Coupled Nonlinear Ginzburg-Landau and Mechanics Model for Martensitic Transformations in Polycrystals

Las transformaciones martensíticas (MT) se definen como un cambio en la estructura del cristal para formar una fase coherente o estructuras de dominio multivariante, a partir de la fase inicial con la misma composición, debido a pequeños intercambios o movimientos atómicos cooperativos. En el siglo pasado se han descubierto MT en diferentes materiales partiendo desde los aceros hasta las aleaciones con memoria de forma, materiales cerámicos y materiales inteligentes. Todos muestran propiedades destacables como alta resistencia mecánica, memoria de forma, efectos de superelasticidad o funcionalidades ferroicas como la piezoelectricidad, electro y magneto-estricción etc. Varios modelos/teorías se han desarrollado en sinergia con el desarrollo de la física del estado sólido para entender por qué las MT generan microstructuras muy variadas y ricas que muestran propiedades muy interesantes. Entre las teorías mejor aceptadas se encuentra la Teoría Fenomenológica de la Cristalografía Martensítica (PTMC, por sus siglas en inglés) que predice el plano de hábito y las relaciones de orientación entre la austenita y la martensita. La reinterpretación de la teoría PTMC en un entorno de mecánica del continuo (CM-PTMC) explica la formación de los dominios de estructuras multivariantes, mientras que la teoría de Landau con dinámica de inercia desentraña los mecanismos físicos de los precursores y otros comportamientos dinámicos. La dinámica de red cristalina desvela la reducción de la dureza acústica de las ondas de tensión de red que da lugar a transformaciones débiles de primer orden en el desplazamiento. A pesar de las diferencias entre las teorías estáticas y dinámicas dado su origen en diversas ramas de la física (por ejemplo mecánica continua o dinámica de la red cristalina), estas teorías deben estar inherentemente conectadas entre sí y mostrar ciertos elementos en común en una perspectiva unificada de la física. No obstante las conexiones físicas y diferencias entre las teorías/modelos no se han tratado hasta la fecha, aun siendo de importancia crítica para la mejora de modelos de MT y para el desarrollo integrado de modelos de transformaciones acopladas de desplazamiento-difusión. Por lo tanto, esta tesis comenzó con dos objetivos claros. El primero fue encontrar las conexiones físicas y las diferencias entre los modelos de MT mediante un análisis teórico detallado y simulaciones numéricas. El segundo objetivo fue expandir el modelo de Landau para ser capaz de estudiar MT en policristales, en el caso de transformaciones acopladas de desplazamiento-difusión, y en presencia de dislocaciones. Comenzando con un resumen de los antecedente, en este trabajo se presentan las bases físicas de los modelos actuales de MT. Su capacidad para predecir MT se clarifica mediante el ansis teórico y las simulaciones de la evolución microstructural de MT de cúbicoatetragonal y cúbicoatrigonal en 3D. Este análisis revela que el modelo de Landau con representación irreducible de la deformación transformada es equivalente a la teoría CM-PTMC y al modelo de microelasticidad para predecir los rasgos estáticos durante la MT, pero proporciona una mejor interpretación de los comportamientos dinámicos. Sin embargo, las aplicaciones del modelo de Landau en materiales estructurales están limitadas por su complejidad. Por tanto, el primer resultado de esta tesis es el desarrollo del modelo de Landau nolineal con representación irreducible de deformaciones y de la dinámica de inercia para policristales. La simulación demuestra que el modelo propuesto es consistente fcamente con el CM-PTMC en la descripción estática, y también permite una predicción del diagrama de fases con la clásica forma ’en C’ de los modos de nucleación martensítica activados por la combinación de temperaturas de enfriamiento y las condiciones de tensión aplicada correlacionadas con la transformación de energía de Landau. Posteriomente, el modelo de Landau de MT es integrado con un modelo de transformación de difusión cuantitativa para elucidar la relajación atómica y la difusión de corto alcance de los elementos durante la MT en acero. El modelo de transformaciones de desplazamiento y difusión incluye los efectos de la relajación en borde de grano para la nucleación heterogenea y la evolución espacio-temporal de potenciales de difusión y movilidades químicas mediante el acoplamiento de herramientas de cálculo y bases de datos termo-cinéticos de tipo CALPHAD. El modelo se aplica para estudiar la evolución microstructural de aceros al carbono policristalinos procesados por enfriamiento y partición (Q&P) en 2D. La microstructura y la composición obtenida mediante la simulación se comparan con los datos experimentales disponibles. Los resultados muestran el importante papel jugado por las diferencias en movilidad de difusión entre la fase austenita y martensita en la distibución de carbono en las aceros. Finalmente, un modelo multi-campo es propuesto mediante la incorporación del modelo de dislocación en grano-grueso al modelo desarrollado de Landau para incluir las diferencias morfológicas entre aceros y aleaciones con memoria de forma con la misma ruptura de simetría. La nucleación de dislocaciones, la formación de la martensita ’butterfly’, y la redistribución del carbono después del revenido son bien representadas en las simulaciones 2D del estudio de la evolución de la microstructura en aceros representativos. Con dicha simulación demostramos que incluyendo las dislocaciones obtenemos para dichos aceros, una buena comparación frente a los datos experimentales de la morfología de los bordes de macla, la existencia de austenita retenida dentro de la martensita, etc. Por tanto, basado en un modelo integral y en el desarrollo de códigos durante esta tesis, se ha creado una herramienta de modelización multiescala y multi-campo. Dicha herramienta acopla la termodinámica y la mecánica del continuo en la macroescala con la cinética de difusión y los modelos de campo de fase/Landau en la mesoescala, y también incluye los principios de la cristalografía y de la dinámica de red cristalina en la microescala. ABSTRACT Martensitic transformation (MT), in a narrow sense, is defined as the change of the crystal structure to form a coherent phase, or multi-variant domain structures out from a parent phase with the same composition, by small shuffles or co-operative movements of atoms. Over the past century, MTs have been discovered in different materials from steels to shape memory alloys, ceramics, and smart materials. They lead to remarkable properties such as high strength, shape memory/superelasticity effects or ferroic functionalities including piezoelectricity, electro- and magneto-striction, etc. Various theories/models have been developed, in synergy with development of solid state physics, to understand why MT can generate these rich microstructures and give rise to intriguing properties. Among the well-established theories, the Phenomenological Theory of Martensitic Crystallography (PTMC) is able to predict the habit plane and the orientation relationship between austenite and martensite. The re-interpretation of the PTMC theory within a continuum mechanics framework (CM-PTMC) explains the formation of the multivariant domain structures, while the Landau theory with inertial dynamics unravels the physical origins of precursors and other dynamic behaviors. The crystal lattice dynamics unveils the acoustic softening of the lattice strain waves leading to the weak first-order displacive transformation, etc. Though differing in statics or dynamics due to their origins in different branches of physics (e.g. continuum mechanics or crystal lattice dynamics), these theories should be inherently connected with each other and show certain elements in common within a unified perspective of physics. However, the physical connections and distinctions among the theories/models have not been addressed yet, although they are critical to further improving the models of MTs and to develop integrated models for more complex displacivediffusive coupled transformations. Therefore, this thesis started with two objectives. The first one was to reveal the physical connections and distinctions among the models of MT by means of detailed theoretical analyses and numerical simulations. The second objective was to expand the Landau model to be able to study MTs in polycrystals, in the case of displacive-diffusive coupled transformations, and in the presence of the dislocations. Starting with a comprehensive review, the physical kernels of the current models of MTs are presented. Their ability to predict MTs is clarified by means of theoretical analyses and simulations of the microstructure evolution of cubic-to-tetragonal and cubic-to-trigonal MTs in 3D. This analysis reveals that the Landau model with irreducible representation of the transformed strain is equivalent to the CM-PTMC theory and microelasticity model to predict the static features during MTs but provides better interpretation of the dynamic behaviors. However, the applications of the Landau model in structural materials are limited due its the complexity. Thus, the first result of this thesis is the development of a nonlinear Landau model with irreducible representation of strains and the inertial dynamics for polycrystals. The simulation demonstrates that the updated model is physically consistent with the CM-PTMC in statics, and also permits a prediction of a classical ’C shaped’ phase diagram of martensitic nucleation modes activated by the combination of quenching temperature and applied stress conditions interplaying with Landau transformation energy. Next, the Landau model of MT is further integrated with a quantitative diffusional transformation model to elucidate atomic relaxation and short range diffusion of elements during the MT in steel. The model for displacive-diffusive transformations includes the effects of grain boundary relaxation for heterogeneous nucleation and the spatio-temporal evolution of diffusion potentials and chemical mobility by means of coupling with a CALPHAD-type thermo-kinetic calculation engine and database. The model is applied to study for the microstructure evolution of polycrystalline carbon steels processed by the Quenching and Partitioning (Q&P) process in 2D. The simulated mixed microstructure and composition distribution are compared with available experimental data. The results show that the important role played by the differences in diffusion mobility between austenite and martensite to the partitioning in carbon steels. Finally, a multi-field model is proposed by incorporating the coarse-grained dislocation model to the developed Landau model to account for the morphological difference between steels and shape memory alloys with same symmetry breaking. The dislocation nucleation, the formation of the ’butterfly’ martensite, and the redistribution of carbon after tempering are well represented in the 2D simulations for the microstructure evolution of the representative steels. With the simulation, we demonstrate that the dislocations account for the experimental observation of rough twin boundaries, retained austenite within martensite, etc. in steels. Thus, based on the integrated model and the in-house codes developed in thesis, a preliminary multi-field, multiscale modeling tool is built up. The new tool couples thermodynamics and continuum mechanics at the macroscale with diffusion kinetics and phase field/Landau model at the mesoscale, and also includes the essentials of crystallography and crystal lattice dynamics at microscale.

Sola romani: morteros hidráulicos romanos en la Península Ibérica

En esta investigación se han analizado morteros de cal de cronología romana en el interior de la Península Ibérica. Para ello, se seleccionó una serie de muestras procedentes de diversos yacimientos, y de estructuras de carácter industrial. Estas muestras presentan aditivos cerámicos y conglomerantes de cal, como característica principal. Desde un principio el esfuerzo debía de centrarse en los fragmentos cerámicos presentes en los morteros. Para ello se documentaron varios morteros con aditivos cerámicos, a fin de conocer sus características básicas (componentes, distribución, micro-estratigrafía, granulometría, etc.). Por ello, y una vez tomadas las muestras, ésta fueron tratadas y procesadas para desarrollar una primera fase de estudio por medio de macroscopía. Se obtuvieron buenos resultados en cuanto a la caracterización visual de los morteros, localizando y documentando los fragmentos cerámicos. Durante la observación de dichos aditivos se observó que los fragmentos cerámicos tenían unas coronas o anillos de coloración que recorrían el borde, justo al contacto con la matriz de cal. Fueron seleccionados algunos fragmentos en los que eran más visibles dichos anillos. A fin de conocer la posible relación entre algunos yacimientos cercanos y la presencia de dicho anillo cromáticos se desarrolló una microscopía óptica polarizada, realizando láminas delgadas de las muestras y sobre los fragmentos cerámicos más determinantes, en concreto de una serie de enclaves del valle del Henares. Además de caracterizar microscópicamente los morteros, se observó que los anillos no eran un defecto visual ni una alteración física, producida tal vez por la extracción, la fase del corte o por la cocción de la cerámica. Tras analizar varios ejemplares se pudo apreciar que esos anillos eran habituales en todas las muestras y que se presentaban de diferente manera, es decir, que se observaban en granos cerámicos de diferentes características físicas (cochura, tamaño, situación con respecto del conglomerante, etc.). A fin de conocer los aspectos químicos de dicha alteración se seleccionó un grupo de muestras en las que los resultados macroscópicos habían sido muy claros, y en las que la microscopía óptica polarizada había determinado en los bordes, áreas adecuadas para otros análisis. Se realizó un mapeado o mapping de elementos químicos, a fin de saber qué podía estar sucediendo en esa interfaz entre el fragmento cerámico y la matriz de cal. Gracias a los resultados obtenidos se comprobó que existía una acumulación potencial de calcio tanto en el interior de los granos cerámicos como en el exterior, justo en la zona de contacto con el conglomerante, formando manchas que recorrían longitudinalmente el borde. Estos datos fueron muy útiles para llevar a cabo la siguiente fase de estudio, que permitiría conocer puntualmente qué estaba sucediendo químicamente en esa zona de contacto. Finalmente y con el objetivo de describir química y puntualmente este efecto en las adiciones cerámicas, se volvió a seleccionar una serie de muestras, escogidas esta vez en función de los granos cerámicos que cumpliesen unas variables estadísticas. Se eligieron granos con distintos tipos de cocciones, así como granos con tamaños diversos y granos con aditivo ceniciento en la matriz de cal, pensando que podrían ser las variables más útiles de interpretar de existir algún tipo de cambio químico entre la arcilla cocida y la matriz de cal. Tales variables se adaptaron a un sistema estadístico multi-varial y geométrico, con el objetivo de sintetizar los resultados y visualizar de forma óptima los datos en conjunto, como se ha comentado en varias ocasiones en este trabajo. Una vez seleccionados los granos por variables se procedió a realizar un análisis lineal y espectral semi-cuantitativo de SEM-EDX, con el que se caracterizaba químicamente una sección lineal del grano, desde la matriz de arcilla cocida de la cerámica hasta la matriz de cal –del interior al exterior del grano- pasando por el centro de la banda de reacción. Este análisis permitió determinar que se había producido una serie de cambios químicos porcentuales en los granos de cerámica. Dichos cambios se resumen en un incremento global de los porcentajes de calcio en el interior de las bandas de reacción de la cerámica, desde el borde mismo del anillo hasta el exterior. Así también se observaron picos porcentuales en el interfaz del fragmento cerámico con la matriz de cal, lo que confirmaba los resultados obtenidos por medio del mapping. Globalmente en todas las muestras se apreció un hombro en las gráficas de calcio a su paso por la zona de afección del anillo de reacción. Los restantes porcentajes de magnesio, silicio y aluminio se mantienen normales. En esta tesis se ha confirmado que dicho incremento global de calcio se acentúa en las muestras en donde no hay cenizas en la matriz de cal. Los casos correspondientes a estos granos sufren un incremento mayor que en el resto. La segunda variable que sufre un mayor incremento de calcio es la que corresponde a granos con buena cocción de la arcilla. Por lo tanto, parece que la tercera variable, la que corresponde con el tamaño del fragmento cerámico, no es decisiva. Por lo tanto, teniendo en cuenta la prueba visual de los anillos de reacción, y atendiendo a los resultados químicos, podríamos pensar que ese incremento de calcio en la banda de reacción de los fragmentos cerámicos se debió a una absorción de calcio en el interior de la arcilla cocida en la fase inmediatamente previa al fraguado, incluso durante el apagado de la cal. Es en este punto donde estaría la clave del cambio químico que se produce en esta interfaz, el calcio sílice-aluminato del que algunos autores ya han investigado. Esta absorción de calcio en el interior del grano no vendría sola, sino que generaría una costra de cal en el interfaz exterior de la cerámica, la cual ha sido observada químicamente por mapping y mineralógicamente por medio de microscopía óptica de polarización. La consecuencia de estos resultados es, primero, la mejora de nuestro conocimiento general acerca del factor hidráulico en los morteros. Asimismo se aprecia que la incorporación de materiales orgánicos como cenizas, puede alterar los porcentajes de calcio en el interior de los aditivos cerámicos, por lo que habría que sopesar, en trabajos futuros, si este tipo de material es adecuado o no en las mezclas destinadas a la restauración, así como seguir indagando en las propiedades de los morteros con la incorporación de aditivos orgánicos. Desde el punto de vista de la catalogación de los suelos industriales hidráulicos de época romana, además de mejorar la documentación incorporando micro-estratigrafías y granulometrías, la investigación de este material histórico constructivo mejora en cuanto a que se incorporan ensayos sencillos, que facilitan incluso la peritación de un estado de conservación por medio de una lupa binocular. Arqueológicamente hablando, es muy interesante correlacionar fábricas diferentes de estructuras situadas o bien en un mismo yacimiento, o bien en una misma área regional. Los estudios de caracterización y micro-estratigrafía no sólo aportan datos nuevos de cara a la restauración de morteros, sino que crean la posibilidad de generar patrones constructivos que sirvan de fósiles-guía para datar relativamente a unas estructuras o a otras. En lo referido a los resultados obtenidos en los diferentes complejos arqueológicos se ha observado una diferencia entre los morteros destinados a piletas y cubetas con respecto a los suelos industriales de uso indeterminado. La muestra correspondiente al yacimiento de Las Arenas no dispone de ninguna micro-estratigrafía, como sí por el contrario en las muestras obtenidas en Rotonda de Mejorada, Val de la Viña y La Magdalena. En estos enclaves las estructuras presentan grandes similitudes, con diferentes niveles constructivos empleando morteros de cal con áridos y gravas en las capas interiores, y áridos con adiciones cerámicas en las exteriores. En lo relativo a la granulometría las adiciones cerámicas de las muestras de Val de la Viña y La Magdalena presentan varias coincidencias en cuanto al tamaño de los granos y la distribución. Asimismo, de las muestras tomadas en La Magdalena, existe una gran diferencia entre las muestras MG1, MG2, MG3 y MG4 con respecto a las muestras MG5 y MG6, correspondientes éstas últimas a un mortero con fragmentos cerámicos de gran tamaño. Las estructuras EMG1 y EMG2, correspondientes a una cubeta y una pileta de La Magdalena, guardan similitud en lo referido a la micro-estratigrafía y a la granulometría. Se ha determinado que su función, así como su fabricación, debieron estar vinculadas a un mismo contexto cronocultural. Química y mineralógicamente, las muestras presentan características iguales, con presencia de un conglomerante de cal con áridos y aditivos cerámicos de diferentes cochuras. Destaca la muestra de Las Arenas, con un tamaño de los fragmentos cerámicos muy superior al resto, seguido de la estructura EMG3 de La Magdalena. Las muestras restantes de éste enclave, junto con las muestras recogidas en Val de la Viña y Rotonda de Mejorada presentan condiciones similares. En conclusión, los datos revelan que existían diferentes fábricas destinadas a distintas finalidades, y que las estructuras industriales empleaban aditivos cerámicos para la manipulación de productos con líquidos, de distintas densidades pero que requerían de cierto grado de hidraulicidad. ABSTRACT Lime Roman mortars from the Iberian Peninsula has been analyzed in this reesearch. A group of samples were selected from some sites and all the samples come from industrial structures. All this samples show ceramic additives. From the start, the effort was centered in the pieces of pottery that were found in the mortars. The samples were treated and processed to develop a first phase of the research using macroscopy. With this technique, great results were achieved in the characterization of mortars, the microstratigraphy and the location of the ceramic pieces. While observing these pieces, it was seen that the fragments of pottery had a ring bordering the piece. The pieces with the bigger and more vivid rings were chosen and they were analyzed by a polarized light microscope. The mortars were characterized microscopically and it also showed that the rings were not a physical alteration or a visual defect. After some more tests, the rings were a chemical change associated with the hydraulicity of the mortar. The best samples were selected and mappings of their chemical elements were performed in order to know what could be happening in the interface between the ceramic matrix fragment and lime. With the results obtained it was found that there was a potential; both calcium accumulation within the ceramic grains and outside, just in the area of contact with the binder, forming spots longitudinally along the edge. These data were very useful for carrying out the next phase of study, which would meet promptly what was happening chemically in the area of contact. Another group of samples were taken, and this time focused on ceramic grains that met a statistical variables. Grains were chosen with two types of cooking as well as grains with different sizes and grains with ash additive in the matrix of lime, thinking that might be the most logical to be some sort of chemical change between the baked clay and lime array variables . Such variables were adapted to a multi-varial and geometric statistical system in order to synthesize the results and optimally display the data together, as mentioned several times in this work. After selecting the variables grains proceeded to perform a linear and spectral analysis SEM-EDX. This analysis led to determine that the chemical changes were graduals. These changes are summarized in an increase in the percentages of calcium inside the reaction rim of ceramics, from the edge to the outer ring. So percentage increasing is also observed at the interface of the ceramic matrix fragment with lime, confirming the results obtained by the mapping. Overall in all samples can be seen a shoulder in graphic calcium through the area of the ring reaction condition. The remaining percentages of magnesium, silicon and aluminum are usual. We have promptly confirmed that the increase of calcium is accentuated in samples where there is no ash and lime matrix. Cases for these grains suffer a greater increase than the rest. The second variable suffering more calcium is increased corresponding to good cooking grains with clay. Therefore, it appears that the variable size of the fragment is not critical. Therefore, considering the visual tests to the rings and their response to chemical results, we might think that increasing calcium inside the ceramic fragments was due to an injection of calcium inside clay in the run-up to the setting phase. It is at this point that would be the key to the chemical change that occurs at this interface, silica-calcium aluminate some authors have already investigated. This injection of calcium into the grain does not come alone, but generate a lime crust on the outside interface of ceramics, which we tested for mapping is real in our samples. The consequence of these results is the improvement of our understanding of historical hydraulic factor in building materials, such as mortar. For example, knowing that the incorporation of organic materials such as ash powder, may be detrimental to the injection of calcium inside the ceramic additives. Archaeologically speaking, it's very interesting to correlate different factories or structures located on a single site, or in the same regional area. Characterization studies and microstratigraphy not only provide new information to help restore mortars, but create the possibility of generating constructive patterns that serve as guide fossils to determinate the age of the structures. With regard to the results obtained in different archaeological sites it has seen a difference between mortars of pools or sinks with respect to industrial floors of undetermined use. The sample of the site of Las Arenas does not have any micro-stratigraphy, as if instead in the samples obtained in Rotonda de Mejorada, Val de la Viña and La Magdalena sites. In these settlements the structures are really similar, with different construction levels using lime mortars with aggregates and gravel in the inner layers, and ceramic aggregates as external additions. With regard to the grain size of the ceramic additions Val de la Viña and La Magdalena samples has several coincidences about the size of grains and distribution. Also, samples taken at La Magdalena, there is a difference between the MG1, MG2, MG3 and MG4 samples and the MG5 and MG6 samples, so the last corresponding to a mortar samples with larger ceramic fragments. The EMG1 and EMG2 structures, corresponding to a bucket and a pool of La Magdalena settlement, have similarities with regard to micro-stratigraphy and grain size. It has been determined that the function and manufacturing must be linked with a same chronocultural context.

Tratamiento de vinazas provenientes de etanol en un reactor de lecho fluidizado inverso

En el estado de Veracruz, al sur de México, se ubican empresas dedicadas a la obtención de etanol a partir de melaza de azúcar de caña. Las más pequeñas, tienen una producción promedio de 20,000 L de alcohol/día. Los efluentes de la producción de etanol incluyen agua de enfriamiento de condensadores, agua del lavado de tanques de fermentación y vinazas, estas últimas son los efluentes más contaminantes en las destilerías, por su concentración de material orgánico biodegradable y no biodegradable. Las vinazas se generan en grandes volúmenes, produciéndose de 12 a 15 litros de vinazas por cada litro de alcohol destilado. Estos efluentes se caracterizan por tener altas temperaturas, pH ácido y una elevada concentración de DQO así como de sólidos totales. La determinación de la biodegradabilidad anaerobia de un agua residual, permite estimar la fracción de DQO que puede ser transformada potencialmente en metano y la DQO recalcitrante que queda en el efluente. Para el desarrollo de una prueba de biodegradabilidad, es importante considerar diversos factores relacionados con la composición del agua a tratar, composición de los lodos y las condiciones bajo las cuales se lleva a cabo la prueba. La digestión anaerobia de aguas residuales industriales es comúnmente usada en todo el mundo, ofrece significativas ventajas para el tratamiento de efluentes altamente cargados. Los sistemas anaerobios de tratamiento de aguas residuales industriales incluyen tecnologías con biopelículas, estos sistemas de tratamiento anaerobio con biopelícula son una tecnología bien establecida para el tratamiento de efluentes industriales. El Reactor de Lecho Fluidizado Inverso Anaerobio (LFI) ha sido diseñado para el tratamiento de aguas residuales de alta carga, teniendo como ventajas el empleo de un soporte que proporciona una gran superficie y un bajo requerimiento de energía para la fluidización del lecho. En el presente trabajo, se lleva a cabo el análisis de un proceso de producción de etanol, identificando a los efluentes que se generan en el mismo. Se encuentra que el efluente final está compuesto principalmente por las vinazas provenientes del proceso de destilación. En la caracterización de las vinazas provenientes del proceso de producción de etanol a partir de melaza de azúcar de caña, se encontraron valores promedio de DQO de 193.35 gDQO/L, para los sólidos totales 109.78 gST/L y pH de 4.64. Así mismo, en esta investigación se llevó a cabo una prueba de biodegradabilidad anaerobia, aplicada a la vinaza proveniente de la producción de etanol. En la caracterización de los lodos empleados en el ensayo se obtiene una Actividad Metanogénica Especifica de 0.14 g DQO/gSSV.d. El porcentaje de remoción de DQO de la vinaza fue de 62.7%, obteniéndose una k igual a 0.031 h-1 y una taza de consumo de sustrato de 1.26 gDQO/d. El rendimiento de metano fue de 0.19 LCH4/g DQOremovida y el porcentaje de biodegradabilidad de 54.1%. El presente trabajo también evalúa el desempeño de un LFI, empleando Extendospher® como soporte y tratando efluentes provenientes de la producción de etanol. El reactor se arrancó en batch y posteriormente se operó en continuo a diferentes Cargas Orgánicas Volumétricas de 0.5, 1.0, 3.3, 6.8 y 10.4 g DQO/L.d. Además, se evaluaron diferentes Tiempos de Residencia Hidráulica de 10, 5 y 1 días. El sistema alcanzó las siguientes eficiencias promedio de remoción de DQO: 81% para la operación en batch; 58, 67, 59 y 50 % para las cargas de 0.5, 1.0, 3.3, 6.8 g DQO/L.d respectivamente. Para la carga de 10.4 g DQO/L.d, la eficiencia promedio de remoción de DQO fue 38%, en esta condición el reactor presentó inestabilidad y disminución del rendimiento de metano. La generación de metano inició hasta los 110 días de operación del reactor a una carga de 1.0 g DQO/L.d. El sistema alcanzó un rendimiento de metano desde 0.15 hasta 0.34 LCH4/g DQO. Durante la operación del reactor a una carga constante de 6.4 g DQO/L.d, y un TRH de 1 día, se alcanzó una eficiencia promedio de remoción de DQO de 52%. In the state of Veracruz, to the south of Mexico, there are located companies dedicated to the production of ethanol from molasses of cane sugar. The smallest, have a average production of 20,000 L ethanol/day. The effluent of production of ethanol include water of condensers, water originated from the cleanliness of tanks of fermentation and vinasses, the above mentioned are more effluent pollutants in the distilleries, for the poor organic matter degradability. The vinasses are generated in high volumes, producing from 12 to 15 L of vinasses per every liter of distilled ethanol. These effluent are characterized by its high temperature, pH acid and a high concentration of DQO as well as high concentration of TS. The determination of the anaerobic degradability of a waste water, it allows to estimate the fraction of DQO that can be transformed potentially into methane and the recalcitrant DQO that stays in the effluent. For the development of degradability test, it is important to consider factors related to the composition of the water to be treated, composition of the sludge and the conditions under which the test is carried out. The anaerobic digestion of industrial wastes water is used commonly in the whole world, it offers significant advantages for the treatment of effluent highly loaded. The anaerobic treatment of industrial wastes water include technologies with biofilms, this anaerobic treatment whit biofilms systems, is a well-established technology for treatment of industrial effluents. The Anaerobic Inverse Fluidized Bed Reactor (IFBR) has been developed to provide biological treatment of high strength organic wastewater for their large specific surface and their low energy requirements for fluidization. In this work, there is carried out the analysis of a process of production of ethanol, identifying the effluent ones that are generated in the process. One determined that the effluent end is composed principally by the vinasses originated from the process of distillation. In the characterization of the vinasses originated from the process of production of ethanol from cane sugar molasses, there were average values of DQO of 193.35 gDQO/L, average values of solid of 109.78 gST/L and pH of 4.64. In this investigation there was carried out a anaerobic degradability test of the vinasses generated in the production of ethanol. In the characterization of the sludge used in the essay, the specific methanogenic activity (SMA) was 0.14 gDQO/gSSV.d. The average removal of DQO of the vinasses was 62.7 %, k equal to 0.031 h-1 was obtained one and a rate of removal substrate of 1.26 gDQO/d. The methane yield was 0.19 LCH4/gDQO removed and the anaerobic biodegradability was a 54.1 %. This study describes the performance of IFBR with Extendospher®, for the treatment of vinasses. The start-up was made in batch, increasing gradually the Organic Load Rate (OLR): 0.5, 1.0, 3.3, 6.8 and 10.4 g COD/L.d. Different Hydraulic Retention Times (HRT) were evaluated: 10, 5 and 1 days. During the operation in batch, the COD removal obtained was of 81 %, and for OLR of 0.5, 1.0, 3.3, 6.8 g COD/L.d the removal obtained was 58, 67, 59 and 50 % respectively. For a maximum OLR of 10.4 g COD/L.d, the COD removal was 38 %, and the system presented instability and decrease of the yield methane. The methane production initiated after 110 days of the start-up of the IFBR, to organic load rate of 1.0 g COD/L.d. The system reached values in the methane yield from 0.15 up to 0.34 LCH4/g CODremoved, for the different organic load rates. During the operation to a constant OLR of 6.4 g COD/L.d, and a HRT of 1 day, the Anaerobic Inverse Fluidized Bed Reactor reached a maximum efficiency of removal of 52 %.

Precursores funcionalizantes de poros à base de alginato para obtenção de cerâmicas bioativas

A complexidade de desenvolver novas tecnologias para aplicações em reconstituição óssea se deve à necessidade de combinar várias propriedades químicas e físicas para que o material proporcione o desempenho almejado. Particularmente, em aplicações que visam osteogênese, os enxertos sintéticos devem ser bioativos, possuir porosidade com volume, geometria e interconectividade de poros controlados, além de ter boas propriedades mecânicas, dentro de limites relativamente rígidos. Por essa razão, o recobrimento de materiais bioinertes com cerâmicas bioativas se tornou o foco da presente pesquisa. O objetivo desse estudo foi desenvolver um novo método de produção de enxertos cerâmicos com macroporosidade funcionalizada, onde a formação e o revestimento dos poros são realizados em uma única etapa. Foi realizado o estudo de recobrimento com vidro bioativo e fosfato de cálcio. Para isso, agentes porogênicos na forma de grânulos (de 600 μm a 2 mm de diâmetro) foram sintetizados pelo método da gelificação de uma solução aquosa de alginato de sódio gotejada em solução de nitrato de cálcio (0,5 M), com incorporação de outros elementos para a formação de biovidro ou fosfato de cálcio. Esses grânulos foram conglomerados a um vidro ou alumina em pó, formando um compósito, que foi tratado termicamente para sinterização e formação de poros. No caso da matriz vítrea, a sinterização ocorreu com cristalização simultânea e concorrente. As cerâmicas resultantes foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura, sendo possível observar a formação de macroporos aproximadamente esféricos (de 600 μm a 2 mm de diâmetro) revestidos internamente por uma camada de material com possível composição bioativa.

La cerámica celtibérica meseteña: tipología, metodología e interpretación cultural

El principal objetivo de este trabajo ha sido la clasificación tipológica de la producción cerámica de la cultura celtibérica, necesitada de una ordenación sistemática que quedara plasmada en un corpus de fácil consulta. Se ha seleccionado el territorio de la Celtiberia meseteña, concretamente las provincias de Guadalajara y Soria, por varias razones entre las que destaca la concentración de un gran número de yacimientos, muchos de ellos estudiados en los últimos años. A pesar de la gran tradición de estudio sobre los celtíberos, tanto desde la perspectiva arqueológica, como a partir de las fuentes escritas y de la abundante documentación disponible, todavía queda camino por recorrer y ello se observa al profundizar en cualquiera de los temas relativos a aquellos pueblos prerromanos. En el apartado de la cultura material, la cerámica es quizás el elemento más abundante y más manejado por los arqueólogos desde los primeros momentos y, sin embargo, no existía un trabajo de conjunto que ordenara sistemáticamente todo el material disponible y que superara los trabajos y perspectivas habituales, siempre muy localistas. Para conseguir nuestro objetivo, hemos diseñado una metodología adecuada, partiendo de trabajos similares aplicados en diferentes áreas culturales. Hemos creado una serie de dendrogramas dónde se incluyen cada uno de los tipos, subtipos y variantes que hemos identificado en la cerámica celtibérica, englobada en dos grandes grupos tipológicos: Grupo Tipológico de Cerámica a Torno (GTCT) y Grupo Tipológico de Cerámica a Mano (GTCM). Hemos establecido atributos métricos de análisis a partir de la revisión de más de 1200 muestras cerámicas procedentes de 41 yacimientos arqueológicos que permitieron la ordenación de los tipos identificados: índice de profundidad (IN-PRO), índice de abertura (IN-ABER) e índice volumétrico (IN-VOL). Los dos primeros ya tradicionales en estos estudios y el tercero, mucho más novedoso realizado a través de programas de edición tridimensional para, a partir de la digitalización virtual, calcular el volumen de los recipientes cerámicos incluidos en nuestro estudio. Estos cálculos volumétricos, unidos al análisis tipológico, permiten determinar posibles funcionalidades incluso para un mismo tipo cerámico, pues en una misma forma los diferentes tamaños y volúmenes podrían implicar diferentes usos, como ya proponía P. Rice hace varias décadas...

Sinterização flash do condutor catiônico beta-alumina sintetizada pelo método dos precursores poliméricos.

A beta-alumina de sódio é uma cerâmica condutora de íons Na+ utilizada como eletrólito sólido em baterias de sódio para armazenamento de energias intermitentes como energia solar e eólica. Devido ao alto teor de sódio, esse material é instável a altas temperaturas, podendo sofrer variações de composição durante a etapa de sinterização convencional que utiliza altas temperaturas por longos períodos de tempo. A sinterização flash é uma técnica de sinterização ativada por corrente elétrica que proporciona a densificação de compactos cerâmicos em poucos segundos, a temperaturas notavelmente mais baixas que as convencionais. Uma vez obrigatória a passagem de corrente elétrica através da amostra, a sinterização flash de qualquer material condutor parece bastante razoável. Não obstante, até o presente momento a maioria dos trabalhos publicados sobre o assunto aborda apenas condutores de vacância de oxigênio ou semicondutores, materiais compatíveis com eletrodos de platina (Pt). Nesse trabalho a sinterização flash de um condutor catiônico foi estudada utilizando-se a beta-alumina como material modelo. A beta-alumina foi sintetizada pelo método dos precursores poliméricos, caracterizada e então submetida à sinterização flash. O material de eletrodo padrão (platina) provou ser um eletrodo bloqueador em contato com a beta-alumina. O sucesso da sinterização flash foi determinado pela troca do material de eletrodo por prata (Ag), o que possibilitou uma reação eletroquímica reversível nas interfaces eletrodo-cerâmica e possibilitou a obtenção de um material densificado com morfologia e composição química homogêneas. Devido à metaestabilidade da beta-alumina, a atmosfera dos experimentos precisou ser alterada para manter a integridade desse material rico em um metal alcalino (Na+). A sinterização flash de um condutor catiônico é apresentada pela primeira vez na literatura e ressalta a importância da reação de eletrodo, que é um fator limitante para o sucesso da sinterização flash e precisa ser estudada e adaptada para cada tipo de material.

Una nueva rábita en la playa de Guardamar del Segura: la rábita de El Moncayo

Se publican las noticias que ha arrojado la excavación en 2004 de unos muros situados en la denominada playa de El Moncayo. Los hallazgos se sitúan a unos 3 kilómetros al Sur del casco urbano de Guardamar del Segura; a unos 135 m. en dirección Norte está la Torre del Descargador (torre almenara de los siglos IV/X y V/XI), a unos 3,5 kilómetros se localiza El Castillo de Guardamar (de los siglos VIII a.C. al XIX) y, un poco más al Norte, a unos 4 kilómetros, en las proximidades de la desembocadura del Segura, los oratorios o rábitas de las dunas de Guardamar. Se dan a conocer los restos arquitectónicos y cerámicos aparecidos en la excavación del 2004 que se interpretan como de restos del recinto de una rábita o mezquitilla (cuando se excave más se verá si está aislada o hay más edificios similares), se presentan unos apuntes al hilo de la orientación de la rábita de El Moncayo y un estudio de la moneda andalusí hallada en la excavación de El Moncayo (datables entre en 429/1037-8 y 433/1041-2).

Sobre la cronología final de la TSHTM: el ejemplo del Tolmo de Minateda (Hellín, Albacete)

En el presente trabajo realizamos una serie de valoraciones sobre el conjunto de fragmentos de hispánica tardía meridional (TSHTM) recuperados en el Tolmo de Minateda, cuyo análisis se relaciona con los datos preliminares que se desprenden del estudio pormenorizado de miles de fragmentos de cerámica para el servicio de mesa recuperados a lo largo de más de dos décadas de investigaciones en el yacimiento manchego.

Design of hybrid asymmetric capacitors in aqueous electrolyte using ZTC and ultraporous activated carbons

The use of two different materials as electrodes allows the construction of asymmetric and hybrid capacitors cells with enhanced energy and power density. This approach is especially well-suited for overcoming the limitations of pseudocapacitive materials that provide a huge capacitance boost, but in a limited potential window. In this work, we introduce the concepts and protocols that are required for a successful design of such systems, which is illustrated by the construction of an asymmetric hybrid cell where a zeolite-templated carbon and an ultraporous activated carbon have been combined.

Projeto de um sistema de conversor multinível para painéis fotovoltaicos

A produção de energia elétrica a partir de fontes de energia renovável está gradualmente a ser uma alternativa à energia produzida a partir de combustíveis fósseis. A técnica de conversão dessas mesmas energias para energia elétrica, para entrega na Rede de Energia Elétrica (REE), é cada vez mais estudada para que se obtenha uma maior eficiência assim como qualidade. Neste trabalho desenvolve-se um projeto de conversão de energia fotovoltaica, para produção de energia elétrica para a rede utilizando um conversor multinível, otimizando a transferência de potência assim como melhorando a forma da corrente AC. A conversão multinível é uma topologia que tem algumas vantagens relativamente à topologia de 2 níveis, permitindo trabalhar com níveis de tensão mais elevados, melhorando a qualidade de energia. O conversor multinível de díodos ligados ao ponto neutro utiliza condensadores para criar os níveis de tensão, que neste trabalho vão ser usados para ligar os painéis, otimizando a transferência de potência. Aplica-se um método de controlo das correntes AC para terem a forma a alternada e sinusoidal e em fase com a tensão da rede. Os resultados experimentais mostram que a utilização do algoritmo de procura do ponto de máxima potência dos painéis permitem a extrair a máxima potência, de acordo com as condições de irradiação solar e temperatura dos painéis.

COMPARAÇÃO DAS FORÇAS DE DEFLEXÃO LIBERADAS ENTRE OS FIOS ORTODÔNTICOS ESTÉTICOS E SUA RELAÇÃO COM O REVESTIMENTO

O objetivo do presente estudo consistiu em comparar as forças de deflexão in vitro entre fios estéticos e fio NiTi, para verificar a força máxima e da região platô e determinar sua correlação com o diâmetro do fio com e sem revestimento. Foram realizados dez ensaios de sete marcas comerciais de arcos précontornados, sendo seis fios estéticos (Invu (I), Optis (O), Flexy Super Elastic Esthetic (FSEE), Niticosmetic (N), Orthocosmetic Elastinol (OE) e Pro Form Coated Nitanium (PFCN)) e um fio NiTi superelástico (Nitinol Super Elastic (NSE)), aplicando-se o teste de curvatura de três pontos, associado a máquina de ensaios universal EMIC. Desenvolveu-se um dispositivo com braquetes cerâmicos (Transcend), cujos fios foram presos por elásticos modulares, sendo obtidos os valores da força de deflexão em 3,0, 2,0 e 1,0mm. O diâmetro dos fios com e sem revestimento foram mensurados com o especímetro digital Micromaster. A análise de variância a um critério (p<0,05) mostrou diferença significante entre os fios e o teste post-hoc de Tukey determinou que a força de deflexão em 3mm para o O

Estudo da incorporação de resíduos de perfuração para aplicação em cimentação de poços de petróleo

During the drilling of oil and natural gas are generated solid waste, liquid and gaseous. These solid fragments, which are known as cuttings, are carried to the surface through the drilling fluid. Furthermore, this fluid serves to cool the bit, keeping the internal pressure of the well, and others. This solid residue is very polluting, because it has incorporated beyond the drilling fluid, which has several chemical additives harmful to the environment, some heavy metals that are harmful to the environment, such as lead. To minimize the residue generated, are currently being studied numerous techniques to mitigate the problems that such waste can cause to the environment, like addition of cuttings in the composition of soil cement brick masonry construction, addition of cuttings on the clay matrix for the manufacture of solid masonry bricks and ceramic blocks and coprocessing of the cuttings in cement. So, the main objective of this work is the incorporation of cuttings drilling of oil wells, the cement slurry used in the cementing operation of the well. This cuttings used in this study, arising from the formation Pendências, was milled and separated in a sieve of 100 mesh. After grinding had a mean particle sike in order of 86 mm and crystal structure containing phases of quartz and calcite type, characteristic of the Portland cement. Were formulated and prepared slurries of cement with density 13 lb / gal, containing different concentrations of gravel, and realized characterization tests API SPEC 10A and RP 10B. Free water tests showed values lower than 5.9% and the rheological model that best described the behavior of the mixtures was the power. The results of compressive strength (10.3 MPa) and stability (Dr <0.5 lb / gal) had values within the set of operational procedures. Thus, the gravel from the drilling operation, may be used as binders in addition to Portland cement oil wells, in order to reuse this waste and reduce the cost of the cement paste.

Análise da eficácia de um refrigerador doméstico com condensador modificado: revestimento com meio poroso dissipativo

The development of home refrigerators generally are compact and economic reasons for using simplified configuration. The thermodynamic coefficient of performance ( COP ) is limited mainly in the condenser design for reasons of size and arrangement ( layout ) of the project ( design ) and climatic characteristics of the region where it will operate. It is noteworthy that this latter limitation is very significant when it comes to a country of continental size like Brazil with diverse climatic conditions. The COP of the cycle depends crucially on the ability of heat dissipated in the condenser. So in hot climates like the northeast, north, and west-central dispel ability is highly attenuated compared to the south and southeast regions with tropical or subtropical climates when compared with other regions. The dissipation in compact capacitors for applications in domestic refrigeration has been the focus of several studies, that due to its impact on reducing costs and power consumption, and better use of the space occupied by the components of refrigeration systems. This space should be kept to a minimum to allow an increase in the useful storage volume of refrigerator without changing the external dimensions of the product. Due to its low cost manufacturing, wire on tube condensers continue to be the most advantageous option for domestic refrigeration. Traditionally, these heat exchangers are designed to operate under natural convection. Not always, the benefits of greater compactness of capacitors for forced outweigh the burden of pumping air through the external heat exchanger. In this work we propose an improvement in convective condenser changing it to a transfer mechanism combined in series with conductive pipes and wire to a moist convective porous medium and the porous medium to the environment. The porous media used in the coating was composed of a gypsum plaster impregnated fiber about a mesh of natural cellulosic molded tubular wire mesh about the original structure of the condenser , and then dried and calcined to greater adherence and increased porosity. The proposed configuration was installed in domestic refrigeration system ( trough ) and tested under the same conditions of the original configuration . Was also evaluated in the dry condition and humidified drip water under natural and forced with an electro - fan ( fan coil ) convection. Assays were performed for the same 134- refrigerant charge e under the same thermal cooling load. The performance was evaluated in various configurations, showing an improvement of about 72 % compared with the original configuration proposed in humidification and natural convection.

Uso de resíduos de queima de casca de café e argila da região sul da Bahia na obtenção de isolador elétrico cerâmico

The electrical ceramic insulators industry, uses noble raw materials such as siliceous and aluminous clays of white burning, in order to provide plasticity of the mass and contribute to electrical and mechanical properties required of the product, and feldspar with the flux function In literature references the composition of the masses indicates that the clay participates in percentage between 20 and 32, and feldspar 8 to 35, these materials have significant cost. In this research was performed the total replacement of commercial clay, for white burning clay from Santa Luzia region in southern Bahia and partial replacement of feldspar by ash residue of husk conilon coffee burning, from extreme south of Bahia. The objective of replacement these raw materials is to aver its technical feasibility and call attention for the embryo pole of ceramic industry for the existing in the south and extreme south of Bahia, which has significant reserves of noble raw materials such as clay white burning, kaolin, quartz and feldspar, and generates significant volume of gray husk conilon coffee as alternate flux. Clay Santa Luzia is prima noble material whose current commercial application is the production of white roofing. The residue of coffee husk ash is discarded near of production sites and is harmful to the environment. Phase diagrams and statistic design of experiments, were used for optimization and cost savings in research. The results confirmed the expectations of obtaining electrical ceramic insulators, with white burning clay of Santa Luzia and partial replacement up to 35.4% of feldspar, by treaty residue of conilon ash coffee husk burning. The statistic design that showed best results was for formulation with percentages of: clay 26.4 to 30.4%; kaolin 14.85 to 17.1%; feldspar 12.92 to 16.96%; R2 residue 7.08 to 9.2% and Quartz 32.5 to 38.75%, relative to the total mass of the mixture. The best results indicated; 0.2 to 1.4% apparent porosity , water absorption 0.1 to 0.7%, flexural strength 35 to 45MPa , dielectric strength 35-41 kV/cm , the transverse resistivity 8x109 2.5x1010 Ω.cm and for the dielectric constant ε/ε0 7 to 10.4, specification parameters for manufacturing ceramic electrical insulators of low and medium voltage.

Incorporação do resíduo de cascalho de perfuração de poços de petróleo em formulações cerâmicas

During its operations, the oil industry generates a lot of waste, including gravel from drilling. Control of environmental impacts caused by this waste represents a major challenge. Such impacts can be minimized when it is given an appropriate management by being properly treated and properly disposed or recycled. The properties of these materials can be greatly influenced when a waste is added to its composition. This work aims to study the incorporation of gravel waste oil-well drilling in the standard body for production of red ceramic from a ceramic industry in São Gonçalo do Amarante / RN. The success of the incorporation can minimize costs in the production of ceramic pieces and reduce the environmental impacts caused by waste. The raw materials used were collected, characterized, and formulated with the percentages of 0%, 20% and 40% by weight of substitution of residue were synthesized at temperatures of 900, 1.010 and 1.120 °C using 30 minute firing intervals, 1 hour and 30min and 2 hours and 30 minutes, based on a factorial design 2³. Samples were then subjected to the tests of Water Absorption, Linear Retraction Firing, Flexural Rupture Strength, Apparent Porosity and Apparent Specific mass and Scanning Electron Microscopy (SEM) of break section. The results showed that the use of the residue for the manufacture of the ceramic products is possible (tiles, bricks and massive hollow bricks) replacing the clay to 40%, meeting the requirements of the standard and the literature for the technological properties of the final product.