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[EN] The necessity of higher quality tools, due to the increasing competitivity in the machining industry, and in general the need of materials with improved wear resistance, places the hard metal sector in continuous technical renovation. The important improvement of hardness, strength and wear resistance obtained in ultrafine WC-Co grades, as well as the extraordinary properties of nanomaterials, has focused the cemented carbides research in obtaining nanocrystalline powders, and in the development of bulk nanostructured cemented carbides, which remains a technological challenge. In this context, the aim of present research is to contribute on the knowledge of the behaviour sintering of ultrafine and nanocrystalline WC-Co mixtures, and to explore the possibilities of microstructural control that allow manufacturing dense cemented carbides with grain size close to the nanometer scale. Furthermore, the effect of the microstructural refinement in the mechanical behaviour of sintered materials is evaluated. Moreover, due to the poor supply and the high cost of these powders in the market, the fabrication of ultrafine and nanocrystaline WC-Co mixtures by planetary milling is studied. This allows analysing the effect of the powder production method on their densification, microstructural development and final mechanical properties. The results obtained show the problems of the powders fabricated by milling, due to their decarburation, and their fast kinetics of grain growth. Furthermore, the advantages of using nanocrystalline powders, versus the ultrafine ones, on improving the densification and capability of microstructural control, have been demonstrated, allowing a significant increase in the hardness of the sintered samples. The main contribution of the research is the combined use of additives inhibitors and pressure assisted sintering techniques that allow increasing the densification at lower sintering temperature and shorter holding times, thus limiting the grain growth. WC-CoVC / Cr3C2 cemented carbides near fully dense is obtained by SPS and HIP in solid phase at 1100 ºC. The addition of inhibitors, especially VC, is demonstrated to be an efficient method for controlling the grain growth in the solid state, even by rapid sintering processes. The combination of addition of VC and HIP sintering at low temperature has allowed manufacturing near nanostructured materials (120 nm), with an excellent combination of properties, with hardness about 2100 HV30 and fracture toughness values greater than 10 MPa·m1/2. These properties place these materials among the most outstanding cemented carbides of those reported in literature. / [ES] La necesidad de herramientas de mayor calidad, debido a la creciente competitividad en el sector del mecanizado, y, en general, de materiales con resistencia al desgaste mejorada, sitúa al sector del duro metal en continua renovación técnica. La importante mejora de dureza, resistencia mecánica y resistencia al desgaste obtenida en grados WC-Co ultrafinos, y las excepcionales propiedades asociadas a los nanomateriales, ha focalizado la investigación de metal duro en la obtención de polvos nanocristalinos, y en el desarrollo de carburos cementados nanoestructurados, que sigue siendo un reto tecnológico. En esta línea, la presente investigación, pretente contribuir al conocimiento del comportamiento durante la sinterización de mezclas WC-Co ultrafinas y nanocristalinas, explorando posibilidades de control microestructural, que permitan obtener carburos cementados densos con tamaño de grano próximo a la escala nanométrica, y evaluar el efecto del refinamiento microestructural en su comportamiento mecánico. Además, dada la escasa oferta en el mercado de estos polvos y su elevado coste, se analiza su fabricación mediante molienda en planetario, lo que permite analizar el efecto de la vía de obtención del polvo en su densificación, desarrollo microestructural, y propiedades finales. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto la problemática de los polvos obtenidos por molienda, debido a su decarburación, y su rápida cinética de crecimiento de grano. Además, se ha demostrado las ventajas del uso de polvos nanocristalinos frente a los ultrafinos, en el aumento de la densificación y posibilidades de control microestructural, lo que se traduce en importantes aumentos de dureza de los sinterizados. La principal aportación de la investigación es el empleo combinado de aditivos inhibidores y técnicas de sinterización asistidas por presión, que permiten aumentar la densificación reduciendo temperatura y tiempo de exposición, limitando así el crecimiento de grano. Se ha demostrado que es posible obtener sinterizados WC-Co-VC/Cr3C2 casi 100% densos a 1100 ºC, mediante HIP y SPS, confirmándose, además, la efectividad de los inhibidores. La combinación de adición de VC y sinterización en HIP a baja temperatura, ha permitido obtener materiales casi nanocristalinos (120 nm), con una excelente combinación de propiedades, con durezas de hasta 2100 HV30 y valores de tenacidad superiores a los 10 MPa·m1/2, lo que sitúa a estos materiales entre los carburos cementados más destacados de los publicados en la literatura. / [CA] La necessitat de ferramentes de major qualitat, degut a la creixent competitivitat en el sector del mecanitzat, i, en general, de materials amb resistència al desgast millorada, situa el sector del metall dur en contínua renovació tècnica. La important millora de duresa, resistència mecànica i resistència al desgast obtinguda en graus WC-Co ultrafins, i les excepcionals propietats associades als nanomaterials, ha focalitzat la investigació de metall dur en l'obtenció de pols nanocristal·lins, i en el desenvolupament de carburs cementats nanoestructurats, que segueix sent un repte tecnològic. En aquesta línia, la present investigació pretén contribuir al coneixement del comportament durant la sinterització de mescles ultrafines i nanocristal·lines, explorant possibilitats de control microestructural, que permeten obtindre carburs cementats densos amb grandària de gra propera a l'escala nanomètrica i avaluar l'efecte del refinament microestructural en el seu comportament mecànic. A més a més, donada l'escassa oferta en el mercat d'aquests pols i el seu elevat cost, s'analitza la seua fabricació mitjançant mòlta en planetari, la qual cosa permet analitzar l'efecte de la via d'obtenció dels pols en la seua densificació, desenvolupament de la seua microestructura, i propietats finals. Els resultats obtinguts posen de manifest la problemàtica dels pols obtesos per mòlta, degut a la seua decarburació, i la seua ràpida cinètica de creixement de gra. Així mateix, s'han demostrat els avantatges de l'ús de pols nanocristal·lins front als ultrafins, en l'augment de la densificació i possibilitats de control microestructural, el que es tradueix en importants augments de duresa dels sinteritzats. La principal aportació de la investigació és l'emprament combinat d'additius inhibidors i tècniques de sinterització assistides per pressió, que permeten augmentar la densificació reduint temperatura i temps d'exposició, limitant així el creixement de gra. S'ha demostrat que és possible obtindre sinteritzats WC-Co-VC/Cr3C2 quasi 100% densos a 1100 ºC, mitjançant HIP i SPS, confirmant-se, a més, l'efectivitat dels inhibidors. La combinació d'addició de VC i sinterització en HIP a baixa temperatura ha permès obtindre materials quasi nanocristal·lins (120 nm), amb una excel·lent combinació de propietats, amb dureses de fins a 2100 HV30 i valors de tenacitat superiors als 10 MPa·m1/2, la qual cosa situa aquests materials entre els carburs cementats més destacats dels publicats en la literatura. / Bonache Bezares, MV. (2016). Obtención, procesado y caracterización de carburos cementados CW-Co basados en polvos ultrafinos y nanocristalinos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63222

Tesis por compendio / [ES] En el sistema actual de producción intensiva de alimentos surge la necesidad de considerar la sostenibilidad de las industrias agroalimentarias. En esta tesis se estudia la forma en que algunas tecnologías contribuyen a la mejora de la funcionalidad de alimentos con alto contenido en antioxidantes y probióticos. El tema se aborda desde dos enfoques: por un lado, la aplicación de las tecnologías existentes para la mejora de la funcionalidad de los alimentos, ya sea mediante la incorporación de ingredientes o bien a partir de la formación de estructuras; y, por otro lado, el aprovechamiento de fuentes alternativas de ingredientes alimentarios con elevado contenido en compuestos bioactivos. Las tecnologías estudiadas en esta tesis han sido el tratamiento con altas presiones de homogeneización (HPH), la encapsulación mediante HPH, la impregnación a vacío (IV) y el secado por aire caliente. Se estudió el efecto combinado de la aplicación de HPH (20, 50, 100 y 150 MPa) y la adición de trehalosa (10, 20 y 30 g/ 100 g) en zumo de mandarina con y sin Lactobacillus salivarius spp. salivarius sobre las principales propiedades fisicoquímicas y funcionales del zumo. Los resultados obtenidos mostraron que el tratamiento por HPH redujo el tamaño medio de la distribución de las partículas suspendidas en el zumo, mejoró la estabilidad de la nube y aumentó el contenido en fenoles totales y flavonoides. La incorporación de trehalosa en una cantidad de 20 g/100 g mejoró la actividad antioxidante determinada por el método ABTS. Los resultados en el zumo de mandarina con L. salivarius constataron que, tanto la aplicación de presiones de homogeneización como la adición de trehalosa mejoraron la hidrofobicidad del probiótico y su supervivencia tras el almacenamiento. De forma adicional, la encapsulación de las células microbianas mediante presiones de homogenización permite mejorar la viabilidad de L salivarius en zumo de mandarina. En los discos de manzana impregnados con el zumo de mandarina con el probiótico encapsulado no se observó una mejora en la supervivencia del probiótico durante las operaciones de IV y de secado con aire a 40 ºC, aunque la encapsulación sí que mejoró su resistencia al proceso de digestión in vitro. Se estudió el almacenamiento del zumo y de los discos de manzana, determinándose en ambos casos el efecto de la encapsulación sobre la supervivencia de L. salivarius y sobre su resistencia al proceso de digestión in vitro. Los resultados muestran que el probiótico encapsulado presentó mayor supervivencia durante el almacenamiento y el proceso de digestión in vitro que el probiótico sin encapsular. En relación al aprovechamiento de otras fuentes para la obtención de nuevos ingredientes alimentarios con elevado contenido en compuestos bioactivos, se seleccionaron 11 azúcares de caña no refinados como alternativa al azúcar blanco y se analizaron sus propiedades fisicoquímicas y antioxidantes. Se confirmó que los azúcares de caña no refinados presentaron compuestos con actividad antioxidante y que su contenido guardaba relación con el grado de refinado del producto. Por último se aborda el aprovechamiento de subproductos para la obtención de polvos a partir de bagazo de arándano mediante secado por aire caliente y posterior triturado. Se ha analizado el efecto de la temperatura de secado (60 y 70 ºC) y de la intensidad del triturado sobre las propiedades fisicoquímicas y funcionales de los mismos. El secado disminuyó la capacidad antioxidante del bagazo de arándano pero no hubo un efecto significativo de la temperatura. La acción mecánica del triturado, redujo de manera significativa el contenido en fibra del polvo. Además, se demostró que el tamaño de partícula y el contenido en fibra de los polvos influyeron de forma decisiva en las propiedades de interacción con el agua y con el aceite, lo que condiciona en gran medida su estabilidad y su aplicación como ingr / [EN] In the current system of intensive food production, there is the need to consider sustainability in agri-food industries. In this thesis, the way in which some technologies can improve the functionality of food with a high content of antioxidants and probiotics are studied. This is addressed from two approaches: on the one hand, the application of existing technologies for the improvement of food functionality, either through the incorporation of ingredients or from the formation of structures; and, on the other hand, the use of alternative food ingredients sources with high content in bioactive compounds. The technologies studied in this thesis have been the treatment with high homogenization pressures (HPH), encapsulation by HPH, vacuum impregnation (VI) and hot air drying. Combined effect of HPH treatment (20, 50, 100 and 150 MPa) and the addition of trehalose (10, 20 and 30 g / 100 g) in mandarin juice with and without Lactobacillus salivarius spp. salivarius on the main physicochemical and functional properties were studied. It was obtained that HPH treatment reduced the particle size distribution of suspended particles in juice, improved cloud stability and increased total phenols content and flavonoids. Trehalose addition in the amount of 20 g / 100 g increased the antioxidant activity determined by the ABTS method. Results of the mandarin juice with L. salivarius evidenced that both the application of homogenization pressures and the addition of trehalose improved the hydrophobicity of the probiotic and its survival after storage. Additionally, microbial cells encapsulation by means of homogenization pressures improved the L. salivarius survival in mandarin juice. In apple discs impregnated with mandarin juice including microbiane cells encapsulated, it was not observed an improvement in probiotic survival after vacuum impregnation and air drying at 40 ºC, although encapsulation does improve the resistance to in vitro digestion. Mandarin juice and apple discs storage was studied, determining in both the effect of the encapsulation on L. salivarius survival and on its resistance to in vitro digestion. Results obtained in the mandarin juice show that the encapsulated probiotic had a greater survival than non- encapsulated one. In apple discs, the encapsulation had no effect on probiotic survival after IV and air drying at 40 °C, although it improved its resistance to the in vitro digestion process. In relation to the use of other sources to obtain new food ingredients with high content of bioactive compounds, 11 non-refined sugar cane were selected as alternatives to white sugar and their physicochemical and antioxidant properties were analyzed. It was confirmed that the no refined sugar cane presented compounds with antioxidant activity and that their content was related to the degree of refining of the product. Finally, the use of by-products to obtain powders from blueberry pomace by using hot air drying and subsequent grinding is considered. The effect of the drying temperature (60 and 70 °C) and grinding intensity on the physicochemical and functional properties was analyzed. Drying decreased the antioxidant capacity of the blueberry pomace regardless the temperature. The mechanical action of the grinding significantly reduced the fibre content of the powder. In addition, it was demonstrated that particle size and fibre content of powders had a decisive influence on interaction with water and oil properties, which largely conditioned its stability and its application as an ingredient for food formulations. / [CA] En el sistema actual de producció intensiva d'aliments sorgeix la necessitat de considerar la sostenibilitat en les indústries agroalimentàries. En aquesta tesi s'estudia la forma en què algunes tecnologies contribueixen a la millora de la funcionalitat d'aliments amb alt contingut en antioxidants i probiótics. El tema s'aborda des de dos enfocaments: d'una banda, l'aplicació de les tecnologies existents per a la millora de la funcionalitat dels aliments, ja siga per mitjà de l'incorporació d'ingredients o bé a partir de la formació d'estructures; i d'altra banda, l'aprofitament de fonts alternatives d'ingredients alimentaris amb elevat contingut en compostos bioactius. Les tecnologies estudiades en aquesta tesi han sigut el tractament amb altes pressions d'homogeneïtzació (HPH), l'encapsulació per mitjà de HPH, la impregnació a buit (IV) i l'assecat per aire calent. Es va estudiar l'efecte combinat de l'aplicació de HPH (20, 50, 100 i 150 MPa) i l'addició de trehalosa (10, 20 i 30 g/ 100 g) en suc de mandarina amb i sense Lactobacillus salivarius spp. salivarius sobre les principals propietats fisicoquímiques i funcionals del mateix. Es va obtindre que el tractament per HPH va reduir la distribució de la grandària de partícula de la polpa, va millorar l'estabilitat del núvol i va augmentar el contingut en fenols totals i flavonoids i a més, que la trehalosa va millorar l'activitat antioxidant determinada pel mètode ABTS quan es va afegir 20 g/100 g. Els resultats en el suc de mandarina amb L. salivarius van constatar que, tant l'aplicació de pressions d'homogeneïtzació com l'addició de trehalosa van millorar l'hidrofobicitat del probiòtic i la seua supervivència després de l'emmagatzenament. De forma addicional, l'encapsulació de les cèl¿lules microbianes mitjançant pressions d'homogenización permet millorar la viabilitat de L. salivarius en suc de mandarina. En els discos de poma impregnats amb el suc de mandarina incloent les cèl¿lules microbianes encapsulades no es va observar una millora en la supervivència del probiótic durant les operacions d'IV i d'assecat amb aire a 40 °C, encara que l'encapsulació si que va millorar la seua resistència al procés de digestió in vitro. Es va estudiar l'emmagatzematge del suc i dels discs de poma, determinant-se en tots dos casos l'efecte de l'encapsulació sobre la supervivència de L. salivarius i sobre la seua resistència al procés digestiu in vitro. Els resultats obtinguts mostren que el probiótic encapsulat va presentar major supervivència durant l'emmagatzematge i el procés de digestió in vitro que el probiótic sense encapsular. En relació a l'aprofitament d'altres fonts per a l'obtenció de nous ingredients alimentaris amb elevat contingut en compostos bioactius, es van seleccionar 11 sucres de canya no refinats com a alternativa al sucre blanc i es van analitzar les seues propietats fisicoquímiques i antioxidants. Es va confirmar que els sucres de canya no refinats presentaren compostos amb activitat antioxidant i que el seu contingut guardava relació amb el grau de refinat del producte. Finalment s'aborda l'aprofitament de subproductes per a l'obtenció de pols a partir de bagàs de nabiu per mitjà d'assecat per aire calent i posterior triturat. S'ha analitzat l'efecte de la temperatura d'assecat (60 i 70 ºC) i de la intensitat del triturat sobre les propietats fisicoquímiques i funcionals dels mateixos. L'assecat va disminuir la capacitat antioxidant del bagàs de nabiu però no va haver-hi un efecte significatiu de la temperatura. L'acció mecànica del triturat, va reduir de manera significativa el contingut en fibra de la pols. A més, la grandària de partícula i el contingut en fibra de les pols van influir de forma decisiva en les propietats d'interacció amb l'aigua i amb l'oli, que condicionen en gran manera la seua estabilitat i la seua aplicació com a ingredient en la formulació d'aliments. / Calabuig Jiménez, L. (2018). Mejoras tecnológicas para el aumento de la funcionalidad de antioxidantes y probióticos. Contribución a la sostenibilidad de la industria agroalimentaria [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/111829 / Compendio

Una de las primeras etapas en el Ciclo de Desarrollo Producto-Proceso es el Diseño Conceptual del producto. El Diseño Conceptual define el concepto físico del producto, estableciendo los principios para el ejercicio de su función e identificando sus geometrías características. Un diseño puede ser difícil de fabricar, originando defectos y parámetros inadecuados durante el proceso de fabricación que dan lugar a la necesidad de cambios en ingenieria que, a su vez, aumentan el tiempo de puesta en el mercado. Disponer de una herramienta de asesoramiento automático capaz de mostrar la influencia del diseño en la fabricabilidad de la pieza en un tiempo reducido resulta esencial en el Diseño Conceptual. Con una metodología de este tipo, se ofrece la posibilidad de estimar la calidad final de la pieza y su funcionalidad incluso antes de que se proceda con su fabricación. Una herramienta de asesoramiento que relaciona el diseño del producto con su fabricabilidad debe estar basada en el conocimiento de los procesos que rigen las etapas del proceso de fabricación. Relacionar la geometría del producto con su fabricabilidad utilizando dicho conocimiento permite estimar la viabilidad del producto antes de ser fabricado, mejorando el diseño del producto y evitando los costosos cambios de ingeniería que son necesarios cuando se detectan problemas en la fase de producción. En los procesos de conformado por inyección unos de los aspectos más importantes de la fabricabilidad son la posibilidad de moldeo/desmoldeo, un llenado completo y uniforme y una distribución de espesores uniforme o con cambios suaves. Todos estos aspectos están claramente relacionados con la geometría de la pieza. En esta Tesis Doctoral se detallan las bases para el desarrollo de una herramienta capaz de estimar de forma automática e integrada la fabricabilidad de una pieza conformada por el Moldeo por Inyección de Polvos (MIP). El MIP es un proceso de conformado que incluye la etapa de inyección por lo / Petrovic, V. (2008). Análisis de fabricabilidad de piezas conformadas por moldeo por inyección de polvos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2284

La tesis se centra en el desarrollo de técnicas numéricas específicas para la resolución de problemas de mecánica de sólidos, tomando como referencia aquellos que involucran geomateriales (suelos, rocas, materiales granulares,...). Concretamente, se tratan los siguientes puntos: 1) formulaciones Arbitrariamente Lagrangianas Eulerianas (ALE) para problemas con grandes desplazamientos del contorno; 2) métodos de resolución para problemas no lineales en el campo de la mecánica de sólidos y 3) modelización del comportamiento mecánico de materiales granulares mediante leyes constitutivas elastoplásticas. Las principales aportaciones de la tesis son: el desarrollo de una formulación ALE para modelos hyperelastoplásticos y el cálculo de operadores tangentes para distintas leyes constitutivas y esquemas de integración temporal no triviales (uso de esquemas de derivación numérica, técnicas de subincrementación y modelos elastoplásticos con endurecimiento y/o reblandecimiento dependientes del trabajo plástico o la densidad). Se presentan diversas aplicaciones que muestran las principales características de los desarrollos presentados (análisis del ensayo del molinete para arcillas blandas, del ensayo triaxial para arenas, de la rotura bajo una cimentación, del proceso de estricción de una barra metálica circular y de un proceso de estampación en frío), dedicando una especial atención a los aspectos computacionales de la resolución de dichos problemas. Por último, se dedica un capítulo específico a la modelización y la simulación numérica de procesos de compactación fría de polvos metálicos y cerámicos. / Numerical modelling of problems involving geomaterials (i.e. soils, rocks, concrete and ceramics) has been an area of active research over the past few decades. This fact is probably due to three main causes: the increasing interest of predicting the material behaviour in practical engineering situations, the great change of computer capabilities and resources, and the growing interaction between computational mechanics, applied mathematics and different engineering fields (concrete, soil mechanics...). This thesis fits within this last multidisciplinary approach. Based on constitutive modelling and applied mathematics and using both languages the numerical simulation of some complex geomechanical problems has been studied.The state of the art regarding experiments, constitutive modelling, and numerical simulations involving geomaterials is very extensive. The thesis focuses in three of the most important and actual ongoing research topics within this framework: 1) the treatment of large boundary displacements by means of Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulations; 2) the numerical solution of highly nonlinear systems of equations in solid mechanics; and 3) the constitutive modelling of the nonlinear mechanical behaviour of granular materials. The three topics have been analysed and different contributions for each one of them have been developed. Moreover, some of the new developments have been applied to the numerical modelling of cold compaction processes of powders. The process consists in transforming a loose powder into a compacted sample through a large volume reduction. This problem has been chosen as a reference application of the thesis because it involves large boundary displacements, finite deformations and highly nonlinear material behaviour. Therefore, it is a challenging geomechanical problem from a numerical modelling point of view.The most relevant contributions of the thesis are the following: 1) with respect to the treatment of large boundary displacements: quasistatic and dynamic analyses of the vane test for soft materials using a fluid-based ALE formulation and different non-newtonian constitutive laws, and the development of a solid-based ALE formulation for finite strain hyperelastic-plastic models, with applications to isochoric and non-isochoric cases; 2) referent to the solution of nonlinear systems of equations in solid mechanics: the use of simple and robust numerical differentiation schemes for the computation of tangent operators, including examples with several non-trivial elastoplastic constitutive laws, and the development of consistent tangent operators for different substepping time-integration rules, with the application to an adaptive time-integration scheme; and 3) in the field of constitutive modelling of granular materials: the efficient numerical modelling of different problems involving elastoplastic models, including work hardening-softening models for small strain problems and density-dependent hyperelastic-plastic models in a large strain context, and robust and accurate simulations of several powder compaction processes, with detailed analysis of spatial density distributions and verification of the mass conservation principle.