Academic literature on the topic 'Conductividad térmica'

Los aislantes térmicos suelen ser costosos y muchos no son amigables con la naturaleza. Este proyecto se basa en la creación de un aislante térmico a partir de residuos orgánicos. La producción de arroz en Panamá supera los seis millones de quintales al año, lo que hace que en los vertederos el aumento de residuos orgánicos sea considerable. La cascarilla de arroz es el componente principal de la mezcla para crear un aislante térmico. El propósito del proyecto es crear un compuesto que disminuya la volatilidad de la cascarilla de arroz sin perjudicar la conductividad térmica de la propia cascarilla. Se necesita que el compuesto sea flexible y resistente una vez se haya secado. Como parte del desarrollo del aislante, se mezclaron compuestos orgánicos como palma pita y almidón de yuca y se realizaron diversas pruebas en un laboratorio. Entre estas se incluyeron medición de la capacidad de encenderse y determinación de coeficiente de conductividad térmica.

Se presentan los resultados experimentales de la conductividad térmica efectiva, a temperatura ambiente, de cerámicas porosas elaboradas por el método de colado en moldes de yeso a partir de suspensión de mezclas de arcilla de caolines, tierras diatomáceas y carbonatos de calcio (CaCO 3 ). Para la conformación de las muestras se varió la concentración de diatomita entre el 30 y 90 % y se mantuvo constante el porcentaje de peso del 10 % de CaCO 3 . Se utilizó silicato de sodio como defloculante, el cual varió desde 0.5 % al 2.1 %, incrementándose a medida que aumentaba la concentración de diatomita. El proceso de homogenización de la barbotina se realizó usando un floculador E&Q referencia F6 300T a 200 rpm. El secado se llevó a cabo a temperatura ambiente por 24 horas, luego en una estufa de circulación forzada marca Memmert D-91126, a 110±5 oC por igual tiempo. La sinterización se realizó en una mufla marca Terrigeno MM80, con una rampa de calentamiento de 5 oC por minuto, a temperatura máxima de 950°C por dos horas. La determinación de la densidad aparente y del porcentaje de absorción de agua se realizó según la norma NTC 4321-3. Mientras que la conductividad térmica efectiva ( k e ) fue medida usando el equipo TPS 2500, el cual utiliza el principio físico de la fuente plana transitoria de calor (TPS), mediante el sensor de disco caliente (Hot Disk). Los resultados muestran que a medida que la concentración de tierra diatomácea se incrementa, la densidad y la conductividad térmica efectiva disminuyen, mientras que el porcentaje de adsorción de agua aumenta.Palabras clave: caolín, cerámicas porosas, conductividad térmica efectiva, diatomita.AbstractThe effective thermal conductivity at room temperature of porous ceramics that were produced by the method of casting in plaster molds from mixtures of kaolin clay, diatomaceous earth and calcium carbonate (CaCO 3 ) is reported. To produce samples, the diatomite concentration was changed between 30 and 90%, maintaining the percentage of CaCO 3 in 10 % percent. Sodium silicate was used as deflocculant, ranging from 0.5% to 2.1%, increasing along with the concentration of diatomite. The process of homogenization of the slip was performed using a reference flocculator F6 E & Q 300T at 200 rpm. The drying was carried out at room temperature for 24 hours and later in a Memmert D-91126 forced circulation oven, at 110 ± 5 ° C for the same period. The sintering was performed in a Terrigeno MM80 muffle, with a heating ramp of 5 ° C by minute at maximum temperature of 950 °C for two hours. The determination of bulk density and percentage of water absorption was made according to the NTC 4321-3 standard. While the effective thermal conductivity (k e ) of the samples was measured using the TPS 2500 system, which uses the physical principle of the flat transient heat source (TPS), and the hot disk sensor. The results show that as the concentration diatomaceous earth increases, the density and the effective thermal conductivity decreases while the percentage of water absorption increases.Keywords: diatomite, effective thermal conductivity, kaolin, porous ceramics.

Este trabajo analiza la influencia de cinco tipos de pastas térmicas en el rendimiento de tres modelos de computadoras personales. Se aplicó un enfoque de investigación cuantitativo, el diseño fue no experimental. La población de estudio fueron tres computadoras personales a las cuales se les cambió el compuesto térmico por cinco tipos diferentes de pastas térmicas. La investigación se realizó en el distrito de Changuinola, provincia de Bocas del Toro, Panamá. Los resultados indican que, con la pasta térmica a base de plata se alcanzó una alta conductividad térmica, al tiempo que se adoptó al coeficiente de expansión térmica (CTE), logrando aumentar significativamente la capacidad térmica del disipador para deshacer el calor generado por los microprocesadores. Por lo tanto, se concluyó que, la selección de la pasta térmica es una variable para tomar en cuenta a la hora de seleccionar el compuesto apropiado para el procesador. El estudio reflejó que, para las condiciones ambientales de Bocas del Toro, Panamá, la pasta térmica con mejor rendimiento de las cinco pruebas, fue la del compuesto a base de plata.

Se desarrolló un dispositivo para medir la conductividad térmica en materiales sólidos para aislamiento térmico de uso común en edificaciones, siguiendo un modelo unidimensional de flujo de calor que atraviesa una placa del material a evaluar. Se mide el gradiente de temperatura entre las caras de la placa en función del tiempo, usando un arreglo diferencial de termopares tipo T. Para el control de los mecanismos del instrumento, la adquisición y tratamiento de los datos, se diseñó un circuito con microcontroladores comerciales. En ensayos previos con algunos materiales se obtuvieron valores la conductividad térmica similares a los reportados en la literatura utilizando un ajuste lineal con valores de R entre 0.90 y 0.98. El dispositivo obtenido representa un instrumento útil para la medición de la conductividad térmica, destacando entre sus ventajas: la fácil construcción, el tamaño de las muestras a evaluar y el método de medida, comparado con los métodos tradicionales para medir este parámetro.

Como es conocido, la conductividad térmica de una película delgada generalmente disminuye a medida que su espesor se reduce a través de valores nanométricos (Liu & M. Asheghi, 2006); esto genera el sobrecalentamiento y la reducción de la vida útil de procesadores y otros componentes electrónicos (Pop, 2010). Sin embargo, dado que las películas más delgadas tienen mayores cocientes área/volumen, los predominantes efectos superficiales en nanopelículas permiten el transporte de energía térmica no solo dentro de sus volúmenes, sino también a lo largo de sus interfaces. En nanopelículas polares, este transporte superficial es impulsado por fonones-polaritones de superficie, los cuales son ondas electromagnéticas generadas por el acoplamiento de fonones y fotones a lo largo de sus superficies. Modelos teóricos predicen que estos polaritones pueden contribuir significativamente a la conductividad térmica en el plano de películas de SiO con espesores menores a 200 nm (Chen et al., 2005; Ordonez- 2 Miranda et al., 2013). En el presente trabajo demostramos experimentalmente este aumento de la conductividad térmica, mediante las técnicas 3 y rejilla transitoria. Los resultados medidos a través de estas dos técnicas son consistentes y muestran que la conductividad térmica en el plano de una película de SiO de 20 nm de espesor a 2 temperatura ambiente es el doble de su contraparte debida a fonones solamente. Mediciones adicionales de la difusividad térmica de películas de SiO revelan que esta propiedad térmica también aumenta para películas más 2 delgadas, de tal manera que la relación (conductividad térmica)/(difusividad térmica) = capacidad calorífica volumétrica se mantiene independiente del espesor de la película. Los resultados experimentales obtenidos aquí abren una nueva vía para desarrollar nanomateriales térmicamente conductores útiles para una refrigeración electrónica eficiente.

ResumenUno de los factores más importantes que afectan el comportamiento térmico de las paredes exteriores de la construcción es la conductividad térmica de ladrillos de arcilla huecos perforados horizontalmente que son ampliamente utilizados en muchos edificios en nuestro país. Los ladrillos que se encuentran comúnmente en las paredes exteriores tienen dimensiones de 13.5x19x19 cm. En este estudio, se eligieron para ser analizados dos tipos diferentes de ladrillos. Un tipo es un horizontal ladrillo hueco perforado estándar de esas dimensiones y el otro tipo es un ladrillo horizontal perforado hueco con las mismas dimensiones pero con sytropor instalado en algunos de los huecos. El efecto conjunto de la conducción y la transferencia de calor por convección natural en este tipo de ladrillo se estudió numéricamente para calcular la conductividad térmica general de los ladrillos y los demás aspectos tales como la producción y el diseño del ladrillo. La energía, el impulso, y las ecuaciones de transferencia de masa asociadas con los modelos de ladrillo se han resuelto numéricamente mediante el empleo del software comercial llamado ANSYS. La distribución de la velocidad del aire en los huecos y de la distribución típica de temperatura se muestran en las figuras, y se han determinado la conductividad térmica y la función de la diferencia de temperatura, y los resultados de conductividad térmica se compararon con los indicados en las normas. Los resultados muestran que las conductividades térmicas de los ladrillos con y sin sytropor son casi la mitad de los que figuran en las normas. Por lo tanto, se puede decir que los valores dados en la norma se consideran extremadamente conservadores. Los resultados también muestran que la convección natural que ocurre en las cavidades de aire afecta a la conductividad térmica por 0,046% y 0,068% en los casos de con y sin sytropor, respectivamente. AbstractOne of the most important factors affecting the thermal behavior of building exterior walls is the thermal conductivity of red fired horizontally perforated hollow clay bricks which are widely used in many buildings in our country. The bricks commonly encountered in the exterior walls have dimensions of13.5x19x19cm. In this study, two different types of the bricks were chosen to be analyzed. One type is a 13.5x19x19cm horizontally perforated standard hollow brick and the other type is a 13.5x19x19cm horizontally perforated hollow brick with sytropor board installed in some of the hollows. The conjugate conduction and natural convection heat transfer in these brick types was studied numerically to compute the overall thermal conductivity of the bricks and the further aspects such as the brick production and design were also investigated. The energy, the momentum, and the mass transfer equations associated with the brick models were solved numerically by employing the commercial software called ANSYS. The air velocity distribution in hollows and the typical temperature distribution were shown in figures, and the thermal conductivity as a function of temperature difference were determined and the thermal conductivity results were compared with those given in the standards. The results show that the thermal conductivities of the bricks with and without sytropor board are almost half of those given in the standards. Therefore, it can be said that the values given in the standard are considered to be extremely conservative. The results also show that the natural convection occurring in air cavities affects the thermal conductivity by 0.046% and 0.068% in cases of with and without sytropor board, respectively.

<p>Se presenta el efecto del tratamiento térmico en la conductividad térmica efectiva (ke) a temperatura ambiente de polvos de cenizas volantes provenientes de la combustión de carbón de la Central Termoeléctrica de Termotasajero S.A. Dicho parámetro termofísico fue medido usando el sistema KD2Pro® Thermal Properties Analyzer, el cual funciona con el principio físico de flujo lineal transitorio de calor. El tratamiento térmico de las muestras se realizó usando una mufla eléctrica Ney® Vulcan D-130 para el rango de temperaturas de 1050, 1100, 1130, 1200, 1250 y 1300 °C. La porosidad y densidad aparente fue hallada usando la norma NTC 4321-3. La morfología superficial de las muestras fue analizada usando Microscopía Electrónica de Barrido (MEB). Los resultados muestran que a medida que se incrementó la temperatura en el tratamiento térmico, las muestras cambiaron de color de gris oscuro a beige; disminuyó el porcentaje de porosidad, debido a su proceso de vitrificación, y se aumentó la densidad y, por ende, la conductividad térmica efectiva. Los valores reportados de ke son muy importantes en los cálculos del coeficiente de transmitancia térmica en los procesos de transferencia de calor donde se utilicen estas cenizas.</p>

Se implementó la técnica de alambre caliente (comúnmente llamada “hot-wire” por su traducción al inglés), un método versátil, de bajo costo y de alta precisión para la medición de la conductividad térmica de fluidos a través del aumento en la temperatura de un alambre que se introduce dentro del fluido y al que se le aplica entre sus extremos, de manera abrupta, una diferencia de potencial. El sistema se probó y calibró utilizando líquidos de conductividad bien conocida: agua, etilenglicol y glicerina. Este procedimiento se usó para medir la conductividad térmica de muestras de infusión de café orgánico y convencional. El mismo grado de tostión de los granos fue verificado con un colorímetro y la preparación se hizo por prensado de 22 g del café en polvo en 110 mL de agua. Los datos obtenidos se sometieron al Análisis de Varianza (ANOVA) y se confirmó que las diferencias de este parámetro termofísico en las dos muestras son significativas con un nivel de confianza de 95 %. De esta forma, se comprobó que el valor de la conductividad térmica de la infusión de café permite diferenciar el café orgánico del convencional.

El objetivo del presente trabajo es introducir al lector en el área de los recubrimientos de barrera térmica, los cuales juegan un papel importante en aplicaciones aeronáuticas, aeroespaciales y plantas generadoras de energía, debido a la combinación de propiedades tales como baja conductividad y un alto coeficiente de expansión térmica que presentan estos materiales. Para abordar este tema se trataran los siguientes tópicos: algo de historia en donde se explica el surgimiento de este tipo de recubrimientos, posteriormente se describen los componentes de un sistema de barrera térmica demostrando sus ventajas y finalmente, los materiales que actualmente son utilizados para ser depositados en forma de recubrimiento de barrera térmica.

Se sintetizaron dos morteros geopoliméricos basados en Metacaolín y residuo de ladrillo, modificados con adiciones orgánicas e inorgánicas para ser utilizados como potenciales recubrimientos sobre concretos. Se evaluaron sus propiedades en estado fresco (fluidez, tiempo de fraguado) y en estado endurecido (resistencia a la compresión y tracción, absorción, porosidad y conductividad térmica). Los resultados muestran la viabilidad de producir morteros Clase R1 y R2 en concordancia con la Norma EN 1504-3 en cuanto a las propiedades mecánicas y se evidencia que los sistemas geopoliméricos producidos presentan menor conductividad térmica comparada a los morteros basados en OPC sugiriendo comportamiento tipo aislante.

Busca la mejora del aislamiento térmico de una mezcla de concreto mediante el empleo de residuos de placas de poliuretano, al que se puede definir como un conjunto de materiales y técnicas de instalación que se aplican en los elementos de construcción para limitar un volumen de control y reducir su transferencia de calor. En tal sentido, este trabajo desarrolla cálculos de transmisión de calor de elementos de construcción.
Tesis

La industria peruana ha prestado poca atención, a pesar de la relación directa entre el ahorro energético y ahorro económico. El diseño de este dispositivo no solamente tiene como fin la validación de valores para diferentes materiales usados en edificación, sino también puede ayudar a la investigación nuevos materiales, por ejemplo, compuestos de las cuales se quiera saber su comportamiento térmico. Siendo el propósito de la presente tesis, en el área de energía, diseño y selección de los componentes de un dispositivo de acuerdo a la norma ASTM C1043 que permita ensayar materiales usados en edificación para la obtención de las propiedades térmicas, siendo la más conocida la conductividad térmica. Se considera en el diseño la colocación de dos muestras de hasta 30 kg. El diseño se realizó según la metodología de diseño DIN VDI 2221, la norma base usada para el desarrollo de la presente tesis ASTM C1043 y la norma general de la cual se desprende ésta última que es la norma ASTM C177. Así también, para los casos donde no se tenía información alguna en las nomas antes mencionadas, se hizo uso de la norma UNE EN 12664. Por otra parte, se consideró los conocimientos en diseño mecánico como elementos de máquinas, transferencia de calor y resistencia de materiales; además, de conocimiento de manufactura disponible en el mercado peruano, utilización de programas CAD y simulación por el método de elementos finitos. Al final, se obtuvo el diseño del dispositivo que base su principio en el método de la placa caliente con guarda para dos muestras cuyo rango de funcionamiento va desde la temperatura de ambiente (23°C) hasta 65°C aproximadamente según norma, y con dimensiones generales de la máquina de 400x400x552 milímetros de largo, ancho y alto respectivamente. El presupuesto final del equipo es de S/. 22280 Nuevos Soles.
Tesis

La termoelectricitat és una tecnologia prometedora per recol·lectar energia a partir de diferències de temperatura ambientals. El desenvolupament de materials més eficients que converteixin calor en electricitat d’aquesta manera és necessari per obrir nous espais d’aplicació. S’ha demostrat que nanoestructurar un material és una bona manera d’augmentar la figura de mèrit termoelèctrica a materials cristal·lins per mitjà d’una reducció en la conductivitat tèrmica a causa d’un nombre major de col·lisions de fonons. Aquesta tesi té com a objectiu entendre millor processos que afecten el transport tèrmic a materials basats en silici. Al Capítol 1, una introducció general exposa la necessitat de reduir el consum de combustibles fòssils i en general de fer ús d’energies renovables. També, es raona el benefici de poder alterar les propietats tèrmiques d’un material per millorar l’administració de calor en certs sistemes. Al Capítol 2 es fa un resum de la teoria rere el transport tèrmic. Primer, es deriva l‘equació del calor a través del marc de la termodinàmica clàssica i s’introdueixen els fonons com a quasipartícules que transporten calor. L’aplicació de l’equació de transport de Boltzmann sobre electrons i fonons permet entendre l’efecte de diferents mecanismes de col·lisió a la figura de mèrit dels materials, la qual cosa permet raonar vàries estratègies per millorar-la. Al Capítol 3 es desenvolupen les eines necessàries per mesurar la conductivitat tèrmica de nanomaterials. Primer es preparen 2 criòstats i els seus sistemes de control i després s’explica el desenvolupament de 3 sensors. Les estructures suspeses permeten mesurar la conductivitat en membranes i nanofils. S’explica la seva fabricació i es fa un anàlisi exhaustiu de funcionament i d’incerteses. El mètode 3ω s’introdueix per mesurar la conductivitat a capes primes (en direcció perpendicular al pla) i a materials macroscòpics. Es demostra l’origen del voltatge 3ω i es relaciona amb aquestes conductivitats. Finalment es desenvolupa el sensor de 3ω-Völklein per caracteritzar la conductivitat en el pla de capes primes mentre s’estan creixent. Al Capítol 4 es mesura la conductivitat tèrmica de membranes de Si i es troba la reducció esperada pels efectes de mida, així com efectes de confinament a la membrana de 17.5 nm de gruix. A més s’optimitza la nanolitografia per FIB sobre les membranes amb un estudi sistemàtic, tot trobant una resolució de 200 nm amb una dosi de 50 μC/cm2. Al Capítol 5 s’estudia la conductivitat tèrmica de nanofils porosos de Si amb diferents porositats, longituds i mides. Es troba una tendència de la conductivitat amb el diàmetre dels fils que suggereix que el nucli dels fils és menys porós que la closca. La conductivitat del silici estructural resulta ser 50 vegades menor que la del Si macroscòpic, prometent una bona figura de mèrit. Al Capítol 6 es mesura la conductivitat tèrmica d’unes superxarxes de SiGe novedoses, les quals consten de períodes amb gradients de concentració. Mostren conductivitats molt reduïdes, per sota de la capa prima d’aliatge. La mesura de la superxarxa més gruixuda confirma l’absència d’efectes de coherència dels fonons. Al Capítol 7 es mesura la conductivitat tèrmica d’una membrana de nitrur de silici mentre es dipositen capes de TPD (vidre orgànic) i Indi. Els resultats mostren una reducció inicial en la conductància que no es pot explicar per la llei de Fourier, i que és deguda a l’augment de col·lisions difusives entre els fonons i les vores de la capa. Aquest efecte pot ser extrapolat a altres nanomaterials termoelèctrics, reduïnt la seva conductivitat. També es monitoritza la dinàmica de creixement d’ambdós materials a través de la seva senyal en conductància.
Thermoelectricity is a promising technology for scavenging energy from environmental temperature differences. The development of materials that transform heat into electricity in a more efficient way making use of this principle is necessary for opening new application niches. Nanostructuring a material has been demonstrated to increase the thermoelectric figure of merit of crystalline materials via a thermal conductivity reduction driven by enhanced phonon scattering. This thesis is committed to give a better insight into the processes that affect thermal transport in potential Si-based nanomaterials for thermoelectric generation. In Chapter 1, a general introduction exposes the need for reducing fossil fuel consumption and generally using renewable energies. Also, the benefit of tuning the thermal conductivity of materials for thermal management applications is discussed. Chapter 2 provides an overview of the theory behind thermal transport. First, the heat equation is derived from the classical irreversible thermodynamics framework. Then, phonons are introduced as heat carrying quasiparticles. The application of the Boltzmann Transport Equation to both phonons and electrons allows understanding the effect of different scattering mechanisms on the thermoelectric properties of materials. Finally, several strategies for enhancing the figure of merit of materials are reviewed. In Chapter 3, the necessary tools for measuring the thermal conductivity of nanomaterials are developed. Two cryostats are set up along with the temperature control systems that allow measuring at stable temperatures. Later, three sensors are developed for measuring the thermal conductivity of different materials. First, suspended structures intended for measuring the in-plane thermal conductivity of suspended membranes and nanowires are fabricated, and the errors and uncertainties produced in such measurements are characterized. Second, the 3ω method is introduced, allowing the measurement of the out-of-plane thermal conductivity in thin films. The emergence of the 3ω voltage is demonstrated, and the relation between this voltage and the thermal conductivity of the substrate and the thin-film is found. Finally, a sensor for the 3ω-Völklein method is developed, which allows characterizing the in-plane thermal conductivity of thin-films during the layer growth. In Chapter 4, the thermal conductivity of suspended Si membranes is measured, finding the expected reduction in thermal conductivity due to phonon surface scattering, as well as confinement effects in the 17.5 nm thick membrane. Moreover, the nanopatterning of these Si membranes with focused ion beam (FIB) is optimized through a systematic study of its amorphization finding an optimal spatial resolution of 200 nm when using 50 μC/cm2. In Chapter 5, the thermal conductivity of porous Si nanowires is studied for wires with different porosity, length and diameters, showing an unexpected dependence on its diameter that suggests that the wire core is generally less porous than the shell. The structural Si thermal conductivity is found to be one fiftieth of that of the bulk, promising a good thermoelectric figure of merit. In Chapter 6, the thermal conductivity of a novel SiGe graded superlattice is measured, showing a considerable reduction in its thermal conductivity, even below the thin-film alloy limit. The measurement of the thickest superlattice confirms the absence of coherent phonon effects. In Chapter 7, the thermal conductance of a suspended SiNx membrane is measured with a high precision while depositing on it organic (TPD) and metallic (Indium) materials. The results show an initial conductance reduction that cannot be explained with the Fourier law. This reduction is found to be related to an increased diffusive boundary scattering, which could be easily extrapolated to other thermoelectric nanomaterials, reducing their thermal conductivity. Also, the growth dynamics of both materials are characterized through their signal in the conductance.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor
Supone la mejora del aislamiento térmico de una mezcla de concreto mediante el empleo de residuos de placas de poliuretano, al que podemos definir como un conjunto de materiales y técnicas de instalación que se aplican en los elementos de construcción para limitar un volumen de control y reducir su transferencia de calor. En tal sentido, se desarrollan cálculos de transmisión de calor de elementos de construcción.
Trabajo de suficiencia profesional

The current work is focused on two areas related to thermoelectricity: (i) the study of the capability of controlling the thermal conductivity of TEMs and (ii) the development, testing and improvement of an automotive thermoelectric generator (ATEG).The first part of the thesis proposes a novel approach to the use of thermoelectric couples, treating them as variable insulators in thermal systems.The second part of this investigation is focused on exhaust heat recovery development. In the first place, author describes a method to help ATEG design and to predict its performance in terms of fuel economy
Aquest treball se centra en dues àrees relacionades amb la termoelectricitat: (i) l'estudi de la capacitat de controlar la conductivitat tèrmica dels materials termoelèctrics i (ii) el desenvolupament, assaig i millora d'un generador termoelèctric per automoció (ATEG).La primera part de la tesi proposa un nou enfocament sobre l'ús dels materials termoelèctrics, tractant-los com a aïllaments variables en sistemes tèrmics.La segona part d'aquesta investigació se centra en el desenvolupament de la recuperació de calor en tubs d’escapament

En promedio en el Perú el 19% de la población presenta una gran probabilidad de verse afectada por enfermedades respiratorias teniendo porcentajes más altos en departamentos como Apurímac, Ayacucho y Puno. Esta probabilidad aumenta a causa de las heladas, este fenómeno natural hace que las temperaturas lleguen entre 0 a -20°C en promedio, los cuales representan un problema con el que cada año la población de la sierra del Perú tienen que lidiar. Esto se debe a que muchos no cuentan con los medios adecuados para enfrentar estos problemas ya que no tienen una vivienda con las condiciones básicas para poder vivir y asimismo, tampoco cuentan con los recursos económicos para mejorarla. Por ello, luego de realizar un diagnóstico en una comunidad alto andina expuesta a heladas haciendo encuestas a 240 familias (95% de nivel de confianza) sobre las acciones que toman frente a las heladas, actividades cotidianas y el impacto que ellos perciben frente a estos fenómenos, se desarrolló un aislante de fibras. Este aislante está conformado por fibras, cola sintética, aserrín y geomallas, este diseño (0.6 m x 0.5m x 0.04 m) fue validado probándose en un cuarto de una casa de la comunidad y obtuvo un costo de S/. 6.05 y logra reducir el flujo de calor en una vivienda en 26% con respecto a la situación actual siendo así la propuesta más viable. La investigación busca un desarrollo sostenible para la población afectada y que el modelo sea replicable a otras zonas del país.
On average, in Peru 19% of the population has a high probability of being affected by respiratory diseases having higher percentages departments as Apurimac, Ayacucho and Puno. This probability increases by frost, this natural phenomenon makes that the temperature increases between 0 and-20°C average, it represents a problem that every year the highland´s population of Peru have to deal. It happens because they are unprotected without adequate means to face them, people do not have a housing with minimum living conditions or with economic resources to improve. So then make diagnostic in community which are exposed to frost, surveying 240 families (confidence level of 95%.) about actions taken against frost, daily activities and the impact they perceive against these phenomena. Based on the information and after several tests an insulator is made based on fibers, synthetic, sawdust and geogrids tail, this design (0.6 m x 0.5 m x 0.04 m) was validated being tested in a room of a house in the community and obtained a cost of S /. 6.05 and reduce the flow of heat in a housing 26% compared to the current situation. Research seeks sustainable development for the affected population and that the model proposed is replicable to other areas of the country.
Tesis

En el presente trabajo se ha realizado el diseño del evaporador del ciclo Rankine orgánico, el cual cumple con la disponibilidad de espacio requerido y la caída de presión admisible. A su vez, este diseño garantiza la transferencia de calor de los gases de combustión hacia el refrigerante R123. Para el diseño del evaporador se comenzó por determinar las propiedades termodinámicas y termofísicas del refrigerante R123. A su vez, se determinó la composición de los gases de combustión, temperatura de entrada, flujo másico y propiedades termofísicas de cada componente de los gases. Por lo tanto, las condiciones nominales de operación son las siguientes: presión absoluta de evaporación de 2 MPa, temperatura de condensación de 330 K, flujo másico del refrigerante R123 de 4 kg/s, temperatura de entrada de los gases de combustión 740 K y flujo másico de los gases de combustión 4.35 kg/s. Finalmente, se realizó el diseño del evaporador definiendo la geometría, número de pasos, número de tubos y separación entre tubos. De acuerdo a este análisis, se determinó que el área superficial requerida para la eficiente transferencia de calor es 37.7 m2, por lo tanto, se seleccionaron 250 tubos de ¾” de diámetro nominal y una longitud de 2.5 m.
Tesis

La presente tesis doctoral versa sobre el transporte de calor llevado a cabo por los fonones en sólidos cristalinos semiconductores. La motivación de este trabajo es doble. En primer lugar, se pretende contribuir a entender mejor cómo funciona el transporte de calor a distintas escalas de tamaño: desde semiconductores con tamaño bulk (del orden de milímetros o mayores) hasta semiconductores nano-estructurados, como por ejemplo nanocables o láminas finas, cuyos tamaños característicos están en la escala nanométrica. La intención es describir dicho transporte de calor en estas escalas en un amplio rango de temperaturas, prestando especial atención a las colisiones entre fonones, pues son la causa intrínseca de la propagación del calor en los sólidos cristalinos semiconductores. En segundo lugar, se pretende mejorar la capacidad de predicción a la hora de describir el comportamiento de la conductividad térmica de los semiconductores más comunes por su implicación en procesos termoeléctricos, como son el silicio, el diamante, el germanio y el bismuto de telurio. Para lograr alcanzar estos objetivos, es necesario formular un nuevo modelo que nos permita superar las dificultades asociadas a los modelos ya existentes, con el objetivo de cumplir dos condiciones muy deseables. Por un lado, obtener una expresión general para la conductividad térmica válida para diferentes materiales, que pueda ser aplicada a muestras de dichos materiales con diferentes composiciones isotópicas, diferentes tamaños (desde la macro hasta la nano-escala) y con diferentes geometrías. Por otro lado, dicha expresión deberá tener el menor número posible de parámetros ajustables para asegurar la fiabilidad del modelo. La potencialidad de dicho modelo radicaría en servir como herramienta a la hora de guiar el diseño de dispositivos termoeléctricos más eficientes. La presente tesis se organiza en 8 capítulos ordenados de la siguiente manera: En el capítulo 1 se contextualiza el tema en el que está enmarcado el presente trabajo de investigación y se presentan los conceptos físicos necesarios para trabajar con el transporte fonónico. En el segundo capítulo se desarrolla la dinámica de la red para los distintos materiales que serán objeto de estudio en el presente trabajo, en particular se aplica el modelo Bond-charge para obtener las relaciones de dispersión y la densidad de estados de los semiconductores del grupo IV (silicio, germanio, diamante y estaño gris) y análogamente se aplica el modelo Rigid-ion sobre el bismuto de telurio para obtener sus relaciones de dispersión y densidad de estados. Los tiempos de relajación apropiados para dichos materiales se discutirán en detalle en el capítulo 3, proponiendo nuevas expresiones empíricas para describir las interacciones fonón-fonón. En el capítulo 4 se introducen y discuten los modelos de conductividad térmica más representativos de la literatura y a continuación se presenta un nuevo modelo para predecir la conductividad térmica: el modelo Kinetic-collective, cuya principal característica consiste en interpretar el transporte de calor en dos regímenes diferentes, el primero de ellos de tipo cinético donde los fonones son tratados como partículas libres y el segundo de tipo colectivo donde todos los fonones que participan en el transporte pierden su individualidad y se comportan como una colectividad de partículas. En el capítulo 5 el modelo Kinetic-collective se aplica a silicio bulk con diferentes composiciones isotópicas, y a varias muestras de silicio nanoestructuradas con diferentes geometrías y tamaños efectivos. Se obtienen predicciones de la conductividad térmica en un amplio intervalo de temperaturas que concuerdan satisfactoriamente con las medidas experimentales y se discuten diversos aspectos novedosos sobre el transporte fonónico. En el capítulo 6 el modelo Kinetic-collective se aplica al resto de materiales componentes del grupo IV de semiconductores y se obtiene una relación teórica que nos permite predecir los valores de los parámetros libres asociados a los tiempos de relajación de dichos materiales y así poder predecir sus conductividades térmicas sin la necesidad de añadir nuevos parámetros. En el capítulo 7 vamos un paso más allá y aplicamos el modelo a bismuto de telurio, obteniendo predicciones de la conductividad térmica para nanocables con diferentes diámetros y discutimos los resultados en vista a posibles aplicaciones termoeléctricas. Finalmente, el capítulo 8 está dedicado a recoger las principales conclusiones de este trabajo de investigación y a indicar posibles líneas futuras de trabajo surgidas a consecuencia de los resultados obtenidos.
The aim of this theoretical work is twofold. First, to contribute to a better understand- ing of phonon heat transport in bulk and nanostructured semiconductors, like thin-films or nanowires, in a wide range of temperatures, paying special attention to phonon-phonon col- lisions. Second, to improve the prediction capability of the thermal conductivity of the most common semiconductors. To achieve this, it becomes necessary the formulation of a new model allowing us to overcome the diculties associated to the existing models, with the aim to fulfill two desirable conditions: to provide a general expression for the thermal conduc- tivity, valid for several materials with di↵erent size-scales and geometries in a wide range of temperatures, and to have the smallest number of free adjustable parameters to assure the reliability of the model. The potentiality of such model would be to serve as a useful tool to design more ecient thermoelectric devices. The fruit of our study is the Kinetic-collective model which is developed in the framework of the Boltzmann transport equation as a natural generalization of the Guyer-Krumhansl model. Since phonon interactions are the source of thermal resistance, they deserve a special discussion in any thermal conductivity study. Precisely, the keystone in our work is the treatment of phonon-phonon collisions regarding their di↵erent nature. The prediction capability of the model need to be tested on several materials. In particular, we study five materials with thermoelectric interest. In first place, silicon, because it is an ideal test material due to the considerable amount of experimental data available in the literature, and because of its inherent scientific and technological importance. Secondly, we extend our study to other materials with the same lattice structure as silicon, that is the family of group IV element semiconductors (germanium, diamond, silicon and gray-tin), which also have been object of intense study, specially germanium, due to the recent and fast development of SiGe alloys and superlattices. Finally, we finish our study with a more complicated material regarding its lattice structure, bismuth telluride, which is known to be a very ecient thermoelectric material due to its high figure of merit. The Thesis is arranged in eight Chapters. The lay out is as follows: Chapter 1 con- textualizes the topic of the work and briefly introduces the basic physics related to phonon transport. In Chapter 2 the fundamental quantity necessary for considering any thermal property, the phonon dispersion relations, have been obtained for the materials under study. For this purpose, two lattice dynamics models are used: the Bond-charge model for group-IV semiconductors (silicon, germanium, diamond and gray-tin), and the Rigid-ion model for bismuth telluride (Bi2Te3). Along with their corresponding phonon dispersion relations, phonon density of states and specific heat results are also presented. The phonon relaxation times that suit these materials are discussed in Chapter 3, where new expressions to account for the phonon-phonon collisions are also presented. In the first part of Chapter 4 the most represen- tative thermal conductivity models to date are introduced and discussed, in the second part, a new model to predict the thermal conductivity, the Kinetic-collective model, is presented and its conceptual di↵erences and advantages with respect to previous similar models are discussed. In Chapter 5 the Kinetic-collective model is applied to silicon bulk samples with di↵erent isotopic composition and several nanostructured samples with di↵erent geometries (thin-films and nanowires) obtaining predictions for their thermal conductivity in a wide in- terval of temperatures. Some novel aspects of phonon transport arising from these results are discussed. In Chapter 6 the Kinetic-collective model is applied to the other group-IV materials using theoretical expressions to predict their relaxation times and, eventually, their thermal conductivity. Results for several samples with di↵erent isotopic compositions in a wide range of temperature are presented and discussed. In Chapter 7 the Kinetic-collective model is applied to Bi2Te3, providing thermal conductivity predictions for nanowires with several diameter values, and the results are discussed in view of possible applications in ther- moelectricity. Finally, in Chapter 8 the main conclusions of this Thesis are summarized and possible future lines of work stemming from its several results are discussed.

En esta tesis se ha llevado a cabo un estudio del proceso de dispersión de nanopartículas de distinta naturaleza en agua para su posterior aplicación como fluido térmico. Los materiales nanopartículados utilizados en el estudio han sido óxidos ( sílice, alúmina y óxido de cobre II) y materiales en base carbono (nanotubos de pared única y múltiple y nanopartículas de grafeno). dos en el estudio han sido óxidos ( sílice, alúmina y óxido de cobre II) y materiales en base carbono ( nanotubos de pared única y múltiple y nanopartículas de grafeno). Tras la caracterización inicial de los materiales adquiridos se han estudiado diferentes mecanismos de dispersión de las nanopartículas, analizándose el efecto de cada uno de ellos en la obtenención de nanofluidos estables aracterizando su estabilidad con distintas técnicas instrumentales. Para evaluar la idoneidad de los nanofluidos preparados como fluidos térmicos se ha medido la conductividad térmica y viscosidad de todos ellos a distintas temperaturas de ensayo, modelizando además su comportamiento y el coste final de los distintos nanofluidos preparados.
In this thesis, a study of the process of dispersion of nanoparticles of different nature in water for its subsequent application as a thermal fluid has been carried out. The nanoparticle materials used in the study have been oxides (silica, alumina and copper II oxide) and carbon-based materials (single and multiple wall nanotubes and graphene nanoparticles). After the initial characterization of the acquired materials, different dispersion mechanisms of the nanoparticles have been studied, analyzing the effect of each one of them in obtaining stable nanofluids, characterizing their stability with different instrumental techniques. In order to evaluate the suitability of the nanofluids prepared as thermal fluids, their thermal conductivity and viscosity have been measured at different test temperatures, also modelling their behaviour and the final cost of the different prepared nanofluids.

El texto reúne los contenidos del curso semestral Ecuaciones Diferenciales Parciales que se dicta desde agosto de 2002 en la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la UNLP para alumnos avanzados. Se requiere por parte del lector de una formación básica sobre Análisis Matemático en una y varias variables reales y en variable compleja, así como sobre Álgebra y Álgebra Lineal. Se halla organizado en ocho capítulos, y seis apéndices que incluyen material complementario. En estas notas desarrollaremos parte de lo que es una teoría general y clásica de EDP. El capítulo 1 desarrolla la teoría de integración de las ecuaciones generales de primer orden, presentando el método de las características para la obtención de soluciones generales, introduce los distintos tipos de soluciones o superficies integrales y trata la resolución de un problema de valor inicial o problema de Cauchy, discutiendo las condiciones necesarias y suficientes para la existencia de una solución única. El capítulo 2 aborda la clasificación y reducción a sus formas normales de las EDP de segundo orden. El capítulo 3 se dedica al estudio con cierto detalle de la ecuación de ondas en una dimensión espacial, paradigma de las ecuaciones lineales hiperbólicas. El estudio de procesos de conductividad térmica o difusión en una dimensión espacial descriptos por el arquetipo de las ecuaciones lineales parabólicas se incluye en el capítulo 4. La teoría relativa a la ecuación de Laplace y los problemas de contorno a ella asociados se aborda en el capítulo 5, brindando una detallada descripción de las condiciones necesarias para que los problemas sean ”bien planteados"; también se presentan interesantes propiedades de las funciones armónicas de frecuente aparición en el planteo matemático de problemas de la física. Las ecuaciones hiperbólicas y parabólicas en más de una dimensión espacial se estudian en los capítulos 6 y 7. El capítulo 8 presenta la teoría de los potenciales de volumen y de superficie, de doble y simple capa, y su aplicación al tratamiento de problemas de contorno para las ecuaciones de Laplace, Poisson y la ecuación de Helmholtz mediante la resolución de ecuaciones integrales. Los apéndices A, B y D cubren tópicos que resultan auxiliares para el abordaje de los problemas de contorno objeto de estudio de modo que el texto sea autocontenido. El método de separación de variables tratado en C constituye un tema importante que nos conducirá a los problemas de Sturm-Liouville y sus autovalores, resultados que se aplican en varios de los problemas resueltos y se describen en el apéndice E. Finalmente, el apéndice F brinda una introducción a los métodos de resolución de ecuaciones integrales. El libro contiene numerosos ejemplos resueltos, con el propósito de consolidar la comprensión de los tópicos abordados, y también un buen número de problemas propuestos, con sus soluciones respectivas, destinados a desarrollar en el lector la habilidad de resolverlos y el dominio de las estructuras matemáticas a ellos asociados.

En la transmisión y la distribución de energía eléctrica en las grandes áreas urbanas de los países desarrollados es frecuente el soterramiento de cables de alta tensión, aprovechando así las ventajas estéticas, ecológicas y técnicas que este procedimiento puede aportar. HeidelbergCement ha desarrollado dos nuevos materiales que optimizan el uso de los cables soterrados y abren nuevas posibilidades en la tecnología de cables: uno de ellos es CableCem un material fluido de base cementicia y baja resistencia, que presenta propiedades de flujo similares a las suspensiones de bentonita, pero con mayor estabilidad y rentabilidad a largo plazo. El otro, es Powercrete, un hormigón especial con una alta conductividad térmica, hasta 6 W / (K m), para el relleno de zanjas de cables, lo que posibilita alternativas novedosas en la transmisión de energía, que van desde el cambio de la configuración de los cables en la zanja hasta la sustitución del cable de cobre por el cable de aluminio. En este artículo se describen las características de este hormigón de alta conductividad térmica, se exponen sus posibilidades de uso y la influencia que puede suponer su utilización en la eficiencia económica de los sistemas de cable. Para mostrar la viabilidad del Powercrete, hablaremos de algunas de las aplicaciones “in situ” llevadas a cabo en Europa y al objeto de transmitir un mejor conocimiento de este hormigón especial, revisaremos con mayor detalle dos de los proyectos más recientes: el proyecto K-ER34-IDDTS, consistente en la monitorizacíón de la temperatura en instalaciones en cable aislado construido por REE en el Nudo Viario –Zal(Barcelona), en el que se ejecutaba una instalación de cable de unos 10Km, y en la que se empleó Powercrete como material de relleno,y el proyecto Rheindüker en Colonia, una obra para el suministro de energía desde una nueva central de ciclo combinado Niehl 3 a zonas residenciales, en donde se ejecutó un túnel bajo el Rin y en la que se utilizó Powercrete en el relleno del mismo. DOI: http://dx.doi.org/10.4995/HAC2018.2018.5380

Los hormigones ligeros representan, hoy en día, una alternativa interesante en la industria de la construcción. Caracterizados por su baja densidad y moderada resistencia mecánica, son excelentes aislantes térmicos y acústicos. Dentro de este tipo de materiales, se clasifica el hormigón celular. Se trata de una pasta o mortero de cemento Portland con un sistema cerrado de microburbujas de aire que ocupa hasta el 85% del material. Este sistema se puede generar mediante la adición de: i) agentes tensoactivos; o ii) agentes generadores de gas. Entre estos últimos se encuentran el polvo de aluminio metálico (por generación de hidrógeno molecular) y el agua oxigenada (por generación de oxígeno molecular). Una forma de obtener este tipo de hormigones celulares con menor impacto medioambiental es por medio del uso de matrices geopoliméricas, de modo que el cemento portland es sustituido por un precursor y una disolución activadora alcalina. En este trabajo se estudia el efecto que produce el agua oxigenada en sistemas geopoliméricos basados en residuo de catalizador de craqueo catalítico (FCC). El activador es una mezcla de hidróxido sódico y de silicato sódico, el cual produce la formación de geles N-A-S-H. Dicho medio altamente alcalino también activa la descomposición del agua oxigenada, que evoluciona originando oxígeno molecular. Este gas es atrapado por la matriz del material en estado fresco y da lugar a un material celular con poros que van desde unas pocas micras hasta millares de micras. Los materiales resultantes se han caracterizado a nivel microestructural (químico y físico) y a nivel mecánico, y se ha medido sus propiedades térmicas. Así, se ha analizado el tipo de productos cementantes generados por medio de la termogravimetría, FESEM/EDS y de la difracción de rayos X. Se ha caracterizado la distribución de la estructura porosa por medio de las microscopías óptica y electrónica con el objeto de evaluar el tamaño de los poros. Se ha determinado la resistencia mecánica a compresión y, finalmente, se ha evaluado la conductividad térmica asociada a este tipo de materiales, comparando con los valores obtenidos en otros hormigones celulares tanto de cemento portland como otros sistemas geopoliméricos.DOI: http://dx.doi.org/10.4995/HAC2018.2018.6453