Síntesis de nanopartículas derivadas de biopolímeros extraídos de biomasa por métodos térmicos

La celulosa como un biopolímero sustentable y renovable, ha sido ampliamente estudiada para la generación de materiales que cuenten con características físicas y químicas versátiles. Los procesos para la extracción de celulosa se han modificado para lograr la conformación de celulosa nano y microfibrilada estos procesos son estudiados para conseguir mayores rendimientos y operaciones sustentables. En el presente proyecto para la formación de nanopartículas de celulosa se utiliza un proceso de irradiación de microondas, partiendo de una extracción primaria de la celulosa de dos residuos agroindustriales y un residuo de la industria del papel, mediante un pre-tratamiento posteriormente aplicar el proceso de hidrólisis asistida por microondas para la producción de las nanopartículas.

Caracterización y cuantificación de flavonoides en dos especies de Petroselinum con diferentes tratamientos térmicos

En México se consumen dos especies de perejil (Petroselinum crispum y Petroselinum sativum), los cuales contienen diferentes compuestos bioactivos entre los que destacan los flavonoides (apíina, luteolina, apigenina y algunos glucósidos), aceites esenciales (apiol y miristicina), cumarinas (bergapteno, imperatorina, xantotoxina, trioxaleno y angelicina). Estos compuestos fenólicos han demostrado efectos antioxidantes en investigaciones in vitro y se observó el papel importante en la prevención de la patogénesis de algunas enfermedades y su interacción en la inhibición o disminución de radicales libres. La apigenina, el flavonoide mayoritario del perejil, tiene capacidad de inhibir mutaciones en las células de mama, riñón y próstata y efectos antiproliferativos en cáncer de colon, pulmón y melanoma de acuerdo a reportes científicos. Existe evidencia de que los compuestos fenólicos sufren cambios que afectan su biodisponibilidad por acción del calor, también existen reportes de que el calor potencializa el contenido de polifenoles en algunos alimentos, no existe información científica sobre las especies de perejil producidos y consumidos en México, los flavonoides que contienen y sus mecanismos de acción y las características estructurales de los compuestos bioactivos, requeridas para demostrar sus actividades biológicas. Por lo que es pertinente investigar si las especies de perejil que se consumen en nuestro país contienen los compuestos que han sido reportados en otras variedades. Objetivo: Caracterizar y cuantificar el contenido de flavonoides en dos especies de perejil (Petroselinum sativum y Peroselinum crispum) cultivadas en México y evaluar el efecto causado por tratamientos térmicos. Métodos: Se analizaron dos especies de perejil fresco y 12 días después (estado de senescencia). El perejil fresco se sometió a dos tratamientos térmicos: a) inmersión (agua destilada a 100 °C) y se tomaron muestras a 1, 5, 15 y 30 minutos y b) cocción a vapor durante 5, 15 y 30 minutos, como control se estudió el perejil sin ningún tratamiento (0 minutos). Las pruebas que se realizaron fueron la determinación de polifenoles totales, flavonoides totales, pruebas fitoquímicas coloridas para la identificación de grupos funcionales y la identificación y cuantificación de flavonoides por HPLC. Resultados: El contenido de polifenoles, flavonoides y apigenina se encontró principalmente en el extracto líquido debido a que se encontraban en forma de glucósidos los cuales son solubles en agua. Entre las especies de perejil en estado fresco se encontró diferencia significativa (p<0.05) en el contenido de flavonoides totales y apigenina pero no de polifenoles totales. En los productos en estado de senescencia no se encontró diferencia significativa entre las especies en el contenido de polifenoles y flavonoides totales, pero si en el contenido de apigenina. El flavonoide mayoritario en las dos especies de perejil fue la apigenina. Se observó que los tratamientos térmicos aumentan el contenido de compuestos fenólicos, los tiempos prolongados de calor reducen el contenido de estos compuestos bioactivos. Al comparar los tratamientos térmicos se encontró que el mayor incremento de polifenoles, flavonoides y apigenina en el tratamiento térmico por inmersión en agua durante un minuto, siendo mayor en la especie Petroselinum crispum respecto a la muestra control (3 veces en polifenoles totales, 19 veces en flavonoides totales y 135 veces en apigenina). Conclusión: Al comparar el contenido de polifenoles totales de las especies de perejil estudiada con investigaciones de otros países se encontró que el P. crispum presenta un mayor contenido de polifenoles y flavonoides. Los flavonoides en las dos especies de perejil se encuentran en forma de glicósidos principalmente de apigenina. Por último, podemos deducir que los métodos de cocción tienen capacidad de incrementar el contenido de compuestos fenólicos en el perejil.

Predicción de la distorsión en anillos rolados sin costura durante tratamiento térmico de temple y revenido usando simulación numérica

La corrección de una falla por distorsión puede ser compleja ya que involucra efectos microestructurales y esfuerzos residuales que son la causa principal del fenómeno de distorsión. Las fallas por distorsión son serias debido a que pueden conducir a que el producto final no cumpla con los requerimientos dimensionales y no sea aceptado para desarrollar su función. Hoy en día, la problemática es la distorsión que sufren los componentes cuando se les somete a un tratamiento térmico temple, debido a las transformaciones de fase y esfuerzos residuales que se generan por el enfriamiento rápido, así como del tratamiento térmico de revenido donde el exceso de carbono es liberado de la estructura cristalina de la martensita y/o bainita y genera la deformación en la estructura cristalina, con esta problemática es posible hacer uso del modelo de Tratamiento Térmico que contiene el paquete comercial computacional FORGE HPC 2011®, para tratar de reproducir estos fenómenos que se llevan a cabo durante los tratamientos térmicos mencionados, y posteriormente generar información relacionada al tratamiento térmico de revenido, para desarrollar un modelo matemático que sea capaz de predecir las propiedades mecánicas finales. Este trabajo consistió en 3 etapas, la primer etapa se basó en estudiar detalladamente el grado de acero 42CrMo4 al aplicarle un tratamiento térmico de temple, bajo condiciones industriales con la finalidad de generar mayor conocimiento de los fenómenos de distorsión del acero antes mencionado, los cuales muchos autores atribuyen que este fenómeno se presenta con mayor frecuencia durante el temple, debido a la transformación de fase martensita, fase metaestable más dura en los aceros que tienen la capacidad de generar esta estructura cristalina, el experimento se desarrolló tratando térmicamente 16 anillos con las siguientes dimensiones; diámetro exterior = 2631 mm, pared = 164 mm y altura de 188 mm, instrumentados cada componente con 20 termopares tipo “k” de γ mm de diámetro, orientados cada 90°, esta metodología se desarrolló con la finalidad de obtener el máximo dato posible durante temple para posteriormente asociarlo con los coeficientes de transferencia de calor h, y así modelar la distorsión en las piezas utilizando un paquete comercial computacional, así como las condiciones de enfriamiento de la primer prueba experimental, encontrando errores máximos de 10 % comparando los resultados experimentales con los resultados obtenidos de la simulación. La segunda parte del proyecto consistió en una matriz de experimentos de tratamientos térmicos de temple y revenido, donde las variables principales fueron la temperatura y el tiempo, aplicadas en 13 probetas con las siguientes dimensiones; 100 mm X 100 mm X 200 mm, para generar conocimiento de la evolución de la dureza así como las propiedades mecánicas del mismo grado de acero, esta parte del experimento tuvo como finalidad el desarrollo y evaluación de un modelo matemático implementado en computadora que gobierne dicho comportamiento, encontrando errores en el rango de 1 hasta 40 %, comparando los resultados experimentales vs los resultados simulados. La tercera etapa del proyecto consistió en evaluar el grado de acero AISI 8630 y AISI 4340 utilizando el modelo de tratamiento térmico de revenido y datos experimentales de tres tiempos y tres temperaturas para cada uno de los aceros ya mencionados, encontrando que el modelo de tratamiento térmico de revenido no es capaz de reproducir perfiles de dureza en aceros de madia y alta aleación como están clasificados los aceros mencionados, ya que los resultados entre la parte experimental y la simulada no coincide con una línea recta para el acero AISI 8630, se encontró un coeficiente de correlación de 0.87 y errores entre 22 y 44 %, y para el acero AISI 4340, se encontró un coeficiente de correlación de 0.53 y errores entre 17 y 33 %

Determinación de las condiciones de vitrificación del sistema de BaO-TiO₂-Nb₅, con adiciones de AI₂O₃ y B₂O₃, para la generación de precursores dieléctricos

Propósito y Método de estudio: Este estudio se ha basado en la determinación de las condiciones de vitrificación del sistema óxido: BaO-TiO2-Nb2O5 con adiciones de Al2O3 y -B2O3. Este método representa una alternativa para la obtención de fases cristalinas de titanato de niobio, que presenten propiedad dieléctrica, ya que estas fases cristalinas contribuyen al desarrollo vitrocerámico dieléctrico dentro de la industria de la electrónica. Para la caracterización del vidrio y la posterior caracterización del vitrocerámico se utilizaron las técnicas de DRX, ATD y espectroscopia de impedancia, cuyos datos obtenidos se utilizaron para obtener un vidrio estable y someterlo a un tratamiento térmico adecuado para la producción y el control de la cristalización del vitrocerámico, así como también para determinar las fases cristalinas presentes. Conclusiones y contribuciones: Se obtuvieron vidrios estables en el rango de composición (en% peso) 50BaO-25Nb2O3-25TiO2 con adiciones del 5, 10, 15 y 20% en peso de B2O3, mediante un tratamiento térmico a 1450°C por 2 horas para producir un material homogéneo, dado que se obtuvieron vidrio estables solo con la adición de B2O3 se optó por omitir el Al2O3. Posteriormente, se realizaron tratamientos térmicos a los vidrios estables, para inducir su cristalización controlada. Las propiedades dieléctricas de los vitrocerámicos producidos fueron medidas por espectroscopia de impedancia.

Estudio del efecto del procesamiento termo mecánico sobre los parámetros de formabilidad en aceros IF para aplicaciones automotrices

En el presente trabajo de investigación se analizó un acero libre de elementos intersticiales estabilizado con Titanio o mejor conocido como acero IF (por sus siglas en inglés Interstitial Free), denominado por la empresa EDDS (Extra Deep Drawing Steel) el cual se utiliza en partes exteriores de los vehículos en donde se requiere que la lámina a estampar cumpla con propiedades muy altas de ductilidad y baja resistencia. Se obtuvo acero IF en sus distintas etapas de procesamiento termo mecánico comenzando por material laminado en caliente, material laminado en frio y por ultimo material recocido y galvanizado en planta, esto con el objetivo de caracterizar y evaluar las propiedades mecánicas de cada etapa. De la etapa final del acero (recocido y galvanizado de planta) se obtuvieron los parámetros de formabilidad (n y R) mediante una prueba de tensión para poder establecer las condiciones a superar con las experimentaciones. El objetivo principal en el laboratorio fue el mejorar, mediante diferentes variables de recocido (tiempo y temperatura) en los tratamientos térmicos, los parámetros n= 0.23 y R=1.56 producidos en planta, y lograr obtener mediante nuevos tratamientos térmicos valores de R> 1.56 al igual que valores de n>0.23. Para simular las temperaturas con tiempos cortos de recocido se implementó un calentamiento por inducción en la bobina del laboratorio. Se pudieron realizar solo 2 pruebas debido al material disponible para este experimento. Ambos experimentos resultaron en una notable mejoría del valor de Lankford R (utilizado como un indicador en la formabilidad de hojas de acero), así como del exponente de endurecimiento por deformación (n), y se logró mantener un poco por encima sus propiedades de esfuerzo de cedencia, esfuerzo último y por ciento de elongación a las obtenidas por el proceso de recocido realizado en planta.

Desarrollo e implementación de modelo de predicción en procesos de temple por inducción para un acero AISI-SAE 1043

La fabricación de los componentes automotrices engloba una gran cantidad de procesos de manufactura los cuales van desde el proceso de fundición del acero, forjados, mecanizados y tratamientos térmicos, entre otros. Estos procesos se llevan a cabo con el objetivo de lograr que el componente a fabricar cumpla con lo especificado y tenga un buen desempeño en su funcionalidad. La gran mayoría de los componentes son fabricados a partir de aceros aleados, aceros al carbono de baja y media aleación los cuales son posteriormente tratados térmicamente para mejorar sus propiedades mecánicas. Uno de los tratamientos térmicos más utilizados es el temple superficial, el cual tiene como objetivo principal endurecer la superficie del componente para mejorar su resistencia a la flexión, resistencia al desgaste, resistencia al impacto, entre otras propiedades mecánicas. La inducción electromagnética, o simplemente "inducción", es un método de calentamiento de materiales eléctricamente conductores tales como metales. Como su nombre implica, el calentamiento por inducción se basa en las corrientes eléctricas que son inducidas internamente en el material a calentar, es decir, la pieza de trabajo. La experimentación realizada durante este trabajo de tesis fue dividida en 2 etapas: • Proceso de temple por inducción actual (Técnica de escaneo). • Proceso de temple por inducción propuesto (Técnica calentamiento estático). Durante la etapa de experimentación del proceso de temple por inducción actual se llevó a cabo la validación de los resultados de temperatura superficial mediante la toma de video de una cámara termografía realizando un comparativo con los resultados de la simulación de calentamiento. Posteriormente se realizó la simulación del proceso de temple y transformación de fase martensita con su respectiva validación mediante corte y evaluación metalúrgica de muestra, además de la comparación de resultados de durezas obtenidos durante el proceso de temple y los resultados obtenidos en la simulación. La segunda etapa del proceso de temple por inducción fue llevada a cabo con la colaboración del personal del laboratorio de aplicaciones de GH Induction. Durante esta etapa se realizaron 2 propuestas de diseño de bobinas y se realizaron las pruebas de simulación así como las validaciones físicas y metalúrgicas. Previo a las pruebas se realizaron cálculos teóricos para establecer los parámetros iniciales del proceso mediante las gráficas de Lozinski. Los resultados obtenidos durante las etapas de este proyecto fueron satisfactorios. En la primer etapa se logró simular en 2D el proceso actual de temple por inducción obteniendo una aproximación cercana al 90% en los resultados de temperaturas, transformación de fase y dureza. Este modelo y los resultados obtenidos fueron utilizados como parámetros de entrada para la segunda etapa. Durante la segunda etapa los resultados obtenidos durante las simulaciones mostraron que el diseño de bobinas 1 no sería efectivo al momento de calentar la zona del diámetro interno, por lo cual se descartó la fabricación de estas bobinas. La propuesta número 2, incluyó el uso de concentradores de flujo magnético, los cuales colaboran a dirigir el campo magnético en zonas específicas. Los resultados obtenidos durante la simulación 3D de la propuesta 2 fueron satisfactorios por lo cual se decidió fabricar las bobinas y llevar a cabo las pruebas físicas. Los resultados finales obtenidos de transformación de fase comparados con las pruebas físicas tiene una aproximación de 90%. En conclusión, fue posible el desarrollo de un modelo para la simulación del proceso de calentamiento por inducción para componentes automotrices con geometría compleja. Como contribución principal esta modelación validó el diseño de bobinas con las cuales se logró obtener una disminución en el tiempo ciclo del proceso del husillo de 36.4% y un ahorro en la energía consumida de 22.3% medida en la unidad de kWsegundo.