Esta Tesis se enfoca en el desarrollo e implementación de métodos eficaces de diseño y modelado acústico de silenciadores híbridos de motores de combustión interna, a través de herramientas de tipo analítico y numérico. Debido a la creciente preocupación de la sociedad en la degradación medioambiental, traducida en legislaciones medioambientales cada vez más severas, en la cual el ruido proveniente de los vehículos se ha convertido en una fuente importante de contaminación, es necesario el desarrollo de técnicas de diseño y modelado de silenciadores rápidas, fiables y de bajo coste computacional que permitan obtener resultados precisos. La Tesis está organizada de manera que se comienza realizando una exposición de los fundamentos de métodos tradicionales de análisis acústico, como los modelos de onda plana. Se resalta la importancia de los materiales absorbentes como agentes atenuadores de ruido y se definen sus propiedades y características más importantes. Seguidamente se procede con la descripción y desarrollo de modelos mediante el empleo de técnicas numéricas como el método de Elementos Finitos. A continuación se plantean modelos a través de la utilización de técnicas modales multidimensionales que servirán como herramientas de diseño. Por último, se realizan ensayos de caracterización acústica de materiales absorbentes y se validan experimentalmente los modelos teóricos estudiados. Los modelos de onda plana y la representación matricial asociada han sido los tradicionalmente utilizados. Sin embargo, la fiabilidad de sus resultados se limita a rangos de frecuencia reducidos y no tienen en cuenta los efectos tridimensionales de la propagación. Se evidencia la necesidad de la búsqueda de otras metodologías de modelado que tengan en cuenta dichos efectos tridimensionales, que a la vez sean aplicadas a un extenso rango de frecuencias y a una gama de geometrías de mayor complejidad. / Martínez Bordes, MJ. (2010). Modelado analítico-numérico y caracterización experimental de silenciadores de escape híbridos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14419

[EN] The present PhD work falls in the field the power quality and stability improvement applied in single phase electrical grids as microgrids and small smart grids. Distributed integration of different energy sources, including renewable sources based on small wind electric systems, is commonly present in these electrical grids. The power electronics converters used in these small wind electric systems can also be used as active power filters so, in cases that the wind energy resource is low, the available power of the power converter could be used to improve the grid quality and stability by reducing harmonics and compensating fundamental reactive power. By using the appropriate control techniques, the power converter can help to mitigate the nonefficient phenomena present in the grid at the same time that it is delivering active power to the power network that is, working as a hybrid compensation-generation system. This PhD work presents a study and analysis of such hybrid systems and their contribution to the improvement of low voltage single phase microgrid and smart grid networks. Based on the nonefficient effects produced by non-linear loads and electronic power systems in both microgrids and Smart Grid networks, a new adaptive method is proposed for the measurement, analysis and correction (elimination or attenuation) of the harmonic, interharmonic and subharmonic components present in the electrical system. It will be suitable for its application to hybrid generation-compensation systems based on small wind electric systems connected in single phase low voltage networks. The proposed method is based on the Kalman filter. It aims to exactly detect the frequency components present in an electrical signal. The number of components is determined, and for each one of them, their magnitude and phase, and their projections on the quadrature axes (¿, ß). In order to provide greater flexibility and modularity to the proposed method, the frequency spectrum of the signal is separated into frequency bands. This helps to mitigate, in part, some of the disadvantages of the Kalman filter. Detection of the number of frequency components of the signal, its separation into frequency bands and the Kalman filter estimation of each one, are the main parts or subsystems of the proposed method. Also, after determining the nonefficient phenomena present in the common connection point with the grid, a current control strategy is proposed to generate the reference current for the power electronic converter control system. This reference current allows the grid injection of active power as well as the compensation or reduction of the no efficient phenomena (harmonics, inter-harmonics, sub-harmonics and / or reactive power). Simulation results of the proposed method for different loads and supply conditions are presented. In addition, a comparison between different cases is also included. Finally, conclusions, contributions, future works and derived publications are presented. / [ES] La presente tesis doctoral se enmarca en el campo de la mejora de la calidad de la energía eléctrica y la estabilidad en redes de suministro de baja potencia como las micro redes y pequeñas Smart Grid monofásicas. En dichas redes es común la integración distribuida de diferentes fuentes de energía incluyendo, entre otras, aquellas basadas en fuentes renovables y, entre estas últimas, las basadas en la generación de energía a partir de mini generadores eólicos (comúnmente conocido como generación mini eólica). Por su topología, los sistemas electrónicos de potencia empleados para la conexión a la red eléctrica de estos generadores, también pueden ser empleados para la implementación de equipos de mejora de la calidad del suministro eléctrico, denominados filtros activos de potencia. Este hecho ha dado lugar a la aparición de sistemas híbridos (mixtos) que son capaces de generar e inyectar energía a la red eléctrica a la vez que, en determinadas condiciones, pueden mejorar la calidad del suministro eléctrico. La justificación viene determinada por el hecho de que el recurso eólico (viento) no es continuo ni estable, lo cual provoca que el convertidor electrónico de potencia de la instalación no se encuentre siempre ocupado al 100% en la generación de energía. Mediante las adecuadas técnicas de control es posible aprovechar la potencia sobrante del convertidor para mitigar las ineficiencias presentes en el punto de conexión del convertidor a la red eléctrica. En esta tesis doctoral se plantea el estudio y análisis de dichos sistemas híbridos de generación y optimización de la calidad del suministro a partir de generadores mini eólicos con el fin de contribuir a la mejora de los mismos cuando se conectan a redes de baja potencia monofásicas. Basándose en los efectos ineficientes que tanto en micro redes como en Smart Grids produce el uso cargas no lineales y sistemas electrónicos de potencia, se propone en esta tesis un método adaptativo para la medida, análisis y compensación (eliminación o atenuación) de las componentes armónicas, interarmónicas y subarmónicas presentes en el sistema eléctrico. Este método es aplicable a los sistemas híbridos de generación y mejora de la calidad eléctrica a partir de sistemas mini eólicos conectados en redes de baja tensión monofásicas. El método propuesto está basado en el Filtro de Kalman, el cual se utiliza para estimar las componentes armónicas, interarmónicas y subarmónicas de la tensión de red y las corrientes de carga. Para cada una de dichas componentes se determina, su módulo y su argumento, así como sus proyecciones sobre los ejes en cuadratura ¿ y ß. Para dotar de mayor flexibilidad y modularidad al método propuesto, se realiza una división del espectro de la señal en bandas de frecuencia. Este hecho contribuye a mitigar, en parte, algunas de las desventajas que presenta la utilización del Filtro de Kalman en la identificación de armónicos. En la tesis, se presenta el análisis de cada uno de los subsistemas que integran el método propuesto los cuales son utilizados para la detección del número de componentes, la separación del espectro en bandas de frecuencia, así como la utilización del Filtro de Kalman para la estimación de las componentes armónicas. A partir del método propuesto se presentan los resultados de simulación del sistema obtenidos para diferentes tipos de carga y condiciones de alimentación. Así mismo, se incluye una comparativa para validar el sistema propuesto. Finalmente, se incluyen las conclusiones, aportaciones, líneas de trabajo futuro y las publicaciones derivadas de los resultados de investigación de la tesis doctoral. / [CA] La present tesi doctoral s'emmarca en el camp la millora de la qualitat de l'energia elèctrica i l'estabilitat en xarxes de subministrament de baixa potència com les micro xarxes i xicotetes Smart Grid monofàsiques. En les dites xarxes és comú la integració distribuïda de diferents fonts d'energia incloent, entre altres, aquelles basades en fonts renovables i, entre estes últimes, les basades en la generació d'energia a partir de mini generadors eòlics (comunament conegut com a generació mini eòlica). Per la seua topologia, els sistemes electrònics de potència empleats per a la connexió a la xarxa elèctrica d'estos generadors, també poden ser empleats per a la implementació d'equips de millora de la qualitat del subministrament elèctric, denominats filtres actius de potència. Este fet ha donat lloc a l'aparició de sistemes híbrids (mixtos) que són capaços de generar i injectar energia a la xarxa elèctrica al mateix temps que, en determinades condicions, poden millorar la qualitat del subministrament elèctric. La justificació ve determinada pel fet de que el recurs eòlic (vent) no és continu ni estable, la qual cosa provoca que el convertidor electrònic de potència de la instal·lació no es trobe sempre ocupat al 100% en la generació d'energia. Per mitjà de les adequades tècniques de control és possible aprofitar la potència sobrant del convertidor per a mitigar les ineficiències presents en el punt de connexió del convertidor a la xarxa elèctrica. En esta tesi doctoral es planteja l'estudi i anàlisi dels dits sistemes híbrids de generació i optimització de la qualitat del subministrament a partir de generadors mini eòlics a fi de contribuir a la millora dels mateixos quan es connecten a xarxes de baixa potència monofàsiques. Basant-se en els efectes ineficients que tant en micro xarxes com en Smart Grid produïx l'ús càrregues no lineals i sistemes electrònics de potència, es proposa en esta tesi un nou procediment adaptatiu per a la mesura, anàlisi i correcció (eliminació o atenuació) de les components harmòniques, interharmòniques i subharmòniques presents en el sistema elèctric, i aplicable als sistemes híbrids de generació i millora de la qualitat elèctrica a partir de sistemes mini eòlics connectats en xarxes de baixa tensió monofàsiques. El mètode proposat es basa en el Filtre de Kalman per a estimar el valor de les components freqüencials presents en el senyal elèctric. Es determina el nombre de components, i per a cada una d'elles, el seu mòdul i argument, i les seues projeccions sobre els eixos en quadratura (¿, ß). Per a dotar de més flexibilitat i modularidad al mètode proposat, es realitza una divisió de l'espectre del senyal en bandes de freqüència. Este fet contribuïx a mitigar, en part, alguns dels desavantatges que presenta el Filtre de Kalman. Es presenta l'anàlisi de cada un dels subsistemes que integren el mètode proposat a fi de demostrar el seu funcionament correcte. Detecció del nombre de components, separació de l'espectre en bandes de freqüència i el Filtre de Kalman per a l'estimació de les components harmòniques. Així mateix, es proposa una estratègia de control per a, a partir de la determinació de les ineficiències presents en el punt de connexió amb la xarxa elèctrica, generar el senyal de referència per al sistema de control del convertidor electrònic de potència. Referència que permeta la injecció d'energia a la xarxa i la correcció de les dites ineficiències. Es presenten també els resultats de simulació del sistema proposat per a diferents tipus de càrrega i condicions d'alimentació. A més, s'inclou una comparativa a fi de determinar la validesa del mètode proposat. Finalment, s'inclouen les conclusions, aportacions, línies de treball futur i les publicacions derivades dels resultats d'investigació de la tesi doctoral. / Martínez Navarro, G. (2016). Aportaciones a la mejora de los sistemas híbridos de generación y optimización de la calidad del suministro a partir de generadores mini eólicos. Aplicación a sistemas monofásicos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61454

[ES] Esta tesis tiene como objetivo el desarrollo de una metodología para la optimización de sistemas híbridos renovables que incluya mecanismos de gestión de la demanda y permita su operación tanto en modo isla, como en modo península, para su posterior validación experimental en aplicaciones dirigidas a granjas acuícolas ubicadas en la región costera central del estado de Veracruz, México. Para la consecución del objetivo, en primera instancia se elaboraron modelos de los componentes del sistema híbrido y se definió una estrategia de despacho para el sistema híbrido, los cuales fueron simulados en MATLAB y en la herramienta de ordenador HOMER. En estos modelos se incluyeron datos de los recursos renovables presentes en el sitio de estudio, la demanda eléctrica, así como también los costes de los componentes y los correspondientes a la operación, mantenimiento y combustible relacionados con la operación del sistema. Para la optimización del sistema híbrido, fueron considerados como indicadores económicos el Coste Total Anual (CTA), el Coste Neto Presente (NPC) y el Coste de Energía (COE); mientras que las emisiones de CO2, emisiones evitadas de CO2 y la Fracción Renovable (FR), fueron los indicadores medioambientales seleccionados para el caso de estudio. Posteriormente, se definieron algunos arreglos básicos y escenarios de gestión de la demanda aplicables a la operación del sistema híbrido, que permitiera evaluar los resultados de optimización y así determinar la configuración óptima, tanto en modo isla como en modo península. Finalmente, se aplicó la metodología a una granja acuícola modelo donde se consiguió definir el mejor escenario de gestión de la demanda y las posibles configuraciones de los componentes del sistema híbrido para su operación en modo isla y en modo península. Un análisis de sensibilidad desarrollado en HOMER sirvió de apoyo para evaluar el impacto de las variaciones en la demanda eléctrica de la granja y de la velocidad promedio del viento en la viabilidad técnica, económica y medioambiental del sistema híbrido óptimo. / [CAT] Aquesta tesi té com a objectiu el desenvolupament d'una metodologia per a l'optimització de sistemes híbrids renovables que incloga mecanismes de gestió de la demanda i permeta la seua operació tant en manera illa, com en manera península, per a la seua posterior validació experimental en aplicacions dirigides a granges aqüícoles situades a la regió costanera central de l'estat de Veracruz, Mèxic. Per a la consecució de l'objectiu, en primera instància es van elaborar models dels components del sistema híbrid i es va definir una estratègia de despatx per al sistema híbrid, els quals van ser simulats en MATLAB i en l'eina d'ordenador HOMER. En aquests models es van incloure dades dels recursos renovables presents en el lloc d'estudi, la demanda energètica, així com també els costos dels components i els corresponents a l'operació, manteniment i combustible relacionats amb l'operació del sistema. Per a l'optimització del sistema híbrid, van ser considerats com a indicadors econòmics el Cost Total Anual (CTA), el Cost Net Present (NPC) i el Cost d'Energia (COE); mentre que les emissions de CO2, emissions evitades de CO2 i la Fracció Renovable (FR), van ser els indicadors mediambientals seleccionats per al cas d'estudi. Posteriorment, es van definir alguns arranjaments bàsics i escenaris de gestió de la demanda aplicables a l'operació del sistema híbrid, que permetera avaluar els resultats d'optimització i així determinar la configuració òptima, tant en manera illa com en manera península. Finalment, es va aplicar la metodologia a una granja aqüícola model on es va aconseguir definir el millor escenari de gestió de la demanda i les possibles configuracions dels components del sistema híbrid per a la seua operació en manera illa i en manera península. Una anàlisi de sensibilitat desenvolupat en HOMER va servir de suport per a avaluar l'impacte de les variacions en la demanda energètica de la granja i de la velocitat faig una mitjana de del vent en la viabilitat tècnica, econòmica i mediambiental del sistema híbrid òptim. / [EN] This thesis aims to develop a methodology for the optimization of renewable hybrid systems that includes demand management mechanisms and allows its operation both in island mode, as in peninsula mode, for later experimental validation in applications aimed at aquaculture farms located in the central coastal region of the state of Veracruz, Mexico. To achieve the objective, in the first instance models of the hybrid system components were developed and a dispatch strategy for the hybrid system was defined, which were simulated in MATLAB and in the HOMER computer tool. These models included data on the renewable resources present at the study site, the electricity demand, as well as the costs of the components and those corresponding to the operation, maintenance and fuel related to the operation of the system. For the optimization of the hybrid system, the Total Annual Cost (TAC), the Net Present Cost (NPC) and the Cost of Energy (COE) were considered as economic indicators; while CO2 emissions, avoided CO2 emissions and the Renewable Fraction (RF), were the environmental indicators selected for the case study. Subsequently, some basic arrangements and demand management scenarios applicable to the operation of the hybrid system were defined, which allowed to evaluate the optimization results and thus determine the optimal configuration, both in island mode and in peninsula mode. Finally, the methodology was applied to a model aquafarm where it was possible to define the best demand management scenario and the possible configurations of the components of the hybrid system for operation in island mode and in peninsula mode. A sensitivity analysis developed at HOMER served as a support to assess the impact of variations in the farm's electrical demand and the average wind speed on the technical, economic and environmental viability of the optimal hybrid system. / Gómez González, FJ. (2020). Diseño y optimización de un sistema híbrido renovable con gestión de la demanda y aplicaciones en península y modo isla [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/158563

Tesis por compendio / [EN] The PhD Thesis entitled "Silica nanoparticles as inorganic scaffolds for the preparation of hybrid materials for the optical detection of anions" deals with the combination of supramolecular and material chemistry concepts to prepare hybrid sensing materials with the ability to detect selected ions through color and emission changes. The first hybrid material prepared is based in the use of silica nanoparticles as inorganic scaffold functionalized with spirobenzopyrans (signaling unit) and with thiourea moieties (binding unit). In the final nanoparticles the spirobenzopyran signaling unit is in its open polar conformation (red color merocyanine structure). Coordination of long chain carboylates (octanoate, decanoate and dodecanoate) with the thiourea moieties induced the formation of a dense hydrophobic monolayer around the signaling unit. This non-polar monolayer induced a change in the conformation of the spirobenzopyran to the closed spirocyclic form with a subsequent color change. The second part of this PhD Thesis was related with the preparation of silica nanoparticles functionalized with anthracene, as signalling subunit, and two different thioureas, as anion binding sites. Acetonitrile suspensions of the bifunctionalized nanoparticles showed the typical structured emission band of the anthracene fluorophore. Addition of certain anions to acetonitrile suspensions of the nanoparticles induced an enhancement of the emission intensity (Cl-, Br-, H2PO4-, acetate and benzoate) or a marked quenching (F- and CN-). Finally, the last part of this PhD Thesis deals with the preparation of silica nanoparticles functionalized with terpyridine binding sites and sulforhodamine B as signaling subunit. Coordination of transition metal cations (Fe3+, Hg2+, Cu2+, Ni2+ and Pb2+) with the terpyridine bindind sites induced a marked quenching of the emsission intensity (ca. 95%) of the sulforhodamine B fluorophore. The prepared materials were used for the fluorogenic recognition of anions. At this respect, addition of H2PO4-, HSO4-, F-, Cl-, Br-, I- and NO3-anions induced different degrees of cation displacements with the subsequent enhancement of the emission intensity of the fluorophore. Principal component analysis (PCA) allowed the discrimination of all the anions tested. Besides, only H2PO4- anion was able to induce the displacement of Pb2+ cation with the subsequent emission enhancement. / [ES] La presente Tesis Doctoral titulada "Nanopartículas de sílice como soporte inorgánico para la preparación de materiales híbridos para la detección óptica de aniones" se basa en el empleo de conceptos de química supramolecular y de química de materiales para la preparación de sistemas sensores híbridos con capacidad para reconocer iones mediante cambios de color y de fluorescencia. El primer material sensor desarrollado esta basado en nanopartículas de sílice funcionalizadas con espirobenzopiranos (unidad indicadora) y con tioureas (unidad coordinante). En las nanopartículas bifuncionalizadas el espiropirano está en su forma polar abierta (merocianina de color rojo). Cuando coordinan las tioureas con carboxilatos de cadena larga (octanoato, decanoato y dodecanoato) se forma un entorno apolar alrededor de la unidad indicadora que favorece su transformación de la forma abierta a la apolar espirocíclica cerrada con el consiguiente cambio de color. En la segunda parte de la Tesis se han preparado nanoparticulas de sílice funcionalizadas con antraceno, como unidad indicadora, y con dos diferentes tioureas, como unidades coordinantes de aniones. Suspensiones de las nanopartículas bifuncionalizadas en acetonitrilo muestran la típica emisión estructurada del antraceno. Al añadir diferentes aniones a la suspensión de las nanoparticulas se obiene un aumento de fluorescencia (con Cl-, Br-, H2PO4-, acetato y benzoato) o una desactivación de la misma (F- y CN-). Por último se prepararon nanopartículas de sílice funcionalizadas con terpiridinas, como unidad coordinante, y con sulforodamina B, como unidad indicadora. La coordinación de cationes metálicos de transición (Fe3+, Hg2+, Cu2+, Ni2+ y Pb2+) con las terpiridinas dio lugar a una desactivación importante de la emisión de la sulforodamina B anclada (95% de la inicial). En un segundo paso se estudio la capacidad de ciertos aniones (H2PO4-, HSO4-, F-, Cl-, Br-, I- y NO3-) de desplazar al metal coordinado con la subsiguiente regeneración de la emisión de la sulforodamina. Aplicando el análisis de componentes principales (PCA) se consiguió la discriminación de todos los aniones empleados. Además, las nanopartículas tratadas con el catión Pb2+ dieron una respuesta selectiva con el anión H2PO4-. / [CA] La present Tesi Doctoral titulada "Nanopartícules de sílice com a suport inorganic en la preparació de materials hibrids per a la detecció optica de anions" es basa en l'ús de conceptes de química supramolecular i de química de materials per a la preparació de sistemes sensors híbrids amb capacitat per a reconèixer ions mitjançant canvis de color i de fluorescència. El primer material sensor desenvolupat està basat en nanopartícules de sílice funcionalitzades amb espirobenzopirans (unitat indicadora) i amb tiourees (unitat coordinant). A les nanopartícules bifuncionalitzades l'espiropirà està en la seua forma polar oberta (merocianina de color vermell). Quan coordinen les tiourees amb carboxilats de cadena llarga (octanoat, decanoat i dodecanoat) es forma un entorn apolar al voltant de la unitat indicadora que afavoreix la seua transformació de la forma oberta a l'apolar espirocíclica tancada amb el conseqüent canvi de color. A la segona part de la Tesi s'han preparat nanoparticules de sílice funcionalitzades amb antracè, com a unitat indicadora, i amb dos tiourees diferents, com unitats coordinants d'anions. Suspensions de les nanopartícules bifuncionalitzades en acetonitril mostren la típica emissió estructurada del'antracè. En afegir diferents anions a la suspensió de les nanoparticules s'obté un augment de fluorescència (amb Cl-, Br-, H2PO4-, acetat i benzoat) o una desactivació de la mateixa (F- i CN-). Finalment es prepararen nanopartícules de sílicie funcionalitzades amb terpiridines, com a unitat coordinant, i amb sulforodamina B, com a unitat indicadora. La coordinació de cations metàl¿lics de transició (Fe3+, Hg2+, Cu2+, Ni2+ i Pb2+) amb les terpiridines va donar lloc a una desactivació important de l'emissió de la sulforodamina B unida covalentment al material (95% de la inicial). En un segon pas, es va estudiar la capacitat de certs anions (H2PO4-, HSO4-, F-, Cl-, Br-, I- i NO3-) de desplaçar al metall coordinat amb la subsegüent regeneració de l'emissió de la sulforodamina. Aplicant l'anàlisi de components principals (PCA) es va aconseguir la discriminació de tots els anions estudiats. A més, les nanopartícules tractades amb el catió Pb2+ van donar una resposta selectiva amb l'anió H2PO4-. / Calero Rodriguez, MP. (2016). Silica nanoparticles as inorganic scaffolds for the preparation of hybrid materials for the optical detection of anions [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63459 / Compendio

[ES] La presente tesis se enmarca en el campo de la generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables, la mejora de la calidad del suministro eléctrico y de la estabilidad de redes de baja potencia como las micro redes y las redes inteligentes. Estas redes se basan en la integración de generadores distribuidos, entre ellos los basados en sistemas de generación de energía eólica. Dichos sistemas de generación se conectan a la red por medio de convertidores electrónicos con una potencia limitada, esta característica provoca que las redes con alta integración de generadores distribuidos se vean afectadas en mayor medida por problemas de calidad del suministro, debido a su baja corriente de cortocircuito. Con la finalidad de mantener la calidad del suministro eléctrico debe cumplirse que el sistema conste de tensiones senoidales, de frecuencia fundamental y simétricas; y de cargas que consuman corrientes senoidales de frecuencia fundamental, equilibradas y en fase con las tensiones. Cuando alguna de estas condiciones no se cumple, se producen fenómenos que disminuyen la eficiencia del sistema y degradan la calidad del suministro, estos fenómenos pueden ser mitigados mediante el uso de compensadores activos conectados en serie o en paralelo al sistema eléctrico. Los compensadores activos conectados en paralelo generan las corrientes ineficientes demandadas por las cargas, permitiendo que por la red transiten únicamente las corrientes eficientes, mejorando el rendimiento del sistema. Las corrientes que deben ser inyectadas por el convertidor son calculadas a partir de una teoría de la potencia eléctrica que permita una correcta identificación de las componentes ineficientes consumidas por la carga. Una compensación global puede llevarse a cabo siempre que el límite de potencia de los convertidores lo permita, si las ineficiencias son mayores que la capacidad de un convertidor se puede considerar la compensación parcial o bien la compensación selectiva de los fenómenos ineficientes. Los convertidores electrónicos utilizados para la conexión de los generadores distribuidos a la red tienen la misma topología que los compensadores activos, dando paso al desarrollo de sistemas híbridos de generación y compensación. Dada la naturaleza intermitente de las fuentes de energía renovables, los sistemas de generación basados en éstas no hacen uso de la potencia nominal del convertidor en todo momento, por lo que la diferencia entre la potencia activa inyectada y la potencia nominal del convertidor puede ser utilizada para la compensación de ineficiencias. En la presente tesis se plantea el estudio de los sistemas híbridos de generación y compensación basados en sistemas de minieólica, con la finalidad de optimizar el uso de la potencia disponible en el convertidor de conexión a red para ayudar a mejorar la calidad del suministro y la estabilidad del sistema. El sistema propuesto abarca el control del sistema de generación de minieólica, la transferencia de energía a la red y la compensación de ineficiencias, optimizando el aprovechamiento del convertidor de conexión a red. Se propone la utilización de técnicas de control borroso para la búsqueda del punto de máxima potencia del aerogenerador y el control de la tensión del bus DC; así como la aplicación de técnicas de control no lineal para la estimación de la velocidad de giro de la turbina eólica. En la conexión a red se presenta un algoritmo de optimización del aprovechamiento de la potencia disponible en el inversor para la compensación de potencias ineficientes en forma selectiva, resultando un sistema de generación y compensación. Se presentan los resultados de simulación que ayudan a validar el sistema; así como los resultados experimentales de los subsistemas que han sido implementados. Se finaliza con las conclusiones, aportaciones, líneas de trabajo futuro y las publicaciones derivadas de la presente tesis doctoral / [CA] La present tesi s'emmarca en el camp de la generació d'energia elèctrica a partir de fonts renovables, la millora de la qualitat del subministrament elèctric i de l'estabilitat de xarxes de baixa potència com les micro xarxes i les xarxes intel·ligents. Aquestes xarxes es basen en la integració de generadors distribuïts, entre ells els basats en sistemes de generació d'energia eòlica. Aquests sistemes de generació es connecten a la xarxa per mitjà de convertidors electrònics amb una potència limitada, aquesta característica provoca que les xarxes amb alta integració de generadors distribuïts es vegen afectades en major mesura per problemes de qualitat del subministrament, a causa de la seua baixa corrent de curtcircuit. Amb la finalitat de mantindre la qualitat del subministrament elèctric ha de complir-se que el sistema conste de tensions sinusoïdals, de freqüència fonamental i simètriques; i de càrregues que consumisquen corrents sinusoïdals de freqüència fonamental, equilibrades i en fase amb les tensions. Quan alguna d'aquestes condicions no es compleix, es produeixen fenòmens que disminueixen l'eficiència del sistema i degraden la qualitat del subministrament, aquests fenòmens poden ser apaivagats mitjançant l'ús de compensadors actius connectats en sèrie o en paral·lel al sistema elèctric. Els compensadors actius connectats en paral·lel generen els corrents ineficients demandades per les càrregues, permetent que per la xarxa transiten únicament els corrents eficients, millorant el rendiment del sistema. Els corrents que han de ser injectades pel convertidor són calculades a partir d'una teoria de la potència elèctrica que permeta una correcta identificació de les components ineficients consumides per la càrrega. Una compensació global pot dur-se a terme sempre que el límit de potència dels convertidors ho permeta, si les ineficiències són majors que la capacitat d'un convertidor es pot considerar la compensació parcial o bé la compensació selectiva dels fenòmens ineficients. Els convertidors electrònics utilitzats per a la connexió dels generadors distribuïts a la xarxa tenen la mateixa topologia que els compensadors actius, donant pas al desenvolupament de sistemes híbrids de generació i compensació. Donada la naturalesa intermitent de les fonts d'energia renovables, els sistemes de generació basats en aquestes no fan ús de la potència nominal del convertidor en tot moment, per la qual cosa la diferència entre la potència activa injectada i la potència nominal del convertidor pot ser utilitzada per a la compensació d'ineficiències. En la present tesi es planteja l'estudi dels sistemes híbrids de generació i compensació basats en sistemes de minieòlica, amb la finalitat d'optimitzar l'ús de la potència disponible en el convertidor de connexió a xarxa per a ajudar a millorar la qualitat del subministrament i l'estabilitat del sistema. El sistema proposat abasta el control del sistema de generació de minieòlica, la transferència d'energia a la xarxa i la compensació d'ineficiències, optimitzant l'aprofitament del convertidor de connexió a xarxa. Es proposa la utilització de tècniques de control borrós per a la cerca del punt de màxima potència de l'aerogenerador i el control de la tensió del bus DC; així com l'aplicació de tècniques de control no lineal per a l'estimació de la velocitat de gir de la turbina eòlica. En la connexió a xarxa es presenta un algorisme d'optimització de l'aprofitament de la potència disponible en l'inversor per a la compensació de potències ineficients en forma selectiva, resultant un sistema de generació i compensació. Es presenten els resultats de simulació que ajuden a validar el sistema; així com els resultats experimentals dels subsistemes que han sigut implementats. Es finalitza amb les conclusions, aportacions, línies de treball futur i les publicacions derivades de la present tesi doctoral. / [EN] This thesis is part of the field of electric power generation from renewable sources, the improvement of power quality and the stability of low power networks such as microgrids and smart grids. These networks are based on the integration of distributed generators, including those based on wind power generation systems. These generation systems are connected to the grid by means of electronic converters with limited power; this feature causes networks with high integration of distributed generators to be affected to a greater extent by power quality problems, due to their low short circuit current. In order to maintain the quality of the electrical supply, the system must consist of sinusoidal, fundamental frequency and symmetric voltages; and loads that consume sinusoidal currents of fundamental frequency, balanced and in phase with the voltages. When any of these conditions is not met, phenomena occur that decrease the efficiency of the system and decrease the power quality, these phenomena can be mitigated by the use of active compensators connected in series or in parallel to the electrical system. The active compensators connected in parallel generate the inefficient currents demanded by the loads, allowing only the efficient currents to pass through the network, improving the performance of the system. The currents that must be injected by the converter are calculated based on an electric power theory that allows a correct identification of the inefficient components consumed by the load. A global compensation can be carried out whenever the power limit of the converters allows it, if the inefficiencies are greater than the capacity of a converter it can be considered partial compensation or selective compensation of inefficient phenomena. The electronic converters used for the connection of the generators distributed to the grid have the same topology as the active compensators, giving way to the development of hybrid generation/compensation systems. Given the intermittent nature of renewable energy sources, generation systems based on these do not make use of the nominal power of the converter at all times, so the difference between the active power injected and the nominal power of the converter can be used for inefficiencies compensation. In the present thesis the study of generation and compensation hybrid systems based on small wind energy systems is proposed, with the purpose of optimizing the use of the available power in the grid-connected converter to help to improve the power quality and the stability of the system. The proposed system covers the control of the small wind energy system, the transfer of energy to the grid and the compensation of inefficiencies, optimizing the use of the grid-connected converter. The use of fuzzy control techniques is proposed for the maximum power point tracking of the wind turbine and the control of the DC bus voltage; as well as the application of nonlinear control techniques for estimating the speed of rotation of the wind turbine. In the grid side, an algorithm for optimizing the use of the available power in the inverter is presented for the compensation of inefficiencies selectively, resulting in a generation/compensation system. The simulation results that help validate the system are presented; as well as the experimental results of the subsystems that have been implemented. It ends with the conclusions, contributions, lines of future work and publications derived from this doctoral thesis. / Martínez Márquez, CI. (2019). Contribuciones a la mejora de la eficiencia energética mediante convertidores electrónicos trifásicos de generación y compensación aplicados en sistemas de generación minieólica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/125700

[ES] En este trabajo de tesis doctoral se ha llevado a cabo la síntesis de diferentes materiales de tipo metal-orgánico (MOFs) para su aplicación en procesos catalíticos heterogéneos en la obtención de productos químicos de un alto valor añadido. Al-ITQ-HB es un material híbrido en 2D que ha mostrado actividad para la síntesis quimioselectiva de benzimidazoles, muy utilizados en la industria farmacéutica, y para la reacción de cianosililación de compuestos carbonílicos. El material se mostró estable bajo las condiciones de reacción e incluso activo en disoluciones acuosas lo cual se puede explicar debido a su carácter hidrofóbico. MOFs de Zr y Hf como UiO-66 y MOF-808 son activos para la reacción de reducción de compuestos carbonílicos procedentes de la biomasa por transferencia de hidrógeno con isopropanol como agente reductor. Esta metodología permite sustituir metales nobles como el Pd y el Pt por otros más baratos como el Zr y el Hf y también utiliza alcoholes como agentes reductores y a la vez como disolvente, evitando la peligrosidad de trabajar con H2. Los materiales de Hf se mostraron más activos que los de zirconio para la transformación, siendo el Hf-MOF-808 el más activo. Hf-MOF-808 y UiO-66(Hf) son activos para la reacción de condensación aldólica entre aldehídos y acetona. Sin embargo, Hf-MOF-808 se mostró más estable y activo para la transformación frente a contaminantes comunes en las disoluciones del procesado de la biomasa como son el ácido acético y el agua. Además este proceso se puede aplicar a un número elevado de sustratos de partida, incluidas moléculas plataforma procedentes de la biomasa como el furfural, el 5-hidroximetilfurfural y el 5-metilfurfural. El material se pudo extraer del crudo de reacción y reutilizar hasta en 5 ocasiones consecutivas con pequeñas pérdidas de actividad que podrían ser recuperadas a través de una extracción Soxhlet. Hf-MOF-808 se pudo utilizar en reacciones en cascada. Debido a su actividad para la reacción de reducción por transferencia de hidrógeno y para la de condensación aldólica, Hf-MOF-808 se utilizó como catalizador para la síntesis de alcoholes alílicos a partir de aldehídos y acetona. Además se pudieron soportar partículas de Pd en el MOF. El material resultante, Pd@Hf-MOF-808, se utilizó como catalizador en la reacción de condensación de compuestos carbonílicos y acetona/hidrogenación selectiva del doble enlace para dar 4-aril-2-butanonas. La mezcla física de una zeolita con acidez de Brønsted como Al-beta y Hf-MOF-808 permite usarla en la síntesis en cuatro pasos de GVL a partir de furfural en un mismo reactor. Zr-MOF-808 se muestra activo y selectivo para la formación de arilcarbamatos a partir de aminas aromáticas y DMC. El DMC es un sustituto sostenible del fosgeno. Estos materiales pierden su cristalinidad bajo las condiciones de reacción. Con el objetivo de mejorar la estabilidad se estos materiales, Zr-MOF-808 se ancló a la sílice mesoporosa MCM-41. Zr-MOF-808@MCM-41 se mostró activo y selectivo para la formación de arildicarbamatos precursores de poliuretanos a partir de diaminas y DMC. Además el material se puedo reusar hasta en 6 ocasiones sin pérdidas apreciables de actividad. El empleo de SiO2 también es viable como soporte, siendo este mucho más barato que la MCM-41. / [CA] En este treball de tesi doctoral s'ha dut a terme la síntesi de diversos materials de tipus metall-orgànic (MOFs) per a la seua aplicació en processos catalítics heterogenis en l'obtenció de productes químics d'un alt valor afegit. Al-ITQ-HB és un material híbrid en 2D que ha mostrat activitat per a la síntesi quimioselectiva de benzimidazoles, molt utilitzats en la indústria farmacèutica, i per a la reacció de cianosililació de compostos carbonílics. El material es va mostrar estable sota les condicions de reacció i inclús actiu en dissolucions aquoses la qual cosa es pot explicar a causa del seu caràcter hidrofòbic. MOFs de Zr i Hf com l'UiO-66 i el MOF-808 són actius per a la reacció de reducció per transferència d'hidrogen de compostos carbonílics procedents de la biomassa amb isopropanol com a agent reductor. Esta metodologia permet substituir metalls nobles com el Pd i el Pt per altres més barats com el Zr i el Hf i també utilitza alcohols com a agents reductors i al mateix temps com a dissolvent, evitant la perillositat de treballar amb H2. Els materials de Hf es van mostrar més actius que els de zirconi per a la transformació, sent el Hf-MOF-808 el més actiu. Hf-MOF-808 i UiO-66 (Hf) són actius per a la reacció de condensació aldòlica entre aldehids i acetona. No obstant això, Hf-MOF-808 es va mostrar més estable i actiu per a la transformació treballant amb contaminants comuns en les dissolucions del processat de la biomassa com són l'àcid acètic i l'aigua. A més este procés es va poder aplicar a un nombre elevat de substrats de partida, incloses molècules plataforma procedents de la biomassa com el furfural, el 5-hidroximetilfurfural i el 5-metilfurfural. El material es va poder extraure del cru de reacció i reutilitzar fins en 5 ocasions consecutives amb xicotetes pèrdues d'activitat que podrien ser recuperades a través d'una extracció Soxhlet. Hf-MOF-808 es va poder utilitzar en reaccions tàndem. A causa de la seua activitat per a la reacció de reducció per transferència d'hidrogen i per a la de condensació aldòlica, Hf-MOF-808 es va utilitzar com a catalitzador per a la síntesi d'alcohols alílics a partir d'aldehids i acetona. A més es van poder suportar partícules de Pd en el MOF. El material resultant, Pd@Hf-MOF-808, es va utilitzar com a catalitzador en la reacció de condensació de compostos carbonílics i acetona/hidrogenació selectiva del doble enllaç per a donar 4-aril-2-butanonas. La mescla física d'una zeolita amb acidesa de Brønsted com Al-beta i Hf-MOF-808 permet utilitzar-la en la síntesi en quatre passos de GVL a partir de furfural en un mateix reactor. Zr-MOF-808 es mostra actiu i selectiu per a la formació d'arilcarbamats a partir d'amines aromàtiques i DMC. El DMC és un substitut sostenible del fosgen. Estos materials perden la seua cristalinidat sota les condicions de reacció. Amb l'objectiu de millorar l'estabilitat d'estos materials, Zr-MOF-808 es va ancorar a la sílice mesoporosa MCM-41. Zr-MOF-808@MCM-41 es va mostrar actiu i selectiu per a la formació d'arildicarbamats, precursors de poliuretans, a partir de diamines i DMC. A més el material es pot reutilitzar fins en 6 ocasions sense pèrdues apreciables d'activitat. L'ocupació de SiO2 també és viable com a suport, sent este molt més barat que la MCM-41. / [EN] The synthesis of different metal-organic type materials (MOFs) such as Al-ITQ-HB, UiO-66, UiO-67 and MOF-808 has been carried out in this doctoral thesis. The final goal was its application in heterogeneous catalytic processes in the production of value-added chemicals. Al-ITQ-HB is a 2D hybrid material that has shown activity for the chemoselective synthesis of benzimidazoles, widely used in the pharmaceutical industry, and for the cyanosilylation reaction of carbonyl compounds. The material was stable under the reaction conditions and even active in aqueous solutions which could be explained by its hydrophobic pockets. Zr- and Hf-MOFs such as UiO-66 and MOF-808 are active for the catalytic transfer hydrogenation of biomass-based carbonyl compounds using isopropanol as a reducing agent. This methodology allows to substitute noble metals such as Pd and Pt for cheaper ones such as Zr and Hf and also uses alcohols as reducing agents and as a solvents, avoiding the danger of working with H2. Hf materials were more active than zirconium-counterparts in the transformation, with Hf-MOF-808 being the most active. Hf-MOF-808 and UiO-66(Hf) are active for the aldol condensation reaction between aldehydes and acetone. However, Hf-MOF-808 was more stable and active in the transformation with common contaminants in the biomass-derived solutions such as acetic acid and water. In addition, this process could be applied to a large number of starting materials, including platform molecules from biomass such as furfural, 5-hydroxymethylfurfural and 5-methylfurfural. The material could be extracted from the reaction mixture and reused up to 5 consecutive times with small losses of activity that could be recovered through a Soxhlet extraction. Hf-MOF-808 could be used in cascade reactions. Due to its activity for the catalytic transfer hydrogenation and for the aldol condensation reaction, Hf-MOF-808 was used as a catalyst for the synthesis of allylic alcohols from aldehydes and acetone. In addition, Pd particles could be supported in the MOF. The resulting material, Pd@Hf-MOF-808, was used as a catalyst in the condensation reaction of carbonyl compounds and acetone/selective hydrogenation of the double bond to give 4-aryl-2-butanones. On the other hand, the physical mixture of a zeolite with Brønsted acidity such as Al-beta and Hf-MOF-808 allows it to be used in the synthesis in four steps of GVL from furfural in the same reactor. Zr-MOF-808 is active and selective for the formation of arylcarbamates from aromatic amines and DMC, that is a sustainable substitute for phosgene. However, this material loses his crystallinity under the reaction conditions. Thus, in order to improve the stability of the material, Zr-MOF-808 was anchored to mesoporous silica MCM-41. The resulting Zr-MOF-808@MCM-41 was active and selective in the formation of arylcarbamates, precursors of polyurethanes, from diamines and DMC. In addition, the material can be reused up to 6 times without significant loss of activity. The use of SiO2 is also viable as a support, being much cheaper than the MCM-41. / Rojas Buzo, S. (2019). Síntesis de materiales porosos metal-orgánicos y su aplicación en catálisis heterogénea [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/130208

Nesta tese de doutorado foram desenvolvidos e caracterizados nanomateriais eletroativos, explorando estratégias de estabilização e os efeitos sinérgicos em nanomateriais multifuncionais baseados em alfa-hidróxido de níquel, com potencial aplicação nas mais essências e urgentes áreas de atuação científica e tecnológicas, como por exemplo na conversão e armazenamento de energia, e sensores amperométricos. Nesse sentido, foram desenvolvidos nanopartículas (NPs) de alfa-hidróxidos de níquel (α-Ni(OH)2) estabilizados pela formação de nanocompósitos com óxido de grafeno (GO), denominados de α-Ni(OH)2@GO. Analogamente, foram preparados NPs de sais de hidróxido duplo de níquel e cobalto (α- NiCo(OH)2), estabilizados pela incorporação cátions Co2+ na estrutura do α-Ni(OH)2, e o correspondente nanocompósito com óxido de grafeno reduzido (rGO) denominado de α- NiCo(OH)2@rGO. De modo geral, os nanocompósitos exibiram alta capacidade de carga em elevadas densidades de corrente, alta capacidade de retenção de carga e elevada estabilidade como consequência da interação sinergística de seus componentes, com potencial aplicação em dispositivos de armazenamento de energia de alto desempenho, como por exemplo em supercapacitores híbridos. Por outro lado, um dos principais desafios no campo da conversão de energia, concentra-se no desenvolvimento de eletrocatalisadores eficientes e robustos para impulsionar a cinética intrinsecamente lenta da reação de evolução de oxigênio (OER), que envolve etapas de transferência de elétrons acopladas a de prótons. Para isso, foram preparados nanocompósitos ternários baseados em NPs de αNi(OH)2 de diferentes tamanhos, octacarboxiftalocianina de ferro (FeOCPc) e rGO (α-NiFeOCPc@rGO). As NPs de α- Ni@rGO-K maiores e mais cristalinas e seus respectivos nanocompósitos mostraram propriedades eletrocatalíticas superiores para a OER quando comparados com os respectivos derivados de α-Ni(OH)2-Na, indicando a relevância do tamanho do nanocristal de α-Ni(OH)2 na estrutura do nanocompósito e consequente efeitos sinérgicos nas propriedades eletroquímicas e eletrocatalíticas dos nanocompósitos ternários. Além disso, foram desenvolvidos eletrodos modificados com NPs de hidróxido duplo lamelar de NiCe (α-NiCe) como sensores de alta sensibilidade, e de fundamental importância para detecção e quantificação de prednisona, uma droga proibida pelo Comitê Olímpico Internacional (COI). Em resumo, a incorporação de 20% em mols de íons Ce(III/IV) em nanopartículas de α- Ni(OH)2 aumentou a estabilidade deste material na fase alfa, conferindo melhores propriedades eletrocatalíticas responsáveis pela rápida oxidação da prednisona e de seus subprodutos de degradação, permitindo a preparação de sensores amperométricos com elevada sensibilidade e baixo limite de detecção (LOD) em comparação aos eletrodos modificados já reportando na literatura. Em suma, as estratégias no design de nanomateriais foram exploradas com sucesso para gerar novos nanomateriais e nanocompósitos com propriedades eletrocatalíticas e de armazenamento de carga aprimoradas, com potencial de aplicação em sensores e supercapacitores híbridos. / In this doctoral thesis, nanomaterials design strategies were explored in order to improve the stability of alpha-nickel hydroxide nanoparticles while developing synergistic effects, generating multifunctional electrochemically active nanomaterials and nanocomposites with potential application in amperometric sensors and energy conversion and storage devices. In this context, the α-Ni(OH)2 NPs were stabilized by generating double hydroxide salts, by interaction with octacarboxyphthalocyanine molecules and graphene oxide (GO) generating hybrid and nanocomposite materials, for example α-Ni(OH)2@GO. Nickel hydroxide NPs was stabilized by incorporation of Co2+ cation to produce α-NixCoy(OH)2 double hydroxide salts and the corresponding nanocomposite with reduced graphene oxide (rGO) designated - NiCo(OH)2@rGO. In this way, nanocomposites with potential application in high performance energy storage devices such as hybrid supercapacitors were produced, since exhibited large charge capacities at high current densities and great stability as a consequence of the synergistic interaction of their componentes. One of the main challenges in the field of energy conversion, the development of efficient and robust electrocatalysts to boost the intrinsically slow multielectronic multiprotonic transfer kinetics of the oxygen evolution reaction (OER) was also addressed using ternary nanocomposites based on α-Ni(OH)2 NPs, iron octacarboxyphthalocyanine (FeOCPc) and rGO (α-NiFeOCPc@rGO). The more crystalline - Ni@rGO-K NPs and their respective nanocomposites showed superior electrocatalytic properties when compared to the respective α-Ni(OH)2-Na derivatives, indicating the relevance of the α-Ni(OH)2 nanocrystal size and synergistic effects on their electrochemical and electrocatalytic properties. In addition, amperometric sensors based on NiCe layered doublehydroxide NPs (α-NiCe) were developed for determination of prednisone, a drug forbidden by the International Olympic Committee (IOC). The incorporation of 20 m% of Ce3+/4+ ions in α- Ni(OH)2 nanoparticles increased its stability in the alpha phase, conferring improved electrocatalytic properties responsible for the rapid oxidation of prednisone and its degradation byproducts, responsible for the higher sensitivity and lower detection limits (LOD) than similar devices reported in the literature. In short, nanomaterials design strategies were successfully explored to generated new nanomaterials and nanocomposites with enhanced electrocatalytic and charge storage properties with potential application in sensors and hybrid supercapacitors.

A versatilidade das espumas poliuretanas permite sua aplicação em inúmeros setores industriais, devido à possibilidade de se obter diferentes conjuntos de propriedades apenas alterando sua formulação básica. Um tipo recorrente de alteração é a incorporação de diferentes tipos de fibras em matrizes de poliuretano, vastamente estudada com o objetivo de gerar materiais compósitos com melhores propriedades mecânicas do que a matriz original. Inúmeros autores reportaram a utilização de celulose cristalina como uma alternativa renovável aos agentes de reforço e revelaram que a celulose utilizada como aditivo em matrizes poliméricas afetou as propriedades mecânicas da matriz original e, em menor escala, exerceu influência sobre a estabilidade térmica do compósito. O presente trabalho dedicou-se a isolar a celulose cristalina contida nas fibras de bananeira mediante tratamento com ácido acético concentrado. Os tratamentos químicos são necessários para modificar a superfície do material e melhorar a adesão do agente de reforço à matriz. Tendo em vista os resultados associados à estabilidade térmica dos compósitos de poliuretano reforçados com celulose, buscou-se sintetizar materiais híbridos de celulose e MgO.nH2O. Foi observado que, mesmo em pequenas quantidades, a presença do óxido hidratado de magnésio afetou significativamente a estabilidade térmica do HB 98:2. Estudos térmicos indicam que os materiais compósitos estudados apresentaram comportamento semelhante ao da matriz PU. Estudos das propriedades compressivas dos materiais poliméricos gerados mostraram que a incorporação do HB 98:2 ao PU afetou positivamente as propriedades mecânicas do material, sendo que o compósito PU + 1 HB 98:2 apresentou desempenho mecânico superior ao da matriz pura. / The versatility of polyurethanes foams allows its application in numerous industries because of the possibility of obtaining different sets of properties just by changing its basic formulation. A recurrent type of modification is the incorporation of different types of fibers in polyurethane matrices widely studied with the objective of generating composite materials with better mechanical properties than the original matrix. Numerous authors have reported the use of crystalline cellulose as a renewable alternative to fillers and showed that the cellulose used as additive in polymer matrices affect the mechanical properties of the original matrix and, to a lesser extent, influence upon thermal stability of the composite. This work was dedicated to isolate the crystalline cellulose contained in banana fibers by treatment with concentrated acetic acid. The chemical treatments are needed to modify the surface of the material and improve adhesion of the filler to the matrix. In view of the results associated with the thermal stability of the composite polyurethane reinforced with cellulose, sought to synthesize hybrid materials cellulose and MgO.nH2O. It has been observed that even in small quantities, the presence of hydrated magnesium oxide significantly affect the thermal stability of HB 98: 2. thermal studies indicate that the studied composites showed similar behavior to the PU matrix. Studies of the compressive properties of polymeric materials generated showed that the incorporation of HB 98: 2 to PU positively affect the mechanical properties of the material, and the composite PU + HB 98 1: 2 had mechanical performance superior to that of pure matrix.

A doença de Chagas é uma parasitose extremamente negligenciada, cujo agente etiológico é o protozoário Trypanosoma cruzi. Atualmente, 21 países da América Latina são considerados regiões endêmicas, onde 75-90 milhões de pessoas estão expostas à infecção, 6-7 milhões estão infectadas e mais de 41 mil novos casos surgem por ano. Entretanto, apenas os fármacos nifurtimox e benznidazol estão disponíveis no mercado. Estes, além da baixa eficácia na fase crônica da parasitose, apresentam diversos efeitos adversos, sendo que no Brasil apenas o benznidazol é utilizado. Este fato mostra a importância de se ampliar o número de fármacos disponíveis e propor quimioterapia mais eficaz para o tratamento da doença de Chagas. Como forma de contribuir para essa busca, este trabalho objetiva a síntese de compostos híbridos bioisostéricos N-acilidrazônicos e sulfonilidrazônicos, contendo grupo liberador de óxido nítrico, com potencial de interação com cisteíno-proteases parasitárias, tais como a cruzaína. Nestes derivados, os grupos liberadores de óxido nítrico utilizados foram os grupos furoxano (contendo substituinte metílico e fenílico) e éster nitrato. Propôs-se a variação de anéis aromáticos substituídos e não-substituídos, com o intuito de avaliar a possível relação estrutura-atividade (REA) desses análogos. Até o momento, somente os compostos da série N-acilidrazônica tiveram avaliação biológica realizada. Os valores de IC50 dos compostos na forma amastigota do parasita variaram entre >100 a 2,88 µM, sendo este último valor comparável ao fármaco de referência. A atividade inibitória frente à cruzaína foi de 25,2 µM a 2,2 µM. Já a liberação de óxido nítrico foi avaliada pelo método indireto de detecção de nitrato e os valores variaram entre 52,0 µM e 4.232,0 µM. Estes são bem inferiores ao composto padrão, além de não se identificar correlação direta entre a atividade biológica e a liberação de NO. Na sequência, os dois compostos mais ativos (6 e 14) foram submetidos a estudos de permeabilidade e de citotoxicidade. O composto 6 foi considerado o de maior permeabilidade segundo o Sistema de Classificação Biofarmacêutica (SCB) e todos os compostos apresentaram a taxa de fluxo menor que 2, indicando a ausência de mecanismo de efluxo. Na avaliação do potencial citotóxico desses compostos em células humanas, o derivado 6 apresentou índice de seletividade superior ao do benznidazol. Em estudos de modelagem molecular usando análise exploratória de dados (HCA e PCA), propriedades estéricas/geométricas e eletrônicas foram consideradas as mais relevantes para a atividade biológica. Além disso, estudos de docking mostraram que a posição do grupo nitro no anel aromático é importante para a interação com a cruzaína. Ademais o composto 6 não provocou mudanças significativas no ciclo celular e na fragmentação de DNA em células humanas, mostrando-se como líder promissor para futuros estudos in vivo. Atividade tripanomicida, citotoxicidade, potencial de liberação de NO e estudos de permeabilidade dos 23 derivados sulfonilidrazônicos e ésteres nitrato estão sendo avaliados. / Chagas disease is an extremely neglected parasitic disease whose etiologic agent is the protozoan Trypanosoma cruzi. Currently 21 Latin American countries are considered endemic regions, where 75-90 million people are exposed to infection, 6-7 million are infected and more than 41,000 new cases occur annually. However only nifurtimox and benznidazole are available on the market. These drugs, besides low efficacy in the chronic phase of the parasite have numerous adverse effects, and in Brazil only benznidazole is used. This fact shows the importance of increasing the number of drugs available and propose more effective chemotherapy for the Chagas disease treatment. As a contribution to the problem, this study aims the synthesis of biososteric compounds from N-acylhydrazone and sulfonylhydrazone, which have the potential to interact with parasitic cysteine protease, such as cruzain, containing nitric oxide releasing groups, which also has inhibitory activity in this enzyme class. In these derivatives nitric oxide releasing groups used were furoxan (containing methyl and phenyl substituent) and nitrate ester groups. The variation of aromatic rings substituted and unsubstituted was proposed in order to evaluate the possible structure-activity relationship (SAR) of these analogs. Only N-acylhydrazone series had its biological profile evaluated up to now. The IC50 values of the compounds against the amastigote form of the parasite ranged from >100 µM to 2.88 µM, the last value being comparable to that of reference drug. Cruzain inhibitory activity ranged from 25.2 µM to 2.2 µM. The nitric oxide releasing potential was evaluated using the indirect method of detection and nitrate values ranged between 52.0 µM and 4,232.0 µM. These results are below than those of the standard compound, and there is no direct correlation between the biological activity and nitric oxide releasing potential as well. Further, the two most active compounds (6 and 14) were submitted to permeability and cytotoxicity studies. Compound 6 showed the highest permeability value according to Biopharmaceutics Classification System (BCS), and both compounds showed flow rate lower than 2, indicating no efflux mechanism. In the cytotoxicity studies of these compounds in human cells, the derivative 6 showed selectivity index greater than benznidazole. In molecular modeling studies using exploratory data analysis (HCA and PCA) steric/geometric and electronic properties were considered the most relevant for biological activity. In addition, docking studies were performed and showed that the position of the nitro group on the aromatic ring is important for the interaction with cruzain. Compound 6 did not cause significant changes in cell cycle and DNA fragmentation in human cells, showing to be a promising lead compound for future in vivo studies. Trypanocidal activity, cytotoxicity assay, NO releasing potential and permeability studies of the 23 sulfonylhydrazones and nitrate ester derivatives are being evaluated.

A síntese e caracterização de sistemas hetero-híbridos gerados a partir da 3,6-bi-2-piridil-1,2,4,5-tetrazina (bptz) e interações com ouro nanoparticulado são abordados nesta tese. O bptz foi estudado por meio de métodos espectroscópicos e teóricos, focalizando principalmente o efeito SERS associado à adsorção em nanopartículas de ouro. O mecanismo de transferência de carga para metais macroscópicos foi transposto para a condição nanoparticulada, envolvendo ligações químicas entre bptz e as nanopartículas. Os complexos estudados possuem fórmula geral [LmRu(µ-bptz)RuLm]Xn, com “L” indicando os ligantes periféricos 5-cloro-1,10-fenantrolina (Clphen) ou 4’-(fenil)-2,2&#8217:6&#8217,2&#8221-terpirdina (ptpy) e “X” os contra-íons. Foram investigadas suas espectroeletroquímicas eletrônica e SERS, e as mudanças de perfil vibracional foram modeladas, incorporando o mecanismo de transferências de carga entre complexo e o ouro, além dos mecanismos ressonantes e eletromagnéticos / The synthesis and investigation of heterohybrid systems encompassing 3,6-bi-2-pyridyl-1,2,4,5-tetrazine (bptz) and its ruthenium complexes associated with gold nanoparticles are dealt with in this thesis. Bptz was characterized by spectroscopic and theoretical techniques, focusing on its SERS spectra after the adsorption onto nanoparticles. The charge transfer mechanism in the SERS spectra of macroscopic metals was transposed to the nanoparticle condition, assuming the formation of chemical bonds between bptz and the nanoparticles. Complexes of general formula [LmRu(µ--bptz)RuLm]Xn, “L” the peripheric ligants 5-chlorine-1,10-phenantroline or 4’-(phenyl)-2,2&#8217:6&#8217,2&#8221-terpyrdine (ptpy), and “X” counter-ions were also investigated, with special emphasis on their electronic and SERS spectroelectrochemistry. The changes in the vibrational profiles were successfully explained by the occurrence of charge transfer between the adsorbed complex and gold, in addition to the electromagnetic and resonance mechanisms.