APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

Aquest Treball de Fi de Grau consisteix en el disseny d'un pla d'acció per descarbonitzar i millorar l'eficiència energètica d'una fàbrica de gelatina. A través de l'estudi d'un cas real, es proposen actuacions concretes que no només contribueixen positivament a la mi- tigació del canvi climàtic i al desenvolupament sostenible, sinó que representen un estalvi energètic significatiu i una inversió viable per a l'entitat assessorada. L'estudi comença amb la determinació dels fluxos energètics i màssics del procés industri- al en qüestió i s'estableix una base on realitzar un inventari d'emissions inicials. Després s'identifiquen ineficiències i oportunitats de millora, donant lloc a la introducció d'alter- natives energètiques. L'actuació principal proposada consisteix en la substitució del subministrament actual de calor per cogeneració per una bomba de calor, aprofitant el balanç de les demandes tèrmiques de fred i de calor del procés. Aquesta mesura genera un estalvi energètic i una reducció de les emissions molt considerable. A més, es detallen altres actuacions que busquen assolir una electrificació total de la demanda energètica substituint les calderes de gas natural. Aquest pla de descarbonització estableix una metodologia clara, que permet a l'entitat assolir la situació de zero emissions netes l'any 2050. Alineant-se amb els objectius i nor- matives de sostenibilitat internacionals.

This project focuses on studying the energy transition in a house belonging to a neighbourhood where a Geothermal Fifth-Generation District Heating and Cooling Network will be created. The purpose of the research is to provide valuable insights to households interested in energy transition as the environmental and economic impacts are analysed in depth. The first part of the study is dedicated to explaining the engineering behind the Geothermal Fifth-Generation District Heating and Cooling Network and examining energy communities. This section is of significant importance to the project, as the principal entity behind the heating and cooling network is Balenyà Sostenible, the local energy cooperative. The various strategies employed in their project are presented to the neighbours as actions, which encompass multiple tiers of energy transition based on the replacement of current Heating, Ventilation, and Air Conditioning (HVAC) systems and the possibility of hybridisation of the grid. Furthermore, a brief overview of Spanish regulations regarding energy efficiency and construction is provided, as these concepts will be integral to the project. Next, the different actions presented by Balenyà Sostenible are studied using OpenStudio, with a detailed description of the simulation process provided. A wealth of data has been generated for comprehensive analysis and interpretation. The findings indicate that the transition to a more sustainable energy system not only enhances environmental performance metrics but also results in substantial annual savings for households. Finally, an overall analysis is conducted, encompassing an economic assessment from the energy cooperative and household point of view. In addition, the different subsidies to fund the district heating and cooling project are presented as well as other lines of grants that households can access. The results obtained indicate that the project is only economically viable for both households and energy cooperative if photovoltaic hybridisation is considered. This study contributes to the understanding of the importance of energy communities on a local scale and how they can help to contribute to energy transition.

Els darrers anys, les tecnologies de manufactura additiva han obert enormes possibilitats en els camps del prototipatge i de la producció de components de forma més eficient. Un dels principals reptes actuals d'aquesta tecnologia és la preparació de tintes de baix cost per poder ser utilitzades en la producció de peces a gran escala i que aquestes puguin ser reciclades o reutilitzades un cop finalitzada la seva vida útil original. La estratègia que s'ha seguit en aquets treball és la preparació de noves tintes fotosensibles aptes per impressió 3D que incorporen enllaços covalents dinàmics que permeten induir als materials un cop impresos una certa capacitat de reparació, reciclat i re-processament. La capacitat de les tintes per ser imprimibles vindrà donada pels monòmers meta(acrílic)s de la formulació i la seva reciclabilitat per la inserció de grups β-hidroxièster, provinents tant de la mescla d'acrilats com els que es formen en una segona etapa de curat tèrmic per reacció epoxi-àcid, d'acord amb la provada capacitat d'aquests grups de patir reaccions d'intercanvi dinàmiques. Concretament les tintes contenen una agent d'acoblament, preparat mitjançant reacció, en condicions suaus i en absència de catalitzador, entre un anhídrid i un monòmer metacrílic que conté a més a més un grup hidroxil que reacciona amb l'anhídrid formant un grup àcid. La formulació de la tinta es completa amb un monòmer epoxídic, els catalitzadors necessaris i altres monòmers meta(acrílic)s afegits per ajustar les propietats de la tinta, tant per la seva fase de processat, com per la posterior utilització com a material intermedi i final. Els experiments han confirmat que els materials desenvolupats són capaços de relaxar tensions internes de manera efectiva, permetent la fabricació de peces reformables. Aquestes propietats obren noves possibilitats per a la producció de peces mitjançant tècniques com la impressió 3D i el postcurat tèrmic, oferint una alternativa viable i més còmoda per a la indústria dels materials termoestables. La capacitat de reparació i reciclabilitat mostrada per els nous termoestables vitrimèrics els converteix en materials prometedors per a aplicacions sostenibles. A més, aquests materials han mostrat ser molt versàtil i fàcils de preparar i tenen un cost relativament baix, donat que s'han emprat precursors comercials assequibles econòmicament. Aquest estudi proporciona una base sòlida per a futures investigacions i desenvolupaments en el camp dels vitrímers i altres polímers adaptables imprimibles, contribuint al desenvolupament de materials més sostenibles, econòmics i versàtils.

This Final Degree Project consists of a technical and economic feasibility study of the implementation of a post-combustion carbon dioxide (CO2) capture system in a cogeneration plant for the valorization of biogas obtained by anaerobic digestion in an Industrial Wastewater Treatment Plant (WWTP) of a carbonated soft drinks factory. In addition, given that the company in which the study is being carried out is dedicated to the manufacture of carbonated beverages and the bubbles that these beverages contain are made up of carbon dioxide, it is planned to use the captured CO2 to self-produce beverages in the factory without the need to purchase it from external companies, thus obtaining a process with almost zero emissions. It will also be of particular interest to study the economic viability of the installation and the proposed solution. In this way, it will be possible to compare the current situation, in which the company purchases carbon dioxide from external companies, with the proposed solution of capturing the CO2 from the exhaust gases and using it to produce the carbonated beverages that the company subsequently distributes

D'ençà que es va inventar la fabricació additiva mitjançant impressió 3D, ha anat millorant progressivament en tots els aspectes i en tots els mètodes que actualment existeixen, incorporant novetats i innovant dia rere dia, cobrant cada dia més importància en el món de la indústria i guanyant terreny respecte als mètodes de fabricació convencionals més coneguts, ben aposentats i amb anys d'existència. Tot i això el personal que s'hi dedica i la investigació en relació a aquest món va in crescendo i no s'espera que quedi aturada, al menys a curt termini. Si bé tot l'esmentat és cert, també és sensat remarcar que en l'actualitat existeixen un seguit d'inconvenients i limitacions a les que fer front i a les que els fa falta una inversió important de temps per vèncer. De les limitacions que presenta la impressió 3D se'n destaquen sobretot el cost econòmic, el temps que requereix la fabricació d'una peça, la qualitat i precisió de peces geomètricament complexes i la acotada gamma de materials que es poden emprar, entre d'altres. En aquest projecte, s'expliquen tots els mètodes i materials que són aplicables a la impressió 3D. No obstant això, s'incidirà i es farà èmfasi sobretot en el mètode d'estereolitografia, mitjançant el qual s'han imprès vàries mostres amb diferents sistemes duals que han estat prèviament estudiats i aptes per a la fabricació additiva amb impressió 3D. Una de les principals limitacions del mètode en qüestió és la grandària amb la que es pot imprimir una peça, la qual està molt limitada per les dimensions de les impressores d'estereolitografia. Així doncs, el que es pretén en aquest treball és, unir diferents peces impreses d'un mateix objecte (de dimensions raonables i perfectament imprimible sencer) i fer un tractament tèrmic, el qual després de l'etapa d'impressió 3D serveix com a segona etapa del curat dual. A continuació, es pretén assajar les mostres a tracció per analitzar-ne els resultats, comparar-los amb els de l'objecte sencer i contemplar la viabilitat de poder imprimir a partir de certes unions peces de grans dimensions. A tal fi, s'han realitzat diferents dissenys d'unió i s'han assajat provetes senceres i provetes amb els tres diferents tipus d'unió seleccionats i dos tipus de sistemes duals (ja estudiats en TFG anteriors). De les dues etapes del curat dual, la primera consisteix en una fotopolimerització de la resina a temperatura ambient (impressió amb estereolitografia) i el material intermedi que en resulta serà sotmès a un tractament tèrmic en un forn d'aire calent, en la que l'amina començarà la condensació del sistema epoxi-anhídrid i, alhora, l'iniciador tèrmic radicalari facilitarà la conversió completa de la resina acrílica.

Els materials termoestables produïts mitjançant fabricació additiva per impressió 3D acostumen a presentar un seguit de limitacions, de les quals cal destacar la falta d'homogeneïtat al llarg de la peça, les baixes propietats mecàniques, la baixa adhesió entre capes i el fort grau de contracció. A més, els termoestables presenten una baixa conformabilitat i processabilitat pel fet d'haver estat obtinguts mitjançant reaccions irreversibles i per les limitacions que imposa la gelificació del sistema. Aquestes limitacions, inherents als sistemes acrílics majoritàriament emprats en aquest tipus de fabricació, són sobre les quals en aquest treball es tractarà d'incidir. A tal fi es presenta una nova família de materials amb alta conformabilitat intermèdia i propietats finals millorades, apta per la impressió 3D mitjançant estereolitografia. Més concretament, es pretén dissenyar i caracteritzar un sistema dual compost per la combinació d'una resina acrílica comercial fotosensible de baix grau d'encreuament amb un sistema epoxi-anhídrid d'alt grau d'encreuament, en diferents proporcions. A aquesta mescla se li afegiran dos iniciadors: un de tèrmic radicalari i una amina terciària. De les dues etapes del curat dual, la primera consisteix en una fotopolimerització a temperatura ambient de la resina acrílica, de forma similar al que succeeix durant el procés d'estereolitografia. El material intermedi estable a l'emmagatzematge serà sotmès a una segona etapa a elevada temperatura, en què l'amina iniciarà la condensació del sistema epoxi-anhídrid i, alhora, l'iniciador tèrmic radicalari facilitarà la conversió completa de la resina acrílica. S'estudiaran les dues etapes del curat mitjançant tècniques de calorimetria i espectroscòpia infraroja. També es pretén analitzar la cinètica de la reacció mitjançant mètodes isoconversionals, per tal d'optimitzar les condicions de curat. Les propietats tèrmiques i viscoelàstiques dels materials preparats seran caracteritzades mitjançant calorimetria, termogravimetria i anàlisi dinamomecànic. S'estudiarà també l'estabilitat de les formulacions de partida, així com el potencial dels materials preparats en els camps d'alta conformabilitat i la impressió 3D.

Els components produïts mitjançant fabricació additiva habitualment presenten una sèrie de limitacions, derivades de la dificultat de controlar amb precisió la seva forma i resolució, així com el grau de grau de conversió assolit i la seva distribució en les diferents regions del material. Per altre banda, les resines emprades en impressió 3D acostumen a conduir a components amb baixes propietats mecàniques que poden ser suficients pel prototipatge, però molt allunyades de les necessàries per certes aplicacions tècniques.En aquest treball es pretén dissenyar una família de nous materials amb característiques millorades respecte a les limitacions esmentades, per a impressió 3D MIP-SL, basada en la projecció d'una màscara digital. Per tal d'aconseguir aquest objectiu es desenvoluparà un nou sistema de curat dual,basat en una mescla d'un resina acrílica comercial fotopolimeritzable a temperatura ambient, i en un sistema epoxi / anhídrid estable a baixa temperatura,i termoendurible a alta temperatura. Les formulacions contindran també un iniciador tèrmic radicalari que possibilitarà un post-tractament tèrmic per tal d'assolir una conversió completa i un màxima homogeneïtat. Es caracteritzaran els materials, abans i després de les dues etapes de reacció mitjançant tècniques analítiques i d'anàlis itèrmic,i els materials finals mitjançant assaigs mecànics. S'estudiarà també l'estabilitat dels materials inicials i intermedis,i la cinètica del curat dual