Valorization of waste from dairy farm using low-cost wastewater treatment technologies

The main objective of this thesis was to develop a low-cost valorization system to treat and recover nutrients, water and energy from wastewater produced in the Uruguayan dairy farms. The characteristics of the sector in Uruguay refine the technologies to be applied, being the anaerobic digestion the key for the valorization system. The effluent characterization and the study of the codigestion of this wastewater with crude glycerol were done to predict the behaviour in a full-scale system. A lab-scale reactor was used to model the stoichiometry and the kinetic of the anaerobic digestion process. Lowcosts secondary and tertiary treatments were implemented to achieve the fertilization standards and the recycle of the effluent. Consequently, the 52 % of the groundwater for cleaning process in the dairy farm was saved by this recycle. The results obtained in the lab-scale experiments allowed to design a full-scale system for a medium-scale farm. Economical profitability evaluation of the valorization system was done based in the lab-scale results and the full-scale design. The codigestion of the effluent of the farm with crude glycerol increased the energy production in 87 % considering the initial condition. The complete lab-scale system had high removal efficiencies of the influent fluxes in the water line, as 99.1 % of the Chemical Oxygen Demand (COD), 99.9 % of the Total Suspended Solids (TSS), 95.9 % of the Total Nitrogen (TN), 98.1 % of Total Phosphorous (TP) and 4 Log of the Faecal Coliforms (FC). Therefore this low-costs system could be an interesting valorization system for the small- and medium-scale dairy farms.Agencia Nacional de Investigación e InnovaciónBill and Melinda Gates Foundatio

Valorization of waste from dairy farm using low-cost wastewater treatment technologies

The main objective of this thesis was to develop a low-cost valorization system to treat and recover nutrients, water and energy from wastewater produced in the Uruguayan dairy farms. The characteristics of the sector in Uruguay refine the technologies to be applied, being the anaerobic digestion the key for the valorization system. The effluent characterization and the study of the codigestion of this wastewater with crude glycerol were done to predict the behaviour in a full-scale system. A lab-scale reactor was used to model the stoichiometry and the kinetic of the anaerobic digestion process. Lowcosts secondary and tertiary treatments were implemented to achieve the fertilization standards and the recycle of the effluent. Consequently, the 52 % of the groundwater for cleaning process in the dairy farm was saved by this recycle. The results obtained in the lab-scale experiments allowed to design a full-scale system for a medium-scale farm. Economical profitability evaluation of the valorization system was done based in the lab-scale results and the full-scale design. The codigestion of the effluent of the farm with crude glycerol increased the energy production in 87 % considering the initial condition. The complete lab-scale system had high removal efficiencies of the influent fluxes in the water line, as 99.1 % of the Chemical Oxygen Demand (COD), 99.9 % of the Total Suspended Solids (TSS), 95.9 % of the Total Nitrogen (TN), 98.1 % of Total Phosphorous (TP) and 4 Log of the Faecal Coliforms (FC). Therefore this low-costs system could be an interesting valorization system for the small- and medium-scale dairy farms.Agencia Nacional de Investigación e InnovaciónBill and Melinda Gates Foundatio

2D dimensionless numbers in isothermal fuel cells with smooth electrocatalysts

One of the problems in the optimization of a fuel cell performance is the operation prediction for short and long-time behaviours. The employ of exact analytical functions for picturing the distribution of potential and current densities in 2D polymer electrolyte membrane fuel cells, generalizes the study and reduces large computational times for each experimental situation. Therefore, we foresee analytical solutions for mass balance equations using the asymptotic velocity equations (normal and tangential coordinates) to obtain a 2D concentration, current and overpotential profiles for smooth platinum catalysts. Dimensionless numbers are deduced, i.e. Wagner, Damkoehler and Graetz to characterize the fuel cell performance, first with a 1D approach and also along 2D coordinates. Besides, the complete polarization curve is predicted comparing the theoretical results with the proper variations of electrochemical magnitudes in a single home-made hydrogen/oxygen 200 cm2 polymer electrolyte membrane fuel cell.Agencia Nacional de Investigación e Innovació

Theoretical description and experimental characterization of water content distributions in hydrogen PEM fuel cells.

An analytical solution of water mass balance equation was obtained considering diffusion and electroosmotic drag fluxes under non steady state regimes. The theoretical predicted profiles in a membrane electrode assembly were compared experimentally in a single polymer electrolyte hydrogen/oxygen fuel cell changing operating conditions such as, flow velocity, current density and temperature. The specific anodic and cathodic areas were calculated using the carbon monoxide anodic stripping method (ca. 17000 cm2). The electroosmotic drag coefficient was determined with electrochemical isopiestic methods showing temperature invariance, i.e. 2.3 between 313 and 353 K for water contents less than 5, but when reaching 20 it increased to 3.2. Polarization curves were attained galvano dynamically in a single fuel cell showing a strong dependence on water residence (performing with distinct water amounts and conditions). Internal resistance (0.59 to 0.24 cm-2) and open circuit potentials (0.90 to 0.38 V) were affected by water reduction (from 0.8 to 0.4 units). Continuous water recycling of the fuel cell was adopted to preserve the shape and characteristic parameters of the fuel cell under full operation with excellent results.Agencia Nacional de Investigación e Innovació

Current, concentration and overpotential distributions on columnar structured electrodes in a 2 D PEMFC model

The complete optimization of fuel cell´s performance involves the prediction of its operation conditions and electrochemical characteristics for short and long-time periods. One of the topics not studied in detail is the change in the surface morphology of metallic catalytic layers as a time-dependent function of the fuel cell working conditions. For single platinum catalysts a columnar growth is demonstrated after 1 month of hydrogen/oxygen continuous operation at the plateau, where electrochemical distributions of smooth surfaces are not operative. Since they act as a completely dynamic system, numerical solutions are not useful as they permanently need parametric profile optimizations. The employ of exact analytical functions instead, reduces large computational times and assures this information only knowing the final structure morphology. In this sense we encouraged current, concentration and potential shapes for these columnar electrodes adapting mass balance differential equations with a parametric profile to model these columns (trochoid curvilinear contours). The analytical solutions were compared with those of a smooth surface (early uses of the fuel cell) and with experimental values obtained using a home-made hydrogen/oxygen polymeric membrane cell.Agencia Nacional de Investigación e Innovació

Identification and quantification of ageing mechanisms in Li-ion batteries by Electrochemical impedance spectroscopy.

The transportation sector reported almost a quarter of global CO2 emissions. Thus, efforts to decarbonize this sector are essential to achieving net zero emission goals. Among the actions to mitigate the effects of climate change in favor of decarbonization, lithium-ion electric vehicle market has expanded over the past years because of both scientific advances and encouraging public policies. The analysis of ageing in lithium-ion batteries is essential to ensure optimal performance and determine the end of useful life for that purpose. The degradation of lithium-ion batteries is a complex multi-causal process. The ageing mechanisms could be grouped mainly into three degradation modes: Loss of Conductivity (CL), Loss of Active Material (LAM) and Loss of Lithium Inventory (LLI). Ageing battery or state of health was tracked based on capacity and power. Through the state of health (SoH) the degradation of the battery is quantified based on the decrease in capacity. However, the definition of SoH does not include an indication of the underlying deterioration mechanisms causing the degradation. Combined with electrochemical impedance spectroscopy (EIS), degradation modes can be identified and quantified non-destructively with the aim of find the correlation between their evolution with SoH. This paper proposes a method to identify and quantify the ageing mechanisms in commercial 18650 NMC lithium-ion batteries over time using the EIS technique. The EIS spectra were fitted to the equivalent electrical circuit. Through the variation of the calculated parameters with time, the main mechanisms responsible for the degradation are identified, associating the Rohm increases with CL, Rsei and Rct with LLI and Rw with LAM respectively. A correlation between degradation modes with SOH were reported.Agencia Nacional de Investigación e Innovació

La larga marcha de las políticas de juventud. El proceso de construcción de agenda y políticas de juventud en el Uruguay entre los años 1978 y 1995

El presente trabajo cuenta una historia: la de los orígenes y construcción de las políticas de juventud en Uruguay. Es un proceso que se rastrea entre el año 1978 y 1995, con el objetivo de contestar la pregunta de ¿cómo se construyó la agenda de políticas públicas de juventud en el Uruguay post dictadura, que desembocó en la creación de un organismo especializado en juventud? Ello en referencia a la creación de la Comisión Coordinadora de la Juventud (1987-1990) y al más conocido Instituto Nacional de la Juventud, que habiendo sido creado en 1991, cumplió más de tres décadas de funcionamiento ininterrumpido. Para ello se adentra aún en la década de 1970, cuando todavía no se vislumbraba el retorno a la democracia, pero la actividad de resistencia a la Dictadura Cívico-Militar generaba algunos resquicios para aglutinar jóvenes, reflexionar y generar acciones políticas. De modo paralelo, en 1978 la ONU decide celebrar un Año Internacional de la Juventud, que finalmente ocurrió en 1985. Así, se va reconstruyendo un proceso con sus diferentes escenarios, actores e hitos, donde la transición a la Democracia en lo local, y la escena internacional, van configurando la construcción del “asunto juventud” en el marco de la agenda política y gubernamental. Ello da paso a la irrupción de las políticas públicas de juventud en el Uruguay post Dictadura, expresadas particularmente en una institucionalidad especializada en juventud, primero con la creación de la Comisión Coordinadora de la Juventud (1987) y luego el Instituto Nacional de la Juventud. El proceso es leído a la luz del Marco de las Corrientes Múltiples, de Jhon Kingdon, analizando de qué modo se abrió una “ventana de política“ que dio paso a la agenda de juventud; lo cual se combina con el enfoque de difusión y transferencia de políticas para explorar la influencia del contexto internacional, y en particular del Instituto de la Juventud de España, en un proceso de adopción de ciertos pilares básicos que conformaron un modelo original, y persistente en el tiempo

A quantum chemical approach to the influence of platinum surface structure on the oxygen electroreduction reaction

The O2 electroreduction reaction (OERR) on Pt behaves as a structure sensitive reaction whose peroxo intermediates are formed in a greater extent on Pt(100) than on Pt(111) surfaces. A semiempirical quantum chemistry interpretation of this behavior is attempted on the basis of the study of [Pt]N02OH systems, where N, the number of atoms in the Pt cluster, equals 18 and 25. Calculations indicate that dissociative O2 electroadsorption on Pt(111) and molecular O2 on Pt(100) are favored. As a result of the interactions of O2 and OH in adjacent positions, hydroperoxide intermediates are formed on Pt(100) leading to the possibility of having H2O2 as product from the OERR.Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y AplicadasFacultad de Ciencias Exacta

Design of a AB5-metal hydride cylindrical tank for hydrogen storage

Hydrogen storage in metal hydrides presents distinct challenges which encourage the study of effective heat management strategies. Hydrogen absorption in metal hydrides is an exothermic reaction, consequently the generated heat must be removed effectively to achieve the desired performance. This work presents a mathematical model describing the adsorption of hydrogen in La Ni4.7Co0.3 metal hydride as a storage material. Heat and mass transfer effects are modeled in detail. The effect of heat transfer coefficient is also estimated. Besides, a heat transfer fluid for cooling is incorporated to the model. The problem is mathematically formulated presenting a numerical simulation of a design of a cylindrical tank for hydrogen storage. The alloy is studied by using pressure-composition-temperature curves which are carried out at different temperatures. Thermodynamic parameters and hydrogen storage capacity are determined. For isotherm's kinetics, the Jonhson-Mehl-Avrami-Kolomogorov model is used, from which the kinetic constant of the hydriding process is determined.Agencia Nacional de Investigación e Innovació

Trayectos de la gimnasia en la conformación de una educación física especializada en infancia: un análisis del caso uruguayo

Al interior de la educación física en la escuela primaria, la gimnasia se presenta como un objeto un tanto esquivo y complejo. En primer lugar, no suele aparecer con tanta demanda al momento de seleccionar aquello que se va a enseñar, y se ubica en un lugar marginal del amplio abanico de posibilidades. En segundo lugar, cuando se selecciona, suele ser abordada desde modalidades deportivas, que es la identidad hegemónica que da sentido a esta práctica. Así explicitado, no parece tratarse de un problema nuevo ni exclusivo de las escuelas primarias de Uruguay, sino que se puede visualizar en países vecinos. Al respecto, este trabajo estableció un constante diálogo con los procesos regionales, más precisamente con lo acontecido en Argentina y Brasil. En esta tesis construimos una perspectiva de análisis con cierta novedad respecto a otros trabajos regionales que se han ocupado del abandono de la gimnasia en el ámbito escolar. Por tal motivo, buscamos recorrer un camino de indagación que cruce estos problemas que aquí señalamos para la gimnasia con ciertos discursos que fueron forjando un campo de conocimientos especializado en infancia conocido como educación física infantil. La investigación pretendió revisar y comprender las reconfiguraciones de la gimnasia en el entramado discursivo que conformó un campo de la educación física que tomó como objeto esta franja etaria particular, necesariamente vinculada a los procesos de escolarización. Entendemos que dicho campo tuvo un vínculo directo con las fundamentaciones y prescripciones que la educación física legitimó en el escenario educativo. Desde el punto de visto teórico-metodológico, el problema que delimitamos en este trabajo estableció continuidades con los trabajos del colectivo Educación Física, Enseñanza y Escolarización del Cuerpo (ISEF, Montevideo) y con la producción académica inscripta en la perspectiva de Educación Corporal (UNLP, La Plata). El cruce más evidente y tangible entre la perspectiva de Educación Corporal y las producciones del grupo de estudio EFEEC refiere a la problematización al interior del campo de las categorías enseñanza, saber y sujeto. Desde este cruce, la teoría del acontecimiento didáctico operó como una herramienta teórica que orientó la discusión ubicando a lo didáctico como objeto de reflexión. Desde esta perspectiva teórica recuperamos lo que Bordoli (2015) define como relación pedagógica y relación de enseñanza, categorías que otorgaron cierta operatividad para el análisis de las concepciones y fundamentaciones del entramado discursivo en torno a la educación física infantil. En cuanto a los referentes empíricos de esta investigación, buscamos establecer un diálogo entre la formación inicial (ISEF) y el ámbito escolar a partir del análisis de documentos programáticos de ambos escenarios. Con respecto al ámbito de la formación inicial (ISEF), analizamos los planes de estudio de 1974, 1981, 1992 y 2004. En dichos planes rastreamos programas de la asignatura Gimnasia y de aquellos cursos que se vincularon de una manera u otra con una educación física destinada a la infancia. El anclaje con el escenario escolar se establece con los tres últimos programas de educación física de los años 1986, 2005 y 2008. Para este objeto de indagación, con un campo especializado en infancia que comienza a forjarse en la década de los años sesenta, no fue posible rastrear un programa escolar anterior al año 1986. Asumimos la precariedad de las fuentes en la comprensión de un vasto contexto. A tales efectos, optamos por recuperar y examinar otras fuentes que complementaron y profundizaron el análisis documental, tales como libros especializados en la temática que tuvieron importantes repercusiones. También recuperamos fragmentos de entrevistas que realizamos a profesores locales y extranjeros que participaron con un rol protagónico en estas transformaciones. Se trató de profesores uruguayos que estuvieron becados en Alemania entre las décadas del sesenta y setenta y también de aquellos que fueron reconocidos en los ámbitos de formación inicial por su vasta trayectoria en las prácticas docentes de educación física en el sistema educativo. También fue incorporado un entrevistado extranjero, quien, además de reunir las características anteriores, destaca por su reconocimiento a nivel regional en relación a la gimnasia. El camino de indagación que propusimos desde el escenario de la formación inicial y el ámbito escolar permitió configurar un mapeo de los principales discursos que conformaron un campo de la educación física especializado en infancia. Desde nuestra hipótesis de trabajo, fue necesario identificar cómo se configuró una educación física infantil a nivel local desde sus postulados conceptuales y prescriptivos y la manera en que se establecieron ciertas continuidades con fundamentaciones y objetos de enseñanza propios de la gimnasia. Las conclusiones del trabajo se inscriben en tres grandes ejes. En primer lugar, la conformación de una educación física infantil supuso, a nivel local, una recepción y una reinterpretación constantes de producciones o perspectivas provenientes de países como Alemania, Francia, Estados Unidos, España, Brasil y Argentina. Las producciones alemanas publicadas por editoriales argentinas adquirieron centralidad en los inicios de la conformación de este campo de conocimiento. Se sumaron autores franceses, entre quienes adquirió centralidad Le Boulch. De la misma manera, la producción estadounidense de los sesenta y setenta con su motor learning constituyó otro mojón significativo. Sin abandonar estos marcos de referencia, se incorporaron nuevas producciones que buscaron renovar la impronta tradicional del campo. Fue el turno, entonces, de la inclusión de la obra de Sergio, que en el caso uruguayo cobró visibilidad fundamentalmente en los textos de Trigo. Finalmente, la recepción de bibliografía brasileña mostró la adhesión a la corriente crítica de educación física de aquel país, una adhesión que vimos acentuada principalmente en el escenario de la formación inicial. En segundo lugar, dicho campo especializado en infancia fue construido desde discursos que priorizaron, siguiendo a Bordoli (2015), las relaciones pedagógicas por sobre las relaciones de enseñanza. Los contenidos de enseñanza que fueron promovidos por esta especialidad, se legitimaron en tanto agentes, medios o actividades para una educación integral o el desarrollo de la corporeidad y la motricidad o cualquier otro objetivo que pretenda intervenir al sujeto. Parafraseando a Crisorio, el particular entramado discursivo que nutrió al campo de la educación física infantil ubicó la tarea del profesor en tanto guardián del sujeto. Por último se trató de una especialidad que tanto de forma explícita como solapada estructuró su eje en la gimnasia. Observamos en el transcurso del trabajo un campo especializado en infancia que se forjó en permanente continuidad y solidaridad con ciertas categorías que simultáneamente se inscribían en la órbita de la especificidad de la gimnasia. Este aspecto fue mayormente visibilizado al interior de la formación inicial desde las diferentes asignaturas que tomaron por objeto una educación física destinada a la infancia y desde aquellos cursos específicos de Gimnasia. De esta manera, objetos de enseñanza que antes estaban claramente en la órbita de la gimnasia son resignificados en otras modalidades o nomenclaturas como por ejemplo, educación física de base, habilidades motrices básicas, formación física básica, entre otros. La gimnasia es vaciada de contenidos y al parecer, la forma más potente de concebirla y enseñarla responde a su modalidad deportiva. En el cierre del trabajo advertimos la necesidad de desactivar estos dispositivos que han estructurado una manera de pensar la enseñanza de la educación física, en este caso, destinada a la infancia. Desmontar estos legados que aún circulan al interior de la educación física supone desinstalar toda una nomenclatura que admite campos de saber para la infancia, lo escolar, el nivel secundario, formal, no formal o cualquier otra adjetivación. Implica una educación del cuerpo que centre su objeto en las prácticas corporales en el sentido asumido desde la perspectiva de Educación Corporal, es decir, aquellas que toman por objeto al cuerpo. Dicho esto, es necesaria una delimitación de la gimnasia desde esta perspectiva para poder después identificar los recortes de ese saber que podrían incluirse en el escenario escolar. Por lo tanto, la gimnasia debe entenderse como un saber culturalmente significativo, como una práctica que se inscribe en el orden de la cultura, es decir, que refiere a un conjunto de técnicas que dan cuenta de un artificio de la cultura y no de un orden natural.Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educació