere de energía para llevarse a cabo, lo que ha provocado una intensa búsqueda de fuentes de energía de bajo costo, pero a la vez que sean de carácter renovable. En el caso chileno, los biocombustibles se perfilan como una de las alternativas más limpias, seguras y eficientes. Otro de los problemas presentes en las sociedades actuales es la gestión de los residuos urbanos e industriales, asunto que poco a poco genera mayor preocupación en la población, y a la vez, crea conciencia sobre el potencial que presentan los productos en desuso. Es precisamente el objetivo de este trabajo vincular los problemas mencionados, a través de la producción catalítica heterogénea de biodiesel, utilizando como materia prima los aceites vegetales desechados. Particularmente, empleando el catalizador de 15%Na/TiO2 para realizar estudios experimentales y económicos. La fase experimental consiste en llevar a cabo la reacción de transesterificación con aceites de distinto origen vegetal y grado de degradación, determinando el efecto que tienen sobre el desempeño del catalizador, y consecuentemente, en la producción de biodiesel. A partir de los datos experimentales obtenidos en un reactor batch se determinan los parámetros cinéticos del sistema, mediante los cuales se diseña un reactor continuo heterogéneo que opera en condiciones similares. Para comparar los sistemas homogéneo y heterogéneo de producción de biodiesel se emplean algunos indicadores económicos, como lo son la inversión de capital y los costos de operación de la planta, entre los cuales el criterio definitorio corresponde al beneficio neto de producir un kilogramo de biocombustible. La principal conclusión que se desprende de este trabajo es la factibilidad técnica y económica de utilizar aceites vegetales usados en la producción catalítica de biodiesel, siendo más atractivo el proceso heterogéneo que el homogéneo. Dentro de las propuestas de extensión de este trabajo se deben recalcar dos; una enfocada en la fase experimental y la otra en la evaluación del proyecto. Para el estudio en laboratorio se sugiere operar el reactor de forma continua, y para el estudio de prefactibilidad, se recomienda incorporar indicadores de rentabilidad más robustos, como el VAN y TIR.

Ingeniero Civil Mecánico / Este trabajo consiste en un estudio de las características ferroelásticas de materiales cerámicos a utilizar en la fabricación de celdas sólidas, es decir se busca realizar ensayos de compresión a distintos materiales cerámicos ferroicos, y estudiar sus curvas de deformación/esfuerzo, que en caso de presentar ferroelasticidad serían no lineales debido a un cambio de dominios producido por el esfuerzo aplicado y deberían presentar creep a temperatura ambiente. Para esto se fabrican las piezas necesarias para los procesos de sinterizado de las probetas, y para el posterior corte y pulido, con lo que se fabrican probetas de LaCoO_3 (LCO), La_0.6 Sr_0.4 Co_0.1 Fe_0.9 O_(3-δ) (LSCF) y La_0.6 Sr_0.4 Ni_0.1 Fe_0.9 O_(3-δ)(LSNF). Estas probetas se someten a ensayos de compresión a 60[MPa], 90 [MPa] y 150 [MPa] donde son comprimidas y luego se mantiene la carga máxima durante 1 hora para evaluar presencia de creep ferroelástico. Durante estos ensayos, se miden las deformaciones sobre las probetas usando un extensómetro, y 2 cámaras de alta resolución de forma independiente. Las probetas de LSNF resultaron ser muy frágiles, y se fracturaron durante los primeros ensayos, por lo que estas fueron limitadas solo a 90 [MPa], mientras que las de LSCF se comprimieron hasta 150 [MPa] logrando hacer su cambio de dominio completo. Del trabajo realizado se observa que las probetas de LCO, LSCF y LSNF presentan comportamiento ferroelástico, siendo esta ultima la que tiene un comportamiento más leve debido a la baja presencia de una estructura cristalina romboédrica en comparación a la ortorrómbica. Además, se logra evaluar las cámaras como sensor de deformación en elementos de bajo tamaño, de forma satisfactoria, identificando movimientos y deformaciones muy pequeñas, pero, con el costo de tener un ruido intrínseco a cada medición de deformación ya que requiere la obtención de 4 puntos para esto. Además, se detectaron problemas en la celda de carga de 100 [kN] de la máquina de compresión, la cual genera grandes oscilaciones en los esfuerzos aplicados aun cuando se debe mantener a esfuerzo constante, esto pudo ser notado gracias a los gráficos de desplazamiento y deformación obtenidos por las cámaras. Aun así, se puede atribuir una reducción en la ferroelasticidad de las probetas al dopar con níquel, encontrando cambios de pendiente menos severos mientras que el dopaje con hierro y estroncio reducía los puntos críticos. Las cámaras también permitieron encontrar 2 problemas, se obtuvieron módulos de Young más bajos de los esperado en ensayos similares, esto puede ser atribuido a problemas por la celda de carga (ya que en algunas zonas el esfuerzo es mucho mayor al que se espera), por caras de las probetas que no fueron pulidas satisfactoriamente ya que se detectaron concentraciones de esfuerzo que generaron grietas en los materiales y a una baja porosidad en algunas de las probetas (cuyo origen también se puede relacionar a las celdas de carga). / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por proyecto FONDECYT de Iniciación 11160202

Ingeniero Civil Mecánico / La Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), cuenta con un reactor de investigación de 5 [MWt] y fabrica los elementos combustibles (EC) tipo MTR para su operación en la Planta Elemento Combustible (PEC). Es un objetivo estratégico diseñar y fabricar nuevos diseños de EC para clientes en el extranjero, por lo que se propone aumentar la capacidad de diseño de la planta. Para estos nuevos diseños se debe verificar su comportamiento mecánico, siendo fundamental para la operación conocer el comportamiento del prototipo ante vibraciones externas. El objetivo general de la memoria persigue diseñar una bancada de ensayos de vibración para verificación mecánica del diseño del Elemento Combustible MTR y de nuevos diseños, mediante ensayos en ambiente seco (al aire). Los objetivos específicos se estructuran según nivel de complejidad, comenzando con la Ingeniería Conceptual, que permita identificar los requerimientos de implementación y operación. Se sigue con la Ingeniería Básica, que abarca pruebas experimentales, definición de criterios y parámetros de diseño y elaboración de memorias de cálculo y planos preliminares. Culmina la fase de diseño con la Ingeniería de Detalle, mediante la preparación de planos de fabricación de la estructura y definición de elementos comerciales, basados en las correspondientes memorias de cálculo definitivas. Finalmente, se determina el presupuesto para la fabricación e implementación de la bancada de ensayos de vibración. La metodología utilizada consiste en la elaboración de un bosquejo preliminar de la solución en base al levantamiento de información, para posteriormente entrar en un proceso iterativo de diseño y memorias de cálculo, alimentado con los resultados obtenidos de los ensayos de análisis modal experimental aplicados al modelo de EC MTR placas planas. El cálculo se basa en simulaciones de análisis modal mediante ANSYS, aplicación de las normas NCh 427 para la estructura y NCh 170-2016 para el diseño en hormigón. Una vez alcanzado el diseño final, se obtienen como entregables el modelo CAD, diseñado en Inventor, los planos general, de despiece y fabricación, el diagrama de instrumentación P&ID y un análisis económico. Finalmente, los lineamientos proyectados se cumplen a cabalidad, culminando con el modelo CAD, la elaboración de planos de fabricación, construcción e instrumentación, memorias de cálculo estructural y de análisis modal, presupuesto y análisis económico. El estudio concluye con propuestas de modificación y trabajo futuro, con miras a la implementación de la bancada, interacción con nuevos proyectos y estudios complementarios que aporten al desarrollo del diseño de EC MTR. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN)

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. / Tesis

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. / Tesis

Les industries chimiques sont aujourd'hui sujettes à des réglementations environnementales très strictes quant à leur production de déchets. La récupération des cations comme le Zn²⁺ en solution acide est une préoccupation actuelle. Il existe une multitude de techniques de séparation comme l'électrodialyse qui utilisent des membranes échangeuses de cations. Il est possible par modification chimique de la membrane d'augmenter sa sélectivité et de contribuer au blocage des cations bivalents métalliques. Dans le domaine de l'énergie, les piles à combustible au méthanol direct (DMFCs) sont vouées à une utilisation considérable pour les appareils électroniques et pour le remplacement futur des moteurs à combustion interne conventionnels. Un facteur limitant pour leur commercialisation à grande échelle est la diffusion du méthanol du compartiment anodique au compartiment cathodique de la pile. Ce projet comporte deux volets: i) la modification chimique par différentes amines de la membrane de Nafion® par la formation d'un pont sulfonamide via les groupements sulfonates de la membrane, et ii) la caractérisation de ces membranes concernant leurs propriétés susceptibles d'influencer leurs performances dans les deux contextes mentionnés ci-dessus. Ces modifications chimiques sont effectuées afin d'augmenter les facteurs de performance et d'efficacité de la membrane pour les processus de séparation (électrodialyse) et de conversion d'énergie chimique en énergie électrique (DMFCs). Les objectifs principaux sont d'améliorer la sélectivité de la membrane, de diminuer sa perméabilité au méthanol tout en conservant une conductivité ionique satisfaisante, d'étudier les propriétés physico-chimiques de ces membranes modifiées (épaisseur, hydratation, stabilité et capacité d'échange ionique) et de confirmer la formation d'un pont sulfonamide entre un groupement sulfonate et l'amine greffée. Ce travail montre que les modifications chimiques avec l'acide sulfanilique permettent d'obtenir des taux de fuite en méthanol plus faibles d'un facteur de dix face au Nafion® non-modifié, tandis que la conductivité ionique diminue d'un facteur de 2. Cette membrane démontre un facteur de performance de 5.3 comparativement à un facteur de 1 pour le Nafion® non-modifié. L'analyse XPS confirme la formation d'un pont sulfonamide. Avec la N,N-diméthyléthylènediamine, le taux de fuite en méthanol diminue de façon plus importante, mais la conductivité ionique est insatisfaisante pour une future utilisation pour des piles à combustible. En électrodialyse, seules les modifications chimiques de la membrane de Nafion® ayant été effectuées dans le toluène et utilisant la N,N-diméthyléthylènediamine présentent une augmentation de la sélectivité du transport des protons par rapport aux ions métalliques bivalents, Zn²⁺. Cependant la résistance ionique de la membrane augmente également de façon importante ce qui se traduit par une différence de potentiel observée au cours de l'électrodialyse plus élevée. En effet, plus la résistance ionique de la membrane est élevée, plus le transport de charge (ou la conductivité) s'effectue difficilement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Nafion®, Électrodialyse, Pile à combustible au méthanol direct, Membrane échangeuse de cations.

L'épuisement des combustibles fossiles et les problèmes environnementaux causés par la combustion de ceux-ci rendent urgent le développement de nouvelles énergies dites renouvelables. Dans le domaine des transports (autobus, automobiles...) la recherche porte notamment sur la pile à combustible. Un facteur limitant la commercialisation des piles à combustible est l'absence de catalyseurs efficaces et peu coûteux pour la réaction de réduction de l'oxygène (RRO) qui a lieu à la cathode. L'utilisation de métaux non nobles comme catalyseur pour cette réaction est en forte expansion. Le carbone est l'un des supports les plus intéressants dans ce domaine du fait de son bas prix. Cependant, il doit être modifié afin d'en faire une surface catalytique. Le greffage de macrocycles tels que des porphyrines sur une surface d'or est bien connu. Il est possible de contrôler l'orientation, l'assemblage et le taux de recouvrement des porphyrines sur une telle surface notamment en attachant les porphyrines via des monocouches de thiols. Notre projet vise dans un premier temps à chimisorber une monocouche de porphyrine de cobalt (CoTPP) sur une électrode de carbone vitreux via une monocouche de 4-aminothiophénol (4-ATP) et d'utiliser cette électrode pour examiner la réduction de l'oxygène en peroxyde afin de mieux comprendre le mécanisme de réduction. La caractérisation de l'électrode par spectroscopie de photoélectron X (XPS) et par des méthodes électrochimiques a montré un fort taux de recouvrement des porphyrines à la surface du carbone. Les mesures de voltampèrometrie cyclique et de chronocoulométrie ont démontré que l'électrode GC/4-ATP-CoTPP (chimisorbé) est un catalyseur aussi efficace que lorsqu'il est seulement physisorbé à la surface (GC/CoTPP) et que l'électrode Au/4ATP-CoTPP. Lorsqu'elle est chimisorbée, la porphyrine donne des résultats beaucoup plus reproductibles et ne subit aucune désorption de la surface. Les spectres UV-visible montrent qu'une pentacoordination du cobalt et un état d'oxydation +lI sont nécessaires pour une complexation avec l'oxygène. La présence d'un intermédiaire (LCo(II) TPP-O₂) très stable a été identifié à la fois en solution et lorsque la porphyrine est chimisorbée sur le support de carbone. La spectroscopie UV -visible par réflectance (UVDRS) en fonction du potentiel révèle la relation entre la formation de l'intermédiaire LCoTPP-O₂ et la réduction en peroxyde. Ces mesures donnent des informations sur les différentes constantes cinétiques et indiquent que la formation du complexe est plus rapide que sa réduction en peroxyde, le mécanisme n'est donc pas limité par la réaction avec l'oxygène mais par le transfert d'électrons. À partir des ces informations un mécanisme catalytique est proposé. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Électroréduction de l'oxygène, Catalyseur, Modification de carbone, Porphyrine.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie électrique : Toulouse, INPT : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 101 réf.

Thèse de doctorat : Génie électrique : INPL : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse de doctorat : Génie des procédés : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.