RINFI, Repositorio Institucional Facultad de Ingeniería. UNMDP
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Energías sustentables: Colector solar basado en energía solar fototérmica
Get PDFEn el presente trabajo final de grado se realizó el diseño preliminar de un sistema capaz de calentar agua a partir de la energía solar fototérmica con materiales de bajo costo que mantenga la eficiencia del producto.
Se realizó un estudio de antecedentes de sistemas ya existentes en el mundo, y un estudio de los principios teóricos involucrados en el calentamiento de agua.
Posteriormente a la realización de los cálculos correspondientes, se diseñaron y construyeron dos modelos a escala del sistema para evaluar los diferentes comportamientos de los materiales en funcionamiento. En los mismos se tomaron medidas de temperaturas en diferentes puntos de los colectores en varios días para analizar resultados.
Se determinaron los materiales y equipos necesarios para llevar a cabo el proyecto, y se realizó un análisis de costos (con el error característico de la ingeniería básica).Fil: Giannetti, Facundo. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Desarrollo de un sistema filtrante para la eliminación de nitratos en aguas contaminadas
Get PDFLa contaminación con nitratos de fuentes de aguas destinadas al consumo humano es una problemática creciente a nivel mundial, producida principalmente como consecuencia del uso de ciertos tipos de fertilizantes en el sector agrícola, y por la mala disposición de residuos orgánicos sólidos y líquidos. Dado que las técnicas actuales para el tratamiento de dichas aguas son muy costosas y de difícil implementación, el objetivo del presente trabajo es el desarrollo de un sistema filtrante para la eliminación de los nitratos del agua, basado en tecnologías económicas, de sencilla aplicación, bajo impacto ambiental y escalables a nivel industrial.
Como aproximación a una solución ante dicha problemática, se planteó el diseño de una columna de adsorción como método de purificación continuo, evaluando dos tipos de materiales como componentes activos para la remoción. Por un lado se estudió la capacidad de adsorción de un material compuesto en forma de esferas de matriz polimérica de polivinil alcohol (PVA) y alginato de sodio (Ags) con partículas de hidrotalcita sintética (HT). Por otro, se analizaron hidrogeles de quitosano sometidos a un tratamiento de entrecruzamiento y funcionalización (protonación), para maximizar la integridad física y la capacidad de eliminación de nitratos respectivamente. Simultáneamente a los ensayos de remoción de estos distintos materiales, se fueron realizando otras caracterizaciones como: DSC, TGA y DTG, FTIR y DRX, buscando relacionarlas con el proceso de síntesis, de forma de optimizarlo y así obtener mejores resultados de eliminación de nitratos.
En una primera instancia los ensayos de adsorción se realizaron en sistemas en batch para analizar la eficiencia y capacidad de los materiales, y usar la información como punto de partida para un sistema continuo (más eficiente y aplicable a nivel industrial). Para esto se utilizaron como soluciones contaminadas, una solución ideal de 100 ppm de nitratos preparada en laboratorio (concentración que excede el límite establecido por la legislación provincial, y del orden de los valores que se han encontrado en distintos pozos de agua en ciertas zonas del partido de General Pueyrredón1–4) y muestras de agua reales tomadas de la empresa “Cooperativa el Nuevo Amanecer” (127 ppm de nitratos y un alto contenido de sólidos disueltos totales).
En un comienzo se procedió a la síntesis de la HT mediante el método de coprecipitación. Esta funcionaría como componente activo de adsorción del material compuesto. Se realizaron un total de 9 síntesis donde se fue variando el procedimiento de la misma en busca de optimizar las propiedades de adsorción. Se llegó a obtener un 82 % de remoción de nitratos sobre la solución ideal, al realizar el ensayo en batch. A pesar de estos buenos resultados, surgieron complicaciones en la reproducibilidad de las síntesis, ya que aun en los casos en que se seguía el mismo procedimiento, se obtenían capacidades de adsorción diferentes.
Luego se realizó la síntesis de una matriz de PVA/Ags, y una vez determinada la relación óptima entre los componentes se prosiguió al desarrollo del material compuesto. Se fueron analizando distintas relaciones entre la matriz y la HT, incrementando la proporción de la arcilla. El material compuesto con relación en masa 1:1:2 (PVA:Ags:HT) presentó los mejores resultados, con un 41% de remoción. De esta forma se pudo observar una gran restricción de la matriz polimérica en la capacidad de adsorción del componente activo. Cabe aclarar que la aplicación de hidrotalcita por sí sola en un sistema filtrante no es viable a nivel industrial debido a diversas problemáticas (complicaciones en la extracción, generación de lecho sólido que dificulta la filtración del agua, entre otros).
Buscando un material con mayor capacidad de remoción de nitratos para ser analizado como componente activo del sistema filtrante, se sintetizaron hidrogeles de quitosano funcionalizado, obteniendo muy buenos resultados, del orden del 80% de adsorción. Por otro lado, se hizo un estudio para determinar la dosis óptima a utilizar en un sistema en batch y se evaluó las cualidades en la reutilización de las perlas de quitosano luego de ser tratadas con una solución de NaOH, obteniendo resultados eficientes en remoción luego de dos reúsos sobre el adsorbente. También se llevaron a cabo ensayos en batch sobre aguas reales donde se consiguió un porcentaje de remoción del 51%. La disminución en la eficiencia de remoción es debida a que las muestras de aguas reales presentan otros iones que compiten con los nitratos por los sitios de adsorción, que la solución ideal de nitratos no posee.
A partir de los resultados de remoción obtenidos, se estudió el proceso de adsorción con quitosano funcionalizado utilizando modelos matemáticos de isotermas y cinética de adsorción. Para el estudio de isotermas el modelo que mejor ajustó los datos experimentales fue el de Langmuir, mientras que la cinética de adsorción se corresponde con el modelo de pseudo segundo orden.
Debido al alto costo del quitosano utilizado se evaluó una alternativa de industria nacional más económica, a la cual se le realizó el mismo tratamiento de síntesis. De este modo se obtuvieron reducciones en la concentración de nitratos de hasta un 70 %, pudiendo ser reutilizados en una ocasión (manteniendo la capacidad de remoción). Los resultados fueron aceptables, pero se presentaron inconvenientes al realizar el goteo de las perlas (dificultades que no permitían la reproducibilidad) y la resistencia de las perlas era menor en comparación a las del reactivo más caro.
En base a los resultados de los diferentes materiales analizados se determinó que el mejor material pata la realización de los ensayos de remoción en la columna de adsorción (sistema continuo) era el quitosano funcionalizado (de origen importado). Pero debido al contexto actual de la pandemia COVID-19 (SARS-CoV-2), que desencadenó en la suspensión de las actividades en el mes de marzo en los laboratorios del INTEMA, no se pudo realizar este último ensayo. A partir del mismo se esperaba obtener una mayor capacidad de tratamiento respecto del sistema en batch, para posteriormente realizar un escalado y evaluación económica de la aplicabilidad de dicho sistema en el caso real ingenieril de la empresa “Cooperativa el Nuevo Amanecer”
Dada esta problemática, se optó por evaluar la aplicabilidad a partir de los resultados en batch, de forma de tener una idea de los costos asociados al proceso. Se compararon los costos/inversión con los de una técnica comúnmente empleada a nivel industrial, la de intercambio iónico, basado en un presupuesto real (para nuestro caso en estudio) realizado por la empresa “Fluence”, proveedor global líder de soluciones de tratamiento de aguas que posee una sede en el parque industrial General Savio. Esta última resultó ser más rentable, sin embargo, se debe considerar que se esperaría que los resultados en un sistema continuo sean más eficientes, teniendo en cuenta esto, y sumado a otras futuras optimizaciones del proceso, nuestro sistema podría constituir una alternativa viable y de sencilla aplicación frente a otras costosas técnicas como solución a esta problemática tan presente.
Mail del autor Federico Cioffi Fil: Cioffi, Federico. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Frettiz, Franco Sebastián. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Localización de un mercado frutihortícola utilizando los métodos de Brown-Gibson y proceso de jerarquía analítica
Get PDFExisten desde hace años hábitos de consumos que priorizan los alimentos libres de agroquímicos, de agregado de aditivos y conservantes químicos en su elaboración y una tendencia al consumo de alimentos crudos, productos regionales y productos no estandarizados. La producción frutihortícola en el Partido de General Pueyrredon se desarrolla en el entorno de las zonas de Batán, Santa Paula, Laguna y Sierra de los Padres, Coyunco, Gloria de la Peregrina, Colonia Barragán y Boquerón, entre otras, constituyendo el llamado Cinturón frutihortícola. A partir de los antecedentes de la Asociación Frutihortícola de Productores y Afines se plantea el estudio de la posible localización de un mercado de productos saludables en el partido mediante la aplicación de métodos de Investigación Operativa de los cuales se han seleccionado el método de Brown - Gibson y el Proceso de Jerarquía Analítica. De contrastar las alternativas en función de los criterios establecidos se obtiene que la mejor ubicación para un mercado de productos saludables sería sobre la ruta provincial 88 en la cercanía al parque industrial Gral. SavioFil: Onaine, Adolfo Eduardo. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Ambrústolo, Mariela Beatriz. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Boloquy, Ignacio D. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Modelado constitutivo multiescala de matrices nanofibrosas electrohiladas
Get PDFLa ingeniería de tejidos busca proveer a las aplicaciones biomédicas de injertos hechos a medida que logren exhibir propiedades mecánicas biomiméticas. En este contexto, el electrohilado ha surgido como una técnica con características prometedoras para la producción de injertos vasculares nanofibrosos. Sin embargo, para mejorar la biomímesis de los injertos electrohilados, con miras a la producción de reemplazos vasculares paciente específicos, es necesario mejorar la comprensión del comportamiento mecánico de las matrices electrohiladas teniendo en cuenta las características morfológicas microestructurales y las propiedades mecánicas de las nanofibras de acuerdo con el material seleccionado. Para este fin, el modelado constitutivo multiescala aparece como una poderosa herramienta, capaz de vincular los mecanismos microscópicos subyacentes bajo deformación con la respuesta mecánica observada a nivel macroscópico. Además, su empleo en ciclos de optimización puede hacer posible identificar las propiedades constitutivas de las nanofibras así como la microtopología de la matriz capaces de alcanzar un comportamiento macroscópico con aceptable grado de aceptación. En base a estas consideraciones, se presenta en este trabajo de tesis doctoral el desarrollo de modelos constitutivos multiescala para matrices nanofibrosas electrohiladas, teniendo en cuenta las características esenciales de la microestructura de los injertos, las propiedades constitutivas de las nanofibras y la interacción entre las mismas. En primera instancia se presenta el modelo en dos escalas, adoptando una descripción clásica de un sólido continuo para la escala macroscópica, y un Elementos de Volumen Representativos (RVE) discreto conformado por fibras individuales agrupadas en fascículos. El modelo se validó con datos experimentales de ensayos de inflado de tubos electrohilados. Además se estudió el efecto de variar las propiedades microscópicas sobre la respuesta macroscópica y se utilizó esta información para obtener los parámetros necesarios para un injerto capaz de imitar la respuesta en presión-diámetro de una arteria intracranial humana. A continuación se explora la generación de geometrías realistas que reproduzcan los aspectos más importantes de la microestructura electrohilada. Se desarrolló un algoritmo de deposición virtual de fibras, con inspiración en la deposición de nanofibras durante el proceso de electrohilado, capaz de generar mallas de fibras interconectadas. Para evaluar la aptitud de estas geometrías para servir como RVE de los modelos multiescala, se estudió la variabilidad estadística en función del tamaño de las mallas. Además, se muestra la capacidad de diseño del algoritmo para generar geometrías que reproduzcan microestructuras con diferentes grados de alineamiento y con distintos niveles de enrulamiento de las fibras. Por último, se desarrolló un modelo micromecánico para ser aplicado a las mallas generadas anteriormente. Este modelo microscópico lleva en consideración la interacción de las fibras en los puntos de intersección, así como la posibilidad de deformación plástica y rotura de las mismas. Por otra parte, se llevaron a cabo ensayos de tracción uniaxial sobre matrices electrohiladas para obtener las curvas de tensión-deformación experimentales necesarias para su validación. Los resultados obtenidos muestran que el modelo logra reproducir exitosamente la respuesta macroscópica elastoplástica de las matrices a partir de parámetros microscópicos realistas.Fil: Caballero, Daniel Enrique. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Diseño de una planta para la producción de ácidos grasos a partir de sebo vacuno
No full textEl proyecto tiene como objetivo principal realizar el diseño de una planta química para la producción de ácidos grasos a partir de sebo vacuno. El sistema de reacción principal resulta ser la hidrólisis de triglicéridos la cual genera ácidos grasos y glicerina en exceso de agua. Es por esto que el proyecto tiene un objetivo secundario que consiste en revalorizar la glicerina que se genera mediante la obtención de una mezcla de glicéridos con mayor valor comercial.
Mail de los autores Rosario Malarczuk Fil: Czebotaronek, Daniela Valeria. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Malarczuk, Rosario Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Mobili, Agustina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Sosa, Álvaro. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Diseño y construcción de estufa rocket e intercambiador de calor modular para climatización ampliada
Get PDFEn el presente trabajo se estudia el diseño y construcción del conjunto de estufa
Rocket e intercambiador de calor modular. Estas estufas de alta eficiencia son aptas
para viviendas y espacios amplios. El intercambiador de calor que se desarrolla es
adaptable a cualquier tipo de estufa cuya cámara de combustión sea de geometría
cilíndrica.
El fin de adicionar un intercambiador de calor es lograr la canalización del calor
generado por la combustión de la estufa a otros espacios independientes de la vivienda
de una forma natural, eficiente y a bajo costo.
Este estudio perite profundizar y dar respaldo a los talleres que se dictan en el
marco del programa de Extensión “Energía, una alternativa social” de la Faculta de
Ingeniería de Mar del Plata (UNMDP). Dicho programa se involucra en la sociedad
dictando talleres de energías alternativas en distintos barrios para concientizar sobre vario aspectos energéticos, capacitar a la comunidad, brindar herramientas técnicas, aprovechar oportunidades no explotadas de eficiencia energética y dar soluciones ingenieriles a problemáticas recurrentes que empobrecen la calidad de vida. Mediante el taller que respecta a este estudio se logra promover una solución para el calefaccionamiento de hogares que no tienen acceso a una red de gas continua y/o familias de medianos y bajos recursos que no pueden afrontar los costos del servicio además de transmitir el conocimiento técnico y practico a la comunidad.
Actualmente en el partido de Gral. Pueyrredón coexisten dos grandes problemáticas, la insuficiente capacidad de suministro de la red de gas y las elevadas tarifas del mismo. Estas cuestiones hacen que muchas familias deban optar por métodos alternativos para cocinar o calefaccionar sus hogares.
En función a las problemáticas sociales detectadas y mencionadas anteriormente se plantea el diseño y construcción de un dispositivo intercambiador que permita redistribuir de forma mas homogénea el calor generado en la estufa, logrando climatizar una o más habitaciones sin necesidad de instalar un equipo para cada espacio. El dispositivo intercambia calor con la estufa, calentando el aire que circula por su interior y generando un flujo direccionado hacia el espacio de interés. Este equipo funciona por principios termodinámicos, sin necesidad de adicionar una fuente de energía externa. La construcción del sistema se desarrolla con materiales sustentables y duraderos, cuyo
mantenimiento e instalación son simples y económicos.Fil: Flego, Daiana Mariel. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Tribología de Fundición Nodular Austemperada con Carburos: Fatiga de Contacto y Deslizamiento
No full textLa fundición nodular austemperada, en inglés Austempered Ductile Iron o ADI, es un material ferroso fabricado por colada. Su microestructura consiste en partículas de grafito libre en forma nódulos, inmersos en una matriz compuesta por una mezcla fina de ferrita y austenita, obtenida mediante tratamiento térmico. Este material ha demostrado tener excelente resistencia al desgaste bajo diferentes mecanismos como fatiga de contacto por rodadura (FCR), deslizamiento y abrasión. No obstante, con el objetivo de mejorar su resistencia al desgaste por abrasión, se desarrolló la fundición nodular austemperada con carburos, en inglés Carbidic ADI o CADI, mediante la incorporación de carburos a su microestructura. Esto se logra por distintos caminos, como: el diseño de molde, el control de composición química, la introducción directa de carburos en el molde o sus combinaciones. El carburo posee muy alta dureza, y actúa como un refuerzo de la matriz, incrementando su resistencia a la abrasión, aunque reduce la ductilidad y la tenacidad al impacto. Sin embargo, es posible encontrar un balance entre estos efectos, permitiendo al material alcanzar propiedades competitivas con otros materiales resistentes a la abrasión, por ejemplo, la fundición de hierro blanca u otros “Abrasion Resistant Irons”. Hasta el presente, los estudios tribológicos sobre CADI se han enfocado en el desarrollo de su capacidad para resistir la abrasión a través del control de la microestructura, principalmente tamaño, cantidad y dispersión de carburos, tanto en condiciones de servicio de baja presión como de alta presión. No obstante, dadas las características microestructurales del CADI, es posible plantear como hipótesis que este material tenga también muy buena respuesta frente a otros mecanismos de desgaste, como la fatiga de contacto por rodadura (FCR) o el desgaste por deslizamiento, haciendo que se amplíen las aplicaciones potenciales a diferentes áreas industriales. En este sentido surge la necesidad de estudiar la resistencia al desgaste de CADI, tanto a la FCR como frente al deslizamiento, y su relación con las características de su microestructura. Por lo tanto, en este trabajo de tesis, los estudios de FCR fueron realizados utilizando material en el que la precipitación de carburos fue controlada combinando dos metodologías. Una de ellas con dos geometrías de molde de distinta forma y espesor, para obtener dos velocidades de solidificación, y la otra, mediante el diseño criterioso de la composición química. Los resultados mostraron que la variación de la microestructura de la matriz, controlada a través del tratamiento térmico, tiene una influencia secundaria en la respuesta del material frente a la FCR. Por otro lado, en general la dureza es una propiedad muy importante para la FCR, en el CADI su aumento no siempre resultó en una mejora en la vida hasta la falla, indicando que otras propiedades o características de la microestructura también pueden ser determinantes. Se observó que el desempeño del CADI sometido a FCR es superior al del ADI, y que, gracias a la presencia de carburos, posee más opciones para el control de su microestructura, como el tamaño, la cantidad y la distribución de las partículas de carburo y de grafito, pudiendo optimizar la respuesta del material para cada aplicación particular. Para el estudio y desarrollo del CADI frente al desgaste por deslizamiento, el material se fabricó colando en un molde con una coquilla en un extremo, obteniendo así un abanico de velocidades de solidificación y, por lo tanto, con cantidades variables de grafito y de carburo en función de la distancia a la coquilla. Luego el material recibió el tratamiento térmico a dos temperaturas de austemperado. Así, se evaluó la influencia de una variedad importante de microestructuras, sobre la fricción y el desgaste por deslizamiento. También se estudiaron las huellas de desgaste, analizando el micro-mecanismo de desgaste o daño presente y su relación con la microestructura en las distintas variantes de material. Por otro lado, se estudió la influencia de la velocidad de solidificación sobre la eficiencia del tratamiento térmico. Una elevada extracción de calor no sólo incrementa la velocidad de solidificación y la cantidad de carburos, sino que también condiciona la efectividad del tratamiento térmico posterior de la matriz. Sin embargo, se observó que el CADI de peor desempeño superó por casi diez veces la resistencia al desgaste del ADI de mejor desempeño, incluso cuando sus niveles de dureza resultaron comparables. A su vez, a través del estudio de la influencia de las diferentes características microestructurales, se demostró que es posible optimizar la resistencia al desgaste por deslizamiento, permitiendo diseñar la estructura de CADI para cada aplicación. Los estudios realizados demuestran que es posible obtener una gran variedad de microestructuras a través del diseño de molde, el control de la composición química y el tratamiento térmico, permitiendo optimizar al material según cada aplicación. De esta manera se observa que efectivamente el CADI, no sólo mejora el desempeño tribológico respecto del ADI cuando es sometido a la abrasión, para la cual fue concebido, sino también cuando el daño o desgaste se produce por mecanismos como la FCR o el deslizamiento (adhesión, fatiga), ampliando de este modo las aplicaciones potenciales del CADI a diferentes piezas, mecanismos o incluso áreas industriales.
Mail del autor Diego Iván Pedro Fil: Pedro, Diego Iván. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Recubrimientos protectores, bioactivos y antibacteriales conteniendo vidrios de borosilicatos y cobre, sobre acero de uso quirúrgico
Get PDFLos metales y sus aleaciones son los principales candidatos para ser utilizados como biomateriales en aquellas aplicaciones donde el implante deba soportar grandes cargas, como en el caso de prótesis empleadas en traumatología y ortopedia. En particular, el acero inoxidable 316L sigue siendo el más utilizado en Latinoamérica para implantes permanentes debido a que se presenta como la opción más económica, con una buena relación costo/beneficio. Dicha aleación se caracteriza por ser bioinerte, tener excelentes propiedades mecánicas y una buena resistencia a la corrosión. Como contrapartida, no presenta características bioactivas por lo que una vez implantado no genera una unión con los tejidos vivos.
El medio fisiológico en el cual se encuentra inmerso el implante, posee un alto contenido de cloruros, caídas de pH y variaciones de los niveles de oxígeno, que generan que el acero inoxidable sufra corrosión por picado, llevando en muchos casos a la falla. Por lo tanto, la atención se ha puesto en mejorar las características de la interfaz metal/medio para lograr aumentar la vida útil del implante, recurriendo para ello a modificaciones superficiales. Una de las estrategias posibles para mejorar la resistencia a la corrosión y lograr bioactividad en el implante consiste en recubrir el metal con una capa protectora que actúa como barrera para la difusión de iones, y agregar una segunda capa que contenga partículas bioactivas para favorecer los procesos de osteointegración.
En el presente trabajo se propone la aplicación de un recubrimiento híbrido orgánico-inorgánico de dos capas, obtenido por sol-gel y depositado por dip-coating (técnica de inmersión-extracción) sobre un sustrato de acero inoxidable AISI 316L. Como precursores del sol híbrido se utilizaron tetraetoxisilano (TEOS) y metiltrimetoxisilano (MTMS). El sol fue funcionalizado agregando un 5% p/p de partículas de vidrio bioactivo de base silicato y borosilicato, para ser incorporado en la segunda capa del recubrimiento. Al disolverse, las partículas liberan en el organismo iones que favorecen la generación de fosfatos de calcio relacionados con la apatita (principal componente inorgánico del hueso) que propician la unión del implante con el hueso existente. Se incorporó además cobre como dopante de uno de los biovidrios, por sus conocidos efectos antibacteriales y angiogénicos.
Se utilizaron diversas técnicas para la caracterización de las muestras obtenidas, incluyendo microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), perfilometría y ensayos de adhesión.
Se realizaron ensayos in vitro sumergiendo a las muestras en solución fisiológica simulada (SBF) y manteniéndolas en estufa a 37ºC durante 1, 3, 7 y 14 días, con el objetivo de evaluar la deposición de hidroxiapatita carbonatada (HCA), lo cual es un indicador de posible bioactividad del sistema.
Se evaluó el desempeño electroquímico a la resistencia a la corrosión de los sistemas recubiertos propuestos así como sus controles, a 1 y 14 días de inmersión en SBF, utilizando dos técnicas: espectroscopía de impedancia electroquímica y curvas de polarización potenciodinámica.
Finalmente, se realizó un ensayo de difusión en agar con una cepa de Escherichia Coli para evaluar el poder antimicrobiano de los recubrimientos con biovidrios dopados con cobre.
Los recubrimientos presentaron buena adherencia al sustrato y no se observaron fisuras ni defectos que pudieran comprometer la función protectora de la primera capa. La dispersión de partículas en la segunda capa del recubrimiento resultó muy homogénea aunque se encontró que presenta porosidad submicrónica.
Los ensayos in vitro arrojaron resultados promisorios: en los espectros FTIR se encontraron señales que pueden ser asociadas a carbonatos y fosfatos de calcio, indicando que existe algún grado de bioactividad luego de 7 días en inmersión. Este hecho sólo fue confirmado a través de SEM para uno de los biovidrios empleados, donde pueden observarse clusters de hidroxiapatita.
El recubrimiento con vidrio dopado con cobre, no presentó en los ensayos con bacterias un halo de inhibición para la cepa bacteriana empleada, lo cual puede atribuirse a una lenta disolución del vidrio y a la necesidad de aumentar su concentración en el recubrimiento.
Los ensayos electroquímicos mostraron que los recubrimientos propuestos en este trabajo generan un fuerte aumento en el potencial de picado respecto del metal desnudo, con una disminución de la densidad de corriente de uno a dos órdenes de magnitud. Comparando los resultados a 1 y 14 días, no se detectaron cambios significativos demostrando que los recubrimientos siguen siendo protectores para la corrosión incluso luego de degradarse la capa externa por disolución de las partículas bioactivas.
Mail del autor/es Marina Balestriere Fil: Balestriere, Marina A. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentina
Desarrollo de biocatalizadores inmovilizados para el tratamiento de efluentes líquidos industriales
No full textLos efluentes líquidos industriales contienen cantidades diversas de compuestos fenólicos y de colorantes azo. En general, estos compuestos son potencialmente tóxicos y difíciles de degradar bajo condiciones naturales. Por tanto, su descarga a cuerpos receptores sin un tratamiento adecuado implica un impacto negativo sobre el ambiente y la salud en general. Recientemente, la catálisis enzimática es una alternativa ecoamigable para obtener altas tasas de remoción de compuestos xenobióticos en aguas residuales bajo condiciones predecibles en comparación con los tratamientos biológicos y químicos. El diseño de biocatalizadores debe considerar especialmente la estabilidad y la factibilidad de recuperación de la enzima. Por consiguiente, la inmovilización de enzimas se ha convertido en una importante estrategia para el desarrollo de bioprocesos económicamente viables. Sin embargo, para escalar los procesos y desarrollar sistemas controlados, es importante conocer primero las características estequiométricas y cinéticas de las reacciones enzimáticas en fase homogénea, ya que las enzimas suelen ser sensibles a condiciones externas o la presencia de inhibidores, que pueden ser, incluso, sus mismos sustratos. La presente Tesis Doctoral tuvo como objetivo general desarrollar biocatalizadores basados en la inmovilización de una enzima peroxidasa de rábano picante (HRP) para el tratamiento de efluentes líquidos industriales con peróxido de hidrógeno. En el Capítulo 3 se estudió el comportamiento catalítico de la enzima en fase homogénea en la oxidación del contaminante modelo orange II (OII), poniendo énfasis en las condiciones de reacción y posibilidad de reutilización de la enzima, determinando la cinética de degradación y las condiciones óptimas de la reacción. A partir de los resultados obtenidos se desarrolló una versión modificada del mecanismo Dunford de las peroxidasas, que tuvo en cuenta la inhibición de la enzima por altas concentraciones de peróxido de hidrógeno (P), la descomposición de P en agua y oxígeno, la generación de productos de oxidación (PO) y el efecto del pH sobre la cinética de decoloración del OII. En el Capítulo 4 se estudió la degradación de los contaminantes modelo orange II, fenol y bisfenol A poniendo énfasis en la modalidad de suministro de peróxido de hidrógeno (Sistemas batch y fed-batch) y monitoreando la reacción mediante mediciones del potencial de oxidación-reducción (ORP) para detectar el punto final de la oxidación de los contaminantes estudiados. Los resultados obtenidos demostraron que el ORP puede ser útil para controlar la adición de peróxido de hidrógeno durante la oxidación de OII, fenol y BPA catalizada por HRP, minimizando el tiempo y los costos del proceso. Una segunda etapa del trabajo de investigación consistió en el estudio de técnicas de inmovilización de la enzima por adsorción y unión covalente sobre dos tipos de materiales: membranas nanofibrosas de poliuretano y diatomitas. En el Capítulo 5 se desarrollaron biocatalizadores a base de HRP inmovilizada sobre sobre nanofibras de poliuretano. La técnica de Caracciolo y col. (2017) fue adaptada con éxito para maximizar la carga de HRP inmovilizada mediante uniones covalente, funcionalizando y activando el material con hipoclorito de sodio y un activador epoxi a pH 8. Los resultados obtenidos demostraron que la inmovilización de la enzima se efectuaba tanto por adsorción (ME) como por unión covalente (MAE). La evaluación de los biocatalizadores demostraron que la actividad enzimática de ME y MAE fue mayor cuando la inmovilización se realizaba a 20 que a 40 °C. Asimismo, los resultados obtenidos demostraron que los biocatalizadores a base de membranas nanofibrosas de poliuretano fueron utilizados con éxito en dos ciclos de oxidación de OII durante un tiempo comprendido entre 4 y 10 h, dependiendo de las condiciones de inmovilización. Finalmente, en el Capítulo 6 se desarrollaron biocatalizadores a base de HRP inmovilizada sobre diatomitas mediante adsorción (DE) y por uniones covalentes (DSGE, DHSGE). El material de soporte y los biocatalizadores obtenidos fueron caracterizados por microscopía electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (DRX), fluorescencia de rayos X (FRX), espectroscopía infrarroja por transformada de fourier de reflectancia difusa (DRIFT), microscopía electrónica de barrido y análisis de dispersión de rayos X (SEM/EDX) y análisis termogravimétrico (TGA). Los resultados obtenidos durante la inmovilización mostraron que DSGE tuvo mayores valores de carga enzimática inmovilizada en comparación con DE. Estos resultados fueron consistentes con los obtenidos durante la remoción de OII con P empleando los biocatalizadores a base de diatomitas. La técnica de inmovilización propuesta definió un protocolo exitoso para soportar enzimas estables al almacenamiento durante al menos un mes. Esto reduciría los costos operativos proyectados a la aplicación industrial de enzimas. Los resultados obtenidos representan un punto de inicio para la futura inmovilización de extractos de distintas enzimas con diversas aplicaciones industriales.Fil: Morales Urrea, Diego Alberto. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin
Producción de gas de síntesis a partir de marlo de maíz para generación de energía eléctrica
Get PDFSiguiendo el nuevo paradigma mundial de ingeniería verde, se requiere aún más el desarrollo de nuevas formas de energía como alternativa a los combustibles fósiles que generan graves impactos ambientales. Surgen así las energías renovables como una de las mejores opciones para este problema. El gas de síntesis en particular, es un combustible generado a partir de biomasa que no se encuentra implementado en gran medida en el país y representa una buena fuente de energía renovable.
En el caso particular de la planta en cuestión, se trabaja a partir de marlo de maíz, la cual se obtendrá de los residuos de la planta María Eugenia de Monsanto. De esta manera, se dimensionó la planta para el procesamiento de 1 ton/h de biomasa.
La elección de las condiciones de operación y del gasificante requerido se realizó a partir de un modelo cinético matemático, variando parámetros influyentes y viendo sus efectos diversos en los resultados, balanceando las mejoras del producto y los costos de producción.
Luego del análisis de diferentes alternativas se decidió utilizar aire como agente gasificante, y un reactor a presión atmosférica con una relación de caudales aire-biomasa húmeda de 2, ya que generaba un syngas de mayor poder calorífico. Este reactor fue diseñado para estas condiciones, así como también se dimensionaron los equipos de post tratamiento necesarios para llevar al syngas a las condiciones requeridas por el motor de combustión interna, además de limitar las emisiones de gases dañinos al ambiente según valores máximos legales.
Seleccionados los equipos auxiliares necesarios, y diseñada la red de intercambiadores de calor, se logró reducir el requerimiento de energía mediante integración de algunos sistemas de la planta, utilizando un análisis PINCH.
El consumo de agua en varios equipos fue reducida a partir de la implementación de un circuito del agua con torres de enfriamiento.
Se caracterizaron las tuberías en cuanto a tamaño, color y material para cada corriente, tanto de proceso como auxiliares. Se analizó la energía generada por la planta, considerando que se autoabastece en cuanto a consumo eléctrico.
Por último, se realizó un análisis económico para analizar la rentabilidad del proyecto. Dados los altos costos de materia prima y en comparación, el bajo precio de venta de la energía eléctrica, no se obtuvo un proyecto rentable. De todas formas, el proyecto no está lejos de alcanzar la rentabilidad, dado que el tiempo de repago ya es menor a la mitad del tiempo total del proyecto (es aproximadamente 6 años cuando el proyecto dura 20) y la TIR es de 11%, mientras que para considerarse rentable debería ser entre 15%-20% para este tipo de procesos. Se concluye entonces que la implementación de la activación del char residual a partir de los gases de escape del motor de combustión interna podrían inclinar la balanza lo necesario como para lograr la rentabilidad.
Mail de los autores María Sol Gutierrez Fil: Abelleyro, Mara Sol. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Gutiérrez, María Sol. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Kloberdanz, Martina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin