RINFI, Repositorio Institucional Facultad de Ingeniería. UNMDP
Not a member yet
943 research outputs found
Sort by
Análisis de factibilidad técnico- económico para la instalación de una planta generadora de hidrógeno verde
Full text linkDebido al agravamiento de la crisis climática, la descarbonización del planeta es uno de los objetivos que se han planteado a nivel mundial de cara al 2050. Para lograrlo, la descarbonización de un elemento como el hidrógeno, responsable en la actualidad de más del 2% de las emisiones totales de CO2 en el mundo, presenta al hidrógeno verde como un factor clave. El hidrógeno verde es aquel que se obtiene a partir de la separación del agua en hidrógeno y oxígeno mediante el proceso de electrólisis, utilizando energía eléctrica proveniente de fuentes renovables. El objetivo de este trabajo es realizar un análisis de factibilidad técnico y económico para la instalación de una planta de hidrógeno verde, generado a partir de energía renovable y agua de mar. El presente proyecto está destinado a abastecer la demanda interna de hidrógeno como insumo para las industrias del amoníaco, metanol y acero. La planta se localizará en Punta Alta, a 14 km de la ciudad de Bahía Blanca y operará a lo largo de los 10 años de vida útil del proyecto, bajo un régimen de producción continuo. Se trata de una planta electrolizadora de tecnología PEM con una capacidad de 23,36 toneladas por día, que tendrá una producción de 4.326 toneladas de hidrógeno verde en el primer año, llegando a aumentar hasta 8.253 toneladas para el último año del proyecto.
El precio de venta será de 11,75 US/kg en el último año. La instalación de la planta requiere una inversión total inicial de US 22.725.778 con el objetivo de aumentar la capacidad en un 37,5%. El valor presente del proyecto es de US 48.200.455
Mail de los autores Joaquín del Río ; Florencia Parisi Fil: Arenas Parisi, Florencia Belén. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: del Río, Joaquín Daniel. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Libro Resumen de las IV Jornadas de Ingeniería Aplicada
No full textEl presente libro pretende compilar los trabajos presentados en las IV Jornadas de Ingeniería Aplicada, llevadas a cabo en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Mar del Plata, los días 23 y 24 de Agosto de 2023.
La Secretaría de Tecnología, Industria y Extensión y la Secretaría de Investigación y Posgrado de la Facultad de Ingeniería, en un trabajo conjunto y con la colaboración de docentes, estudiantes y personal universitario para la organización, han realizado la convocatoria a la presentación de trabajos pertenecientes a los distintos grupos de investigación y extensión de la unidad académica. En un principio, según la OCA 143-2023 y a pedido de las secretarías, las temáticas a presentar serían las relacionadas con la salud y medio ambiente.
En la medida que los distintos grupos, docentes, investigadores y extensionistas, comenzaron a participar, y a solicitud de los mismos, se decidió ampliar la convocatoria a distintos ámbitos y temáticas de investigación y extensión de la ingeniería. De este modo, se permitió un alto nivel de participación, alcanzando el número de 44 trabajos presentados.
Las temáticas de los trabajos presentados abarcan desde las relacionadas con la Ingeniería Electrónica, Mecánica, Electromecánica, Industrial, Informática, Química y en Alimentos, Bioingeniería, hasta Educación en Ingeniería, y Epistemología de la Ciencia, abordando temáticas de gran interés en diferentes ámbitos de aplicación de la Ingeniería.
Los resultados obtenidos mostraron una gran participación de docentes, estudiantes y personal universitario, con gran interés por las temáticas abordadas desde los diferentes grupos de investigación y extensión, y a su vez permitieron la interacción entre los miembros de la comunidad
de la Facultad de Ingeniería. Lo que nos muestra una vez más, la importancia de propiciar espacios de encuentro, comunicación, difusión e interacción entre los miembros de nuestra comunidad universitaria, y en particular de la Facultad de Ingeniería.Fil: Mena, Belén. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Desarrollo de matrices poliméricas funcionales con respuesta fototérmica con potencial aplicación como apósitos cutáneos
No full textLa piel es un reservorio patogénico que permite no solo el alojamiento de distintas bacterias y virus, sino que también posibilita su crecimiento. Asimismo, la piel es la vía de contacto principal con el ambiente. Por lo tanto, el sistema dérmico se convierte en uno de los generadores de enfermedades más importantes del cuerpo, especialmente en enfermedades infecciosas bacterianas.
Los métodos convencionales para tratamientos antibacterianos se condicen con el uso de diversos drogas o sustancias como los antibióticos para poder erradicar los patógenos del organismo. Sin embargo, los mismos pueden llegar a presentar consecuencias graves debido a su consumo a largo plazo o inclusive excesivo. El principal inconveniente se debe a la capacidad de los patógenos de generar una resistencia hacia los antibióticos. Otros problemas que vienen aparejados con la ingesta de este tipo de sustancias son reacciones alérgicas, efectos secundarios y dependencia al uso de antibióticos. Por ello, nuevas técnicas han sido desarrolladas para combatir a las bacterias que se encuentran en la piel. Algunas de ellas involucran la terapia fototérmica, la terapia fotodinámica, entre otras.
El presente trabajo se enfoca principalmente en la preparación y caracterización de matrices nanofibras electrohiladas y películas basadas en un poliuretano (Tecoflex SG-60D) y poli (vinil alcohol) (PVA), incorporando, en diferentes proporciones, nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNTs) y nanopartículas de polianilina (NPs PANI) respectivamente, con el objetivo de otorgarle respuesta fototérmica para ser potencialmente luego aplicadas en terapias antibacterianas (PTT).
Para el estudio de las propiedades morfológicas y superficiales de las distintas matrices poliméricas se emplearon las técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de transmisión (TEM), medición de espesores, análisis de ángulos de contacto e hinchamiento. Por otra parte, se examinaron sus propiedades térmicas a partir de las técnicas de calorimetría diferencial de barrido (DSC) y análisis termogravimétrico (TGA). A su vez, se realizaron ensayos fototérmicos para evaluar el aumento localizado de la temperatura en los sistemas compuestos. Además, se realizaron ensayos enfocados directamente a la caracterización de los nanomateriales a incorporar en las matrices, tales como SEM, TEM y espectrofotometría UV-Visible. Para el caso particular de las NPs PANI se efectuaron también ensayos de dispersión de luz dinámica (DLS) con el objetivo de evaluar el diámetro hidrodinámico y la polidispersidad. La incorporación de los nanomateriales en las distintas matrices poliméricas permitió obtener materiales nanocompuestos con propiedades hidrofílicas, morfología controlada propia para cada sistema y con capacidad de elevar su temperatura mediante la irradiación de luz en el rango del infrarrojo cercano (NIR). Por lo tanto, los sistemas nanocompuestos desarrollados resultan de interés para su potencial aplicación en terapia fototérmica antibacteriana en cuadros de infecciones comunes en tejidos cutáneas.
Mail de los autores Ernesto Santiago Battaglia Fil: Battaglia, Ernesto Santiago. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Estudio de la maquinabilidad de diferentes fundiciones nodulares en operaciones de rectificado y taladrado
Full text linkLas fundiciones de hierro con grafito esferoidal (DI) son un grupo de aleaciones ternarias Fe-C-Si cuya microestructura consiste en nódulos de grafito embebidos en una matriz metálica. Si bien no son de reciente aparición, han presentado grandes desarrollos y avances en las últimas décadas. Estos avances han permitido que sean empleadas en diversas áreas gracias a su bajo costo, amplia gama de propiedades mecánicas y por poder obtenerse con la forma y las dimensiones cercanas a las finales. Sin embargo, no siempre resultan ser directamente aplicables en su condición colada.
Frecuentemente es necesario alcanzar ciertos requerimientos de tolerancias dimensionales, de forma y/o de acabado superficial, volviéndose inevitable la aplicación de al menos un proceso de mecanizado.
Entre las DI, están presentes las fundiciones nodulares austemperadas (ADI), las cuales se destacan del resto debido a las propiedades ventajosas que le confiere su microestructura. La misma consiste de nódulos de grafito embebidos en una matriz ausferrítica que permite obtener propiedades mecánicas superiores a las de una DI convencional.
Dado que hay ciertas aplicaciones que requieren que el material presente alta tenacidad y buena maquinabilidad, se ha desarrollado una nueva variante (IADI) que contiene ferrita libre dispersa en la matriz metálica ausferrítica.
Al momento de mecanizar una pieza que debe ser tratada térmicamente, lo usual es realizar una operación de desbaste cuando el material presenta dureza relativamente baja, es decir previo al tratamiento térmico y otra de acabado cuando el material ya adquirió las propiedades mecánicas deseadas. Esta última operación, si bien suele ser dificultosa, es necesaria para poder eliminar las deformaciones producidas en la superficie del material sometido al tratamiento térmico o para alcanzar las especificaciones dimensionales y de acabado. Aún cuando en materiales como la ADI es posible predecir las deformaciones y cambios de volumen que se producen durante el tratamiento térmico, en muchos casos no es posible eliminar la etapa de mecanizado final.
Existen diferentes tipos de mecanizados que tienen como objetivo general la generación de superficies. No obstante, cada uno de ellos presenta características particulares que lo hacen la opción más adecuada en la fabricación de ciertos componentes. En estos procesos es importante conocer y entender el comportamiento del material frente al mecanizado (maquinabilidad) para poder obtener los resultados deseados y a su vez optimizar las etapas de producción. En el caso de la IADI, la información disponible es muy escasa debido a su reciente desarrollo.
En este trabajo se estudia la maquinabilidad de DI con diferentes microestructuras, empleando diferentes condiciones operativas en dos procesos de mecanizado: rectificado plano tangencial y taladrado. El estudio se lleva a cabo abordando la maquinabilidad con tres enfoques diferentes: alteraciones producidas en el material (acabado e integridad superficial), comportamiento de la herramienta (vida útil y evolución de desgaste) y requerimientos del proceso sobre la máquina (consumo de potencia y fuerzas involucradas).
Se analizan diferentes aspectos de la integridad superficial obtenida durante un proceso de rectificado y se compara la rectificabilidad de DI con diferentes microestructuras. Se analiza experimentalmente la influencia de los parámetros de corte en rectificado y las características microestructurales, sobre el acabado superficial de ADI e IADI. Se determina la influencia de los parámetros de corte en la topografía superficial cuando se aplica el sistema MQL (Minimum Quantity Lubrication) para rectificado de ADI. Finalmente, se propone y se pone a punto una metodología de ensayo que evalúa la maquinabilidad de ADI e IADI en procesos de taladrado con diferentes condiciones de corte y diferentes geometrías de herramienta.
Los resultados mostraron que todas las superficies presentan una buena terminación superficial luego de ser rectificadas bajo las condiciones seleccionadas. Para diferentes requerimientos de acabado e integridad superficial, sería posible seleccionar las condiciones de corte más adecuadas. Además, se logró establecer una relación entre la distorsión producida en piezas de pared delgada y el perfil de tensión residual introducido durante el rectificado.
Se pudo determinar que la aplicación del sistema MQL en el rectificado de ADI es posible, generando buenos resultados, y pudiendo aprovechar las ventajas que éste posee respecto del sistema inundado.
Se logró poner a punto una metodología de ensayo para analizar la maquinabilidad de ADI e IADI en operaciones de taladrado. Se estableció que uno de los parámetros más influyentes en la vida de la herramienta es su geometría. Se observó que el mecanismo de falla en las herramientas al mecanizar ADI e IADI resultó ser diferente, siendo desgaste del flanco en el primer caso y astillamiento o deformación plástica en el segundo.
Mail del autor María Emilia Furno Fil: Furno, María Emilia. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Estudio de factibilidad de la instalación de una planta de acetaldehído a partir de bioetanol
No full textLa descarbonización de la industria, y en particular de la industria química, es una idea que ha ganado notable popularidad y fuerza en las últimas décadas. La búsqueda de formas de reemplazar las tradicionales vías de producción de energía, combustibles y productos químicos basadas en hidrocarburos y derivados del petróleo ha dado lugar a la aparición de alternativas más ambientalmente sustentables.
En Argentina, en un intento de lograr una matriz de combustible de mayor sostenibilidad, la legislación nacional ha impuesto desde 2010 un corte obligatorio con bioetanol a las naftas empleadas para transporte vehicular. Esta medida fomentó la instalación de plantas productoras de bioetanol, producido principalmente a partir de maíz y caña de azúcar. Sin embargo, el estancamiento del porcentaje de corte en un valor del 12%, sumado a la regulación estatal ejercida sobre el precio de venta del bioetanol, ha provocado una merma en la producción y un menor incentivo en apostar al crecimiento del mercado de este biocombustible.
A partir del proyecto de diseño de una planta de bioetanol a partir de remolacha, efectuado en el marco del Trabajo Final de Ingeniería Química en el año 2018, se propone en este proyecto la concepción de una nueva planta para la síntesis de acetaldehído, empleando ese mismo bioetanol como materia prima. De esta forma, se busca orientar recursos hacia la diversificación de la matriz productiva, valiéndose de materia prima disponible a partir de la cual es posible continuar con la cadena de agregado de valor.
El acetaldehído es un compuesto de gran interés en la industria química y sus ramificaciones (farmacéutica, alimenticia, de pinturas, entre otras). Se concibe entonces la posibilidad de instalar una planta con una capacidad de 20.000 toneladas anuales de acetaldehído de alta pureza.
El presente proyecto representa un diseño preliminar de las instalaciones y los principales equipos necesarios para su funcionamiento. Se alcanza una profundidad de ingeniería básica, sin adentrarse en las especificaciones propias de una etapa de ingeniería de detalle, previstas para una instancia más avanzada de un proyecto.
Se decide sintetizar el acetaldehído mediante la ruta de deshidrogenación catalítica del etanol. Se obtiene de la misma reacción hidrógeno como subproducto, y como resultado de una reacción secundaria, acetato de etilo. Ambos compuestos cuentan con valor comercial, por lo que es de interés separarlos en especificación para su posterior comercialización.
Se diseña un sistema de reactores que consta de dos lechos fijos rellenos de catalizador de cromita de cobre, y se seleccionan las condiciones operativas que resultan favorables para maximizar la selectividad hacia la formación de acetaldehído.
Posteriormente, se profundiza en el esquema de separación y purificación. Se proyecta la instalación de una subplanta de separación de hidrógeno que incluye un separador flash, un compresor y un absorbedor, junto a los compresores específicos para su almacenamiento como gas comprimido. Luego, en un tren de cinco destiladores se separa tanto el acetaldehído y el acetato en especificación, como el etanol no convertido para su recirculación al sistema de reactores.
Se implementa el método Pinch para integrar energéticamente las corrientes de proceso que requieren intercambio de calor. De esta forma, se aprovecha la carga térmica de corrientes que deben enfriarse para calefaccionar corrientes ávidas de calefaccionarse. Para aquellas corrientes que no puedan integrarse energéticamente, se suministra o extrae energía empleando fluidos auxiliares: agua de enfriamiento, agua helada, refrigerante, vapor de agua y fluido calefactor. Se definen los intercambiadores de calor necesarios, así como los demás equipos auxiliares de la planta (bombas, compresores, eyectores).
En función del diseño completo de la planta, se estima la inversión requerida para su puesta en funcionamiento, los costos operativos y los potenciales ingresos por venta. A partir de estos resultados, se calculan los flujos de caja anuales y se estima la rentabilidad del proyecto. Se realiza un análisis comparativo entre los resultados económicos de la planta original de bioetanol con y sin el agregado de las nuevas instalaciones de acetaldehído. Por otro lado, se efectúa un estudio de sensibilidad frente a cambios en la capacidad de la planta, el costo de la materia prima y el precio de venta del acetaldehído.
Por último, se lleva a cabo un estudio de impacto ambiental de la planta. Se identifican las fuentes de impacto presentes, y se proponen diversas medidas preventivas y correctivas en función de la clasificación del riesgo asociado a cada fuente.
Mail de los autores Agustín Pomponio ; Matias Sharif Jozami ; Lucila Malarczuk ; Carmen Novoa Fil: Jozami, Matías Sharif. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Malarczuk, Lucila. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Novoa, Carmen. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Pomponio, Agustín. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Diseño de motocicleta doble tracción híbrida
No full textEn este trabajo, se llevó a cabo el análisis, dimensionamiento y rediseño de una motocicleta para contar con capacidad de tracción en sus dos ruedas a partir de una conversión a híbrida. Esto se logra mediante la combinación del uso de un motor térmico con uno eléctrico.
Para ello, se partió de una motocicleta convencional de uso mixto, y se analizó la posibilidad de desarrollar un sistema que, modificando la motocicleta base, mejorara su rendimiento, autonomía, así como también la sostenibilidad ambiental. Hasta el momento, las motocicletas con tracción en ambas ruedas son costosas y el mecanismo por el cual lo consiguen es complejo, además, las ventajas que presentan esos sistemas solo se limitan a transferir par a las ruedas.
En este contexto, se propone una opción más simple, eficiente y con mayores ventajas.
Esta alternativa consiste en introducir un motor eléctrico, que no solo se utiliza para transferirle tracción a la rueda delantera, sino que también facilita otras características atractivas como por ejemplo: la inversión de marcha (poco común en motocicletas convencionales), la recuperación de energía mediante el frenado regenerativo, y la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero en zonas urbanas, ventajas que se pierden en sistemas de doble tracción convencionales basados en transmisión mecánica o neumática.
Para lograr alcanzar estos objetivos, se seleccionaron los elementos necesarios, y se realizaron los cálculos y verificaciones pertinentes, e incluso modificaciones para mejorar la eficiencia. Cada componente que forma parte del proyecto se estudió y desarrolló, con el fin de brindar una explicación completa y clara del funcionamiento. Por último, se efectuó una evaluación de los costos más significativos para estimar el costo total de llevar a cabo este proyecto.
Mail del autor Mariano Casadei Fil: Casadei, Mariano. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Sistema para la medición y monitoreo de pasturas: Pastech
No full textEl proyecto Pastech fue ideado por investigadores de la facultad de Ciencias Agrarias, del INTA y del CONICET. Tiene como objetivo desarrollar una solución que permita realizar la medición y monitoreo de las pasturas de los establecimientos ganaderos de una manera rápida, precisa y automatizada haciendo uso de las tecnologías de la información. Se espera obtener un producto mínimo viable útil que tenga la capacidad de ser extendido y escalado fácilmente y cuyo precio sea accesible para ser lanzado al mercado.
El sistema desarrollado está compuesto por: un pasturómetro electrónico que permitirá a los operarios del campo tomar las mediciones de la altura del pasto; una aplicación mobile que se conectará al pasturómetro para poder capturar las mediciones y enviarlas a la nube; un sistema cloud que se encargará del almacenamiento y procesamiento de los datos y, por último, una aplicación web para realizar la gestión y visualización de la información.
Dada la magnitud del sistema, se tomó la decisión de dividir el desarrollo en dos subproyectos. Por un lado, el subsistema mobile y su interacción con el pasturómetro fue desarrollado por el grupo integrado por Matías Veitch y Nicolás Escudé, mientras que el pasturómetro fue diseñado y construido por integrantes del departamento de Ingeniería Electrónica de la Facultad de Ingeniería de la UNMdP. Por otro lado, en este trabajo final se llevó a cabo el desarrollo de los servicios cloud y la aplicación web.
El diseño del subsistema cloud-web fue guiado principalmente por los requerimientos de escalabilidad y extensibilidad mencionados anteriormente, por lo que se implementó una arquitectura conformada por microservicios con responsabilidades claramente definidas. Además, se desarrolló una aplicación web con un diseño moderno e intuitivo para poder acceder, gestionar y visualizar la información mediante imágenes satelitales, representaciones gráficas y georeferenciadas de los datos, cálculos y análisis estadísticos, entre otros.
El desarrollo de este trabajo final permitió enfrentar una problemática real y atravesar las etapas necesarias de planificación y gestión de un proyecto de software con el fin brindar una solución acorde a las necesidades del dominio. Esto permitió incorporar experiencias y conocimientos que son de suma importancia en la vida profesional de un Ingeniero en Informática.
Mail de los autores Demoor, Tobías ; Lening Celaya, Leopoldo Fil: Demoor, Tobías. Universidad FASTA. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Lening Celaya, Leopoldo. Universidad FASTA. Facultad de Ingeniería; Argentin
Estudio de sistemas de arranque en motores eléctricos. Estudio de caso: Frigorífico
No full textEl presente proyecto final de grado tiene como objetivo principal el estudio y análisis de los sistemas de arranque de motores eléctricos que se utilizan en la industria. Además, se pretende abordar el nuevo paradigma ambiental analizando el impacto que genera la incorporación de motores eléctricos de alta eficiencia.
Para cumplir con el objetivo principal se llevaron a cabo las siguientes tareas, que representan objetivos específicos:
-Búsqueda, lectura comprensiva y análisis de la bibliografía empleada(publicaciones de la IEEE, publicaciones de revistas y/o congresos, Normas nacionales e internacionales, manuales, libros, etc.).
-Analizar los sistemas de arranque de los motores y su funcionamiento.
- Definir las mediciones de campo correspondientes para el análisis.
-Realizar el relevamiento de la instalación eléctrica del frigorífico en estudio priorizando los arranques de los motores.
-Comparar distintos softwares de simulación de redes eléctricas, seleccionando el adecuado para este caso.
-Desarrollar un modelo de simulación de la instalación mediante el software.
-Generar simulaciones con el modelo desarrollado en diferentes escenarios y elaborar conclusiones.
-Proyectar alternativas de implementación de los sistemas estudiados.
-Realizar el análisis económico-ambiental que conlleva el cambio de motores estándar por motores eléctricos de alta eficienciaFil: Fernández, Mauro. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Tito, Emiliano. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Desarrollo de estructuras cerámicas porosas por impresión 3D
No full textEl presente trabajo de tesis se centra en el estudio del procesamiento de estructuras cerámicas porosas mediante manufactura aditiva (AM, ‘additive manufacturing’), comúnmente conocida como impresión 3D, empleando dos técnicas diferentes: modelado por deposición fundida (FDM, ‘fused deposition modeling’), técnica basada en el proceso de extrusión de material, y sinterización selectiva por láser indirecta (i-SLS, ‘indirect selective laser sintering’), técnica basada en el proceso de fusión en lecho de polvo.
La AM es una tecnología avanzada de fabricación que podría emplearse para producir estructuras cerámicas con geometrías complejas y arquitecturas controladas mediante su construcción capa por capa, lo que las haría potencialmente útiles en diversas aplicaciones.
Debido a las características inherentes de los materiales cerámicos (alta dureza, fragilidad, alto punto de fusión y bajo coeficiente de expansión), la mayoría de las técnicas de AM recurren al uso de ligantes orgánicos para unir las partículas cerámicas durante la operación primaria de AM, obteniéndose así la pieza en verde. Seguidamente, esta pieza en verde se debe calentar cuidadosamente para eliminar estos ligantes y, por último, se sinteriza para obtener el producto cerámico final. En este contexto, aún existen cuestiones relevantes relacionadas a los materiales de alimentación y al proceso específico de manufactura aditiva que deben resolverse para lograr el desarrollo de piezas cerámicas con propiedades adecuadas para una determinada aplicación.
La originalidad de este trabajo recae en el enfoque integral con el que se aborda el desarrollo y la evaluación de estructuras cerámicas porosas obtenidas mediante la manufactura aditiva por dos técnicas diferentes, FDM e i-SLS, a partir, por un lado, del diseño y preparación de nuevos materiales de alimentación basados en alúmina-poliamida (para la técnica de FDM) y alúmina-micrografito-poliamida (para la técnica de i-SLS), empleando un método relativamente sencillo, pero poco estudiado en el campo del procesamiento de materiales cerámicos, llamado separación de fases inducida térmicamente (TIPS, ‘thermally induced phase separation’), y por otro, de la determinación de las condiciones de impresión óptimas para cada técnica y su procesamiento posterior (tratamientos térmicos y etapas de post-impresión). El empleo de un material ligante común a ambas técnicas estudiadas, ya sea poliamida 12 o poliamida 612, que se propone en este trabajo de tesis, es otro aspecto destacable que contribuye al avance de la manufactura aditiva en el campo de los materiales cerámicos. Cabe mencionar que, además, en esta tesis se emplea un equipo de FDM con un sistema de extrusión directa de diseño propio capaz de procesar polvo o pellets en lugar de filamentos y un equipo de SLS provisto con un láser de diodo de baja potencia. Así, estas nuevas combinaciones constituyen un valioso aporte en el área del procesamiento de cuerpos cerámicos porosos tridimensionales mediante manufactura aditiva.
En el estudio abordado, se realiza una caracterización exhaustiva de los materiales de alimentación obtenidos por TIPS para cada técnica de AM estudiada, estableciendo condiciones experimentales óptimas para la construcción del objeto, así como para las etapas de calcinación y sinterización, y se analizan las propiedades físicas, mecánicas y microestructurales de las estructuras cerámicas obtenidas, además de estudiar la influencia de los procesos de impregnación/infiltración en dichas propiedades, con el objetivo de comprender las relaciones procesamiento-microestructura- propiedades.
El trabajo de tesis se dividió en cuatro capítulos, los cuales comprenden:
La revisión bibliográfica sobre el estado del arte de la AM de materiales cerámicos mediante FDM e i-SLS.
La caracterización de las materias primas empleadas (alúmina, poliamidas 12 y 612, y micrografito).
El estudio del procesamiento mediante TIPS de los sistemas de alimentación cerámico-polímero para la obtención de gránulos compuestos basados en alúmina-poliamida y la selección de los sistemas alúmina-poliamida y alúmina-micrografito-poliamida más promisorios para los procesos de AM por FDM e i-SLS, respectivamente.
El estudio del proceso de AM por FDM utilizando un sistema de deposición por extrusión directa, de diseño propio capaz de procesar pellets o polvos en lugar de filamentos, empleando como material de alimentación los gránulos compuestos basados en alúmina y poliamida obtenidos vía TIPS.
La caracterización fisicoquímica y microestructural de las piezas en verde y sinterizadas obtenidas por FDM, así como el estudio de la respuesta mecánica de las piezas finales obtenidas y la evaluación de la influencia de la impregnación de las piezas calcinadas y pre-sinterizadas con suspensiones de Al2O3 en medio alcohólico sobre las propiedades físicas y mecánicas finales.
Mail del autor Xavier Hung Fil: Hung, Yuk Ming Xavier. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Estudio y desarrollo de resonadores de microondas para sensado no invasivo
No full textEn el rango de frecuencias de las microondas, la forma en la que un material interactúa con radiación electromagnética se encuentra directamente relacionada con su composición a nivel molecular. Gracias a ello, es posible emplear un dispositivo electrónico que genere una onda electromagnética y mida sus cambios al interactuar con el material, para inferir indirectamente algunas de sus propiedades. Esto podría ser de utilidad para determinar la presencia o concentración de algún componente en una solución. Las aplicaciones de este fenómeno son variadas en los ámbitos industrial, biomédico, sanitario, ecológico y energético. Una aplicación de especial interés es la medición no invasiva de la glucemia (concentración de glucosa en sangre) de una persona.
En los últimos años se han publicado trabajos científicos proponiendo sensores de microondas con diferentes técnicas, topologías y tecnologías, buscando detectar la concentración de un soluto en una solución acuosa. Algunos de ellos han incursionado en la medición de glucosa en soluciones salinas que se asemejen a la composición química del tejido sanguíneo. Se ha encontrado que efectivamente la glucemia tendría un efecto eléctrico, el cual sería medible con un sensor de este tipo. Sin embargo, las soluciones salinas de prueba no necesariamente representan el comportamiento verdadero del tejido sanguíneo in-vivo, dado que el principal efecto de la glucosa es sobre las células vivas del cuerpo humano, y la mayoría de estos trabajos no han realizado pruebas en humanos para validar las propiedades de sus sensores. Además, la mayoría de estos dispositivos usan tecnologías planares, vulnerables a errores por leves desplazamientos del sensor en contacto con la piel. En esta aplicación, los resonadores de cavidad constituyen un nicho tecnológico inexplorado en la literatura y en el mercado, y que podría presentar alto potencial para el diseño de sensores de alta precisión y resolución. Es de interés avanzar el conocimiento en este campo de estudio, pues el sensado de concentración de una solución puede tener aplicaciones importantes industriales y sanitarias, por ejemplo, para la detección de contaminantes en agua. En el caso particular de la glucosa en sangre, la posibilidad de medición no invasiva traería múltiples beneficios al estado de salud promedio de la población, especialmente a aquellas personas que padecieren de diabetes.
La diabetes es una enfermedad que afecta a más del 10% de los adultos del mundo, un porcentaje que ha aumentado en los últimos años. Las personas que padecen esta enfermedad deben realizar controles de la concentración de glucosa existente en su sangre, en forma diaria, para procurar mantener valores normales y prevenir complicaciones graves de salud. El método de medición comúnmente utilizado es invasivo, ya que implica la extracción de una gota de sangre, lo cual produce molestias. Esto lleva a los pacientes a reducir la frecuencia del monitoreo, contrariamente a lo recomendado por los especialistas, poniendo en riesgo su salud. De ser posible la medición en forma no invasiva, eliminando la molestia involucrada, se incrementaría la rigurosidad del régimen de control de glucemia de estas personas. También fomentaría la
extensión del monitoreo regular de la glucosa en sangre a personas sin diabetes, que busquen simplemente mejorar sus hábitos alimenticios y de actividad física para evitar desarrollar diabetes en el futuro.
En este trabajo se presenta el desarrollo de sensores electromagnéticos para la caracterización de una muestra y la medición de concentración de un componente allí presente. Las microondas emitidas por el sensor pueden penetrar en las muestras sin dañarlas, obteniendo información sobre las propiedades electromagnéticas de los materiales en su interior. Contrario a las tendencias del estado del arte, se orienta el estudio de los sensores a las cavidades resonantes, para reducir errores de posicionamiento e incrementar la sensibilidad y precisión. Además, se evita el uso de una solución salina para la simulación del cuerpo humano, prefiriendo la síntesis de un modelo de capas en el que se incluyan los tejidos biológicos y sus propiedades electromagnéticas. Para informar resultados en base al desempeño real, se implementan los dispositivos diseñados y se determina su validez como sensores a partir de pruebas de laboratorio y ensayos con voluntarios en contexto clínico.
En primer lugar, se diseñó un sensor para la caracterización de soluciones acuosas, contenidas en un tubo de ensayo. En pruebas de laboratorio, el sensor construido resultó más sensible a la concentración de alcohol etílico en agua que otros dispositivos comparables encontrados en la literatura. También se probaron soluciones con sales, permitiendo utilizar las diferentes variables de resonancia para medir su concentración. El buen desempeño del sensor desarrollado permitiría continuar con su estudio en una línea de investigación aparte, proponiendo aplicaciones futuras en el área de la biorremediación. Adicionalmente, se pudieron extender las conclusiones de la investigación con soluciones acuosas al problema de la medición no invasiva de glucemia, para construir otra cavidad resonante, acondicionada a este problema particular. En el sensor resultante, una persona introduce un dedo de la mano en un molde plástico, y la medición se realiza en unos cinco segundos. Las microondas son afectadas por la presencia de dicho dedo, en una cantidad que es dependiente del comportamiento electromagnético neto de todos los tejidos internos al dedo, incluyendo el sanguíneo. De esta manera, midiendo los cambios en la condición de resonancia, se infiere la concentración de glucosa en sangre luego de un proceso de calibración. En una fase inicial de pruebas clínicas se encontró que casi el 80% de los usuarios obtuvieron respuestas dentro de los valores esperados con un coeficiente de correlación promedio de 55%. En pruebas ambulatorias extendidas posteriores, se logró que los voluntarios utilizaran en forma diaria el medidor propuesto. Se observó que, en situaciones de uso prolongado, un sistema de aprendizaje automático permitió que la glucemia medida con el sensor no invasivo propuesto se acerque a los valores reales, incluso en un voluntario que no había registrado respuesta dentro de los valores esperados durante la fase clínica. En otro caso, en que el usuario era un voluntario con diabetes, el sensor no invasivo calibrado permitió medir la glucemia con un error menor al 20% en el 100% de las mediciones realizadas, lo cual es comparable con medidores comerciales invasivos.
Mail del autor Ramiro Avalos Ribas Fil: Avalos Ribas, Ramiro. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin