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Development of a low-cost internet of things monitoring system for u-value characterization of building envelopes
(Universidad de Castilla-La Mancha, 2023) Mobaraki, Behnam
La eficiencia energética es un tema preocupante a nivel global, tanto por motivos económicos como medioambientales. Los edificios desperdician grandes cantidades de energía principalmente debido a su mal aislamiento. Actualmente, el consumo de energía de los edificios contribuye hasta el 31% de la demanda total de energía en todo el mundo. Por este motivo, un conocimiento preciso de las propiedades térmicas de las envolventes de los edificios juega un papel importante en el análisis de la eficiencia energética de los edificios. La transmitancia térmica (U-value) es un parámetro clave para caracterizar el rendimiento térmico de los edificios. El U-value se puede introducir como la capacidad de las envolventes de los edificios para transferir calor en condiciones de estado estable, lo que puede contribuir en gran medida a realizar correctamente la auditoría energética de los edificios. Varias herramientas convencionales están disponibles en la literatura para la medición in situ del U-value. La mayoría de estas soluciones se caracterizan por sus altos precios, el monitoreo de un área pequeña de las envolventes de los edificios, el uso de conexión por cable entre los módulos sensores y el uso de sensores de contacto para las mediciones de parámetros de temperatura superficial. El objetivo principal de esta tesis doctoral es tratar los problemas antes mencionados de las soluciones actuales y proponer una alternativa para la caracterización del U-value de las envolventes de los edificios. De esta manera, se utilizan sensores de bajo costo y microcontroladores para establecer nuevo Hyper Efficient Arduino Transmittance- meter (HEAT). Este sistema de monitoreo opera sobre la base del método basado en la temperatura (TBM) y elimina el oficio de los sensores de temperatura de contacto para la caracterización del valor U. Para mejorar la precisión del monitoreo, utiliza una serie de sensores para las mediciones de un parámetro individual requerido para la estimación del U-value. HEAT opera en base a protocolos de comunicación Bluetooth e Internet, lo que permite la caracterización simultánea de envolventes de edificios bajo los mismos factores meteorológicos y condiciones de prueba. La inclusión de la computación en la nube en HEAT permite el monitoreo térmico en tiempo real de los edificios y el procesamiento posterior de los Big Data registrados desde un número cada vez mayor de puntos de medición. El orden jerárquico para el desarrollo y verificación de la aplicabilidad de HEAT es el siguiente: En un primer paso, se realizó una revisión bibliográfica detallada para identificar las limitaciones en el estado del arte. De esta manera, se obtuvo el conocimiento de sensores de bajo costo, microcontroladores potenciales para el establecimiento de sistemas de detección de bajo costo y protocolos de comunicación seguros para la transmisión de datos. En el segundo paso, para abordar la baja precisión de los sensores de bajo costo para la instalación de HEAT, se estudiaron los beneficios estadísticos de aumentar la cantidad de sensores. Para lograr esto, se monitoreó la temperatura ambiente utilizando cinco sistemas de monitoreo independientes, basados en los cinco sensores de temperatura de bajo costo más utilizados en la literatura. En este estudio, se estableció cada sistema de monitoreo en un microcontrolador Arduino, que contenía 30 copias de cada tipo de sensor. Los resultados de esta investigación se utilizaron para elegir el protocolo de comunicación adecuado y la cantidad suficiente de sensores para el sistema de monitoreo objetivo. En el tercer paso, se utilizó la información cuantitativa y cualitativa del nivel anterior para establecer la primera versión de HEAT. Para verificar la aplicabilidad del HEAT, se realizó un estudio experimental bajo condiciones controladas de laboratorio, en el que se monitoreó térmicamente un modelo de caja con temperatura controlada. Para validar el rendimiento, las mediciones de HEAT se compararon con las capturadas por un medidor de U-value comercial común en la literatura. En el cuarto paso, se desarrolló la versión Internet of Things (IoT) de HEAT (compuesta por varios nodos y un coordinador) que permite el monitoreo térmico en tiempo real de distintos elementos de la envolvente y el procesamiento posterior de los datos de monitoreo. Para confirmar la aplicación de IoT HEAT, se llevó a cabo la caracterización simultánea del marco de la ventana, el techo y las paredes de un edificio y los resultados obtenidos se compararon con los teóricos adquiridos del normativo En el quinto paso, se comparó la influencia del posicionamiento de los módulos de sensores en la precisión de las mediciones del U-value a través del enfoque TBM con el medidor de flujo de calor (HFM). Para lograrlo, se utilizó HEAT y otras dos soluciones comerciales para monitorear la pared de un edificio, con una ubicación desfavorable de los sensores exteriores.
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Nuevos desarrollos tecnológicos para la eliminación de contaminantes volátiles en el tratamiento de suelos asistido electroquímicamente
(Universidad de Castilla-La Mancha, 2023) Melo Henrique, Joao Miller de
El tratamiento de suelos contaminados se está convirtiendo en una importante prioridad en el marco de la búsqueda de un planeta más sostenible y los procesos de remediación asistidos electroquímicamente están siendo aceptados como una buena opción para afrontar este reto, especialmente cuando se asocian con otros tratamientos complementarios que permiten mejorar de forma sinérgica su eficacia. Sin embargo, cuando se aplican a la eliminación de compuestos orgánicos estos procesos de base electroquímica también pueden conllevar la generación de contaminación secundaria, siendo especialmente importante la producción de corrientes gaseosas, por cuanto su estudio no ha sido abordado todavía en profundidad. En este escenario, este trabajo propone la mejora de tecnologías electroquímicas para el tratamiento de suelos contaminados con compuestos organoclorados con procesos que permitan extraer de forma controlada los flujos gaseosos producidos. Se ha trabajado a dos escalas: bancada y piloto. Para los experimentos a nivel bancada, las tecnologías de lavado electrocinético de suelos (denominadas por el acrónimo en lengua inglesa EKSF, electrokinetic soil flushing) se combinaron con la tecnología de extracción de aire (AS, air stripping) y, para los experimentos realizados en escala piloto, se utilizó remediación electrocinética (EK, electrokinetic), con y sin lavado de suelo, acoplada a una tecnología de extracción de vapor (SVE, soil vapor extraction). Los resultados de los estudios a nivel bancada se realizaron con suelos sintéticos contaminados con compuestos puros y demostraron que la tecnología combinada EKSF+AS puede eliminar más del 90% de los compuestos fenólicos contenidos en un suelo fresco después de 14 días de tratamiento. En el mismo periodo de tiempo, esta tecnología es también capaz de lograr una eliminación del 50% en la remediación de un suelo enriquecido con lindano. A escala piloto, se estudiaron las asociaciones entre SVE+EK y SVE+EKSF, además del uso de SVE de manera individual, para la remediación de una matriz envejecida, que contenía una mezcla de hexaclorociclohexanos (?-HCH, e-HCH, a- HCH, d-HCH), integrada en una matriz de suelo sintético fresco compactado. Los resultados mostraron una eliminación del 70% utilizando SVE de manera individual. La asociación de SVE+EK afectó negativamente la remediación de contaminantes y la pérdida del contenido de agua del suelo puso de manifiesto la necesidad de utilizar tecnología EKSF en lugar de EK. De hecho, se logró una eliminación del 90% utilizando las tecnologías integradas EKSF+SVE. La combinación de EKSF y SVE puede ser ventajosa, pero es necesaria la aplicación de campos eléctricos elevados para favorecer una temperatura más alta en el sistema de escala piloto, lo que mejora la volatilización del HCH contenido en el sistema. El transporte EK mejora mediante la aplicación de campos eléctricos, pero en el marco de esta tesis se ha determinado que estos procesos de transporte son más lentos que los procesos de volatilización, que se convierten en los más importantes para este tipo de tecnología.
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Acto de Apertura del Curso Académico 2023/2024
(Universidad de Castilla-La Mancha, 2023) Secretaría General
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Evaluación y gestión de los medios públicos de información y comunicación en el entorno globalizado
(Universidad de Castilla-La Mancha, 2023) Mendès Barbudo, Roberto
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Análisis de la combinación de tecnologías de adsorción en carbón activo granular y oxidación electroquímica para el tratamiento de efluentes contaminados con benceno
(Universidad de Castilla-La Mancha, 2023) Mello, Rodrigo de
Diversas classes de contaminantes emergentes (CEs), poluentes sobre os quais não se tem completo conhecimento a respeito de seus efeitos ao ambiente e aos seres humanos, já foram detectadas em corpos hídricos. Paralelamente, nos últimos anos houve um aumento na preocupação da contaminação do ar atmosférico, sendo os compostos orgânicos voláteis (COVs) os principais contaminantes. É importante ressaltar que os CEs estão presentes no ambiente em baixas concentrações e que os métodos convencionais de tratamento utilizados nas estações municipais de tratamento de águas residuais não são capazes de removê-los completamente. Dentre os métodos alternativos, houve um crescente avanço nos métodos eletroquímicos. No entanto, sua eficiência decresce quando a concentração dos contaminantes é baixa devido a limitações de transferência de massa. Por esse motivo, nessa tese foi abordada a combinação das tecnologias de adsorção e oxidação eletroquímica para a remoção de contaminantes presentes em soluções aquosas e correntes gasosas. Primeiramente, avaliou-se o tratamento eletroquímico do antibiótico tetraciclina e do benzeno, tolueno e xileno, exemplos de COVs, em meio metanólico, uma vez que este é utilizado para dessorver o contaminante da superfície de carvão ativado granular (CAG). Diferentes eletrodos foram utilizados para avaliar a eficiência do processo de tratamento eletroquímico: os eletrodos do tipo mistura de óxidos metálicos, conhecido comercialmente como DSA®, e ânodos de diamante dopado com boro (DDB) na presença de diferentes eletrólitos- suporte (NaCl e H2SO4). Em seguida, foi avaliada a combinação da tecnologia de adsorção e oxidação eletroquímica no tratamento de um grande volume de solução contendo uma baixa concentração de benzeno. Finalmente, uma corrente de gás contaminada por benzeno foi produzida para avaliação da combinação das técnicas mencionadas no seu tratamento. Na oxidação eletroquímica do antibiótico usado como molécula de prova, o DSA® apresentou uma eficiência superior em meio metanólico e NaCl em comparação com o DDB, com mais de 90% de remoção após 10 minutos de experimento. Já no caso do uso de H2SO4 como eletrólito-suporte em meio metanólico, o DDB teve uma maior remoção do contaminante. Em relação ao tratamento eletroquímico do benzeno, tolueno e xileno, o fator mais interessante foi a formação de substâncias de valor agregado quando o tratamento foi realizado em meio metanólico, sendo o DDB mais eficiente que o DSA®. No tratamento combinando adsorção e oxidação eletroquímica, a possibilidade de recuperação do CAG foi avaliada e foi observado que uma etapa de secagem do material é necessária para que sua capacidade de adsorção se mantenha constante. Além disso, considerando-se a sustentabilidade do sistema, a análise de reutilização do metanol tratado após o ciclo de adsorção/dessorção foi analisada e foi possível observar que sua reutilização em 3 ciclos diminui menos de 10% na capacidade de adsorção do CAG. Finalmente, o tratamento tanto de soluções aquosas como correntes de ar contaminadas por benzeno se mostrou vantajoso mediante a combinação das técnicas de adsorção e oxidação eletroquímica em meio metanólico em virtude da alta concentração do benzeno após a etapa de dessorção e ao anisol, substância de alto valor agregado, gerado durante o tratamento eletroquímico e sua produção ser proporcional à concentração inicial do benzeno. Dessa forma, essa tese contribuiu para um novo ponto de vista, que pode ajudar a mudar o paradigma do tratamento de efluentes por meio de técnicas de eletro-refinaria. Palavras-chave: oxidação eletroquímica; adsorção; compostos orgânicos voláteis; produtos de alor agregado; combinação de tecnologias.