La industria peruana ha prestado poca atención, a pesar de la relación directa entre el ahorro energético y ahorro económico. El diseño de este dispositivo no solamente tiene como fin la validación de valores para diferentes materiales usados en edificación, sino también puede ayudar a la investigación nuevos materiales, por ejemplo, compuestos de las cuales se quiera saber su comportamiento térmico. Siendo el propósito de la presente tesis, en el área de energía, diseño y selección de los componentes de un dispositivo de acuerdo a la norma ASTM C1043 que permita ensayar materiales usados en edificación para la obtención de las propiedades térmicas, siendo la más conocida la conductividad térmica. Se considera en el diseño la colocación de dos muestras de hasta 30 kg. El diseño se realizó según la metodología de diseño DIN VDI 2221, la norma base usada para el desarrollo de la presente tesis ASTM C1043 y la norma general de la cual se desprende ésta última que es la norma ASTM C177. Así también, para los casos donde no se tenía información alguna en las nomas antes mencionadas, se hizo uso de la norma UNE EN 12664. Por otra parte, se consideró los conocimientos en diseño mecánico como elementos de máquinas, transferencia de calor y resistencia de materiales; además, de conocimiento de manufactura disponible en el mercado peruano, utilización de programas CAD y simulación por el método de elementos finitos. Al final, se obtuvo el diseño del dispositivo que base su principio en el método de la placa caliente con guarda para dos muestras cuyo rango de funcionamiento va desde la temperatura de ambiente (23°C) hasta 65°C aproximadamente según norma, y con dimensiones generales de la máquina de 400x400x552 milímetros de largo, ancho y alto respectivamente. El presupuesto final del equipo es de S/. 22280 Nuevos Soles. / Tesis

En este trabajo se estudiaron características conductoras y reactivas de los sólidos CuCl y CuCl2. Teniendo en cuenta que el CuCl es un conductor iónico de iones Cu (I), se lo dopó con CsCl y AlCl3, encontrándose, en ambos casos, una mejora en la conductividad. Con respecto al CuCl2, se encontró que el dopado con CsCl ejerce una influencia positiva sobre la conductividad electrónica vía huecos. Por otra parte, se sintetizaron y estudiaron las propiedades eléctricas de los compuestos ternarios de Cu (I) y Cu (II), Cu2CsCl3 y CuCsCl3 respectivamente. Las determinaciones de conductividad se realizaron por la técnica de Impedancia Compleja. La caracterización de los compuestos estudiados se efectuó mediante difracción de Rayos X, análisis térmico diferencial y termogravimétrico y Microscopía electrónica de barrido. Además se estudió la reacción de comproporción Cu(s)+ Cu 2+ (s) 2Cu + (s) que ocurre cuando el compuesto ternario de Cu(II) se pone en contacto con cobre metálico. La celda de trabajo estaba formada por una tableta del compuesto presionada entre dos discos de cobre metálico. Se comprobó que se forma una capa de producto del compuesto ternario de Cu (I), cuyo crecimiento cumple la ley parabólica, por lo tanto el proceso es controlado por difusión. / The conductivity and reactivity of CuCl and CuCl2 were studied. A substantial improvement in the ionic conductivity in the Cu (I) chlorides upon doping with AlCl3 and CsCl was found. As for the Cu (II) chloride doped with CsCl and in the ternary compound CuCsCl3, it was confirmed that the conduction is exclusively electronic, via holes. Besides, the ternary compounds Cu2CsCl3 y CuCsCl3 were synthesized and studied. The conductivity measurements were performed by means of Impedance Spectroscopy. The studied compounds were characterised by X-Ray diffraction, DTA-TG and SEM. This work also deals with the study of the coproportion reaction, Cu(s)+ Cu 2+ (s) 2Cu + (s) which takes place spontaneously when the Cu (II) compound is put into contact with metallic copper. The working cell was formed by pressing a pellet of the ternary compound CuCsCl3, between two copper disks, at about 500 K. A product layer builds up whose growth follows a parabolic law, which was interpreted as due to diffusive control.

Las películas delgadas se vienen estudiando con más frecuencia a consecuencia que cada vez se obtienen mejores materiales que se utilizan en la fabricación de celdas solares, protectores de pantalla, sensores de alta resolución, celdas de energía y otros nuevos inventos que ayudan a preservar el medio ambiente. El transporte de electrones mediante los materiales ha sido siempre el desafío de la humanidad y las películas delgadas son una solución a este desafío, la conductividad es una propiedad intrínseca de cada material. La medida de la conductividad en materiales como la deposición de películas delgadas se puede hacer mediante la técnica de las cuatro puntas utilizando como fuente de alimentación un sistema de corriente directa que se coloca en los extremos de la muestra obteniéndose la medida de la conductividad que va a ser característica para cada material, este tipo de medidas la hacemos a temperatura ambiente. El sistema de medida implementado nos permite ver en forma práctica y rápida el comportamiento de las películas delgadas midiendo la conductividad vs la temperatura el cual nos muestra la curva característica de un conductor, semiconductor. En las películas delgadas el fenómeno de anisotropía se debe al ordenamiento espacial de los átomos en la red cristalina y afecta las propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas de las películas. En cuanto a las propiedades eléctricas, un aspecto interesante de la conductividad es su dependencia con la dirección de la corriente eléctrica en los monocristales de metales no cúbicos. En los materiales conductores como el cobre se tiene resistividad de 1.68x 10-8 Ώ-m a 200C y no ofrece mucha resistencia al paso de la corriente lo mismo ocurre con el aluminio, pero con una cualidad que a bajas temperaturas adquiere la propiedad superconductora. / Trabajo de suficiencia profesional

En este trabajo se estudió la respuesta eléctrica de vidrios con matrices de óxidos de fósforo-bismuto, boro, vanadio y telurio en relación a sus propiedades estructurales. Se utilizó fundamentalmente espectroscopia de impedancia para el estudio de la respuesta eléctrica y un conjunto de diversas técnicas (DRX, DSC, FTIR, UVvis, densidad) para resolver las características estructurales de las matrices vítreas. Específicamente, la composición química nominal para las matriz de fosfato es: 55Li2O 8BaO [33P2O5 4Bi2O3], la que fue elegida por ser de bajo costo, bajo impacto ambiental y más importante, por ser un buen conductor de iones litio. Este electrolito vítreo permitió identificar y explicar los fenómenos de transporte de carga eléctrica en función de la frecuencia y de la temperatura y su relación con la arquitectura de esta matriz sobre la movilidad iónica. También, mediante el estudio amplio de los cambios causados por la temperatura, se alcanzó una explicación del fenómeno de desvitrificación observado y, del estudio de la respuesta eléctrica del vitro-cerámico resultante se formuló una hipótesis a partir de una simplificación con la distribución de Gauss para interpretar las energías involucradas en el fenómeno de nucleación y crecimiento homogéneo tomando como referencia las suposiciones de Avrami. Finalmente, demostramos su aplicabilidad como electrolito sólido en un amplio rango de temperaturas. Por otra parte, la composición química nominal para la matriz de borato está dada por: 55Li2O 8MgO [37B2O3] la cual contiene una cantidad análoga de modificadores en una matriz con una arquitectura completamente diferente a la de fosfato, permitió demostrar la fuerte influencia de ésta en la respuesta eléctrica. De los resultados se pudo concluir que su potencial aplicabilidad como electrolito sólido es pobre a baja temperatura y debe ser modificada para alcanzar una mejor respuesta considerando que estas matrices vítreas son más livianas y económicas. Finalmente, estudiamos tres familias de vidrio cuyas fórmulas nominales son: A) 𝑥𝐽𝑂 (1−𝑥) [0.5𝑉2𝑂50.5𝑀𝑜𝑂3] 2𝑇𝑒𝑂2 con 𝐽: Na, Cu y Mg; B) 0.8[𝑥𝐵𝑎𝑂(1−𝑥)𝑀𝑔𝑂][0.2𝑁𝑏2𝑂52𝑇𝑒𝑂2] y C) 𝑥𝑀𝑜𝑂3(1−𝑥)[0.25𝐿𝑖2𝑂 0.75𝐵2𝑂3]. Del análisis eléctrico demostramos que la mayoría de ellos presenta conducción mixta y, analizamos en profundidad el efecto de la concentración iónica en la conductividad polariónica. Mostramos que en todos estos vidrios el fenómeno es no adiabático. Este análisis es de fundamental interés en el desarrollo de materiales para electrodos donde tanto la conductividad iónica como electrónica son fundamentales. / In this work, the electrical response of glasses based on phosphorus-bismuth, boron, vanadium or tellurium oxides was studied in relation to their structural properties. Impedance spectroscopy was mainly used to study the electrical response and a set of techniques (XRD, DSC, FTIR, UVvis, density) were applied to resolve the structural features of such matrices. Specifically, the nominal chemical composition: 55Li2O 8BaO [33P2O5 4Bi2O3] was chosen for being a low cost, environmentally friendly and, more important, a good lithium ion conductor glass system. This glassy electrolyte made it possible to explain the electric charge transport phenomena as a function of frequency and temperature and their relationship between the architecture of this matrix with the ionic mobility. Also, through a thoroughly study of the changes caused by the temperature, an explanation of the observed devitrification phenomenon was reached and, from the study of the electrical response of the resulting glass-ceramic, a hypothesis was formulated based on a simplification with the Gaussian distribution of the energies involved in the phenomenon of nucleation and homogeneous crystalline growth taking as reference Avrami's assumptions. Finally, we demonstrate its applicability as a solid electrolyte over a wide range of temperatures. On the other hand, the borate matrix nominal chemical composition: 55Li2O 8MgO [37B2O3], which contains the same amount of modifier oxides but, in a completely different architecture from the previous studied phosphate allowed us to evidence the strong influence of the structure on the electrical response. From our results it was possible to conclude that the potential applicability of this borate as a solid electrolyte is poor at low temperature and, it has to be modified to achieve a better response considering that these glassy matrices are lighter and cheaper, two important characteristics for technological applications. Finally, we studied three families of glasses with the following nominal formulas: a) xJO (1-x) [0.5V2O5 0.5MoO3] 2TeO2 with J: Na, Cu and Mg; b) 0.8 [xBaO (1-x) MgO] [0.2 Nb2O5 2TeO2] and c) xMoO3 (1-x) [0.25 Li2O 0.75B2O3]. From the electrical analysis we showed that most of them are mixed conductors and, we analyzed in detail the effect of the ionic concentration on the polarionic conductivity. We also showed that, in all these glasses, the phenomenon is non-adiabatic. This analysis is of fundamental interest to develop materials for electrodes in solid state batteries where both ionic and electronic conductivity are fundamental.

En el presente trabajo se analiza la influencia de los espines sobre los coeficientes de transporte electrónico, tales como la conductividad eléctrica, termopotencia, contribución electrónica a la conductividad térmica y el número de Lorenz (poniendo énfasis en el régimen de bajas temperaturas; es decir, < 90 K), para el caso de los cuasicristales icosaédricos monocristalinos Al64Cu23Fe13 y Al70.8Pd20.9Mn8.3 y de los policristalinos Al62Cu25.5Fe12.5 y Al64Cu23Fe13 (sólido y nanoestructurado), con los valores experimentales tomados de las referencias [Dolinˇsek 07], [Pope 99], [Biluˇsi´c 00] y [Quispe 11], respectivamente. El estudio de las cantidades de transporte se realizó dentro del marco de la teoría de respuesta lineal. Es así que proponiendo un modelo fenomenológico del tipo gaussiano para la contribución de los espines a la conductividad espectral se determinan los coeficientes cinéticos Lij , los cuales a su vez nos permiten determinar la dependencia de los coeficientes de transporte con la temperatura. Dicho cálculo fue realizado tanto numérica como analíticamente. Luego, considerando la regla inversa de Matthiessen, la cual es válida para cuasicristales, se le adicionó a los términos anteriores las expresiones analíticas para los coeficientes de transporte (tomados de la ref. [Landauro 03]) que considera tanto el criterio de estabilización Hume-Rothery como efectos de hibridización entre los orbitales sp de aluminio y los orbitales d del metal de transición activo (Fe, Mn, entre otros), pero no efectos de espines. De este modo se obtienen expresiones anal´ıticas para los coeficientes de transporte que se encuentran en concordancia con los resultados numéricos y con los valores experimentales. Más aún, para el caso de la conductividad eléctrica, dicha relación permite determinar un mínimo en la misma a las temperaturas de ∼ 19.4 K, 24.8 K, 150.4 K y 12.6 K para los cuasicristales Al64Cu23Fe13 (monocristalino), Al62Cu25.5Fe12.5, Al70.8Pd20.9Mn8.3 y Al64Cu23Fe13 (s´olido policristalino) que están en concordancia cuando se comparan con los valores experimentales de 21 K, 22.3 K, 143.9 K y 12 K para dichos cuasicristales. Finalmente, el parámetro λ propuesto (definido como la razón entre las contribuciones de espines y de los efectos Hume Rothery y de hibridización sp − d a la conductividad eléctrica) nos permite cuantificar el efecto magnético sobre la dependencia de la temperatura de los coeficientes de transporte electrónico. Se proponen dos formas alternativas y simplificadas que permitan obtener el parámetro λ y así cuantificar la contribución magnética a los coeficientes de transporte.

Ingeniero Civil Químico / Los nanocómpositos de polímero/nanotubos de carbono (CNT por sus siglas en inglés) presentan propiedades piezoresistivas, es decir, varían su resistencia eléctrica al ser deformados, por lo que pueden ser utilizados como sensores. Para que un nanocompósito sea conductor, los nanotubos tienen que formar una red interconectada que atraviese el material, fenómeno que se conoce como percolación. La concentración de nanotubos para la cual se forma dicha red, es conocida como la concentración, o punto de percolación. La ocurrencia de percolación depende además de la geometría de los nanotubos, la alineación y la dispersión de estos. En los nanocompósitos conductores, la corriente se transmite a través de los CNT por efecto túnel, el cual depende exponencialmente de la distancia entre los CNT. Al aplicar una deformación, la distancia entre los CNT cambia, y por lo tanto cambia su conductividad. En este trabajo se realizó una simulación computacional que representa el comportamiento de los nanocómpositos de polímero/CNT, considerando distintas concentraciones de nanotubos, con distinta flexibilidad y porcentajes de aglomeración, además de considerar diferentes deformaciones aplicadas al compósito. Para cada caso, se estudió la probabilidad de percolación y resistencia del compósito. La concentración se varió desde un 0.39% a un 3.92% en volumen. La aglomeración se varió entre un 0 y un 100%, considerando así estados dispersos, aglomerados y mixtos. Se consideraron geometrías de nanotubo rígidas y flexibles. Se utilizaron deformaciones de entre un 0 y un 20% Los resultados mostraron la ocurrencia de percolación, acompañada del aumento en la conductividad. Además, al aplicar deformaciones, efectivamente aumenta la resistencia del nanocompósito. Otro resultado importante que la sensibilidad ante deformaciones es mayor en torno al punto de percolación. Todo esto, esta de acuerdo con lo reportado en experimentos y simulaciones anteriores. Se encontró además que en torno a una aglomeración de un 20%, se minimiza la concentración de nanotubos necesaria para que ocurra percolación. Este es el principal resultado de este trabajo, ya que la existencia de una aglomeración óptima ha sido planteada experimentalmente, pero no ha sido reportado en simulaciones anteriores.

En el presente trabajo se ha realizado el diseño del evaporador del ciclo Rankine orgánico, el cual cumple con la disponibilidad de espacio requerido y la caída de presión admisible. A su vez, este diseño garantiza la transferencia de calor de los gases de combustión hacia el refrigerante R123. Para el diseño del evaporador se comenzó por determinar las propiedades termodinámicas y termofísicas del refrigerante R123. A su vez, se determinó la composición de los gases de combustión, temperatura de entrada, flujo másico y propiedades termofísicas de cada componente de los gases. Por lo tanto, las condiciones nominales de operación son las siguientes: presión absoluta de evaporación de 2 MPa, temperatura de condensación de 330 K, flujo másico del refrigerante R123 de 4 kg/s, temperatura de entrada de los gases de combustión 740 K y flujo másico de los gases de combustión 4.35 kg/s. Finalmente, se realizó el diseño del evaporador definiendo la geometría, número de pasos, número de tubos y separación entre tubos. De acuerdo a este análisis, se determinó que el área superficial requerida para la eficiente transferencia de calor es 37.7 m2, por lo tanto, se seleccionaron 250 tubos de ¾” de diámetro nominal y una longitud de 2.5 m. / Tesis

En el presente trabajo se analiza la influencia del espín electrónico sobre la dependencia de la conductividad eléctrica con la temperatura (en particular a bajas temperaturas; es decir, menor 90 K), para el caso del cuasicristal icosaédrico monocristalino Al64Cu23Fe13. El estudio de dicha influencia se realizó dentro del marco de la teoría de respuesta lineal. Es así que proponiendo un modelo fenomenológico del tipo gaussiano para la contribución de los espines a la conductividad espectral se determina el coeficiente cinético L11 el cual permite, a la vez, determinar la dependencia de la conductividad eléctrica con la temperatura. Dicho cálculo fue realizado tanto numérica como analíticamente. Luego, considerando la regla inversa de Matthiessen, la cual es válida para cuasicristales, se le adicionó al término anterior una expresión analítica para la conductividad eléctrica (tomada de la Ref. [Landauro 03]) que considera tanto el criterio de estabilización Hume-Rothery como efectos de hibridización entre estados sp de aluminio y d de hierro, pero no efectos de espines. De este modo se obtiene una expresión analítica para la conductividad eléctrica total la cual se encuentra en buen acuerdo con los resultados numéricos y con los valores experimentales (tomados de la Ref. [Dolinˇsek 07]). Más aún, dicha relación predice un mínimo en la conductividad eléctrica a la temperatura de 19.4 K que esta en buen acuerdo con el valor experimental de 21 K. / The influence of the electronic spin on the temperature-dependent conductivity (in particular at low temperatures; i.e. less 90 K) is analyzed for the case of the monocrystalline icosahedral Al64Cu23Fe13 quasicrystal. Within the framework of the linear response theory and after proposing a phenomenological model of Gaussian-type for the contribution of spins to the spectral conductivity I calculate the kinetic coefficient L11 which allows us to determine the temperaturedependent conductivity. This calculation was carried out numerically and analytically. Then, considering the inverse Matthiessen rule (valid for quasicrystals) the previous result is added to an analytical expression for the conductivity (taken from Ref. [Landauro 03]) that considers both, the Hume-Rothery stabilization criterium, and hybridization effects between sp states of aluminium and d states of iron, but no effects due to the spins. In this way an analytical expresión for the total conductivity is obtained which is in good agreement with the numerical calculations and the experimental values (taken from Ref. [Dolinˇsek 07]). Moreover, such analytical relation predicts a conductivity minimum around the temperature of 19.4 K, also in good agreement with the experimental value of 21 K.

En el presente trabajo se analiza la influencia del espín electrónico sobre la dependencia de la conductividad eléctrica con la temperatura (en particular a bajas temperaturas; es decir, menor 90 K), para el caso del cuasicristal icosaédrico monocristalino Al64Cu23Fe13. El estudio de dicha influencia se realizó dentro del marco de la teoría de respuesta lineal. Es así que proponiendo un modelo fenomenológico del tipo gaussiano para la contribución de los espines a la conductividad espectral se determina el coeficiente cinético L11 el cual permite, a la vez, determinar la dependencia de la conductividad eléctrica con la temperatura. Dicho cálculo fue realizado tanto numérica como analíticamente. Luego, considerando la regla inversa de Matthiessen, la cual es válida para cuasicristales, se le adicionó al término anterior una expresión analítica para la conductividad eléctrica (tomada de la Ref. [Landauro 03]) que considera tanto el criterio de estabilización Hume-Rothery como efectos de hibridización entre estados sp de aluminio y d de hierro, pero no efectos de espines. De este modo se obtiene una expresión analítica para la conductividad eléctrica total la cual se encuentra en buen acuerdo con los resultados numéricos y con los valores experimentales (tomados de la Ref. [Dolinˇsek 07]). Más aún, dicha relación predice un mínimo en la conductividad eléctrica a la temperatura de 19.4 K que esta en buen acuerdo con el valor experimental de 21 K. / -- The influence of the electronic spin on the temperature-dependent conductivity (in particular at low temperatures; i.e. less 90 K) is analyzed for the case of the monocrystalline icosahedral Al64Cu23Fe13 quasicrystal. Within the framework of the linear response theory and after proposing a phenomenological model of Gaussian-type for the contribution of spins to the spectral conductivity I calculate the kinetic coefficient L11 which allows us to determine the temperaturedependent conductivity. This calculation was carried out numerically and analytically. Then, considering the inverse Matthiessen rule (valid for quasicrystals) the previous result is added to an analytical expression for the conductivity (taken from Ref. [Landauro 03]) that considers both, the Hume-Rothery stabilization criterium, and hybridization effects between sp states of aluminium and d states of iron, but no effects due to the spins. In this way an analytical expresión for the total conductivity is obtained which is in good agreement with the numerical calculations and the experimental values (taken from Ref. [Dolinˇsek 07]). Moreover, such analytical relation predicts a conductivity minimum around the temperature of 19.4 K, also in good agreement with the experimental value of 21 K. / Tesis

Se presentan dos trabajos independientes desarrollados en paralelo, el primero corresponde al cuerpo de la memoria, dirigido por el profesor Raúl Muñoz A. El segundo se expone en el apéndice A, dirigido por la profesora Judit Lisoni R. En el trabajo principal se presenta una comparación rigurosa entre datos de resistividad eléctrica y predicciones teóricas que incluyen el modelo de Palasantzas y el modelo mSXW-fractal, que predicen la resistividad generada por la dispersión electrón-superficie en películas delgadas de oro, sin usar parámetros ajustables, cuando la rugosidad superficial obedece una ley de escalamiento fractal. Encontramos que ambas teorías conducen a una descripción aproximada de la dependencia en temperatura de la resistividad. Sin embargo la descripción del transporte de carga basada en el escalamiento fractal parece sobre-simplificada y el aumento de resistividad proveniente de la dispersión electrón-superficie no se condice con otros resultados experimentales. Si las muestras están constituidas por granos tales que el diámetro promedio D es mayor a l0(300), el camino libre medio electrónico en el cristal de oro a 300 K, entonces el aumento en la resistividad predicho es menor al 5%. Esto parece inconsistente con resultados publicados de efectos magnetomórficos en este tipo de muestras, que demuestran que la dispersión electrón-superficie es el mecanismo dominante a 4 K. Por el contrario si las muestras están constituidas por granos cuyo D es menor a l0(300), entonces el mecanismo de dispersión electrónica dominante no es la colisión electrón-superficie sino la colisión electrón-borde de grano, que no está incluida en ninguna de las dos teorías. En el apéndice A se presenta un estudio de la cinética de oxidación a temperatura ambiente (TA) de películas delgadas de níquel de 5 nm y 10 nm de espesor. El proceso de oxidación fue monitoreado en el tiempo usando dos metodologías: (a) in-situ por medio de mediciones eléctricas y (b) ex-situ utilizando los espectros obtenidos de fotoelectrones inducidos por rayos X resueltos en ángulo (AR-XPS). Se generaron métodos para calcular la ganancia de oxígeno en función del tiempo. Se determinó que la ganancia en peso wg crece con el tiempo siguiendo una ley de potencias: wgt, siendo =0.17±0.05. Este valor difiere notoriamente del valor del bulto que presenta un comportamiento logarítmico a TA ó de =0.5 para temperaturas mayores que 400 ºC. Desde el punto de vista de composición, XPS mostró que a tiempos muy cortos de exposición al aire, i.e. < 1h, el estado de oxidación predominante es Ni2+ (Ni(OH)2 y NiO). A tiempos largos de exposición, i.e. >> 1 h, van apareciendo compuestos con estado de oxidación Ni3+ y el NiO desaparece. Gracias a este trabajo pudimos implementar exitosamente dos metodologías experimentales (mediciones de resistencia combinadas con resultados de XPS) que ayudan a determinar la cinética de oxidación de materiales en forma indirecta. Estas dos técnicas no se habían implementado hasta ahora en nuestro laboratorio y los reportes en la literatura son escasos.