Detecció, anàlisi de partícules provocades pel desgast en olis lubricant usats com a eina de manteniment de motors de combustió interna

A la física o a l’enginyeria es defineix com fregament o fricció a la resistència que s'oposa a la rotació o al lliscament d'un cos sobre un altre, o també a la força que apareix en la superfície de contacte de dos cossos quan s'intenta lliscar un sobre un altre. El fregament ha estat fins avui dia un gran problema físic, això és degut a que genera imperfeccions, especialment microscòpiques, entre les superfícies en contacte. Aleshores és quan apareix la tribologia. La tribologia és la ciència que estudia la fricció, el desgast i la lubricació de superfícies en contacte. El lliscament entre superfícies sòlides es caracteritza generalment per un alt coeficient de fricció i un gran desgast a causa de les propietats específiques de lessuperfícies. La lubricació consisteix en la introducció d'una capa intermèdia d'un material aliè entre les superfícies en moviment. En aquest projecte hem intentat aplicar tècniques i mètodes de control els quals puguin arribar a millorar i perfeccionar els sistemes de mesura i control a nivell industrial i/o particular. En el nostre cas ha estat l’estudi dels olis lubricants usats en motors de combustió interna de variats vehicles com motocicletes, automòbils, camions o vaixells. Hem introduït una millora d’automatització mitjançant un circuit pneumàtic al captador de partícules, hi hem introduït una tècnica per captar partícules a partir de filtres de membrana, hem estudiat les mostres i llurs ferrogrames i membranes amb la finalitat de detectar les anomalies dels motors. L’objectiu del treball és l’estudi del desgast originat en motors de combustió interna, majoritàriament, Dièsel de camions, automòbils i vaixells. Això, comprèn la captació de partícules en ferrografies, la seva observació i anàlisi en microscopi, la seva classificació, comparació i la detecció d’anomalies en els motors. Per altra banda, també s’aprofundirà en les tècniques d’anàlisi, la lubricació i manteniment dels motors i el nou disseny i validació d’un captador de partícules automatitzat

Simulació de processos de combustió de sòlids prims

L'objecte del projecte consisteix en investigar les capacitats del programari dedinàmica de fluids computacional FLUENT per simular processos transitoris de combustióquan es cremen sòlids. Com el programari FLUENT no incorpora cap mòdul de combustióde sòlids prims, s'hauran de realitzar les funcions d'usuari adients per tal d'incorporar lesequacions i les condicions de contorns que són rellevants en aquests tipus de problemes. Elmodel resultant es validarà amb dades experimentals per a la combustió de fulls decel•lulosa en flames bidimensionals. També es durà a terme una anàlisi de sensibilitat de lasolució variant els paràmetres del model. En funció dels resultats de la validació es durà aterme una extensió del model per a situacions tridimensionals

Determinació de la calor de combustió d’una closca d’arròs

Determinació mitjançant una bomba calorimètrica de la calor de combustió d'una closca d'arròs.

Viabilitat energètica de la sobrealimentació tèrmica de motors de combustió interna alternatius

Avaluació de la la viabilitat energètica de la millora de prestacions d’un motor de combustió interna alternatiu de tipus MEP (Motor d’Encesa Provocada o gasolina), mitjançant una sobrealimentació tèrmica. En aquest projecte, s’ha defugit de les tecnologies més esteses i s’ha estudiat una nova via no tant explorada, l’augment de la densitat de l’aire mitjançant la disminució de la seva temperatura a l’admissió, tecnologia que es coneix amb el nom de “sobrealimentació tèrmica”. Així doncs, respecte a les tecnologies de sobrealimentació més clàssiques, en aquest cas no es disposarà de cap sistema de compressió mecànica que augmenti la densitat de l’aire comprimint-lo, sinó que s’utilitzarà un sistema totalment diferent, el qual consistirà en un circuit de refrigeració per compressió mecànica de refrigerant, molt semblant a l’utilitzat pel sistema de climatització del vehicle i que en aquest cas refrigerarà l’aire d’admissió fent-lo passar per un intercanviador de calor (evaporador). Aquest fet repercutirà en un augment de potència i de les prestacions del motor tèrmic, que per contra haurà d’alimentar el cicle de compressió de vapor que produeix el fred. L’elecció d’aquest sistema, ha estat motivada sobretot per demostrar que altres sistemes de sobrealimentació són possibles a partir d’elements en part ja presents en el vehicle i que siguin fàcilment implementables, sense haver de modificar elements mecànics importants del motor

Detecció, anàlisi de partícules provocades pel desgast en olis lubricant usats com a eina de manteniment de motors de combustió interna

A la física o a l’enginyeria es defineix com fregament o fricció a la resistència que s'oposa a la rotació o al lliscament d'un cos sobre un altre, o també a la força que apareix en la superfície de contacte de dos cossos quan s'intenta lliscar un sobre un altre. El fregament ha estat fins avui dia un gran problema físic, això és degut a que genera imperfeccions, especialment microscòpiques, entre les superfícies en contacte. Aleshores és quan apareix la tribologia. La tribologia és la ciència que estudia la fricció, el desgast i la lubricació de superfícies en contacte. El lliscament entre superfícies sòlides es caracteritza generalment per un alt coeficient de fricció i un gran desgast a causa de les propietats específiques de les superfícies. La lubricació consisteix en la introducció d'una capa intermèdia d'un material aliè entre les superfícies en moviment. En aquest projecte hem intentat aplicar tècniques i mètodes de control els quals puguin arribar a millorar i perfeccionar els sistemes de mesura i control a nivell industrial i/o particular. En el nostre cas ha estat l’estudi dels olis lubricants usats en motors de combustió interna de variats vehicles com motocicletes, automòbils, camions o vaixells. Hem introduït una millora d’automatització mitjançant un circuit pneumàtic al captador de partícules, hi hem introduït una tècnica per captar partícules a partir de filtres de membrana, hem estudiat les mostres i llurs ferrogrames i membranes amb la finalitat de detectar les anomalies dels motors. L’objectiu del treball és l’estudi del desgast originat en motors de combustió interna, majoritàriament, Dièsel de camions, automòbils i vaixells. Això, comprèn la captació de partícules en ferrografies, la seva observació i anàlisi en microscopi, la seva classificació, comparació i la detecció d’anomalies en els motors. Per altra banda, també s’aprofundirà en les tècniques d’anàlisi, la lubricació i manteniment dels motors i el nou disseny i validació d’un captador de partícules automatitzat

Del cor i rosa : una paròdia en combustió. 'Del corazón y rosa : una parodia en combustión'.

Resumen basado en el del autor en catalán

Aportes a la ense?anza de la quimica a partir de un estudio hist?rico filos?fico de la experimentaci?n asociada a la combusti?n para profesores en formaci?n inicial

Esta tesis avanz? hacia el dise?o de una propuesta program?tica alterna de ense?anza de la qu?mica a nivel universitario, estructurada en objetivos o finalidades, n?cleos tem?ticos, criterios para conectar con otros conocimientos y procesos de justificaci?n o procesos epistemol?gicos. Todos y cada uno de estos elementos adquiri? sentido en la medida que articulaba aspectos como los episodios hist?ricos, la descripci?n experimental, y el dise?o y uso de instrumentos cient?ficos lo cual fue obtenido por medio del uso de la historia y la filosof?a de la experimentaci?n de la qu?mica, y del conocimiento (cient?fico y cotidiano), lenguaje (verbal, gr?fico, de f?rmulas y cotidiano) y experiencia (descripci?n experimental, uso instrumental, describe el funcionamiento de instrumentos e imaginativa) caracterizados en los cuestionarios que fueron aplicados a los profesores en formaci?n inicial de ciencias. Dentro de la revisi?n de la literatura especializada y enfocada a las investigaciones en el campo de la did?ctica de las ciencias en general y de la qu?mica en particular, se logr? identificar retos y necesidades relacionados con la ense?anza del conocimiento de la qu?mica a nivel universitario y espec?ficamente sobre la importancia de asumir la combusti?n como objeto de estudio educativo ?til e ineludible para los profesores en formaci?n inicial de ciencias naturales. Para otorgar una coherencia investigativa con rigurosidad cient?fica, se seleccion? la metodolog?a de investigaci?n cualitativa con un enfoque interpretativo (Flick, 2004; Hern?ndez, Fern?ndez-Collado, & Baptista, 2008). Los datos que se recolectaron provinieron de: 1. Los Textos Cient?fico ? Hist?ricos elaborados por cient?ficos como Boyle, Mayow, Scheele, Prietsley, Cavendish y Lavoisier, a los que se les realiz? un An?lisis Hist?rico Cr?tico para establecer un di?logo que permita identificar aportes ?tiles para la ense?anza de la qu?mica. 2. Estudiantes de un programa de Licenciatura en Educaci?n B?sica en Ciencias Naturales y Educaci?n Ambiental a quienes se les aplic? un cuestionario y se realiz? un an?lisis para caracterizar c?mo el conocimiento, la experiencia y el lenguaje hac?an parte de las respuestas que elaboraron. Al finalizar, se elaboran conclusiones sobre el estudio hist?rico filos?fico de la experimentaci?n, las explicaciones de los profesores en formaci?n inicial en ciencias naturales, la metodolog?a de investigaci?n, el dise?o de una propuesta alterna de programaci?n para la ense?anza de la qu?mica y las perspectivas para investigaci?n futuras.

Avaluació de l'aprofitament energètic de la biomassa forestal del Parc de Collserola

En aquest treball se sintetitzen els resultats més destacats del projecte de final de carrera de la llicenciatura de Ciències Ambientals sobre l’aprofitament de la biomassa forestal al Parc de Collserola (PCo), realitzat a la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB). L’objectiu principal és determinar la disponibilitat de biomassa forestal susceptible a ser extreta del PCo a fi d’aprofitar-la per a l’obtenció d’energia. Els principals factors analitzats són: la producció anual per cada espècie, les limitacions que marquen l’explotació i la tecnologia aplicable per a l’aprofitament en tres possibles escenaris. La proposta d’explotació sostenible dels boscos del PCo s’efectua sobre les espècies de Pinus halepensis, Quercus ilex i Quercus cerrioides, que presenten una producció major de biomassa susceptible a ser aprofitada, 5.500, 4.000 i 300 t psa1/any, respectivament. Per tant, la biomassa extraïble de forma sostenible al PCo s’estima en aproximadament 9.700 tones/any. L’estudi de l’aprofitament forestal està marcat per limitacions d’extracció, tals com les limitacions silvícoles (zones amb una cobertura arbòria igual o superior al 70% i un pendent igual o inferior al 60%) i d’accessibilitat (franges de 25 metres a banda i banda de les vies forestals). Amb la quantitat de biomassa extraïble es poden establir diferents escenaris d’aplicació energètica, mitjançant la seva combustió en calderes amb diverses potències de funcionament. Des del nivell domèstic (calderes domèstiques) fins al d’una gran planta (cogeneració), passant per l’aplicació en un barri residencial (District Heating). D’aquesta manera s’obté energia tèrmica, per calefacció, o elèctrica, aplicable a residències individuals, a barris residencials o a polígons industrials. S’ha escollit l’escenari de District Heating com el més viable, ja que és el que més avantatges presenta dintre del context del parc i un ventall de possibilitats d’aplicació més elevat. Per determinar-ne la viabilitat, s’han integrat diversos aspectes: tecnològics (eficiència, producció energètica, tipus de combustible i requeriment de biomassa), ambientals (impactes generats), socials (percepció dels usuaris) i econòmics (llocs de treball generats i viabilitat econòmica).

Avaluació de la biomassa forestal disponible del Parc Natural de l'Alt Pirineu per a l'obtenció d'energia calorífica

Al present article s’han sintetitzat els resultats principals del projecte. S’avalua la biomassa forestal disponible al Parc Natural de l’Alt Pirineu, a partir d’un conjunt de mètodes d’estimació que pretenen veure la diferència de biomassa disponible segons una sèrie de restriccions que es tenen en compte en cada cas. L’estudi té com a objectiu principal l’estimació de la biomassa forestal aprofitable que és susceptible de ser utilitzada per a l’abastament de la demanda d’energia calorífica pels habitatges de la zona. S’ha realitzat per a tres àmbits d’estudi diferents: Parc Natural de l’Alt Pirineu (PNAP), Vall de Cardós i el municipi d’Esterri de Cardós. Per a cadascun d’ells s’ha analitzat la demanda total d’energia calorífica dels habitatges, així com les seves emissions en Kg de CO2 i l’energia obtinguda a partir de la biomassa disponible. Finalment, com a escenari d’aprofitament, s’ha proposat fer una substitució d’aquells habitatges que utilitzen gasoil per la biomassa, amb la finalitat de comprovar les reduccions en emissions de CO2 i en els costos econòmics que tindrien lloc.

Avaluació de l'aprofitament de biomassa disponible per a la producció d'energia calorífica al Parc Natural de l'Alt Pirineu

En aquest article es resumeixen els resultats més destacats del projecte dut a terme pel grup Projecte Biomassa. Aquest estudi té per objectiu l’avaluació de la viabilitat energètica, econòmica i ambiental de l’aprofitament de la biomassa forestal com a recurs energètic a les forests d’Arestui, Baiasca, Montenartró i Virós situades dins el Parc Natural de l’Alt Pirineu (PNAP). En el projecte s’ha fet una revisió dels Plans d’Ordenació Forestal (POF’s) de les esmentades forests per tal d’adequar-les als requeriments del PNAP i així obtenir resultats sobre el potencial de biomassa sosteniblement extraïble, sobre el seu potencial energètic i plantejar un escenari d’aprofitament a mode de cas pràctic. A més a més, s’han realitzat també un balanç socioeconòmic, un balanç d’emissions de CO2 i una avaluació d’impacte ambiental per tal de determinar la viabilitat de l’ús de biomassa al PNAP com a recurs energètic. Com a resultat final s’ha obtingut que el procés d’aprofitament de la biomassa per a la producció d’energia calorífica esdevé una opció de futur viable i positiva ja que la implantació del nou procés comporta beneficis a nivell social, econòmic i ambiental.

Desarrollo de nuevos materiales sólidos para la captura de CO2 a alta temperatura

El efecto invernadero provocado por la emisión masiva de CO2 derivado de la combustión de derivados fósiles, entre otros, está provocando serios problemas ambientales que afectan a ecosistemas de todo el planeta. Para reducir las emisiones se emplea la ciencia para diseñar nuevos métodos para capturar CO2 proveniente de la industria, transporte, energía, etc., y así causar el mínimo impacto ambiental posible hasta que dispongamos de la tecnología suficiente para abastecer la demanda energética por fuentes renovables. Entre las distintas tecnologías existentes, el trabajo pretende desarrollar un material sintético basado en calcio para captura Post-Combustión de CO2 en condiciones de presión atmosférica y alta temperatura (750 ºC) para la principal aplicación en centrales termoeléctricas. El material ha sido sintetizado por duplicado aplicando una caracterización de área superficial BET, microestructura con MEB, detección de fases con XRD y finalmente un estudio de la captura de CO2 con microbalanza de suspensión magnética. También es objetivo del trabajo estudiar el comportamiento de captura del material cuando existe la presencia de agua y/o SO2 éste normalmente presente en los gases de salida procedentes de la combustión de combustibles fósiles, tal como carbón, petróleo o gas natural. De nuevo las técnicas mencionadas han sido utilizadas para el estudio del comportamiento de captura. El material, tiene una captura de CO2 superior a otros materiales utilizados con el mismo fin. Se comporta mejor en presencia de agua y se anula la capacidad de captura por la formación de CaSO4, si en el flujo de gases está presente SO2 en una concentración mínima del 0,95%. Finalmente se realiza una breve mención sobre el posible impacto ambiental de la implantación del material así como un pequeño análisis de costes asociados a la utilización del mismo en comparación con otro material utilizado actualmente.

Desarrollo de materiales sólidos para captura de CO2 a bajas temperaturas

Una vez comprobado el problema medioambiental existente en nuestro planeta en cuanto a emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y con el objetivo de reducir dichas emisiones, se están desarrollando nuevos métodos y materiales sintéticos para la captura de CO2, entre otros. Este proyecto pretende estudiar una tecnología de captura de CO2, centrándose en el estudio postcombustión basado en materiales sólidos compuestos por sílice impregnados del grupo amino. El método experimental utilizado ha consistido en realizar las síntesis por duplicado de tres materiales diferentes basados en un soporte de sílices impregnadas con aminas diferentes: 3‐aminopropiltrimetoxisilano (APTMS), N‐3‐(trimetoxisil)propil)etano‐1,2‐ diamina) (AEAPTMS) y Polietilenimina (PEI). Estos materiales han sido caracterizados mediante las técnicas experimentales: Análisis de área superficial BET, pH, Análisis Termogravimétrico, Análisis Elemental y Microscopia Electrónica de Barrido (MEB). El estudio para evaluar la captura de CO2, se ha realizado mediante la Balanza de Suspensión Magnética en condiciones de presión atmosférica y bajas temperaturas (45‐105ºC). Con un 10 vol. % CO2 en N2 a 45ºC para la absorción CO2 y a 105ºC para la desorción. La capacidad de captura de CO2 para los materiales estudiados se sitúa entorno a un 3%, que difiere considerablemente de los estudios publicados en la bibliografía. En contrapartida el comportamiento de los materiales sometidos al proceso de captura de CO2 es constante, ya que perdura a lo largo de los ciclos, y reversible debido a la práctica totalidad de absorción y desorción de masa en este proceso.

Inventari de CO2 a l’àrea de Barcelona com exemple d’emissions de gasos amb efecte hivernacle: càlcul de les emissions amb les eines de SIG i publicació dels resultats amb software lliure

El present document és la memòria descriptiva dels treballs realitzats per Matthias Wozel durant el projecte final del Màster en Tecnologies de la Informació Geogràfica, 12ª edició, durant el transcurs del conveni de col·labració entre el Departament de Geografia i AUMA Consultores en medio ambiente y energía SL. El projecte final consisteix, en primer lloc, en l’elaboració d’un inventari d’emissions de CO2 causades per la combustió i per processos industrials per a l’àrea de Barcelona per l’any 2008. L’inventari diferencia les emissions segons els tipus d’activitat: trànsit, port, aeroport, focus industrials, singulars i centrals elèctriques i focus domèstics i comercials. A la segona part del projecte es publiquen els resultats de l’inventari a una aplicació web amb software lliure

Eliminació autotròfica de nitrogen en una pila biològica (microbial fuel cells )

L’aigua i l’energia formen un binomi indissociable. En relació al cicle de l’aigua, des de fa varies dècades s’han desenvolupat diferents formes per recuperar part de l’energia relacionada amb l’aigua, per exemple a partir de centrals hidroelèctriques. No obstant, l’ús d’aquesta aigua també porta associat un gran consum energètic, relacionat sobretot amb el transport, la distribució, la depuració, etc... La depuració d’aigües residuals porta associada una elevada demanda energètica (Obis et al.,2009). En termes energètics, tot i que la despesa elèctrica d’una EDAR varia en funció de diferents paràmetres com la configuració i la capacitat de la planta, la càrrega a tractar, etc... es podria considerar que el rati mig seria d’ aproximadament 0.5 KWh•m-3.Els principals costos d’explotació estan relacionats tant amb la gestió de fangs (28%) com amb el consum elèctric (25%) (50% tractament biològic). Tot i que moltes investigacions relacionades amb el tractament d’aigua residual estan encaminades en disminuir els costos d’operació, des de fa poques dècades s’està investigant la viabilitat de que l’aigua residual fins i tot sigui una font d’energia, canviant la perspectiva, i començant a veure l’aigua residual no com a una problemàtica sinó com a un recurs. Concretament s’estima que l’aigua domèstica conté 9.3 vegades més energia que la necessària per el seu tractament mitjançant processos aerobis (Shizas et al., 2004). Un dels processos més desenvolupats relacionats amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica és la digestió anaeròbia. No obstant, aquesta tecnologia permet el tractament d’altes càrregues de matèria orgànica generant un efluent ric en nitrogen que s’haurà de tractar amb altres tecnologies. Per altre banda, recentment s’està investigant una nova tecnologia relacionada amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica: les piles biològiques (microbial fuel cells, MFC). Aquesta tecnologia permet obtenir directament energia elèctrica a partir de la degradació de substrats biodegradables (Rabaey et al., 2005). Les piles biològiques, més conegudes com a Microbial Fuel Cells (acrònim en anglès, MFC), són una emergent tecnologia que està centrant moltes mirades en el camp de l’ investigació, i que es basa en la producció d’energia elèctrica a partir de substrats biodegradables presents en l’aigua residual (Logan., 2008). Els fonaments de les piles biològiques és molt semblant al funcionament d’una pila Daniell, en la qual es separa en dos compartiments la reacció d’oxidació (compartiment anòdic) i la de reducció (compartiment catòdic) amb l’objectiu de generar un determinat corrent elèctric. En aquest estudi, bàsicament es mostra la posada en marxa d'una pila biològica per a l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals.

Aplicació de la tècnica d’ espectroscòpia d’ absorció atòmica de flama com a eina per al manteniment de vehicles

L’objectiu d’aquest projecte fi de carrera és en primer lloc, determinar les modificacions a realitzar en el laboratori de lubricants i combustibles de l’EPS per a la utilització de l’espectrofotòmetre d’absorció atòmica de flama; en segon lloc, posar a punt l’aparell establint els paràmetres i les condicions d’assaig idònies per a portar a terme les anàlisis de metalls de desgast presents en olis lubricants usats de motors de combustió interna. I finalment, establir un protocol de treball al laboratori i estudiar la viabilitat d’oferir el servei d’anàlisi de lubricants a empreses i particulars