Ingeniería Materiales
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Trabajos finales de grado de la carrera de Ingeniería en Materiales IM2024-03-28T19:15:43ZHidrogeles de origen natural para remoción de amonio de aguas residuales
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Hidrogeles de origen natural para remoción de amonio de aguas residuales
Dietrich, Justo
El proyecto final realizado representa un trabajo en conjunto entre líneas de trabajo de bioprocesos y de desarrollo de hidrogeles compuestos donde se identificó un problema, se estudiaron aspectos críticos y se planteó una solución alternativa y amigable con el medio ambiente.
Se investigó sobre la contaminación por amonio a nivel global, los problemas ambientales que puede causar y cómo las propiedades de los hidrogeles podrían ser compatibles y aplicables para la remoción del contaminante mediante humedales artificiales.
Los hidrogeles de alginato, conformados a partir de alginato de sodio y entrecruzados iónicamente, tienen buena capacidad de absorción de agua, tienen potencial de adsorción de iones debido a su carácter polielectrolítico y son biodegradables. Estas propiedades convierten a los hidrogeles de alginato en una alternativa factible al relleno convencional de los humedales artificiales para el tratamiento de aguas domésticas.
En primer lugar, se formularon y sintetizaron hidrogeles con distintas composiciones de alginato de sodio, almidón y bentonita. Luego de sintetizar con éxito siete formulaciones distintas del hidrogel, se logró escalar el proceso de síntesis para la producción de cantidades mayores de material, suficientes para llevar a cabo los ensayos de campo. Se realizaron ensayos de caracterización en la búsqueda de determinar si las variaciones en la composición de partida tienen alguna influencia en las propiedades del hidrogel final, y se logró hacer un análisis cualitativo y cuantitativo a partir de los ensayos termogravimétricos, de espectrofotometría , de microscopía y de otras propiedades físicas.
Una vez finalizada la etapa de caracterización, se estudió el rendimiento de los hidrogeles para su posterior aplicación. A partir de la investigación inicial sobre la contaminación de amonio, sus efectos y los métodos de descontaminación se identificaron dos aspectos críticos en el proceso de remoción: la adsorción del amonio y de las bacterias nitrificantes en la superficie del material. Por lo tanto, se diagramaron ensayos de laboratorio en condiciones controladas con el fin de determinar si los hidrogeles de alginato son factibles como potencial alternativa al relleno convencional de humedales construidos.
Mientras que se obtuvieron resultados prometedores en los ensayos de remoción de amonio, los de adsorción de bacterias trajeron a la luz problemas de durabilidad del material que comprometen su integridad en funcionamiento. A partir de estos problemas, se realizaron pruebas cortas que permitieron identificar las causas y plantear posibles soluciones como trabajo a futuro.
Se construyó un sistema de columnas alimentadas con aguas servidas, simulando un humedal artificial a escala de planta piloto. Algunas columnas se rellenaron con dos composiciones distintas de hidrogeles de alginato y otras con el relleno convencional, a modo de comparar el rendimiento de ambos. Los problemas de durabilidad de los hidrogeles perduraron, pero se consiguió medir la remoción de amonio en los sistemas durante un mes hasta la congestión de una de las columnas.
Finalmente, se hizo un análisis de factibilidad económica bajo la premisa de haberse solucionado el problema de durabilidad del material. Se conformó un proyecto de inversión con bases en el Parque Industrial de Mar del Plata, se realizó un estudio de mercado para estimar la potencial demanda en la región y se diseñó una planta capaz de producir hasta 30.000 toneladas anuales de hidrogel. Utilizando los métodos de tasa interna de retorno y tiempo de repago se determinó que el proyecto sería rentable.
Mail del autor Justo Dietrich <dietrichjusto@gmail.com>
2023-12-01T00:00:00ZDesarrollo de hidrogeles cargados con cannabinoides para curación de heridas
http://rinfi.fi.mdp.edu.ar/xmlui/handle/123456789/781
Desarrollo de hidrogeles cargados con cannabinoides para curación de heridas
Rodríguez Gerpe, Paula
Este trabajo de investigación está impulsado por la visión de poder desarrollar un apósito
tecnológico que sea amigable con el ambiente con eso la utilización de polímeros naturales. La adición del cannabis a estos geles surge de la innovación que tiene el cannabis dentro de la medicina hoy en día y su promesa para el alivio de heridas y dolores.
En el marco de esta investigación, se logró la obtención de hidrogeles a partir de quitosano (Qui), goma arábiga (GA) y extracto de cannabis (Cannabis). Estos hidrogeles se obtuvieron mediante una metodología sencilla que involucra interacciones electrostáticas y entrecruzamiento mediante tripolifosfato de sodio (TPP). Posteriormente, se efectuaron varias caracterizaciones que abarcó sus propiedades morfológicas, físicas, térmicas, mecánicas, de barrera, antimicrobianas y de liberación de sustancias activas.
Se generaron varios tipos de hidrogeles, entre los que destacan el hidrogel de quitosano (QuiGA), el hidrogel de quitosano cargado con cannabis (QuiGACannabis), el hidrogel de
quitosano entrecruzado con TPP (QuiGATPP) y el QuiGACannabis entrecruzado con TPP (QuiGACannabisTPP). Se analizó el impacto tanto del extracto de cannabis como del
entrecruzamiento en las propiedades de los hidrogeles de quitosano. Se llevaron a cabo análisis termogravimétricos (TGA) y calorimetría diferencial de barrido (DSC) que
permitieron destacar la estabilidad térmica de las distintas muestras. Las propiedades morfológicas, físicas y químicas se estudiaron a través de ensayos de Espectroscopía
Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) y microscopía electrónica de barrido (SEM).
La evaluación de la capacidad de hinchamiento, determinada mediante la medición del grado de hinchamiento y la fracción de gel, reveló una notable aptitud de los hidrogeles
para hincharse, lo que los posiciona favorablemente para su aplicación como vendajes en el tratamiento de heridas, gracias a su capacidad de absorber exudados. Los ensayos de
permeabilidad de vapor (WVTR) indicaron una tasa de transmisión de vapor de agua relativamente baja, lo que resulta adecuado para las aplicaciones buscadas, con la
excepción de la muestra QuiGACannabis, que se sitúa cerca del umbral admisible.
La evaluación de la actividad antimicrobiana arrojó resultados prometedores, destacando la capacidad de los hidrogeles para actuar como barrera contra diversos microorganismos. Los
ensayos de liberación de sustancias activas confirmaron la capacidad de las muestras para lograr una liberación controlada de los compuestos. Finalmente, el análisis dinámico
mecánico (DMA) demostró que la inclusión de extracto de cannabis y el proceso de entrecruzamiento con TPP contribuyen al mejoramiento de las propiedades mecánicas de
los hidrogeles.
Desde una perspectiva económica, se llevó a cabo un análisis de factibilidad para la producción industrial del hidrogel QuiGACannabisTPP. Se emplearon dos métodos de
evaluación: la tasa interna de retorno (TIR) en conjunto con el valor presente (VP) y el tiempo de repago (nR). Los resultados concluyeron que el proyecto es económicamente
rentable.
En síntesis, los hallazgos de este estudio resaltan la prometedora utilidad de los hidrogeles compuestos por quitosano, goma arábiga, extracto de cannabis y tripolifosfato de sodio
como materiales potenciales en la fabricación de vendajes para el tratamiento de heridas.
Mail del autor: Rodríguez Gerpe, Paula <paulirodriguez1198@gmail.com>
2023-11-27T00:00:00ZDesarrollo de memorias magnetoeléctricas no volátiles multinivel
http://rinfi.fi.mdp.edu.ar/xmlui/handle/123456789/778
Desarrollo de memorias magnetoeléctricas no volátiles multinivel
Nishi, Estefanía Micaela
En la actualidad, la mayoría de las memorias de almacenamiento de información utilizadas son de tipo magnético y se caracterizan por su facilidad tanto para magnetizarse como para desmagnetizarse. Esta propiedad puede dar lugar a la pérdida no intencional de la información almacenada. Por este motivo, se busca desarrollar nuevas tecnologías que sean sencillas de grabar, pero que no conlleven el riesgo de perder con facilidad la información almacenada.
En el presente trabajo final, el objetivo principal fue desarrollar materiales magnetoeléctricos compuestos a partir de una fase piezoeléctrica y otra magnetostrictiva para la elaboración de un prototipo de memoria. La creciente preocupación por los efectos negativos de los metales pesados en el medio ambiente ha llevado a un mayor interés en el desarrollo de materiales alternativos más seguros. Por ello, la fase piezoeléctrica utilizada es (Ba0,85Ca0,15)(Zr0,1Ti0,9)O3 (BZCT) la cual es libre de plomo, mientras que la fase magnetostrictiva es una ferrita blanda, Ni0,6Zn0,4Fe2O4 (NZF). Ambas fases fueron obtenidas por separado mediante el método de reacción en estado sólido con activación mecanoquímica de los precursores, para luego preparar las mezclas y finalmente sinterizar las piezas en forma de pastillas.
Sobre los compuestos 60BZCT-40NZF se realizó la evaluación estructural y microestructural, así como el análisis de las propiedades dieléctricas, magnéticas y magnetoeléctricas. A través de estos análisis, se identificaron los parámetros óptimos de sinterización (temperatura máxima de 1200 °C durante 4 horas) para lograr las mejores propiedades magnetoeléctricas. Estos parámetros se aplicaron luego a mezclas en proporciones de 70/30 y 50/50. Al comparar los tres compuestos, se concluyó que la mezcla con las propiedades magnetoeléctricas más destacadas fue la de 60/40. Este compuesto fue posteriormente utilizado para el desarrollo de un prototipo de memoria a escala de laboratorio, y constituye un paso inicial a estudios futuros para el desarrollo de sistemas de almacenamientos de datos amigables con el medio ambiente.
Mail del autor Estefanía Micaela Nishi <estefanianishi@gmail.com>
2023-12-09T00:00:00ZEstudio de la degradabilidad de tapones de aleación de magnesio en válvulas antirretorno
http://rinfi.fi.mdp.edu.ar/xmlui/handle/123456789/772
Estudio de la degradabilidad de tapones de aleación de magnesio en válvulas antirretorno
Bertoldi, Franco Octavio
En los últimos años, el magnesio (Mg) y las aleaciones base magnesio han sido materiales muy buscados para su aplicación en la industria del petróleo y gas (más precisamente en los sectores de operaciones relacionadas con la extracción de dichos hidrocarburos) como dispositivos de sellado degradables en contacto con fluidos corrosivos y ciertos gases. En la operación del pozo se utilizan tubos de acero al carbono para realizar la inyección de fluidos al pozo en cuyo extremo se encuentra una válvula anti-retorno. Usualmente estas válvulas son cubiertas con un tapón para evitar el ensuciamiento del tubo antes de llegar a su posición final en el pozo. Este tapón es expulsado de la válvula luego que la sarta de tubería es ubicada a la profundidad requerida y permanece en una de las secciones del sistema de empaques en el pozo.
Se requiere que esta pieza tenga la capacidad de degradarse lo más rápido posible, luego de que haya cumplido su función, para no realizar oclusiones posteriores no deseadas. A su vez, es fundamental también que el material a utilizar para el dispositivo tenga una integridad mecánica lo suficientemente alta para cumplir el rol de sellado de manera efectiva en el momento de armado del sistema.
En base a las prestaciones antes mencionadas, el Mg y sus aleaciones comenzaron a reemplazar a otros materiales que se utilizaban anteriormente para la construcción de estos dispositivos, como ciertos materiales poliméricos degradables, entre los que se destacan por ejemplo el ácido poliláctico(PLA), ácido poliglicólico (PGA), entre otros, mejorando propiedades de resistencia mecánica, de cinética de degradación, y en algunos casos por cuestiones vinculadas a la reducción de costos de materiales.
La motivación para la realización de este proyecto final y su temática surgió de un proyecto de transferencia realizado por el grupo de investigación de Electroquímica Aplicada (INTEMA, CONICET- UNMdP)) para una empresa del sector privado. El objetivo general del presente trabajo final se centra en estudiar la degradabilidad de tapones protectores de válvulas anti-retorno de una aleación base Mg, utilizados en la industria del petróleo y gas, en forma comparativa para dos electrolitos bajo estudio: agua de producción natural y agua de producción simulada, emulando la concentración de iones y pH en esta última a las temperaturas operacionales. Para tal fin, se realizaron ensayos de inmersión, también conocidos como ensayos de pérdida de peso, de tapones degradables base Mg (aleación Mg-Ni). De estos ensayos seobtuvieron mediante estimaciones valores aproximados de velocidades de corrosión, a diferentes temperaturas y tiempo.
Mail del autor Franco Octavio Bertoldi <franbertoldi12@gmail.com>
2023-09-15T00:00:00Z