Tesis doctorales DIMEM - MEMIS Doktoretza tesiak

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http://hdl.handle.net/2454/14778

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Medios anisótropos transparentes: superficie indicatriz de reflectancia natural y su relación con las constantes ópticas del medio
(Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa, 1997) Diñeiro Rubial, José Manuel; Alfonso Ábrego, Santiago; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
En este trabajo se contribuye al desarrollo en la caracterización de los medios biáxicos transparentes completando, además, la de los uniáxicos, todo ello bajo el concepto de la Superficie Indicatriz de Reflectancia Natural. Este desarrollo nos llevará a la obtención de expresiones que nos van a permitir, de un modo sencillo, calcular los índices de refracción de medios transparentes utilizando técnicas de microscopía de reflexión con luz natural en incidencia perpendicular.
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Modelización y análisis del proceso de forja de componentes mecánicos obtenidos a partir de material nanoestructurado
(2013) Salcedo Pérez, Daniel; Luis Pérez, Carmelo; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
This Ph. D. Thesis deals with the feasibility of manufacturing mechanical components with submicrometric and/or nanometric structure by means of materials previously SPD processed with ECAE. To this end, a preliminary study on the assessment of the previously ECAE processed AA5083 flow rules is made as a function of temperature and forging velocity. Subsequently, the design of the dies required for the forging of this material is carried out and experimental tests are performed with the equipment belonging to the Public University of Navarre in order to analyse the mechanical properties of the manufactured mechanical elements. In addition, finite element simulations of both traditional forging and isothermal forging are carried out comparing these results with those obtained in the real tests. It is shown that a high degree of accuracy is achieved in the results obtained. Furthermore, a comparative study is made between the traditional forging and the isothermal forging when different mechanical components are manufactured both annealed or previously ECAE processed. With the present Ph. D. Thesis, a complete and deep study is made on the forging of previously SPD processed material with ECAE. This widens the knowledge about this kind of materials and it demonstrates the feasibility of obtaining mechanical elements with submicrometric and/or nanometric structure.
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Object-oriented modeling for the transient performance simulation of solar thermal power plants using parabolic trough collectors: a review and proposal of modeling approaches for thermal energy storage
(2014) Zaversky, Fritz; Astrain Ulibarrena, David; Sánchez González, Marcelino; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
La intención de este trabajo es extender las técnicas actuales de modelización del almacenamiento térmico activo directo y activo indirecto, con dos tanques y sales fundidas como medio de almacenamiento. Con el objetivo de conseguir aumentar el conocimiento sobre su comportamiento térmico y los aspectos operacionales, los modelos desarrollados deben permitir la evaluación del sistema de almacenamiento térmico en condiciones transitorias. Así, la parte principal de este trabajo (la Parte II) se centra en la modelización y evaluación del comportamiento de los intercambiadores de calor para la tecnología de almacenamiento térmico activo indirecto, que emplea sales fundidas (60% en peso de nitrato sódico, NaNO3, y 40% en peso de nitrato potásico, KNO3) como medio de almacenamiento y aceite térmico (una mezcla de difenilo, C12H10, y oxido de difenilo, C12H10O) como fluido caloportador. Asumiendo un diseño de intercambiador de calor del tipo carcasa y tubos, el comportamiento del proceso de intercambio de calor entre el medio de almacenamiento y el fluido caloportador se analiza en detalle, considerando condiciones de operación estacionarias y transitorias bajo cargas nominales y parciales. El modelo estacionario proporciona información útil sobre el coeficiente global de transmisión de calor y los rangos de variación de pérdidas de carga para dos configuraciones de intercambiadores de calor específicas. Se demuestra que la configuración de dos intercambiadores en paralelo supera a la configuración convencional de un único intercambiador en funcionamiento. Por otro lado, la evaluación del modelo transitorio suministra paráametros típicos del proceso como la ganancia, el tiempo muerto y la constante del tiempo para el modo de carga y descarga, en condiciones nominales y parciales. Además, se ha obtenido un modelo transitorio del tanque de almacenamiento a alta temperatura razonablemente simple, el cual es muy adecuado para simulaciones del comportamiento de centrales CSP en su conjunto. En el estudio se ha demostrado que las pérdidas térmicas por convección natural en la atmosfera de gas encima de la superficie libre de las sales fundidas se pueden omitir en el modelo, causando errores despreciables. También, se pueden asumir coeficientes de convección constantes entre la superficie de las paredes del tanque y las sales fundidas. Sin embargo, la transmisión de calor por radiación entre la superficie libre de las sales fundidas y las paredes interiores del tanque, que no están en contacto con las sales, deben de ser consideradas, dada su importante influencia en las pérdidas totales. Además, debido al modelado de la trasmisión de calor por las paredes del tanque en modo transitorio y al cálculo preciso de la temperatura de la superficie exterior, la influencia que las condiciones de contorno ambientales tienen sobre las pérdidas de calor, pueden ser caracterizadas de manera mucho más adecuada que mediante métodos cuasi-estacionarios, que solo tienen en cuenta la temperatura ambiente. Finalmente, la Parte III trata de la aplicación de los modelos desarrollados para los componentes del almacenamiento térmico, a un modelo exhaustivo y completo de una central de captadores cilindro-parabólicos a nivel global. De este modo se simula, no solo el comportamiento del sistema de almacenamiento térmico activo indirecto, sino también las respuestas de la central solar térmica al completo, debido a los cambios en las condiciones de contorno ambientales. Se observa que la inercia térmica del sistema de almacenamiento activo indirecto es muy considerable, influyendo de manera notable en los rápidos cambios de carga necesarios para capturar la mayor cantidad posible de la energía solar disponible, y para alimentar el bloque de potencia con una potencia térmica constante, independientemente de la actual radiación solar. Por último pero no menos importante, los modelos presentados han sido desarrollados de manera flexible, bien estructurada y con una programación orientada a objetos, particularmente dando importancia a una implementación independiente de la plataforma de simulación, hecho que ha sido llevado a cabo utilizando el lenguaje de modelación Modelica. Este es un lenguaje de modelizado de sistemas físicos multiobjetivo, que ha sido desarrollado en un esfuerzo internacional para unificar las técnicas de simulación ya existentes y para permitir el intercambio fácil de los modelos y librerías de modelos que se desarrollen. El concepto de Modelica se basa en modelos no causales que utilizan ecuaciones diferenciales ordinarias y algebraicas.
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Caracterización de fundiciones de grafito esferoidal y matriz ferrítica, resistentes al impacto a baja temperatura
(2015) Suárez Sanabria, Alberto; Fernández Carrasquilla, Javier; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
El material elegido por los diseñadores de las turbinas eólicas para varios de sus componentes de gran tamaño es la fundición de grafito esferoidal denominada EN-GJS-400- 18-LT. Este tipo específico de fundición pertenece a la norma europea “EN-1563: Fundiciones. Fundición de grafito esferoidal”. Exige esta especificación que, en una probeta adosada a la pieza moldeada, se superen unos valores mínimos de resistencia al impacto Charpy a -20ºC, y de resistencia a la tracción, límite elástico y alargamiento a temperatura ambiente. Pero no obliga a que se emplee una composición química determinada. Un problema añadido es que algunos compradores de aerogeneradores piden que se cumplan los valores mínimos en cualquier localización de la pieza, como por ejemplo en los centros térmicos. Además, esos valores mínimos deben obtenerse en estado de bruto de colada, ya que un recocido de ferritización, aunque podría hacer que se cumpliese con la especificación, resultaría muy costoso, dada la gran masa y dimensiones de los componentes. Este trabajo intenta optimizar la composición química con la que se fabrican este tipo de fundiciones, de forma que la microestructura que se obtenga permita que se cumpla la especificación EN-GJS-400-18-LT en cualquier localización. A partir de una composición química industrial con la que se fabrican bujes para aerogeneradores, se ha estudiado en primer lugar una disminución en el contenido de silicio. En segundo lugar, se analiza la incorporación de níquel a la composición ya reducida en silicio. Se utilizan, por tanto, tres composiciones químicas diferentes. También se estudia la influencia de diferentes velocidades de solidificación y enfriamiento sobre la microestructura y las propiedades mecánicas, mediante tres tamaños de sección distintos para cada una de las tres composiciones químicas. Se han fundido a tal efecto tres escaleras de idénticas dimensiones, una para cada composición. Además, se caracteriza la tenacidad de fractura de cada sección y composición química mediante la mecánica de fractura elastoplástica.
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Desarrollo de nuevos procesos de fabricación de nanoestructuras para aplicaciones ópticas avanzadas basados en litografía por interferencia láser
(2015) Cornago Santos, Ignacio; Bravo Larrea, Javier; Rodríguez Trías, Rafael; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua: 264/01/08; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua: IIQ11902.RA1; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua: IIM13156.RI1; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua: IIQ14076.RI1; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua: IIQ14598.RI1; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua: 485/2010
En esta tesis doctoral se presentan varios procesos de fabricación de nanoestructuras periódicas mediante litografía por interferencia láser, desarrollados para diferentes aplicaciones. En la primera parte se muestra el estudio y la optimización de los procesos de preparación de muestra, formación de patrón y transferencia. Las principales aplicaciones para las que se han desarrollado estos procesos se recogen en la segunda parte, y pueden englobarse en dos grandes grupos: superficies nanoestructuradas anti-reflectantes y nanoestructuras utilizadas como biosensores. Para superficies anti-reflectantes, se presentan varios procesos de fabricación de nanoconos de sílice y de silicio. Entre otros resultados se ha fabricado una oblea de sílice con nanoconos de relación de aspecto 3 en ambas caras que presenta una transmitancia superior al 99% entre 400 nm y 500 nm de longitud de onda en incidencia normal. Por otro lado, con el objetivo de minimizar la reflexión en células solares para mejorar su eficiencia, se presenta también un novedoso proceso de fabricación de nanoestructuras sobre los sustratos no pulidos utilizados comúnmente en la industria fotovoltaica, que tienen una rugosidad RMS de 750 nm. Se ha nanoestructurado uno de estos sustratos con pilares de 300 nm de diámetro, 220 nm de altura y 375 nm de periodo, en un área de 8 cm x 8 cm con un total nanoestructurado del 75%. Además, se ha integrado en una célula solar mostrando una reflectancia inferior al 10% en incidencia normal en el rango de 500 nm a 1.000 nm de longitud de onda, y una eficiencia del 15,56%. En cuanto a la fabricación de superficies nanoestructuradas para biosensores, se han fabricado nanoestructuras para dos tipos: biosensores basados en el fenómeno de la resonancia del plasmón superficial localizado (LSPR), y biosensores basados en nanopilares resonantes (RNP). En el primer caso, se presentan procesos de fabricación de varios tipos de nanoestructuras periódicas de oro sobre vidrio: patrones de líneas, pilares y agujeros. Algunas de las nanoestructuras fabricadas se han utilizado como transductor de un biosensor LSPR, obteniendo unos límites de detección de proteínas en concentraciones en torno a 6·10-9 moles/litro. Por último, se presenta el desarrollo de un proceso de fabricación de RNP compuestos por una multi-capa de SiO2 y Si3N4. Se han fabricado varios chips con RNP de diferentes dimensiones, y se han utilizado como transductores de sensores de cambios de índice de refracción como prueba de concepto, mostrando una sensibilidad alta en comparación con los valores de sensibilidad publicados recientemente.
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Estudio y optimización de los sistemas de intercambio de calor en generación termoeléctrica aplicada al aprovechamiento del calor residual
(2015) Aranguren Garacochea, Patricia; Astrain Ulibarrena, David; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
La presente tesis doctoral estudia el aprovechamiento del calor residual mediante generación termoeléctrica para la obtención de potencia eléctrica generada gracias al efecto Seebeck. Dos son las aproximaciones empleadas, la simulación computacional, empleando variables obtenidas experimentalmente y la experimentación de escenarios reales. Ambas dos han obtenido valores muy prometedores para la generación eléctrica a través de los gases residuales. Con el desarrollo de esta tesis doctoral, se contribuye en gran medida al aumento de la eficiencia energética de los procesos industriales, así como a la reducción de la emisión de gases contaminantes al ambiente, aportando su granito de arena a la sostenibilidad del sistema energético.
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Desarrollo de procesos termoquímicos para el tratamiento simultáneo de envejecimiento y nitruración en plasma de aceros maraging
(2015) Fernández de Ara, Jonathan; García Lorente, José Antonio; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
El trabajo de investigación que se describe en esta tesis persigue un objetivo fundamental, que es el desarrollo de procesos de nitruración en plasma activados por arco eléctrico, susceptibles de ser trasladados a escala industrial, que permitan simultanear la propia nitruración con el tratamiento térmico específico de envejecimiento por precipitación de los aceros maraging. El trabajo identificó las condiciones de tratamiento ideales para el tratamiento del acero maraging, estudiando la influencia de la temperatura en los procesos de nitruración y envejecimiento, la presión del proceso, el potencial aplicado sobre las muestras (vías), así como la adición de hidrógeno al plasma. La principal conclusión de la tesis es que es posible la ejecución de los tratamientos simultáneos de envejecimiento y nitruración de los aceros maraging, habiéndose obtenido propiedades comparables, e incluso en algunos casos superiores, respecto al material tratado en dos etapas. En particular, los tratamientos termoquímicos desarrollados han conseguido una mejora muy notable de las propiedades superficiales de estos materiales en relación a su dureza superficial, resistencia a la corrosión y especialmente de su resistencia al desgaste abrasivo
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Adaptación de un motor de combustión interna alternativo de gasolina para su funcionamiento con hidrógeno como combustible. Aplicaciones energética y de automoción
(2016) Sáinz Casas, David; Diéguez Elizondo, Pedro; Gandía Pascual, Luis; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
En esta tesis doctoral se presentan los trabajos de investigación realizados recientemente en la Universidad Pública de Navarra sobre la conversión de motores de gasolina para su funcionamiento con hidrógeno, así como el desarrollo de aplicaciones demostrativas prácticas empleando estos motores. Esta línea de investigación es continuación de la producción electrolítica de hidrógeno con energía eólica [15-17]. El objetivo principal de esta tesis es la demostración práctica de la viabilidad de la conversión de motores de encendido provocado de gasolina para su funcionamiento con hidrógeno. Para la consecución de este objetivo ha sido necesaria la consecución de objetivos secundarios como son: la habilitación de la celda de ensayos, instalación del motor y sus modificaciones y la instalación del sistema de adquisición y tratamiento de datos.
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Modelado simbólico para la simulación en tiempo real de sistemas multicuerpo
(2016) Plaza Puértolas, Aitor; Ros Ganuza, Javier; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
Esta tesis se sitúa dentro del contexto de los métodos simbólicos en la dinámica de sistemas multicuerpo y recoge la experiencia de 25 años en este contexto. La situación anterior a la tesis era la de una librería simbólica C++ que permitía plantear las ecuaciones dinámicas de la mecánica pero con ciertas limitaciones. La más importante posiblemente eran los grandes tiempos de ejecución para la generación de las ecuaciones del sistemas dinámico (código en C que luego se compila para obtener un ejecutable) que incluso para problemas simples podía tardar horas. Además, la exportación de las ecuaciones dinámicas no era óptima en el número de operaciones. El doctorando ha estado involucrado en diversos proyectos de investigación, en uno de ellos (el más demandante respecto a las ecuaciones dinámicas) se modelaba una locomotora de ferrocarril, que tardaba en general las ecuaciones dinámicas unos 8000s y se necesitaba MAPLE para optimizar las ecuaciones, ya que no eran muy óptimas. Después de la tesis el tiempo de generar las ecuaciones es 800s y el número de operaciones del código generado es el 50% y MAPLE no es necesario. Estas cifras son extrapolables a otros problemas. El estado del arte en multicuerpo simbólico son los trabajos de J.C. Samin y P. Fisette, al menos en lo que se refiere a publicaciones, aunque J. McPhee ha colaborado en la creación de MapleSym, que es un motor simbólico de renombre. Hay también otros trabajos como el sofware NewEuler 2C y 2M. Los más avanzados son los que utilizan formulaciones recursivas, pero están limitados por la implementación que ellos realizan en su software y por el tipo de coordenadas. En esta tesis doctoral se ha desarrollado un algebra de operadores y estructuras de datos de la dinámica que permiten la implementación de cualquier formalismo con cualquier tipo de coordenadas y obtener unas ecuaciones simbólicas muy óptimas. Con lo cual se eliminan las limitaciones del formalismo y del tipo de coordenadas. Esto presenta innumerables ventajas. Además, los tiempos computacionales y la calidad del código generado es similar al de estos que tomamos como referencia. Finalmente, se presenta un algoritmo que evitaría la aparición de expresiones susceptibles de simplificación trigonométrica, que es uno de los problemas más graves en la generación de ecuaciones simbólicas óptimas. Para ello, se propone un nuevo algebra de vectores, denominados extendidos, que pasa desapercibida al usuario, y que permitiría la generación de código más óptimo, más rápido y con menores recursos de memoria. Todos los demás algoritmos simbólicos existentes en un momento u otro requieren simplificar trigonométricamente si quieren obtener expresiones lo más óptimas posibles.
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Análisis y modelización de los parámetros de influencia en la electroerosión por penetración de materiales de baja mecanizabilidad
(2016) Torres Salcedo, Alexia; Puertas Arbizu, Ignacio; Luis Pérez, Carmelo; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
En la presente tesis doctoral se realiza un análisis y una modelización de los parámetros de mayor influencia en la electroerosión por penetración de tres materiales de baja mecanizabilidad. En concreto, el estudio se centra en la aleación Inconel® 600 (Special Metals Corporation) y en las cerámicas diboruro de titanio (TiB2) y carburo de silicio infiltrado con silicio (SiSiC). Actualmente, estos materiales resultan de gran interés para aplicaciones industriales en los sectores aeronáutico, nuclear y automotriz, debido a la combinación de buenas propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y extremada dureza a altas temperaturas. Para llevar a cabo dicho estudio, se emplean metodologías basadas en el Diseño de Experimentos (DOE), para la planificación y selección de los valores de los parámetros, así como para la obtención de modelos matemáticos que permitan predecir las condiciones óptimas de mecanizado. Asimismo, se determinan tablas tecnológicas, para dichos materiales, en función de los parámetros de diseño: intensidad, tiempo de impulso y rendimiento, en los rangos de estudio considerados. A partir de estas tablas, es posible predecir la obtención de una determinada rugosidad superficial en base a dos estrategias de mecanizado consistentes en maximizar la tasa de eliminación de material, o bien, en minimizar el desgaste del electrodo. Para la generación de las tablas tecnológicas, se emplean los valores experimentales y, en aquellos casos donde no sea posible disponer de datos experimentales, se emplean métodos de optimización no lineal para predecir dichos valores, utilizando los modelos matemáticos generados, en base a los resultados experimentales. Además, se hace uso de microscopía electrónica de barrido (SEM), con objeto de obtener información relativa a la topografía de las superficies resultantes tras la EDM. Finalmente, se propone un nuevo parámetro denominado ‘densidad de energía’ con el fin de profundizar en el estudio del proceso de EDM.
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Influencia de los procesos de obtención de la aleación de aluminio-silicio AA380 en las propiedades mecánicas y el comportamiento frente a corrosión: High Pressure Die Casting (HPDC) frente a Semi Solid Rheocasting (SSR)
(2016) Solaberrieta Ostolaza, Leire; Fernández Carrasquilla, Javier; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
El principal objetivo de esta tesis doctoral es estudiar la influencia de los procesos de fundición y conformado de las aleaciones Aluminio-Silicio en sus propiedades mecánicas y comportamiento frente a corrosión. Se ha seleccionado una aleación de gran interés para la industria de automoción como es la AA380 (L-2630 en la norma UNE) y se han obtenido muestras mediante dos procesos de conformado diferentes: el más comúnmente empleado por la industria en la última década (High Pressure Die Casting -HPDC) y uno de los nuevos procesos emergentes que están implantando las empresas más avanzadas del sector (Semi Solid Rheocasting - SSR). Sobre probetas obtenidas por los dos procesos de conformado citados, se ha realizado una caracterización de su microestructura mediante técnicas de microscopía óptica y electrónica así como análisis EDS. Se han medido y comparado, a continuación, las características mecánicas de ambas aleaciones, (dureza, resistencia, fractura) así como su comportamiento frente a corrosión. En este punto, se han empleado tanto ensayos de caracterización industrial según norma (niebla salina, Kesternich) como técnicas electroquímicas avanzadas. Los resultados de caracterización mecánica y química se han correlacionado con los datos de microestructura y análisis, proponiéndose explicaciones de los diferentes comportamientos observados a partir de la evolución de la microestructura de las diferentes fases y el grado de estabilidad de los compuestos intermetálicos existentes, en función de la temperatura, el tiempo de puesta en solución y el efecto del crecimiento de grano alfa y de los cristales de silicio. Finalmente, en una última sección se han explorado dos técnicas de protección de interés para la industria del sector: recubrimientos poliméricos y anodizado, siendo este último de mayor complejidad de aplicación por tratarse de aleaciones de moldeo. En la caracterización comparativa de los anodizados se han empleado técnicas de impedancia electroquímica que no sólo han puesto de manifiesto el diverso comportamiento de ambas aleaciones sino que han permitido proponer modelos que lo explican.
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Modificación de la respuesta fotocatalítica y bactericida de recubrimientos PVD de óxido de titanio mediante tratamientos de implantación iónica de nitrógeno por inmersión en plasma (PIII)
(2017) Esparza Gorráiz, Joseba; García Lorente, José Antonio; Rodríguez Trías, Rafael; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
El trabajo de tesis realizado tiene por objetivo profundizar en el conocimiento de las propiedades funcionales de los recubrimientos PVD de dióxido de titanio y específicamente en tratar de ampliar su respuesta fotocatalítica hacia mayores longitudes de onda, llegando hasta el espectro visible. Concretamente se ha trabajado en la deposición de recubrimientos de óxido de titanio (Ti02) mediante deposición física en fase vapor (PVD) - arco eléctrico para, a continuación, modificar su microestructura mediante procesos de implantación iónica que se desarrollarán por inmersión en plasma de nitrógeno, de forma que se logre una superficie fotocatalíticamente activa en condiciones de exposición a la luz visible, en lugar de solamente a la luz ultravioleta. Los nuevos recubrimientos han sido caracterizados mediante técnicas de microscopía electrónica, espectroscopía óptica de descarga luminiscente, difracción de rayos X, espectroscopía de de fotoelectrones y absorbancia en el ultravioleta y en el visible. La validación de la ampliación de la respuesta fotocatalítica en el visible se ha llevado a cabo mediante la realización de ensayos de degradación de colorantes (azul de metileno) y también mediante ensayos de eficacia antibacteriana.
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Desarrollo de recubrimientos PVD bactericidas. Evaluación de sus propiedades mecánicas, tribológicas y funcionales
(2017) Osés Martínez de Zúñiga, Javier; Rodríguez Trías, Rafael; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
Esta tesis está centrada en el estudio de las propiedades superficiales de recubrimientos duros PVD dopados con metales bactericidas. Se han estudiado sus propiedades superficiales, mecánicas y tribológicas además del efecto antibacteriano proporcionado por el dopaje. Este efecto se ha logrado mediante la adición de metales con efecto biocida (cobre y plata) [WAN07] sobre recubrimientos de nitruro de titanio (TiN) y nitruro de cromo (CrN). La adición se ha llevado a cabo mediante coevaporación de estos metales durante la deposición de los recubrimientos PVD elegidos o mediante la aplicación de un post-tratamiento mediante técnicas de implantación iónica.
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Análisis y modelización del daño en elementos mecánicos obtenidos a partir de material nanoestructurado
(2017) Fuertes Bonel, Juan Pablo; Luis Pérez, Carmelo; Luri Irigoyen, Rodrigo; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
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Influencia de bajas cantidades de fase sigma en las propiedades mecánicas y en la resistencia a corrosión localizada en tubos de acero inoxidable dúplex UNS S32760
(2017) Argandoña Salinas, Gorka; Berlanga Labari, Carlos; Biezma Moraleda, María Victoria; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
Los aceros inoxidables dúplex (DSS de sus siglas en inglés: Duplex Stainless Steels), que presentan una microestructura mixta con un porcentaje similar de fases ferrita (α) y austenita (γ), son susceptibles a la formación de fases secundarias indeseables si sus procesos de fabricación no son cuidadosamente controlados. En particular, la fase sigma (σ) es un compuesto intermetálico rico en Cr y Mo, formado generalmente cuando los DSS se encuentran en el rango de temperaturas de 600-900ºC, incluso durante breves periodos de tiempo. La precipitación de esta fase induce efectos perjudiciales en las propiedades mecánicas y la resistencia a corrosión del material, e incluso bajos porcentajes volumétricos de fase σ pueden afectar estas propiedades. El trabajo plasmado en esta Tesis Doctoral recoge el efecto de tratamientos térmicos en tubos sin costura de DSS UNS S32760, realizados con el objetivo de provocar la precipitación de diferentes porcentajes volumétricos de fase σ en la microestructura ferrítico-austenítica del material. De esta forma se han obtenido diversos patrones de tubo con porcentajes de fase σ muy bajos (<0,5%), bajos (entre el 0,5% y el 1%) y altos (entre el 5% y el 20%). Se ha estudiado el mecanismo de formación de las fases secundarias frágiles en el acero inoxidable superdúplex seleccionado, cuantificándolas por métodos destructivos (empleando microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido) y estableciendo una correlación de cuantificación con métodos no destructivos (ultrasonidos). Asimismo, se ha analizado la influencia de muy bajos, bajos y altos porcentajes de fase σ en las propiedades mecánicas (dureza y resistencia a impacto) y de resistencia a la corrosión localizada del material. El estudio de la influencia de estos porcentajes de fase σ en las propiedades de un tubo de acero inoxidable dúplex y la detección y cuantificación de esta fase por ultrasonidos presentan un notable interés, que hacen de la presente Tesis Doctoral un trabajo innovador que pretende incidir sobre los problemas reales existentes en la industria de fabricación de los aceros inoxidables dúplex.
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Desarrollo de recubrimientos PVD cuaternarios de tipo nitruro, óxido y oxinitruro para aplicaciones de trabajo en caliente
(2017) Almandoz Sánchez, Eluxka; Rodríguez Trías, Rafael; García Fuentes, Gonzalo; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
La tesis consiste en una aportación en el campo de los recubrimientos PVD para aplicaciones en procesos de conformado y moldeo a alta temperatura. Para ello se ha abordado el estudio de una serie de familias de recubrimientos potencialmente capaces de resistir temperaturas de trabajo elevadas manteniendo sus características mecánicas en unos niveles aceptables. Por una parte, se han estudiado recubrimientos cuaternarios TiAlSiN y CrAlSiN, los cuales ven mejorada su resistencia a temperaturas elevadas respecto a los recubrimientos PVD comerciales, TiN y CrN, gracias a la presencia de los elementos Al y Si en su composición. Por otro lado, se ha abordado el estudio de recubrimientos basados en óxidos como el CrAlO y el CrAlON, que tanto en su vertiente monocapa como en la multicapa, son también potencialmente capaces de resistir temperaturas elevadas preservando sus características mecánicas debido a su naturaleza de óxidos. Los recubrimientos se han depositado por PVD arco eléctrico y se han caracterizado mediantes técnicas de SEM, TEM, EDX, GD-OES, XRD. Se han medido también sus propiedades mecánicas y tribológicas mediante microdurómetros, nanoindentadores, y ensayos tribológicos a temperatura ambiente y alta temperatura. Se han estudiado las correlaciones entre parámetros de deposición, microestructura y propiedades y se han comparado los resultados con los reportados por la literatura. Se han realizado, finalmente, pruebas de campo en procesos industriales de inyección de aluminio a alta presión (HPDC) y de sinterizado de cerámicas con el fin de evaluar y validar el comportamiento en servicio de los recubrimientos desarrollados.
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Desarrollo de una aleación secundaria de aluminio orientado a la fabricación de componentes de alta ductilidad mediante el proceso de fundición inyectada a alta presión
(2022) Bakedano, Asier; Berlanga Labari, Carlos; Niklas, Andrea; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
El objetivo principal del presente trabajo de investigación es el desarrollo de una aleación secundaria de aluminio orientado a la fabricación de componentes de alta ductilidad mediante el proceso de fundición inyectada de alta presión. Para tal fin se han establecido los siguientes objetivos específicos: • Estudio y análisis comparativo de la microestructura y propiedades mecánicas de las aleaciones primarias (altamente empleadas por su bajo nivel de impurezas) y secundarias (con mayor nivel de impurezas como el Fe) en componentes de alta ductilidad. • Investigación del efecto de microadiciones en la microestructura y propiedades mecánicas de las aleaciones secundarias de alta ductilidad. • Desarrollo de un proceso de tratamiento de metal que proporcione la misma calidad a una aleación secundaria que primaria. • Estudio y análisis del efecto de los diferentes tratamientos térmicos en las propiedades mecánicas de la aleación secundaria desarrollada.
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Desarrollo de receptores solares volumétricos activos de elevadas prestaciones para centrales termoeléctricas deconcentración en torre
(2023) Rández Diago, Xabier; Astrain Ulibarrena, David; Zaversky, Fritz; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
Como se ha comentado previamente, en el Capítulo 4 se ha desarrollado un modelo CFD del prototipo ensayado en el banco de ensayos. El objetivo de este modelo es reproducir las condiciones de flujo y radiación otorgadas por el banco de ensayos para validar los resultados del mismo. Una vez se validó el modelo, se pudieron obtener detalles del comportamiento térmico y fluido-dinámico del receptor. Además, la validación del modelo CFD permitió durante el capítulo 6 reproducir las condiciones de radiación homogéneas presentes en una central CSP real para estimar su rendimiento térmico en condiciones nominales de trabajo y su efecto en una central CSP.Además del comportamiento térmico del receptor, es importante asegurar su integridad estructural de este ante las condiciones de trabajo a las que se podría enfrentar durante su vida útil. Para ello, a lo largo del Capítulo 5 se ha desarrollado el estudio del comportamiento termo mecánico del receptor desde el punto de vista de la mecánica de la fractura. Se ha caracterizado el carburo de silicio, material del receptor, para alimentar un modelo FEM con el que se ha estudiado la expansión de las micro-grietas debido a las tensiones inducidas por los gradientes de tensiones producidos por la temperatura. Este estudio ha arrojado resultados prometedores en cuanto a la vida útil de los discos del receptor para todos los tamaños de disco estudiados, asegurando su durabilidad en su uso en planta y demostrando la viabilidad estructural del concepto. Una vez demostrado el concepto de manera térmica (en los capítulos 3 y 4) y mecánica (en el Capítulo 5), con el fin de comprobar si este concepto mejora en algo a la tecnología actual de receptores volumétricos de aire, durante el Capítulo 6 se ha estudiado mediante el modelo CFD validado previamente, el rendimiento térmico del receptor frente a condiciones de radiación iguales a las de planta (radiación homogénea de hasta 1000 kW/m2) y su efecto en la energía producida y en el coste de la energía en dos configuraciones de central CSP de torre. Los resultados mostrados en este capítulo muestran mejoras en el rendimiento térmico del receptor de más de 0.1, es decir, un 10%, a 750°C.Por último, en el Capítulo 7 se desarrollan las conclusiones generales de la tesis, muy positivas en términos de avance de la tecnología, debido a la innovación del concepto, y en términos de comportamiento térmico de este nuevo concepto. Además, también se han desarrollado las líneas futuras necesarias hasta el desarrollo final de un receptor basado en el concepto de discos.

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