Bariloche Atomic Centre
Repositorio Institucional del Centro Atomico Bariloche y el Instituto BalseiroNot a member yet
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Compuestos nanoestructurados de matrices de Fe (Co, Ni) con refuerzos del tipo de WC
Get PDFEsta tesis doctoral se centra principalmente en el estudio de compuestos de carburo de tungsteno (WC) y al desarrollo de alternativas a los materiales convencionales de WC y cobalto (Co) utilizados en la industria de metales duros, industria que genera ingresos a nivel mundial por miles de millones de dólares al año.
Se han desarrollado variantes a los materiales convencionales utilizando hierro (Fe) como elemento alternativo. Se implementó una metodología del tipo sol-gel para la producción de carburos cementados y se logró la síntesis de compuestos cristalinos de WC-Fe a partir de masas amorfas sol-gel que contienen alcóxidos de W, Fe y carbono extra, precipitando Fe y WC in situ desde las masas W–C–Fe–O amorfas. Se lograron establecer programas de densificación de dos etapas, con un calentamiento inicial bajo flujo 10% de H2-Ar hasta 600-800°C y luego bajo vacío hasta 1250-1360°C durante 2 horas, muy útiles para densificar estas muestras en sistemas Fe-WC y Co-WC. Se observaron granos facetados de WC con microestructuras similares a las correspondientes de metales duros estándar de WC-Co. Estudios dilatométricos densificatorios en pastillas prensadas a partir de las masas secas sol-gel, permitieron identificar características relevantes de la densificación según se discute a continuación.
Se analizó la densificación y la cinética de formación de fases bajo atmósfera reductora en compuestos sintetizados por diferentes rutas en el sistema WC-Fe. Se observó que para el caso de materiales con Fe (en comparación con Co), las densificaciones se producen a una menor temperatura para un mismo grado de densificación. La diferencia de temperatura para un mismo grado de densificación es de alrededor de 150ºC. Se puedo apreciar también el efecto de la temperatura en la evolución del sistema sol-gel (20% P/P de Fe) y las distintas fases producto de reacciones de oxidación y reducción. La formación de la fase de Fe implica la reducción de compuestos que dan lugar al metal.
Se estudió también la densificación y el crecimiento de granos en el sistema W-C-Co. Se estudiaron los mecanismos de densificación que operan en la sinterización en vacío sin aplicación de presión externa (hasta 1400°C), y se identificaron diferentes etapas en la densificación, tales como la densificación inducida por el crecimiento de grano policristalino y un mecanismo de densificación compatible con el proceso de sinterización en presencia de una fase líquida (LPS).
Se analizaron ciclos de expansión térmica, a través de la medición de curvas de expansión histeréticas en muestras cilíndricas delgadas de WC con alto contenido de Co (20% P/P) en direcciones según el plano y también según el eje de cada disco. Los resultados indican comportamiento histerético elastoplástico debido a las diferencias entre las expansiones térmicas del WC y el Co. Realizando un análisis de tales datos de ciclados con un modelo de material compuesto integrado por una matriz de WC y una segunda fase de Co, fue posible calcular un estado de tensión tractiva en la fase WC hasta unos 80°C y luego una inversión de tensiones al estado de compresión de la fase WC para mayores temperaturas. Mediante XRD de muestras sinterizadas a 1360°C, se determinaron parámetros de red de la celda unidad de WC a temperatura ambiente ligeramente expandidos, lo que concuerda con el estado tensivo de la fase WC hasta unos 80°C.
El efecto inhibitorio, en el crecimiento de grano cerámico, se analizó a partir del agregado de vanadio (V) y titanio (Ti). El V se agregó bajo la forma de un alcóxido, sintetizado a partir de una sal inorgánica y resultó ser el inhibidor más efectivo al obtener un tamaño de grano promedio de WC de 0,29 μm y una mayor fracción volumétrica de granos más pequeños en el sistema WC-Co. Por último, y con respecto al sistema W-C-Fe-Ti, se produjeron WC y TiC in situ a partir de mezclas químicas vía hidrólisis / gelificación de alcóxidos de W y Fe, lo que resulta de interés para la síntesis de materiales densos a partir de precursores ultra finos o nanométricos
Diseño de un sistema de dosimetría física para situaciones rutinarias y accidentales en reactores de investigación
Get PDFLa dosimetría en campos mixtos gamma-neutrón es todavía un desafío debido a la dificultad de discriminar experimentalmente la dosis de cada componente. Para este propósito, usualmente se emplea el par de dosímetros termoluminiscentes 7"LiF: Mg, Ti (TLD-700) y 6"LiF: Mg, Ti (TLD-600). Debido a que el TLD-600 es mucho más sensible a neutrones térmicos que el TLD-700 y que ambos tienen aproximadamente la misma sensibilidad a fotones, la diferencia de las lecturas de ambos tipos de TLD puede dar información de la componente neutrónica del campo mixto. En este trabajo fue estudiado el sistema dosimétrico personal gamma-neutrón utilizado en la División Protección Radiológica del Centro Atómico Bariloche. La respuesta del dosímetro en términos de dosis equivalente personal, Hp(10), fue analizada para diferentes mediciones. Se utilizaron fuentes gamma de 137"Cs y 60"Co, mientras que para generar el campo gamma-neutrón, se usó una fuente de 241"AmBe"9. La actividad de esta última fue verificada, previo a su uso, por un método absoluto de activación de una hojuela de indio y espectrometría gamma de alta resolución. La lectura del TLD-700 pudo ser relacionada a la dosis gamma aplicando el factor de calibración gamma obtenido (0,17 ± 6% [mSv/nC]). Respecto a la dosis de neutrones, con el dosímetro estudiado se puede detectar la presencia de neutrones, pero no así cuantificar las dosis. Se concluye que, para obtener factores de calibración de neutrones, sería necesario cambiar la sala de irradiaciones por una que genere menor dispersión de neutrones. Adicionalmente, el dosímetro necesita ser modificado para diferenciar los neutrones incidentes de los de albedo (retrodispersados en el fantoma). En este trabajo se propuso un diseño de dosímetro de albedo en base a las recomendaciones del Reporte 66 de la ICRU, y una serie de pruebas para evaluar su desempeño en base a la norma ISO 21909
Mecanomiografía: desarrollo de un dispositivo para el monitoreo del límite de fatiga muscular
Get PDFEn esta tesis se desarrollo un dispositivo de adquisición de señal para mecanomiografía de bajo costo, replicable y portátil. El mismo consta de un acelerómetro, electrónica de acondicionamiento de señal y una placa de desarrollo en la que se adquieren las señales de dos canales en simultaneo. Estas se procesan digitalmente y son transmitidas de manera inalámbrica a una aplicación multiplataforma de control y comunicación también desarrollada en este trabajo. Esta aplicación permite visualizar las señales en tiempo real y almacenar capturas. Estas se procesan fuera de línea según una metodología también diseñada en este trabajo para determinar que parámetros de la señal se relacionan con la actividad muscular. Los parámetros se calcularon sobre la señal original, sobre bandas de frecuencia específicas y sobre la distribución espectral de potencia. Por ultimo, se realizaron experimentos para aplicar la metodología propuesta a las señales adquiridas por el dispositivo desarrollado. Se realizaron ejercicios isométricos de extensión de rodilla sobre un brazo de reacción fijo vinculado a una celda de carga. Se midió la señal de mecanomiografía sobre el recto femoral de 5 sujetos en ejercicios a carga máxima, a distintos porcentajes de la carga máxima, y hasta el fallo de la tarea solicitada; y se realizaron pruebas de impacto sobre el musculo para evaluar las propiedades mecánicas del mismo. Se procesaron 145 parámetros, de los cuales se encontraron 12 con alta correlación con la fuerza ejercida (coeficiente de correlación r de Pearson 0; 8). Con las pruebas de impacto se encontró que la frecuencia natural del musculo aumenta con la fuerza. En ejercicios al fallo de la tarea solicitada, se encontró que los 12 parámetros seleccionados mantienen el valor esperado con la correlación hallada, para la carga del ejercicio, durante al menos 10 segundos, y luego presentan desviaciones significativas, pero con sentidos variados entre sujetos. Los parámetros relacionados con la energía de la señal en la banda de 50 a 75 Hz presentaron una correlación superior
al resto (r = 0; 9) y desviaciones con el tiempo en los ejercicios al fallo consistentes en todos los sujetos y cargas evaluadas
Análisis, desarrollo e implementación de algoritmos para diseño de una constelación satelital
Get PDFEl diseño de constelaciones es una tarea que no posee reglas estrictas y presenta una dinámica multiobjetivo. Esto se debe a la presencia de variados requisitos que una constelación satelital debe cumplir. El presente trabajo busco hacer una revisión de los principios necesarios en un análisis que asista al diseño. Para lograr esto se implemento una librera en Python con utilidades que traducen el problema físico y el de análisis. Se hizo especial hincapié en el estudio de la Cobertura. Se utilizaron patrones de diseño propios de la programación orientada a objetos para lograr una arquitectura capaz de ser escalada tanto para el usuario como para el desarrollador.
Se estudiaron los casos de uso generales de la herramienta. Se replicaron también casos de ejemplo presentes en la bibliografía. Asimismo se resolvió un problema particular. Esto se realizo acoplando las utilidades desarrolladas en un esquema de automatización automático, definiendo funciones de costo acordes al problema planteado. Se obtuvieron resultados satisfactorios tanto para el análisis manual realizado por el usuario como el automático mediante el uso de algoritmos genéticos
Diseño de un módulo robótico para la inspección de soldaduras en superficies cilíndrica
Get PDFEn el presente trabajo se realiza el diseño de un módulo robótico de inspección de soldaduras, por medio de ultrasonido, en superficies cilíndricas y cónicas. La motivación principal es la inspección de las soldaduras externas del recipiente a presión del reactor nuclear argentino CAREM25. Habitualmente, esta tarea se realiza de forma manual, lo que presenta un inconveniente por el difícil acceso a las soldaduras. O también, se inspecciona de forma automática, por medio de módulos robóticos, los cuales son generalmente de gran tamaño y no podrían transitar por algunos cordones de soldadura debido a obstrucciones en el paso. Por ello, se propone como alternativa el diseño de un vehículo compacto.
Los principales requerimientos pedidos para este robot son: tamaño compacto, adaptación a distintas superficies cónicas y cilíndricas, liviano, maniobrabilidad y poder inspeccionar con más de una sonda. Después, se elige un problema en concreto para encarar en este trabajo, centrado en el Sistema de Movimientos, que es el encargado del desplazamiento del robot. Se decide realizar el mismo mediantes tres sub-sistemas: Conjunto de Adhesión, encargado de fijar el módulo a la superficie a inspeccionar, el Conjunto de Tracción, responsable del avance del módulo, y el Conjunto de Dirección, encargado de direccionarlo. A su vez, la tesis se centra en un desarrollo con menos profundidad de otros dos sistemas: el Sistema de Inspección, el cual brinda las herramientas necesarias para realizar la inspección en sí y el Sistema de Control, que brinda el control para operar el robot de forma remota. Se analizan con menor profundidad ya que no se construyen prototipos ni se realiza en detalle los esfuerzos a los que se sometan las piezas involucras.
En cuanto al Sistema de Movimientos, se opta por utilizar tres ruedas imantadas para poder fijarse a las superficies a investigar, las cuales son ferromagnéticas. También, se decide utilizar un motor de corriente continua para el avance del módulo, el cual, por medio de una correa y poleas dentadas, transmite la potencia mecánica a las ruedas. Para direccionar el robot se decidió utilizar un servomotor, el cual tracciona el eje de la rueda delantera haciendo rotar la misma.
De forma similar, se detalla el Sistema de Inspección. El mismo es el encargado de portar una o más sondas. Se divide al sistema en tres partes: el Conjunto de Transmisión, Portasonda y Equipo de Ultrasonido. Dentro del Conjunto de Transmisión, se coloca un sistema de guías para poder trasladar las sondas en el eje perpendicular al avance. También, se añaden estaciones estabilizadoras para garantizar una posición correcta de la sonda. El Conjunto Portasonda cuenta con paletas con las que puede sujetar a sondas de distintas dimensiones y le permiten variar la altura entre la sonda y la superficie a inspeccionar. Se añade un extensor en caso de requerir colocar más de una sonda en distintas posiciones.
En el Sistema de Control se describe el sistema responsable de transportar las señales requeridas. Por un lado, un operario dirige al módulo con una palanca de mando. Luego, el microcontrolador toma la señal y envía la información necesaria a los motores para cumplir con dicho pedido. Para suministrar corriente y control al motor de corriente continua se coloca un driver.
Por último, en función de los objetivos alcanzados y los aspectos no abarcados en la presente Tesis, se proponen caminos futuros para acercarse al producto ideal para la aplicación final
Evaluación de modelos de calculo de dosis orientada al licenciamiento de reactores de investigación
Get PDFEn el marco de seguridad nuclear y protección radiológica, es importante para el licenciamiento de reactores nucleares el cálculo de dosis en las personas, verificando que se cumplen valores por debajo de los límites establecidos. En este proyecto, se desarrollan modelos de cálculo de dosis efectiva en operadores y en el publico, verificando los resultados con los obtenidos mediante la herramienta HotSpot.
Se desarrolla una herramienta rápida de cálculo aplicando los modelos estudiados, con la posibilidad de variar cada parámetro por separado y visualizar los efectos en el resultado. Se aplica el modelo general a dos reactores de referencia de pileta abierta de
potencias muy diferentes, verificando la consistencia de los resultados.
Utilizando la herramienta desarrollada se efectúa un análisis de sensibilidad, identificando los parámetros más relevantes del modelo. Para la dosis efectiva al operador, este parámetro es el volumen del hall, mientras que en el cálculo de dosis al público, los parámetros más sensibles son la altura de la chimenea y su radio, la velocidad de salida del efluente, la velocidad del viento, el volumen del hall y el caudal de extracción en emergencia.
Se analiza además el impacto en la dosis de diferentes efectos, enfatizando en la elección de los valores de algunos parámetros al momento de aplicar el modelo. Luego de identificar los parámetros sensibles, se realiza un análisis de incertezas llamado por sus siglas en ingles BEPU. Se implementa un método de Monte Carlo, determinando la mejor estimación de la máxima dosis al público y el rango que contempla los valores posibles, a partir de las incertezas estimadas de los parámetros
Teoría de campos en variedades con singularidades y dependencia temporal: efectos de borde y creación de pares
Get PDFEn este trabajo de Tesis de Maestría, realizamos cálculos de efectos de borde en teorías de campos en presencia de paredes perfectas e imperfectas. Comparamos los resultados de calcular Energías de Casimir en presencia de este tipo de paredes, obteniendo que las paredes imperfectas generalizan a las paredes perfectas.
También, estudiamos la posible dependencia de la Anomalía Quiral ante la introducción de paredes, tanto perfectas como imperfectas. Concluimos que la misma es independiente en ambos casos. Además, se obtuvieron resultados para observables, como el tensor de polarización de vacío, valores de expectación de corrientes de gauge y el propagador de Dirac en 1 + 1 dimensiones.
Estos resultados para el propagador se generalizaron a paredes curvas en d + 1 dimensiones, utilizando un desarrollo en derivadas de la variedad que define la pared. Mas aun, estudiamos los efectos de introducir este tipo de paredes en la bosonización de un modelo de Schwinger modificado, obteniendo resultados compatibles con un modelo de Sine-Gordon modificado.
Por ultimo, estudiamos las amplitudes de probabilidad de creación de pares en teorías de campos definidas en el interior de paredes (variedades) con dependencia temporal, un proceso que produce efectos disipativos inerciales. Comparamos dos métodos para el cálculo de los efectos disipativos inerciales: la expansión habitual de 1-loop de la acción efectiva y la expansión Magnus. Realizamos estos cálculos para un campo escalar acoplado no-minimalmente a la curvatura, tanto en el caso con masa como en el caso sin masa
Análisis de la efectividad de contramedidas utilizando el concepto de riesgo radiológico
Get PDFEn esta tesis se analizó la efectividad de la aplicación de distintas contramedidas ante un hipotético accidente con liberación de material radiactivo a la atmósfera en una central nuclear. Las contramedidas estudiadas fueron: refugio, evacuación y relocalización temporal.
A fin de analizar los efectos de las contramedidas sobre la población se calculó el Riesgo Radiológico Individual (RRI) para distintos escenarios de implementación de contramedidas y se consideró un escenario sin aplicación de contramedidas como referencia. La efectividad de la contramedida estará determinada por la reducción del RRI que se logre con su implementación, que dependerá de la demora de su implementación, del área entorno a la central comprometida, de la naturaleza de la liberación y de las capacidades logísticas, entre otros factores.
El modelado de la dispersión del material radioactivo en la atmósfera, del impacto de la liberación y la aplicación de contramedidas se realizó con el código WinMACCS. Para los cálculos de RRI y la obtención de gráficos se utilizó un código en lenguaje de programación Python desarrollado en un trabajo previo.
A partir de los resultados se observa que la implementación de cada contramedida contribuye en mayor o menor medida a la reducción del RRI respecto del escenario de referencia. La evacuación resulta ser la contramedida más efectiva. Sin embargo, es la que produce el mayor impacto en la población; el desplazamiento de grandes grupos de personas se asocia con un costo elevado tanto económico como social.
Además, se observa que para garantizar altos niveles de efectividad, es necesario que sea implementada antes de la liberación, ya que su efectividad disminuye considerablemente con la demora.
En caso de que la demora de la evacuación sea inevitable, y esta tenga que ser implementada luego de la liberación, se observó que la aplicación del refugio previo a la evacuación contribuye a conservar parcialmente los niveles de efectividad de esta última.
El análisis de los valores de dosis máxima muestra que no se justifica extender la zona de las acciones urgentes de refugio y evacuación a todo el dominio de estudio. La relocalización es la contramedida indicada para proteger a la población del área remanente. Su implementación contribuye a reducir el RRI y, a diferencia de la evacuación, tiene un impacto relativamente menor, ya que son afectadas solamente las personas que superan cierto umbral de dosis proyectada y, además, son informadas de manera adecuada dándoles tiempo de preparación para la reubicación.
Los resultados obtenidos en este trabajo pueden ser utilizados como soporte para la planificación de las zonas de emergencia. La planificación anticipada reduce la complejidad del proceso de toma de decisiones durante un incidente radiológico, permitiendo iniciar una rápida respuesta y mejores resultados.
Si bien muchos aspectos de las contramedidas se pueden analizar en la etapa de planificación de una emergencia, su aplicación quedará sujeta a ajustes durante el evento, con el objetivo de garantizar el mayor nivel de efectividad posible
Diseño y optimización de una ortesis activa para la rehabilitación neurológica del miembro inferior
Get PDFSe diseño una ortesis activa para la rehabilitación del miembro inferior de pacientes que sufren la patología de pie en equino. Este es un trastorno muscular o neurológico, caracterizado porque el paciente no es capaz de realizar el movimiento de dorsiflexión del pie.
En la actualidad, existen ciertas ortesis activas, las cuales permiten al paciente, según el grado de la patología, corregir esta incapacidad y acelerar la recuperación del mismo. Estas emplean tecnologías de actuadores de tipo electromecánico o neumático. Como alternativa, se planteo utilizar como actuador aleaciones de NiTi. Estas aleaciones sufren transformaciones de fase de tipo no displacivas, lo que les permite a partir de ciertas condiciones termomecánicas variar su forma y as funcionar como actuadores. Se estimaron especificaciones de diseño adecuadas a partir de modelos biomecánicos del cuerpo humano e información experimental disponible en la bibliografía. Se propuso un diseño de la ortesis y se estudio el comportamiento del mismo. Se evaluaron distintas mejoras estructurales que pueden realizarse mediante elementos nitos y algoritmos de optimización topológica. Se estudiaron distintas señales mioeléctricas correspondientes a la activación de músculos de interés, de modo tal de obtener y caracterizar una señal de activación del actuador. A través de un dispositivo de instrumentación se logro determinar que el momento provisto por la ortesis desarrollada fue del orden requerido por un paciente que sufre la patología, estando en el orden de los 5 N m, el rango angular cubierto por esta se corresponde con ∆α = 19, y la respuesta dinámica de actuación se encontró en el orden del minuto
KDSource: desarrollo de una herramienta computacional para calculo de blindajes
Get PDFEl presente proyecto consistió en el desarrollo de una herramienta computacional de modelado de fuentes distribucionales, denominada KDSource. La misma se orienta principalmente a aplicaciones en cálculos de blindajes y/o haces de partículas, y permite la comunicación con varios códigos Monte Carlo, con particular enfoque en McStas y TRIPOLI.
Se desarrolló un paquete de herramientas para el modelado general de fuentes de partículas por el método Kernel Density Estimation, método superador de la técnica de histogramas empleada anteriormente. Dichas fuentes se basan en listas de tracks capturadas en simulaciones Monte Carlo, y permiten la generación ilimitada de nuevas partículas respetando la distribución estimada, sin repeticiones. El paquete se compone de una librería en Python, a través de la cual se realiza el análisis y optimización de la fuente, y una librería en C, mediante la cual se generan nuevas partículas. Además cuenta con una aplicación de línea de comando y un conjunto de archivos auxiliares que facilitan la utilización de las fuentes. Los principales beneficios de la herramienta, en simulaciones Monte Carlo, son la reducción de varianza y el acople entre códigos.
Se demostró el funcionamiento y la utilidad de la herramienta en un cálculo de blindajes sobre un diseño conceptual de guía neutrónica, basado en el haz GF1 del reactor RA10. El cálculo incluyó un acople entre óptica y transporte de radiación, y permitió obtener mapas de dosis por neutrones, fotones prompt, fotones de fuente y fotones de activación en posiciones lejanas al núcleo