Grado obtenido: Ingeniero Químico]]> Disciplina: Ingeniería Química]]> Fil: Picasso, Yesica Natali. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Picasso, Yesica Natali]]> Grado Obtenido: Magister de la Universidad de Buenos Aires en Tecnologías Urbanas Sostenibles]]> Disciplina: Maestría en Ingeniería en Tecnologías Urbanas Sostenibles]]> Fil: Barnetche Orensanz, Magdalena. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Los colectores solares térmicos son dispositivos que utilizan la radiación solar para calentar un fluido, para aplicaciones de agua caliente sanitaria, calefacción de ambientes, de piscinas, procesos industriales, etc. La diferencia principal con los dispositivos convencionales basados en combustibles fósiles es que los colectores solares no contaminan el medio ambiente con gases de efecto invernadero. En Argentina existen normas dedicadas para mejorar el desempeño y la durabilidad de los colectores. Una de estas normas es la IRAM 210007:2017, en la cual se describen los ensayos que deben realizarse para comprobar la durabilidad de los colectores. El aporte innovador de esta tesis, a nivel país, es el desarrollo de un diseño propio con materiales y costos locales, para que cualquier laboratorio de energía solar existente pueda aplicarlo para construir sus propios dispositivos para realizar los ensayos de durabilidad. También se diseñaron los procedimientos y una evaluación sobre la manera óptima de ordenar la serie de ensayos para realizar la cantidad máxima posible en un año. Finalmente se detalló un presupuesto con todos los recursos necesarios para construir el laboratorio.]]> Barnetche Orensanz, Magdalena ]]>
]]> Grado obtenido: Magister de la Universidad de Buenos Aires en Tecnologías Urbanas Sostenibles]]> Disciplina: Maestría en Tecnologías Urbanas Sostenibles]]> Fil: Bogado Otazo, Karolina María Celeste. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Bogado Otazo, Karolina María Celeste]]> Grado obtenido: Magister de la Universidad de Buenos Aires en Ingeniería Sanitaria]]> Disciplina: Ingeniería Sanitaria]]> Fil: Scasserra, Daiana Carla. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. ; Argentina.]]> Las curvas Intensidad-Duración-período de Retorno (IDR) son una de las herramientas más utilizadas para la estimación de tormentas de diseño para distintos tipos de obras hidráulicas y de infraestructura, así como también son el principal dato de entrada para la modelación hidrológico-hidráulica utilizada para la determinación de zonas de riesgo de inundación y otros usos en la planificación del territorio. Las curvas IDR, para un determinado lugar, brindan intensidades medias de precipitación en función de la duración de la tormenta y del período de retorno asociado.
Existe hoy en día una problemática a la hora de estimar los parámetros de estas curvas, consistente principalmente en la dificultad de encontrar información pluviográfica con la longitud de registro lo suficientemente prolongada tal que permita hacer un análisis estadístico robusto y confiable. En los últimos años, en Argentina y en otros países del mundo, la cantidad de estaciones pluviográficas no sólo resulta escasa sino que también va en descenso. Además, muchas de éstas tienen historias de registro de corta longitud, lo cual impide su utilización para hacer dicho análisis. En esta tesis se ha analizado la posibilidad de elaborar curvas IDR a partir de estimaciones remotas de precipitación de la Misión satelital TRMM. Los productos de esta Misión se encuentran disponibles de manera gratuita para gran parte del globo terrestre. En este estudio se ha utilizado el producto 3B42 v7, que brinda estimaciones de intensidad media de precipitación con una resolución temporal de 3 horas y una longitud de registro de 17 años. A partir de estos datos, y mediante la elaboración de un análisis estadístico, se han construido curvas IDR.
Se ha evaluado la bondad de este análisis en 6 ciudades de la República Argentina con disponibilidad de registros de precipitación in situ y curvas IDR elaboradas por otros autores, de forma tal de comparar los resultados obtenidos mediante la utilización de los datos de la Misión TRMM frente a la utilización de otras fuentes de datos utilizados habitualmente en el ámbito de la ingeniería hidráulica ante la falta de curvas IDR en el sitio de implantación del proyecto o zonas aledañas. Para cuantificar esta comparación, se ha dimensionado un conducto pluvial tipo utilizando las distintas curvas IDR, y se ha realizado una estimación del impacto económico que tiene la utilización de estos datos. Los resultados obtenidos muestran que la utilización de las estimaciones de intensidad de precipitación de la Misión TRMM arrojan diferencias, con respecto a la fuente pluviográfica, del mismo orden de magnitud que los obtenidos a partir de la utilización de registros pluviométricos (diarios, a hora fija) ubicados en la periferia del área de estudio. Consecuentemente, la principal conclusión es que las fuentes alternativas de precipitación, como la satelital analizada, podrían resultar de gran utilidad para dar respuesta a la problemática de falta de datos in situ, a la que muchas veces se enfrentan los proyectistas de obras hidráulicas, especialmente en los casos en que el período de retorno de diseño es menor a los 20 años


]]> The Intensity-Duration-Frequency (IDR) curves are one of the most commonly used tools in the determination of design storms, which are the main input for the design of different hydraulic and infrastructure projects. Also, IDR curves are widely used in hydrological and hydraulic modelling for flood mapping and territory planning. These curves are defined as a function that relates mean rainfall intensity with its duration and return period. However, the nonexistence of a long history of recording rain gauge data, essential for a reliable and robust statistical analysis, jeopardizes the application of the mentioned methods. In Argentina and other developing countries, the number of recording rain gauges is not only reduced but has also decreased in the last decades. Furthermore, many recording stations have incomplete or short records, and are consequently not suitable for the analysis. The main aim of this thesis is to analyze the viability of using Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) precipitation estimates to build IDR curves. This Mission offers different kind of products, particularly rain rate estimates over vast areas of the Earth’s surface, which are freely available online. In this case, the 3B42 v7 product was used, which contains rainfall rate estimates with a three-hour temporal resolution and a seventeen-year record. Given the above, a methodology for IDR curves elaboration using these data was developed. In order to test the reliability of the estimates, six case studies were defined for different cities of Argentina, where long term pluviometric data (i.e. non-recording daily readings) as well as reliable IDR curves developed by other authors are available. With these data, it is possible to contrast the IDR curves derived from TRMM data with those of other sources usually utilized by engineers for hydraulic projects when conventional IDR curves are not available in the area. Additionally, as another quantitative approach, a storm drain has been sized using the different IDR curves in order to compare the resulting diameters, all other variables (storm duration and shape, basin characteristics, conduit features) kept constant. Furthermore,a cost estimate was done in order to quantify the incremental or decremental economic impact of using these remote-sensing estimates. The results obtained show that the difference between using TRMM precipitation estimates and pluviometric data is negligible with respect to the recording rain gauge data. The main conclusion is that alternative sources, like the satellite precipitation estimates utilized in this thesis, proved beneficial to overcome the lack of in situ rain gauge data and, consequently, constitute a valid tool for the hydraulic engineer, especially for projects where the design return period is less than 20 years.

]]> Scasserra, Daiana Carla]]> Grado obtenido: Magister de la Universidad de Buenos Aires en Ingeniería Sanitaria]]> Disciplina: Ingeniería Sanitaria]]> Fil: Vargas Navas, Oscar Hernaldo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> La intensificación de la producción en los sistemas ganaderos origina el aumento en la cantidad de residuos líquidos y sólidos, provocando un impacto negativo sobre los recursos naturales. La digestión anaeróbica representa un proceso apropiado para tratar y valorizar los efluentes ganaderos como fuente de energía renovable. En el año 2006 el gobierno Argentino promulgó una ley de promoción a la generación eléctrica mediante fuentes de energías renovables. Consecuentemente, las investigaciones con respecto al uso de biogás mediante la utilización de efluentes ganaderos han comenzado a tener gran relevancia. La co-digestión se define como la mezcla de dos tipos de residuos con el objetivo de mejorar la eficiencia de la digestión anaeróbica. El glicerol, es un subproducto generado en la producción de biodiesel con ventajas para ser utilizado como cosustrato. El objetivo del presente trabajo fue evaluar el tratamiento de un efluente vacuno, proveniente de un tambo intensificado, a partir de la codigestión anaerobia con glicerol y su posterior tratamiento por un sistema de humedal artificial (HA) vertical seguido por uno horizontal de tipo sub superficial. Para ello, se realizó un ensayo en reactores anaeróbicos mesofílicos de 5L de capacidad, con alimentación diaria. Inicialmente, los reactores fueron inoculados y su velocidad de carga orgánica (VCO) se aumentó, gradualmente, hasta alcanzar la carga deseada (1,5 Kg DQO/m3*día). Los tratamientos fueron efluente vacuno sin glicerol (EVSG), con 3 % (EV3G) y 6 % (EV6G) de glicerol. El producto digerido obtenido a la salida de los reactores anaeróbicos fue tratado por HA. Los resultados mostraron que el aumento de VCO gradual, evita la inestabilidad por acumulación de ácidos grasos volátiles. Por otro lado, el agregado de glicerol aumentó el rendimiento de metano en un 337% y 661% para EV3G y EV6G, respectivamente. Así mismo, en los tratamientos con co-sustrato se incrementaron los porcentajes de remoción de materia orgánica como de organismos patogénicos. Por último, l tratamiento del digerido mediante el HA mostró ser eficiente en la remoción de la materia orgánica, el fósforo, turbidez y los cationes evaluados. Los resultados demostraron que el glicerol es un co-sustrato adecuado para ser utilizado en el tratamiento de efluentes vacunos y que el humedal artificial es un sistema adecuado para el post tratamiento del digerido.]]> Vargas Navas, Oscar Hernaldo]]> Grado obtenido: Magister de la Universidad de Buenos Aires en Ingeniería Sanitaria]]> Disciplina: Ingeniería Sanitaria]]> Fil: Martínez Ojeda, Lina Paola. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Los cultivos de microalgas han adquirido un gran protagonismo, al ser considerados ecoamigables debido a que reciclan eficientemente contaminantes desde medios líquidos y gaseosos, incorporándolos a su metabolismo para generación de biomasa, pero los actuales sistemas de separación de la biomasa o la cosecha de las algas desde un medio líquido, sigue siendo el procedimiento más complejo y costoso. Igualmente las algas en las aguas superficiales han sido un problema a largo plazo, debido a su influencia adversa sobre el tratamiento de agua potable y la calidad de la misma. Por ello, se investigó en el presente trabajo la eficiencia de remoción de microalgas mediante la aplicación de técnicas de Electrocoagulación-flotación(ECF). Los resultados obtenidos indicaron, que los parámetros óptimos empleando electrodos de aluminio y para una densidad celular inicial igual a 0,2 g/L fueron: densidad de corriente de 1.5μA/cm2, pH 7.0 y temperatura del agua igual a 25° C. Con estas condiciones óptimas, se logró una eficiencia de remoción de microalgas del 98%, aplicando una baja tasa de voltaje y por lo tanto menor consumo de energía (0.07kWh/m3), además la concentración de aluminio remanente en el agua después de aplicar el proceso fue de 0.7 mg/L cumpliendo con el límite permisible de descarga a cuerpos de aguas superficiales (<1 mg/L, según la normatividad de descarga - Resolución 336/03, Modificaciones a la Resolución N° 389/98). En general, los resultados de la investigación demostraron que la aplicación del proceso de Electrocoagulación-Flotación (ECF) es efectiva y viable técnicamente para la cosecha o remoción de microalgas de un medio líquido.]]> Martínez Ojeda, Lina Paola ]]> Grado obtenido: Magister de la Universidad de Buenos Aires en Tecnologías Urbanas Sostenibles]]> Disciplina: Maestría en Ingeniería en Tecnologías Urbanas Sostenibles]]> Fil: Diego, Rosa Angela. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> La obra civil de un edificio industrial Pyme en CABA y provincia de Buenos Aires, y dentro de ella el proyecto lumínico, siempre se ha considerado como una inversión más dentro del esquema global rentable empresario. El ámbito de trabajo implica una complejidad importante en cuanto a espacios y procesos, que hace necesaria pero no suficiente la adopción de una metodología genérica de diseño de iluminación y posterior verificación por las normativas. Algunas veces se considera la dimensión económica de la eficiencia energética, pero rara vez la dimensión ambiental y mucho menos la social, teniendo en cuenta que un operario pasa la tercera parte de su vida en el trabajo.
La adopción casi en exclusividad de la iluminación artificial ha dejado de lado el aprovechamiento de algunas ventajas que la iluminación natural puede ofrecer. En un proyecto de iluminación industrial, si se consideran las variables concernientes al factor humano, su salud y bienestar, integrándolas y equilibrándolas con las variables conducentes a lograr mayor eficiencia energética y reducir el impacto ambiental, se logrará una guía de estrategias sostenibles, que establecerá no solo la cantidad de luz necesaria sino también su calidad. El objetivo principal será entonces construir estrategias sustentables de iluminación en edificios industriales. Los parámetros a emplear para analizar la sostenibilidad responderán a las tres dimensiones del problema -humana o social, económica y ambiental-. Dentro de la dimensión humana se considerará la presencia de luz natural por los beneficios en cuanto a sus efectos biológicos y desempeño visual como así también las características apropiadas en cuanto a cantidad y calidad de iluminación en los puestos de trabajo. En la dimensión económica se tendrán en cuenta la presencia de luz natural (como ahorro en el empleo de luz artificial equivalente), el rendimiento de las lámparas (como ahorro en potencia empleada), la eficiencia de la instalación (como ahorro en potencia), el mantenimiento y la reposición de elementos y equipos (como ahorro a largo plazo) y el control en el uso (como ahorro cuando existe luz natural disponible o los locales están desocupados). Finalmente en la dimensión ambiental se considerarán las emisiones producidas por distintas opciones de iluminación artificial y el control en el uso lo que también redunda en una reducción de emisiones. Dentro de los objetivos específicos se analizará la complementariedad entre iluminación natural y artificial; las situaciones de confort en relación al esfuerzo visual y salud de los trabajadores; la incidencia de la iluminación en el rendimiento; la eficiencia energética y su optimización con mecanismos de control y el impacto ambiental de los sistemas lumínicos. Finalmente esta Tesis desarrollará un procedimiento metodológico replicable en las Pymes, en que se integrarán las variables consideradas y servirá como guía, tanto en la etapa proyectual, como en la ampliación de los protocolos de verificación vigentes al momento.

]]> The civil work of an industrial building SMEs in CABA and province of Buenos Aires, and within it the lighting project, has always been considered as one investment within the profitable global schema entrepreneur. The scope of work involves a significant complexity in terms of spaces and processes, making necessary but not sufficient the adoption of a generic methodology of lighting design and later verification regulations. Sometimes, it is considered the economic dimension of energy efficiency, but rarely the environmental dimension and much less the social one, taking into account that a worker spends the third part of his life at his job. The adoption of artificial lighting almost in exclusivity, has abandoned the use of some advantages that daylighting can offer. In an industrial lighting project, if the variables concerning the human factor, their health and well-being are considered, integrating and balancing them with the variables leading to greater energy efficiency and reducing environmental impact, a guide to sustainable strategies will be achieved, which will establish not only the amount of light needed but also its quality The main objective of this work will then be to build sustainable lighting strategies in industrial buildings. The parameters to be used to analyze sustainability will respond to the three dimensions of the problem –human or social, economic and environmental. Within the human dimension, the presence of natural light can be mentioned for the benefits in terms of its biological effects and visual performance as well as the appropriate characteristics in terms of quantity and quality of lighting in the workplace. In the economic dimension the presence of natural light (as savings in the use of equivalent artificial light), the performance of the lamps (as savings in power use), the efficiency of the installation (as savings in power), maintenance and replacement of elements and equipment (as long-term savings) and control in use (as savings when natural light is available or the premises are unoccupied) will be taken into account. Finally, in the environmental dimension, the emissions produced by different artificial lighting options and control in use will be considered, which also results in a reduction in emissions. Within the specific objectives, the complimentarity between natural and artificial lighting will be analyzed as well as confort situation related to the visual effort and worker’s health, the incidence of lighting on performance, energy efficiency and its optimization with control mechanisms and the environmental impact of light systems. Finally, this Thesis will develop a replicable methodological procedure in SMEs, in which the variables considered will be integrated, serving as a guide both in the Project instance and in the adjustment of the verification regulated by current protocols.

]]> Diego, Rosa Angela]]> Grado obtenido: Doctor de la Universidad de Buenos Aires]]> Disciplina: Ingeniería]]> Fil: González, Sergio Alberto. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Lugar de trabajo: Instituto de debiotecnología y biología molecular UDD, INTA-CONICET]]> El ensamblado de-novo del transcriptoma de especies sin genoma de referencia es un tema de preocupación para muchos investigadores a partir del acceso a las tecnologías de secuenciación masiva de los laboratorios de ciencias biológicas. Existe una brecha de investigación sobre que metologías aplicar en cada ensayo, para la obtención de un ensamblado de-novo de calidad. Tampoco hay consenso en cuanto a métricas de calidad adecuadas para evaluar de manera individual o comparativa los ensamblados conseguidos. Ante este panorama, este trabajo aborda el análisis del desempeño de las herramientas bioinformáticas y métricas de calidad más comúnmente utilizadas para la reconstrucción denovo y evaluación de transcriptomas ensamblados a partir de lecturas cortas (RNA-Seq) y propone una estrategia de optimización sobre los resultados. Durante el desarrollo de la Tesis se simularon conjuntos de datos de lecturas de secuenciación transcriptómica, con diferentes grados de complejidad y basados en datos reales de alta calidad. Se ensayó el funcionamiento de programas de ensamblado de acceso público y diferentes estrategias de mejora sobre los resultados primarios. Para clasificar y comparar los ensamblados obtenidos bajo distintas condiciones se utilizaron un grupo de métricas dependientes e independientes de referencia. Estas métricas se analizaron en forma individual y en conjunto a través de análisis multivariados. A partir de los resultados obtenidos se identificaron las variables nivel de splicing alternativo seguido por el tamaño de fragmento de las lecturas pareadas (PE) como las de mayor incidencia sobre la calidad de los ensamblados. Analizando los ensamblados obtenidos a partir de diferentes valores de las variables tamaño de lectura (SE) y tamaño de fragmento (PE) se detectaron problemas de muestreo asociados a la distribución de tamaños de transcriptos, al tamaño y cantidad de exones y a los niveles de splicing alternativo. Se implementaron diferentes estrategias de agrupamiento de ensamblados, las que no produjeron mejoras en los resultados finales, aumentando los niveles de error y redundancia. Se trabajó en la caracterización y modelado de los diferentes tipos de errores producidos en los ensamblados como base para una estrategia de filtrado de contigs erróneos y se entrenaron clasificadores para predecir la probabilidad de que un contig se encuentre correctamente ensamblado. Los resultados obtenidos realzan la importancia de obtener ensamblados con una mayor cantidad de genes representados, en lugar de intentar resolver todas las isoformas de splicing implementando estrategias de agrupamiento que aumentan las tasas de error.


]]> De-novo transcriptome assembly of species without a reference genome is a common problem among researchers working in functional genomics. Although programs and routines for the assembly of transcriptomes are continuously published, the quality of de novo assemblies using short readings is limited by different error types. One issue to overcome is the research gap about which methodologies apply in each experiment to obtain a highquality de-novo assembly. Also, it is unclear how accurate the quality metrics are to evaluate assemblies individually or comparatively if different tools and settings were used to obtain multiple de novo transcriptome assemblies. In this context, this work addresses the analysis of the performance of the bioinformatics tools and quality metrics commonly applied to denovo transcriptome assembly using short reads (RNA-Seq). During the development of this work, transcriptomic sequencing datasets were simulated from high-quality real data. Datasets exhibiting different degrees of complexity were used to test assembly programs and different improvement strategies from the primary results. To compare and classify the assemblies obtained, we used a group of dependent and independent of reference metrics. These metrics were analyzed individually and collectively through multivariate analysis. From the obtained results, the level of alternative splicing and the fragment size of the pairend reads (PE) were identified as the variables with the highest incidence on the quality of the assemblies. Analyzing the assemblies obtained from different values of the variables read size (SE) and fragment size (PE), sampling problems associated with the distribution of transcripts sizes, exon numbers, and the splicing levels were detected. Different clustering strategies were implemented, which did not produce improvements in the final results, increasing the levels of error and redundancy. We also worked on the characterization and modeling of the different types of errors produced in the assemblies. Then, we trained different classifiers to predict the probability that a contig is correctly assembled, which can be use for erroneous contigs filtration. The results obtained highlight the importance of obtaining assemblies with a greater number of represented genes, instead of trying to solve all splicing isoforms by implementing clustering strategies that increase error rates.


]]> González, Sergio Alberto]]> Grado obtenido: Doctor de la Universidad de Buenos Aires]]> Disciplina: Ingeniería]]> Fil: Suarez Anzorena, María del Rosario. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Lugar de trabajo: Departamento de Investigaciones en sólidos (DEINSO) -UNIDEF- MINDEFCONICET. Beca Doctoral CONICET.]]> En este trabajo de investigación se desarrollaron materiales nanoestructurados basados en el CeO2 para su aplicación como material de ánodo en celdas de combustible de óxido sólido de temperatura intermedia (500-750 °C) (Intermediate TemperatureSolid Oxide Fuel Cell- IT-SOFC). Se realizó un exhaustivo estudio de las condiciones de síntesis y la influencia que tienen éstas sobre las características estructurales, morfológicas, texturales y redox de los sólidos obtenidos. Esto permitió optimizarlas con el objetivo de obtener los materiales con las mejores propiedades para su posterior utilización como material de ánodo. Este análisis posibilitó, también, una mayor comprensión sobre los procesos que ocurren durante la síntesis hidrotérmica del CeO2 y así proponer, el mecanismo que rige el desarrollo de la morfología de las partículas. La estrategia de síntesis consistió en el desarrollo de materiales con elevadas relaciones área/volumen (de tamaño nanométrico) y elevada conductividad mixta (iónica y electrónica) tal de mejorar los ánodos que actualmente se encuentran en desarrollo. Se utilizó como material base el Ce0,9Zr0,1O2 y se sustituyó parcialmente el Zr4+ por el Sm3+ de la red cristalina, obteniéndose el óxido mixto con composición nominal Ce0,9Zr0,1- xSmxO2-δ con 0 ≤ x ≤ 0,1, nunca antes reportados en bibliografía. La sustitución parcial con el catión aliovalente permite introducir vacancias de oxígeno en la red cristalina favoreciendo la movilidad de los iones oxígeno y, en consecuencia, la conductividad iónica del material. Así se lograron obtener materiales de ánodos altamente activos en la oxidación electroquímica de combustibles de hidrógeno o metano. Los ensayos realizados permitieron encontrar una composición (Ce0,9Zr0,04Sm0,06O1,97) y un método de síntesis (gelificación combustión con ácido cítrico) que logra obtener el mejor desempeño electrocatalítico en celdas simétricas operadas en concentraciones diluidas y concentradas de hidrógeno o metano. Para este último combustible, es de destacar que, no se observó la formación de compuestos carbonosos sobre la superficie de la celda en todo el rango de temperaturas ensayado, lo que demuestra la excelente actividad de los materiales desarrollados. Los valores de resistencia superficial específica (Area Specific Resistance, ASR) obtenidos son: 0,011 Ω.cm2 y 0,004 Ω.cm2 a 750 °C en una atmósfera de 7 %vol. y 40 %vol. H2 respectivamente; 0,14 Ω.cm2 y 0,09 Ω.cm2 a 750 °C en una atmósfera de 7 %vol. y 20 %vol. de CH4, respectivamente. Adicionalmente, se realizó un estudio sobre la estabilidad en la respuesta electrocatalítica de los materiales. Éstos mostraron ser estables sin observarse una degradación a lo largo de tres ciclos consecutivos. También se comprobó la reproducibilidad de la respuesta en dos celdas simétricas de medición distintas. Todos estos resultados aquí mencionados, hacen de estos materiales excelentes opciones para su aplicación como ánodo de IT-SOFCs. Asimismo, es importante remarcar que, en este trabajo de investigación, los resultados obtenidos mejoran valores reportados en bibliografía donde se utilizan materiales impregnados con Ni y/o Cu, permitiendo evitar las dificultades que estos metales poseen durante la operación de la celda. El trabajo se organiza en ocho capítulos. En el primer capítulo se presenta la introducción al tema, el estado del arte para las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) y de los materiales de ánodo, las principales motivaciones y objetivos de este trabajo. En el segundo capítulo se describe en detalle el estudio de las condiciones de síntesis y la elección de las que resultan óptimas para la obtención de los óxidos mixtos por el método de gelificación combustión con ácido cítrico e hidrotérmico. Los estudios de la estructura, morfología, textura y propiedades redox de las muestras fueron analizadas a través de las técnicas de Difracción de Rayos-X (XRD), Fisisorción de N2, Microscopía Electrónica de Barrido y de Transmisión (SEM y TEM), Reducción a Temperatura Programada (TPR), Espectroscopía Raman, y Espectroscopía in-situ de Absorción de Rayos-X cerca del borde de Absorción (XANES). Este análisis permite obtener una gran comprensión sobre los procesos que ocurren durante la síntesis hidrotérmica del CeO2, lo que resulta en una propuesta novedosa de una secuencia de auto ensamblaje nunca antes reportada para este material sin el uso de agentes dirigentes de estructura. La serie observada es secuencial lo que indica que la estructura precedente es necesaria para que la siguiente sea obtenida, siendo el proceso el que evoluciona de lanzadera (o barra) a moño a esfera. En el tercer capítulo se presenta la caracterización de los óxidos mixtos de CeZr-Sm sintetizados por las dos vías de síntesis. El estudio estructural realizado por Difracción de Rayos-X muestra que los sólidos obtenidos poseen una estructura única de composición homogénea, indicando que se ha logrado la completa inclusión del catión trivalente dentro de la red cristalina. El tamaño de cristalita logrado para todas las composiciones, sin importar el método de síntesis, es nanométrico. Las Microscopías Electrónicas de Barrido y Transmisión (SEM y TEM) permitieron observar la gran influencia que tiene sobre la morfología el contenido de Sm para las muestras sintetizadas por el método hidrotérmico, no así para las muestras sintetizadas por la otra ruta de síntesis. Asimismo, se confirma que las partículas se encuentran formadas por policristales de estructura cúbica sin una orientación preferencial. Los ensayos de TPR de laboratorio indican que la incorporación del Sm promueve la reducción de las especies de Ce en el seno del material respecto de la reducción total para las muestras obtenidas por el método de gelificación combustión mientras que, para el otro, la reducción total se ve influenciada tanto por las especies de Ce superficial como del seno del material. La Espectroscopía Raman confirma la estructura única de las muestras obtenidas por gelificación combustión y permite comprobar que la incorporación del Sm3+ promueve la formación de vacancias de oxígeno extrínsecas en aumento con el contenido del catión aliovalente en la estructura. Finalmente, el estudio de Dilatometría realizado para los sólidos obtenidos por este mismo método de síntesis, permite notar que existe una composición que resulta óptima tal de lograr un sinterizado mínimo durante el pegado del electrodo al electrolito. Esta composición es Ce0,9Zr0,04Sm0,06O1,97. En el cuarto capítulo se estudia el comportamiento redox in-situ a través de la Espectroscopía XANES de los sólidos sintetizados por ambos métodos de síntesis. A su vez, se estudia el efecto que tiene el tratamiento térmico realizado durante el armado de las celdas simétricas sobre la capacidad de reducción de éstas. Los resultados indican que todos los sólidos son más activos en una atmósfera de H2 que de CH4 y también que las muestras obtenidas por el método de gelificación combustión, son más reactivas, sin importar la atmósfera utilizada aún luego de ser tratados a 1100 °C. Otra conclusión importante es que, los sólidos obtenidos por el método hidrotérmico, presentan y mantienen sustancias carbonosas fuertemente adsorbidas sobre su superficie luego del tratamiento térmico a 1100 °C, posiblemente debido a las grandes superficies que la síntesis permite obtener. En el quinto capítulo se estudia la estabilidad estructural de los sólidos sintetizados por el método de gelificación combustión, en atmósfera reductora de H2 o CH4 a temperaturas elevadas de hasta 800 °C. La técnica de Difracción de Rayos-X insitu con luz sincrotrón confirma la estabilidad estructural de los sólidos en ambas atmósferas reductoras, aún luego de ser calcinados a 1100 °C. Asimismo, es importante destacar que no se observa la deposición de productos carbonosos sobre ninguno de los óxidos analizados en la atmósfera de CH4. En el sexto capítulo los ensayos de Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (Electrochemical Impedance Spectroscopy- EIS) muestran que la composición que posee mayor desempeño electroquímico es el óxido Ce0,9Zr0,04Sm0,06O1,97 que resulta ser más activo en una atmósfera de hidrógeno respecto a una de metano. Siendo mejor su actividad a mayor concentración de la alimentación. Finalmente, la comparación del efecto que tiene el método de síntesis sobre las propiedades electrocatalíticas del material indica que, el sólido obtenido por el método de gelificación combustión con ácido cítrico resulta el más adecuado. Todos los sólidos aquí ensayados mostraron tener una respuesta estable a lo largo de tres ciclos consecutivos. La reproducibilidad también fue demostrada al observarse la misma respuesta en dos celdas de medición distintas. Es interesante remarcar que la composición que muestra ser óptima, tal de maximizar la conductividad total del material base, es la misma que se reporta en bibliografía y que muestra un máximo en la conductividad iónica para un óxido de cerio dopado únicamente con samario. En el séptimo capítulo se presentan las principales conclusiones y perspectivas de este trabajo de tesis. Finalmente, en el octavo capítulo se listan las publicaciones que se originaron a partir del trabajo realizado durante este período de tesis.

]]> In this research work, nanostructured CeO2-based materials were developed for its application as anode materials in Intermediate Temperature- Solid Oxide Fuel Cells (IT-SOFCs) (500- 750 °C). An exhaustive study of the synthesis conditions and their influence on the structural, morphological, textural and redox characteristics of the obtained solids was carried out. This allowed to optimize them in order to obtain the materials with the best properties for their subsequent used as anode materials. This analysis also enabled a greater understanding of the processes that occur during the hydrothermal synthesis of CeO2 and thus propose the mechanism that governs the development of the morphology of the particles. The strategy consisted in the development of materials with high area to volume ratio (with nanometric size) and high mixed conductivity (ionic and electronic) in order to improve the anodes that are currently under development. Ce0.9Zr0.1O2 was used as a based material were Zr4+ was partially substituted by Sm3+ to obtain the mixed oxide with nominal composition Ce0.9Zr0.1-xSmxO2-δ with 0 ≤ x ≤ 0.1, never reported before in the literature. The partial substitution with the aliovalent cation allows oxygen vacancies to be introduced into the crystal lattice, favouring the mobility of oxygen ions and consequently, the ionic conductivity of the material. In this sense, highly active anode materials for the electrochemical oxidation of hydrogen and methane fuels were obtained. The tests carried out in this work showed that there is a composition (Ce0.9Zr0.04Sm0.06O1.97) and a synthesis method (combustion gelation method with citric acid) that implies the best performance of the symmetric cell operated in diluted and concentrated atmospheres of hydrogen or methane fuels. For the latter, it is important to mention that no formation of carbonaceous compounds on the cell surface was observed in the entire temperature range tested, which demonstrates the excellent activity of the developed materials. The Area Specific Resistance (ASR) values obtained are: 0.011 Ω.cm2 , 0.004 Ω.cm2 at 750 °C in 7 vol%. and 40 vol%. H2 atmosphere respectively; 0.14 Ω.cm2 and 0.09 Ω.cm2 at 750 °C in 7 vol%. and 20 vol%. CH4, respectively. Stability tests carried out showed that the electrocatalytic response of all samples are stable without observing a degradation over three consecutive cycles. The reproducibility of the response was also checked in two different measurement cells. All these results mentioned here, make these materials excellent options as anode materials for IT-SOFCs. Likewise, it is important to note that the results obtained in this research work improve the values reported in the literature for impregnated anodes with Ni and/or Cu, which allows avoiding the difficulties that these metals have during operation. This work is organized in eight chapters. The first chapter presents the introduction to the topic and the state of the art of SOFCs and anode materials, the main motivations and objectives of this work. In the second chapter the study of synthesis conditions and the choice of which are optimal for obtaining the mixed oxides by the combustion gelation method with citric acid and hydrothermal synthesis is presented. Structural, morphological, textural and redox properties were studied by X-Ray Diffraction (XRD), N2 Physisorption, Scanning and Transmission Electron Miscroscopy (SEM and TEM), Temperature Programme Reduction (TPR), Raman Spectroscopy and in-situ X-ray Absorption Near de Edge Spectroscopy (XANES) techniques. This analysis provides a great understanding of the processes that occur during the hydrothermal synthesis of CeO2, resulting in a novel proposal for a self-assembly sequence never reported before for this material without the use of directing agents. In this succession, the preceding morphology is required to achieve the subsequent one, the evolution of this structures goes from shuttles to dumbbells to spheres. In the third chapter the characterization of Ce-Zr-Sm mixed oxides is presented. XRD studies show that all samples have a unique structure with homogeneous composition, implying the complete incorporation of samarium species in the crystal lattice. Regardless of the synthesis method, all samples are of nanometric size. SEM and TEM micrographies revealed the great influence that Sm content has on the morphology of samples synthesized by hydrothermal method, but not for samples obtained by the other route. Likewise, it is confirmed that particles are made by policrystals with cubic structure without a preferential orientation. Conventional TPR experiments indicate that Sm addition promotes the reduction of bulk Ce species to the total reduction when synthesized by the combustion method while, for the hydrothermal ones, the total reduction is influenced by both superficial and bulk Ce species. Raman Spectroscopy confirms the unique structure of samples obtained by citrate method and it is also observed an increasing amount of extrinsic oxygen vacancies with samarium content. Finally, Dilatometry studies carried out over samples obtained by the same method, show that there is a composition were sintering is minimum during thermal treatments used to stick the electrode to the electrolyte. This composition is Ce0.9Zr0.04Sm0.06O1.97. In the fourth chapter in-situ redox behaviour is studied through XANES Spectroscopy of the solids synthesized by both synthesis methods. The effect of the thermal treatment carried out during the assembly of the symmetric cell on their reduction capacity was also studied. Results show that all samples are more active in an atmosphere of hydrogen than methane and also, that samples obtained by the combustion method are more active, regardless of the atmosphere used even after being treated at 1100 °C. Another important conclusion is that carbonaceous species remain adsorb on the surface of hydrothermal samples after calcined at 1100 °C, probably due to large specific surface area that this synthesis allows to obtain. In the fifth chapter structural stability of samples obtained by the combustion method is confirmed in a reducing atmosphere of hydrogen or methane at temperatures as high as 800 °C. In-situ X-Ray Diffraction with synchrotron radiation also confirms the structural stability of samples even after being calcined at 1100 °C. Furthermore, it is important to note that no deposition of carbonaceous species is detected in any of the experiments carried out with CH4. In the six chapter, the Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) experiments show that the solid Ce0.9Zr0.04Sm0.06O1.97 has the highest electrocatalytic performance, which is more active in a hydrogen atmosphere than in methane. Being better its activity with greater concentration of the fuel in the feed. Finally, the comparison of the effect that synthesis has on the electrocatalytic properties of the material indicates that the solid obtained with the combustion gelation method with citric acid is the most suitable. All tested solids show stable response over three consecutive cycles. The reproducibility of the response was also demonstrated in two different measurement cells. It is interesting to note that the composition that shows to be optimal, so as to maximize the total conductivity of the base material, is the same reported in the literature to maximize the ionic conductivity for an oxide of cerium doped only with samarium. In the seventh chapter the main conclusions and perspectives of this work are presented. Finally, the eight chapter lists the publications that were originated from the work done during this thesis period.

]]> Suarez Anzorena, María del Rosario]]> Grado obtenido: Doctor de la Universidad de Buenos Aires]]> Disciplina: Ingeniería]]> Fil: López Rivarola, Felipe. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Lugar de trabajo: Laboratorio de Métodos Numéricos en la Ingeniería (LMNI) (LMNI - INTECIN -FIUBA)
]]> El uso de esquemas multiescala para el análisis computacional del comportamiento de falla de materiales compuestos se ha convertido en un tema prometedor para evaluar los complejos mecanismos de degradación en las diferentes escalas de observación y para conseguir información precisa sobre los efectos de estos procesos de degradación de las subescalas en el comportamiento de la respuesta macroscópica. En el marco de los procedimientos estándar de elementos finitos, tanto los procedimientos multiescala concurrentes y semi-concurrentes han sido considerados para analizar el comportamiento de falla de materiales casi frágiles. Los materiales compuestos se caracterizan por tener un dominio heterogéneo con constituyentes que son muy diferentes respecto a la geometría y/o al comportamiento. Para estos materiales es absolutamente necesario tener en cuenta la escala mesoscópica, ya que esta controla la respuesta macroscópica. Sin embargo, existen preguntas que están todavía abiertas a discusión. Primero, respecto a que tan apropiados son los criterios de homogeneización existentes para el análisis de procesos disipativos multifisicos en materiales compuestos. En segundo lugar, respecto a las capacidades de los procedimientos estándar de elementos finitos para representar estructuras mesoscópicas heterogéneas, ya que imponen restricciones geométricas ó condiciones de borde poco realistas que distorsionan las soluciones numéricas. En concordancia con esto, en este trabajo se propone en primer lugar un esquema de homogeneización para procedimientos multiescala semi-concurrentes. Se definen las condiciones necesarias y suficientes para cumplir con la consistencia termodinámica de los esquemas de homogeneización computacional. La propuesta es válida para procedimientos multiescala de comportamiento arbitrario, incluyendo tanto a medios continuos como discontinuos en cualquiera de las dos escalas. Se demuestra que el conocido criterio de Hill-Mandel para criterios de homogeneización es una condición necesaria, pero no suficiente para la consistencia termodinámica cuando se tienen materiales disipativos en cualquier escala. En este sentido, se establece la condición adicional a cumplir con respecto a la consistencia termodinámica multiescala. El esquema de homogeneización multiescala semi-concurrente y termodinámicamente consistente se amplía para modelar el comportamiento de falla de materiales termo-poroplásticos. La propuesta permite la formulación de un comportamiento con stitutivo acoplado, incluyendo la interacción termo, hidro y/o mecánica. El esquema de homogeneización propuesto da lugar a ecuaciones macroscópicas caracterizadas por una densidad de energía libre totalmente compatible con la microscópica. En primer lugar, el enfoque multiescala termodinámicamente consistente, propuesto en esta tesis, se aplica al caso general de los materiales termo-poroplásticos. Luego, la formulación se particulariza y se resuelve para el caso de los materiales termo-poroelásticos. Se muestra que la entropía macroscópica resultante y el vector de entropía tienen términos adicionales a los obtenidos en trabajos anteriores basados en diferentes estrategias de homogeneización. Despues de describir el procedimiento para implementar computacionalmente el procedimiento de homogeneización, se presentan análisis numéricos que tratan el comportamiento dependiente de la temperatura del hormigón. Los resultados demuestran la solidez del esquema propuesto y, de hecho, muestran una buena concordancia con resultados experimentales de la literatura respecto al efecto de la temperatura en el hormigón. Se considera un enfoque discreto para representar la respuesta material del volumen elemental representativo (RVE). La segunda parte de esta tesis trata con otro aspecto novedoso, que es evaluar las ventajas de aplicar el método de los elementos virtuales (VEM) en análisis multiescala y DNS (simulaciones numéricas directas) de compuestos heterogéneos. Para esto, se realizan resultados numéricos detallados tanto para difusión lineal como para elasticidad lineal. Se evalua la calidad de la solución discreta, y se destacan las diferencias entre un enfoque mesoscópico y uno multiescala. Se demuestran las capacidades y ventajas de usar VEM en análisis multiescala semi-concurrentes comparando contra DNS, especialmente cuando se trata de materiales compuestos con geometrías complejas y heterogéneas. Diferentes ordenes de interpolación fueron utilizados para tanto la escala macroscópica como microscópica, y se incluyen resultados que comparan contra discretizaciones estándar de elementos finitos. Finalmente, se delibera sobre nuevo enfoque para el análisis multiescala concurrente del comportamiento de falla de fractura. Este se basa en la combinación de elementos virtuales (VE) y elementos de interfaz (IE) en el marco del enfoque discreto. Se detalla el procedimiento propuesto para el mallado mesoscópico basado en la combinación de VEM y IE no lineales. Se presentan análisis numéricos que detallan los caminos de tensión y el comportamiento de falla, demostrando el potencial y la eficiencia del enfoque basado en VE e IE para materiales compuestos. Resumiendo, los aspectos novedosos de esta tesis son: 1. La propuesta de un proceso de homogeneización para análisis multiscala semiconcurrente basada en criterios termodinámicos. 2. La aplicación de VEM para análisis multiescala semi-concurrente para medios heterogéneos. Estas contribuciones originales fueron publicadas en revistas indexadas, y se detallan a continuación: Rivarola, F.L., Etse, G. and Folino, P., 2017. On thermodynamic consistency of homogenization-based multiscale theories. Journal of Engineering Materials and Technology, 139(3), p.031011. Rivarola, F.L., Benedetto, M.F., Labanda, N. and Etse, G., 2019. A multiscale approach with the Virtual Element Method: Towards a VE2 setting. Finite Elements in Analysis and Design, 158, pp.1-16. Rivarola, F.L., Labanda, N. and Etse, G., 2019. Thermodynamically consistent multiscale homogenization for thermo-poroplastic materials. Zeitschrift für angewandte Mathematik und Physik, 70(3), p.82. Rivarola, F.L., Labanda, N., Benedetto, M.F. and Etse, G., 2020. A virtual element and interface based concurrent multiscale method for failure analysis of quasi brittle heterogeneous composites. Under review.

]]> The use of multiscale schemes for computational failure evaluations of composites materials has become a promising topic for evaluating the complex degradation mechanisms at different scales of observations and to achieve accurate information on the effects of these subscales degradation processes on the macroscopic response behaviour. In the framework of standard finite element procedures, both concurrent and semi-concurrent multiscale procedures were considered so far for analysing failure behavior of quasi-brittle materials. Composite materials are characterized by an heterogeneous domain with constituents that are very different with respect to geometry, size and/or response behaviour. In these materials it is absolutely necessary to take into account the mesoscopic scale, since it controls the macroscopic response. However, important questions arise which are still open. On the one hand, regarding the appropriateness of existing homogenization criteria for multiscale analyses of dissipative mulphysical processes in composites. And, on the other hand, regarding the capabilities of standard finite element procedures to represent heterogeneous mesoscopic structures because they impose geometric constraints and unrealistic boundary conditions that distort the resulting numerical solutions. In this line first a new homogenization schemes for semi-concurrent multiscale procedures is proposed. The necessary and sufficient conditions for fulfilling the thermodynamic consistency of computational homogenization schemes are defined. The proposal is valid for arbitrary homogenization based multiscale procedures, including continuum and discontinuum methods in either scale. It is demonstrated that the well-known Hill- Mandel criterion for homogenization scheme is a necessary, but not a sufficient condition for the micro-macro thermodynamic consistency when dissipative material responses are involved at any scale. In this sense, the additional condition to be fulfilled regarding multiscale thermodynamic consistency is established. Additionally, it is shown that the thermodynamic consistency enforces the homogenization of the non-local terms of the finer scale’s free energy density, however this does not lead to non-local gradient effects on the coarse scale. The thermodynamically consistent homogenization scheme for semi-concurrent multiscale approach is then extended to thermo-poroplastic failure behaviour. The proposal allows the formulation of coupled constitutive behaviour, including thermo-, hydroand/or mechanical interaction. The proposed homogenization scheme gives rise to macroscopic material equations characterized by a free energy density fully consistent with the microscopic one. Firstly, the thermodynamically consistent approach proposed in this thesis is applied to the general case of thermo-poroplastic materials. Then, the formulation is particularized and thoroughly resolved for the case of thermo-poroelastic materials. It is shown that the resulting macroscopic entropy and entropy vector have additional terms to those obtained in previous works based on different homogenization strategies. After describing the approach for the computational implementation of the homogenization scheme, numerical analysis are presented dealing with multiscale evaluations of the temperature-dependent cracking processes of concrete. The results demonstrate the soundness of the proposed scheme, and in fact shows good agreement with experimental results in the literature regarding the temperature effect on concrete. A discrete approach is considered to represent the RVE material response. The second part of this thesis deals with another novel aspect, that is evaluating the advantages of the application of the Virtual Element Method (VEM) in multiscale and DNS (direct numerical simulations) analysis of heterogeneous composites. In this sense, extensive numerical results for both the linear diffusion and linear elasticity settings are performed to assess the quality of the discrete solution, highlighting the differences between a mesoscopic and a multiscale approach. The capabilities and advantages of using VEM in semi-concurrent multiscale analyses are demonstrated by means of comparative studies with DNS results, particularly when dealing with composite materials with geometrically complex and heterogeneous media. Different interpolation orders of VE are considered at both, macro and mesoscopic levels, and comparative results with standards FE discretizations are included. Finally a new approach for concurrent multiscale analysis of fracture failure behaviour is discussed. This is based on combining Virtual Elements (VE) and interfaces in the framework of the discrete approach. The procedure for mesoscopic meshing proposed in this work based on combining VEM and non-linear interface elements (IE) is detailed. Numerical analysis are presented involving stress paths and failure behaviour that shows the potential and efficiency of the approach based on VE and IE for composite materials like concrete are discussed. Summarizing, the novel aspects in this thesis are: 1. The proposal of a new homogenization procedure for semi-concurrent multiscale analysis based on thermodynamic consistency criteria. 2. The application of VEM for semi-concurrent multiscale analysis of problems involving composites and heterogeneous media. 3. The combination of VEM with non-linear interfaces These original contributions were published in the following indexed journals: Rivarola, F.L., Etse, G. and Folino, P., 2017. On thermodynamic consistency of homogenization-based multiscale theories. Journal of Engineering Materials and Technology, 139(3), p.031011. Rivarola, F.L., Benedetto, M.F., Labanda, N. and Etse, G., 2019. A multiscale approach with the Virtual Element Method: Towards a VE2 setting. Finite Elements in Analysis and Design, 158, pp.1-16. Rivarola, F.L., Labanda, N. and Etse, G., 2019. Thermodynamically consistent multiscale homogenization for thermo-poroplastic materials. Zeitschrift für angewandte Mathematik und Physik, 70(3), p.82. Rivarola, F.L., Labanda, N., Benedetto, M.F. and Etse, G., 2020. A virtual element and interface based concurrent multiscale method for failure analysis of quasi brittle heterogeneous composites. Under review.

]]> López Rivarola, Felipe]]>