Optimization of LCA and LCCA for a novel NiZn battery through multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) and its application in e-mobility and smart building infrastructure.
(2025-06-09) Malviya, Ashwani Kumar; Villalba Sanchis, Ignacio; Yepes Piqueras, Víctor
[ES] La creciente necesidad mundial de electricidad, combinada con la transición hacia la electrificación de diversos sectores, requiere avances en opciones de almacenamiento de energía efectivas y sostenibles. La presente tesis doctoral examina las posibilidades que ofrece la emergente tecnología de baterías recargables de níquel-zinc (RNZB), la cual se reconoce como una alternativa atractiva a las baterías convencionales de níquel-cadmio (NiCd). Las baterías recargables de níquel-zinc ofrecen ventajas significativas en diversos ámbitos, como seguridad, rendimiento, impacto ambiental y rentabilidad. Así, las baterías recargables de níquel-zinc se investigan a fondo en esta tesis, con énfasis en el desarrollo de un modelo de Coste del Ciclo de Vida (LCC, por sus siglas en inglés) evaluando los gastos desde la producción hasta la disposición final. Este trabajo ofrece una evaluación exhaustiva de los impactos ambientales (EI) vinculados a las baterías recargables de níquel-zinc, junto con un análisis de costes, utilizando el método de Evaluación del Ciclo de Vida (LCA) ReCiPe 2016. Para ello se utiliza la Optimización de Pareto (PO) junto con la Optimización Multiobjetivo por Enjambre de Partículas (MOPSO) para mejorar la sostenibilidad de las baterías recargables de níquel-zinc, incorporando aspectos de optimización de Pareto y algoritmos genéticos (GA). El modelo evalúa los gastos considerando la masa de la batería por kilogramo junto con la energía producida por kilovatio-hora, con los resultados confirmados mediante una comparación con software reconocido de análisis LCC. El análisis presenta una comparación del Costo del Ciclo de Vida de las baterías recargables de níquel-zinc frente a las baterías de plomo-ácido, litio-ion, Litio Ferro-Fosfato (LFP) y Níquel Manganeso Cobalto (NMC), demostrando que las baterías recargables de níquel-zinc son la opción más económica a lo largo de su ciclo de vida. El método ReCiPe 2016 LCA evalúa el impacto ambiental de las baterías recargables de níquel-zinc a través de 18 categorías de impacto Intermedio, incluidas el cambio climático y la disminución de la capa de ozono, así como tres categorías de impacto Final: daño a la salud humana, daño a la biodiversidad de los ecosistemas y agotamiento de recursos naturales. Este análisis evalúa el costo del ciclo de vida y el desempeño ambiental de las baterías recargables de níquel-zinc en comparación con las baterías de plomo-ácido y litio-ion (químicas LFP y NMC). Los hallazgos indican que las baterías recargables de níquel-zinc muestran impactos ambientales que se sitúan entre los de las baterías de litio-ion y plomo-ácido, estableciendo a las baterías recargables de níquel-zinc como la opción más rentable a lo largo de su ciclo de vida. Las iniciativas de optimización se concentran en dos etapas esenciales del ciclo de vida de la batería recargable de níquel-zinc: la adquisición de materiales primas y la disposición al final de su vida útil. El objetivo es mejorar los indicadores de sostenibilidad, enfocándose en reducir el potencial de calentamiento global (GWP) y disminuir los gastos de capital. El método de optimización se implementa en MATLAB, utilizando un modelo de formulación para el costo del ciclo de vida (LCC) y la evaluación del ciclo de vida ambiental (LCA). Los datos se recopilan de la base de datos Ecoinvent, el software OpenLCA (v1.11.0) y varias bases de datos públicas. Además, los resultados de la optimización se validan mediante un análisis de sensibilidad, que examina la robustez de los parámetros matemáticos del modelo, y el Proceso de Jerarquía Analítica (AHP), que incorpora evaluaciones de expertos para corroborar los hallazgos del modelo de inteligencia artificial. La validación aumenta la confianza en los resultados de la optimización, indicando un gran potencial para avanzar en la sostenibilidad de las baterías recargables de níquel-zinc. No obstante, este trabajo enfrenta limitaciones debido a la disponibilidad de datos
Fenómeno físico armónico: afinación justa y temperada
(2025-06-10T12:36:13Z) Castiñeira Ibáñez, Sergio; Tarrazó Serrano, Daniel
El estudio de las frecuencias musicales en diferentes sistemas de afinación, como la afinación justa de Zarlino y la afinación temperada, no solo es un ejercicio técnico, sino también una puerta de entrada a una comprensión más profunda de la música, su historia y su relación con las matemáticas y la física. Este objeto de aprendizaje muestra cómo obtener las frecuencias de las notas en ambos sistemas de afinación. Se realizan diversos ejemplos para que el estudiantado se familiarice con las operaciones matemáticas. Finalmente, se justifica que una nota puede corresponder a dos frecuencias diferentes, según el sistema de afinación que se utilice. Este conocimiento es especialmente relevante para estudiantes universitarios de áreas como la música, la ingeniería acústica, la física del sonido, la educación y la tecnología musical.
