Aplicación integral en construcción de materiales eco-eficientes con incorporación de cenizas de biomasa

El empleo de biomasa como combustible para la generación de bio-energía va en aumento en la actualidad, debido a su impacto medioambiental nulo en cuanto a las emisiones de CO2. Por lo tanto la generación de cenizas de biomasa, residuo de la producción de esta energía, constituye un problema medioambiental con un claro impacto social y económico. Este tipo de ceniza tiene contenidos en óxidos que la hacen atractiva para su empleo como sustituto parcial del cemento Portland, lo cual proporciona una salida eco-eficiente a este residuo, reduciendo al mismo tiempo la emisión de gases de efecto invernadero asociada a la fabricación del cemento. Esta investigación se centra en el desarrollo de nuevos e innovadores materiales base-cemento eco-eficientes que incorporan ceniza de biomasa para su aplicación integral en construcción. Para ello, se emplea una ceniza de biomasa (CB) procedente de un combustor de lecho fluidizado, cuya biomasa de combustión es principalmente restos de corteza de eucalipto, suministrada por el grupo ENCE-Navia (Asturias). El trabajo desarrollado en la presente tesis doctoral, tiene como primera fase la caracterización de esta ceniza y el análisis de viabilidad de su valorización en materiales base-cemento. Dentro de este análisis, se propone la activación de la ceniza CB mediante tratamiento hidrotermal (TH) en diferentes condiciones de medio activante, temperatura y tiempo de proceso, con el objetivo de favorecer la formación de fases hidratadas que potencien la valorización de la ceniza en el campo de los materiales de construcción. Como fase hidratada de interés se obtiene la fase tobermorita (Ca2.25(Si3O7.5(OH)1.5)(H2O)), precursora del gel C-S-H, responsable del desarrollo de resistencias mecánicas en los materiales base-cemento. El proceso de TH se optimiza para la síntesis más eficiente de esta fase. El estudio posterior de las propiedades mecánicas y micro-estructurales de pastas de cemento eco-eficientes que incorporan la ceniza CB y la ceniza tratada hidrotermalmente, CB-TH, confirma una mayor viabilidad de incorporación de la ceniza CB como sustituto parcial del cemento Portland. Como siguiente paso en el desarrollo de estos innovadores materiales base-cemento eco-eficientes se amplía el estudio multi-escalar de los materiales que incorporan CB mediante diferentes ensayos físico-mecánicos y de durabilidad. Los resultados indican que la presencia de la ceniza de biomasa no tiene efectos negativos sobre las propiedades físicas de los morteros eco-eficientes estudiados. Sin embargo, la adición de CB proporciona una mejor durabilidad del material al producir modificaciones de la microestructura que dificultan el transporte de agentes agresivos. Por otro lado, los morteros con un 10 y 20% de sustitución parcial de cemento por la ceniza de biomasa CB (CB-10 y CB-20) presentan una resistencia a compresión de 53.3 y 50.5 MPa a 28 días de curado, respectivamente. Estos morteros son comparables con un cemento Portland tradicional tipo CEM I de clase de resistencia 42.5 R. Por último, y con el fin de proporcionar la apertura de estos nuevos cementos eco-eficientes al mercado en el campo de los materiales de construcción, se estudian propiedades concretas relacionadas con diferentes tipos de aplicaciones. Concretamente se estudian en detalle las propiedades relativas a la aplicación en baldosas de mortero y los resultados indican unas prestaciones del material eco-eficiente con incorporación de CB similares o mejoradas con respecto al cemento Portland. Se analiza también la viabilidad de aplicación estructural de los cementos eco-eficientes desarrollados mediante el estudio de la adherencia al acero, que resulta similar a la del material de referencia. En cuanto a los resultados de extracción y caracterización de la fase acuosa de los poros, en todas las matrices eco-eficientes se obtiene un pH que garantiza la pasivación de la armadura. Sin embargo, el alto contenido en cloruros de dicha fase acuosa sugiere la conveniencia de realizar un análisis más detallado para la aplicación de los nuevos materiales eco-eficientes en hormigón armado. Se comprueba que todas las matrices que incorporan CB en porcentajes entre un 10 y un 90%, se pueden considerar adecuadas como nuevos materiales de construcción más eco-eficientes en aplicaciones con distintos niveles de exigencias mecánicas y sin problemas ambientales asociados con procesos de lixiviación. Con el presente trabajo de investigación se completan los objetivos iniciales de la tesis, con la obtención de nuevos e innovadores materiales base-cemento eco-eficientes que incorporan cenizas de biomasa (CB) con aplicación integral en el campo de la construcción. ABSTRACT The use of biomass as a fuel for the generation of bio-energy is increasing nowadays, due to its zero environmental impact in terms of CO2 emissions. Therefore the generation of biomass ash, a by-product of this energy, is an environmental problem with a clear social and economic impact. This type of ash contains oxides that make it attractive to be used as a partial replacement of Portland cement, providing an eco-efficient solution to this residue, while reducing the emission of greenhouse gases associated with the production of cement. The present research is focused on the development of new and innovative eco-efficient cement-based materials that incorporate biomass ash for their comprehensive application in construction. For this purpose a biomass ash (CB) is used from a fluidized bed forest combustor mainly fed with the bark of eucalyptus trees, provided by the ENCE-Navia (Asturias) group. The work includes in the first stage the characterization of the raw materials and the analysis of viability of their valorization in cement-based materials. Within this analysis, the activation of the ash is proposed by hydrothermal treatment (HT) in different conditions of activation medium, temperature and process duration, aiming an enhanced formation of hydrated phases to improve the ash valorization in the construction materials field. As an interesting hydrated phase, the tobermorite (Ca2.25(Si3O7.5(OH)1.5)(H2O)) is obtained from the process. This phase is considered as a precursor of the gel C-S-H, responsible for the development of mechanical strength in cement-based materials. HT process is optimized for the most efficient synthesis of tobermorite. The analysis of mechanical and microstructural properties of eco-efficient cement pastes incorporating CB ash and hydrothermally treated ash, CB-TH, confirms an improved viability of incorporation of CB ash as a partial replacement for Portland cement in the case. As a next step in the development of these innovative eco-efficient cement-based materials, a multiscale study of the materials that incorporate CB by different physical-mechanical and durability tests is carried out. The results indicate that the presence of biomass ash does not give rise to negative effects on the physical properties of the eco-efficient mortars analyzed. Nevertheless, the addition of CB produces a better durability performance due to microstructural modifications that hinder the transport of aggressive agents through the material. Moreover, mortars with a 10% and 20% of partial substitution of cement by the CB biomass ash (CB-10 and CB-20) show a compressive resistance of 53.3 and 50.5 MPa at 28 days of curing, respectively. These mortars are comparable to an ordinary Portland cement type CEM I with a resistance class of 42.5R. Finally, and in order to provide the opening of these new eco-efficient cement to the market in the field of construction materials, certain properties specifically related to different types of applications are studied. Among these, the properties concerning the application in mortar tiles are analyzed and the results indicate a similar, or even better performance of the eco-efficient mortar that incorporates CB, with respect to Portland cement. The viability of structural application of the developed eco-efficient cement is also performed considering the study of the adhesion to steel, with results similar to those of the reference material. Regarding the results of extraction and analysis of the aqueous phase of the pores, a pH value guaranteeing reinforcement passivation is obtained for all the eco-efficient matrices. However, high chloride content is obtained suggesting the suitability of a more detailed study to evaluate the application of these new eco-efficient materials in reinforced concrete. It is established that all the matrices incorporating CB in percentages between 10 and 90% may be considered adequate as new more eco-efficient construction materials in applications with different levels of mechanical demand and without environmental problems associated to leaching processes. In this research the initial objectives of the thesis are fulfilled by obtaining new and innovative eco-efficient cement-based materials that incorporate biomass ashes (CB) with comprehensive application in the construction field.

Understanding how to reduce road transport emissions : modelling the impact of eco-driving

Entre los problemas medioambientales más trascendentales para la sociedad, se encuentra el del cambio climático así como el de la calidad del aire en nuestras áreas metropolitanas. El transporte por carretera es uno de los principales causantes, y como tal, las administraciones públicas se enfrentan a estos problemas desde varios ángulos: Cambios a modos de transporte más limpios, nuevas tecnologías y combustibles en los vehículos, gestión de la demanda y el uso de tecnologías de la información y la comunicación (ICT) aplicadas al transporte. En esta tesis doctoral se plantea como primer objetivo el profundizar en la comprensión de cómo ciertas medidas ICT afectan al tráfico, las emisiones y la propia dinámica de los vehículos. El estudio se basa en una campaña de recogida de datos con vehículos flotantes para evaluar los impactos de cuatro medidas concretas: Control de velocidad por tramo, límites variables de velocidad, limitador de velocidad (control de crucero) y conducción eficiente (eco‐driving). Como segundo objetivo, el estudio se centra en la conducción eficiente, ya que es una de las medidas que más ahorros de combustible presenta a nivel individual. Aunque estas reducciones están suficientemente documentadas en la literatura, muy pocos estudios se centran en estudiar el efecto que los conductores eficientes pueden tener en el flujo de tráfico, y cuál sería el impacto si se fuera aumentando el porcentaje de este tipo de conductores. A través de una herramienta de microsimulación de tráfico, se han construido cuatro modelos de vías urbanas que se corresponden con una autopista urbana, una arteria, un colector y una vía local. Gracias a los datos recogidos en la campaña de vehículos flotantes, se ha calibrado el modelo, tanto el escenario base como el ajuste de parámetros de conducción para simular la conducción eficiente. En total se han simulado 72 escenarios, variando el tipo de vía, la demanda de tráfico y el porcentaje de conductores eficientes. A continuación se han calculado las emisiones de CO2 and NOx mediante un modelo de emisiones a nivel microscópico. Los resultados muestran que en escenarios con alto porcentaje de conductores eficientes y altas demandas de tráfico las emisiones aumentan. Esto se debe a que las mayores distancias de seguridad y las aceleraciones y frenadas suaves hacen que aumente la congestión, produciendo así mayores emisiones a nivel global. Climate change and the reduced air quality in our metropolitan areas are two of the main environmental problems that the society is addressing currently. Being road transportation one of the main contributors, public administrations are facing these problems from different points of view: shift to cleaner modes, new fuels and vehicle technologies, demand management and the use of information and communication technologies (ICT) applied to transportation. The first objective of this thesis is to understand how certain ICT measures affect traffic, emissions and vehicle dynamics. The study is based on a data collection campaign with floating vehicles to evaluate the impact of four specific measures: section speed control, variable speed limits, cruise control and eco‐driving. The second objective of the study focuses on eco‐driving, as it is one of the measures that present the largest fuel savings at an individual level. Although these savings are well documented in the literature, few studies focus on how ecodrivers affect the surrounding vehicles and the traffic, and what would be the impact in case of different eco‐drivers percentage. Using a traffic micro‐simulation tool, four models in urban context have been built, corresponding to urban motorway, urban arterial, urban collector and a local street. Both the base‐case and the parameters setting to simulate eco‐driving have been calibrated with the data collected through floating vehicles. In total 72 scenarios were simulated, varying the type of road, traffic demand and the percentage of eco‐drivers. Then, the CO2 and NOx emissions have been estimated through the use of an emission model at microscopic level. The results show that in scenarios with high percentage of co‐drivers and high traffic demand the emissions rise. Higher headways and smooth acceleration and decelerations increase congestion, producing higher emissions globally.

Planificación y supervisión de flotas de robots autónomos en tareas agrícolas

El control seguro y efectivo de las malas hierbas según los principios establecidos por la Agricultura de Precisión requiere una tecnología específica, avanzada y de coste asumible dentro de los márgenes de beneficio. El uso de plataformas móviles autónomas tanto terrestres como aéreas equipadas con sistemas de percepción innovadores, sistemas inteligentes de toma de decisión y herramientas que permitan la aplicación precisa de los tratamientos herbicidas, reduce el coste asociado a la operación así como los potenciales daños ambientales y el riesgo para los agricultores. Varios son los grupos internacionales de investigación dedicados al desarrollo de tecnologías basadas en sistemas robóticos capaces de optimizar las operaciones complejas implicadas en este tipo de tratamientos de precisión. El desarrollo de sistemas autónomos de ayuda al tratamiento preciso, tanto de cultivos extensivos (malas hierbas) como de leñosos, es el objetivo principal del proyecto RHEA (Robot Fleets for Highly Effective Agriculture and Forestry Management), financiado por el 7º Programa Marco de la CE y dirigido a minimizar los insumos (agroquímicos, combustible, etc.) a la vez que garantizar la calidad y seguridad del producto así como cubrir totalmente el campo independientemente del tamaño que éste tenga. RHEA propone utilizar una flota de robots pequeños/medianos tanto aéreos como terrestres para la inspección/monitorización y posterior aplicación de fitosanitarios, lo que presenta múltiples ventajas frente al tratamiento basado en la habitual máquina de mayores dimensiones y más tradicional. Entre otras, una flota de robots de tamaño pequeño/mediano reduce el impacto sobre la compactación del suelo e interactúa de un modo más seguro con los operarios, ya que la detección e interacción se puede distribuir en varios sistemas de detección y gestión de fallos como los propuestos en la presente tesis. El trabajo de investigación presentado en esta tesis se ha desarrollado dentro de este proyecto europeo y está relacionado con el diseño, desarrollo y evaluación del nivel más alto de la arquitectura RHEA, en otras palabras, con los tres aspectos fundamentales para conseguir que los robots de la flota ejecuten el trabajo eficientemente y sin intervención humana, es decir, con la planificación, la supervisión y la gestión completa e integrada de las tareas de inspección y tratamiento...

Avaliação do efeito de escala no cálculo da perigosidade de incêndio florestal

Dissertação apresentada à Escola Superior Agrária do Instituto Politécnico de Castelo Branco para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Sistemas de Informação Geográfica - Recursos Agro-Florestais e Ambientais.

Análisis computacional del comportamiento termo-mecánico de materiales con aplicación a la industria automotriz

Para la supervivencia de cualquier industria en un mercado cada vez más competitivo resulta esencial mejorar la calidad del producto y reducir costos. Como parte de esa tendencia, el proceso de diseño, tanto de bienes como de procesos de manufactura, debe ser confiable e insumir el menor tiempo posible para permitir agilidad y eficacia en los cambios y las innovaciones que requiere el mercado. Es necesario abandonar los procesos de desarrollo basados en largas y costosas secuencias de prueba y error y reemplazarlos por procedimientos más cortos y eficientes. Las herramientas informáticas y los modelos computacionales han contribuido en gran medida a lograr dicho objetivo. Estos métodos son cada vez más utilizados en industrias tan importantes como la automotriz o la de maquinaria y equipamiento agrícola, ambas de relevante importancia en la actividad económica de nuestra provincia. En las mencionadas industrias, con la intención de mejorar las prestaciones del producto, de reducir costos de mantenimiento para igual prestación y, sobre todo, con el objetivo de disminuir el peso total del vehículo, factor importante en relación con el ahorro de combustible, es habitual la sustitución de algunos materiales tradicionalmente utilizados por otros con mejor relación prestación/costo y prestación/peso. Dentro de este grupo de nuevos materiales que se emplean en la industria automotriz se encuentran los compuestos, las aleaciones ligeras y la fundición dúctil, los cuales han estado substituyendo al acero o a la fundición gris en algunas piezas. La meta de esta investigación es generar modelos computacionales multiescala de: a) el proceso de tratamiento térmico de austemperizado de la fundición dúctil, b) el comportamiento mecánico de elementos de fundición dúctil y c) el comportamiento mecánico de material compuesto de matriz epoxi y fibra de vidrio con daño higrotérmico. Se usarán simulaciones acopladas de meso y macromecánica. El principal postulado es que la representación de la mesomecánica del material acoplada a la macromecánica conduce a resultados que mejoran las predicciones con respecto a modelos planteados sólo a nivel macroscópico. El dominio macroscópico se representará con elementos finitos y en ese nivel se resolverán problemas térmicos y mecánicos. En la mesoescala se emplearán leyes fenomenológicas para el aspecto metalúrgico del austemperizado y elementos finitos para el análisis del comportamiento micromecánico de la fundición dúctil y del material compuesto. Los productos resultantes de la investigación serán software y metodologías que puedan ser utilizadas en la mejora del diseño de piezas de fundición dúctil y de materiales compuestos y en el ajuste del tratamiento de austemperizado de la fundición dúctil que permita obtener la microestructura requerida. Desde un punto de vista académico y en relación con la temática planteada en el proyecto, tres integrantes llevarán a cabo sus estudios doctorales y se publicarán resultados en revistas internacionales

Informe nacional de monitoreo de la eficiencia energética de la República del Paraguay, 2016

Este primer informe nacional de monitoreo de la eficiencia energética de la República del Paraguay y la base de datos que le da origen constituyen una herramienta de gran utilidad para sensibilizar a las autoridades nacionales en el tema de la eficiencia energética. Representa además un poderoso instrumento análitico para identificar sectores y subsectores con altos potenciales de ahorro energético y focalizar los presupuestos, políticas y programas hacia tales actividades.

Projectile Combustion Effects on Ram Accelerator Performance

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

The drying of sewage sludge by immersion frying

The objective of this work was to dry sewage sludge using a fry-drying process. The frying experiments were carried out in commercial fryers modified by adding thermocouples to the setup. During frying, typical drying curves were obtained and it was verified that, in relation to the parameters: oil temperature, oil type and shape of the sample, the shape factor the most effect on the drying rate, at least within the range chosen for the variables studied. Oil uptake and calorific value were also analyzed. The calorific value of the samples increased with frying time, reaching values around 24MJ/kg after 600s of frying (comparable to biocombustibles such as wood and sugarcane bagasse). The process of immersion frying showed great potential for drying materials, especially sewage sludge, obtaining a product with a high energy content, thereby increasing its value as a combustible.

Catalysing sustainable fuel and chemical synthesis

Concerns over the economics of proven fossil fuel reserves, in concert with government and public acceptance of the anthropogenic origin of rising CO2 emissions and associated climate change from such combustible carbon, are driving academic and commercial research into new sustainable routes to fuel and chemicals. The quest for such sustainable resources to meet the demands of a rapidly rising global population represents one of this century’s grand challenges. Here, we discuss catalytic solutions to the clean synthesis of biodiesel, the most readily implemented and low cost, alternative source of transportation fuels, and oxygenated organic molecules for the manufacture of fine and speciality chemicals to meet future societal demands.

Implementation of chirped fibre Bragg gratings (CFBG) as optical wear sensors

This study discusses the fabrication and implementation of chirped fiber Bragg grating (CFBG) as optical wear sensors. Such a sensor has potential applications in monitoring grinding and milling machines through a safety device to check the wear on a car brake. The CFBG wear sensor has advantages over existing wear sensing techniques as it does not require electrical current to be passed through the sensor itself. This makes it eligible for application in combustible environments such as in the oil and gas industry.

Solid biofuel production by mechanical pre-treatment of brewers' spent grain

The brewing industry produces large amounts of by-products and wastes like brewers' spent grain (BSG). In Germany, each year approximately 2.1 million tonnes of BSG are generated. During the last years conventional routes of BSG utilization face a remarkable change, such as the decline in the demand as animal feed. Due to its high content of organic matter energetic utilization may create an additional economic value for breweries. Furthermore, in the recent past breweries tend to shift their energy supply towards more sustainable concepts. Although, a decent number of research projects were carried out already, still no mature strategy is available. However, one possible solution can be the mechanical pretreatment of BSG. This step allows optimized energy utilization by the fractionation of BSG. Due to the transfer of digestible components, such as protein, to the liquid phase, the solid phase will largely consist of combustible components. That represents an opportunity to produce a solid biofuel with lower fuelnitrogen content compared to only thermal dried BSG. Therefore, two main purposes for the mechanical pre-treatment were determined, (1) to reduce the moisture content to at least 60 % (w/w) and (2) to diminish the protein content of the solid phase by 30 %. Moreover, the combustion trials should demonstrate whether stable processes and flue gas emissions within the legal limits in Germany are feasible. The results of the mechanical pre-treatment trials showed that a decrease of the moisture and protein content has been achieved. With regard to the combustion trials inconsistent outcomes were found. On the one hand a stable combustion was realized. On the other hand the legal emission levels of NOx (500 mgm -3) and dust (50 mgm-3) could not be kept during all trials. The further research steps will focus on the optimization of the air/fuel ratio by reducing the primary and secondary air conditions. Copyright © 2014,AIDIC Servizi S.r.l.

Supercritical water gasification of RDF and its components over RuO2/γ-Al2O3 catalyst:new insights into RuO2 catalytic reaction mechanisms

Five samples including a composite refuse derived fuel (RDF) and four combustible components of municipal solid wastes (MSW) have been reacted under supercritical water conditions in a batch reactor. The reactions have been carried out at 450 °C for 60 min reaction time, with or without 20 wt% RuO2/gamma-alumina catalyst. The reactivities of the samples depended on their compositions; with the plastic-rich samples, RDF and mixed waste plastics (MWP), giving similar product yields and compositions, while the biogenic samples including mixed waste wood (MWW) and textile waste (TXT) also gave similar reaction products. The use of the heterogeneous ruthenium-based catalyst gave carbon gasification efficiencies (CGE) of up to 99 wt%, which was up by at least 83% compared to the non-catalytic tests. In the presence of RuO2 catalyst, methane, hydrogen and carbon dioxide became the dominant gas products for all five samples. The higher heating values (HHV) of the gas products increased at least two-fold in the presence of the catalyst compared to non-catalytic tests. Results show that the ruthenium-based catalyst was active in feedstock steam reforming, methanation and possible direct hydrogenolysis of C-C bonds. This work provides new insights into the catalytic mechanisms of RuO2 during SCWG of carbonaceous materials, along with the possibility of producing high yields of methane from MSW fractions.

Flammability Standards – A Major Role in Flame Retardant Exposure? Televisions as a case study.

Flame retardants (FRs) are added to materials to enhance the fire safety level of readily combustible polymers. Although they have been purported to aid in preventing fires in some cases, they have also become a significant cause for concern given the vast data on environmental persistence and human and animal adverse health effects. Evidence since the 1980s has shown that Canadian, American and Europeans have detectable levels of FRs in their bodies. North Americans in particular have high levels of these chemicals due to stringent flammability standards and the higher use of polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) in North America as opposed to Europe. FRs have been detected in household dust and some evidence suggests that TVs could be a significant source of exposure to FRs. It is imperative to re-visit the flammability standard (UL94V) that allows for FR use in TVs plastic materials by providing a risk versus benefit analysis to determine if this standard provides a fire safety benefit and if it plays a major role in FR exposure. This report first examined the history of televisions and the progression to the UL94V flammability test standard to understand why FRs were first added to polymers used in the manufacturing of TVs. It has been demonstrated to be due to fire hazards resulting from the use of plastic materials in cathode-ray tube (CRT) TVs that had an “instant-on” feature and high voltage and operating temperatures. In providing a risk versus benefit analysis, this paper presents the argument that 1) by providing a market survey the current flammability test standard (UL94V) is outdated and lacks relevance to current technology as flat, thin, energy efficient Liquid Crystal Displays (LCDs) dominate over traditionally used heavy, bulky and energy-intensive CRTs; 2) FRs do not impart fire safety benefits considering that there is a lack of valid fire safety concern, such as reduced internal and external ignition and fire hazard, and a lack of valid fire data and hazard for television fires in general and finally; 3) the standard is overly stringent as it does not consider the risk due to exposure to FRs in household dust due to the proliferation and greater use of televisions in households. Therefore, this report argues that the UL94V standard has become trapped in history and needs to be updated as it may play a major role in FR exposure.

El clima intuido en el Madrid medieval a través de sus documentos y del Libro de la Montería (siglos XIV-XVI)

El presente trabajo pretende analizar cuáles eran las características climáticas que se sucedían en Madrid y su Tierra a lo largo del año, fundamentalmente entre los siglos XIV y XVI. Se intentará comprobar, dentro de las limitaciones que impone la documentación de la época, si en aquel tiempo se daba también un clima mediterráneo, o no, y si este ha variado mucho desde entonces. Igualmente se podrá comprobar algo que tal vez podría, aunque no debería, sorprendernos: el hombre medieval tenía muy claros muchos conceptos meteorológicos y climatológicos, aunque siempre aprehendidos con una finalidad práctica, para aplicarlos en su vida cotidiana tan cercana y dependiente de la naturaleza.