Estudio de la electrificación de partículas de hielo en colisiones múltiples

La electrificación de nubes de tormentas es un fenómeno íntimamente relacionado con los procesos microfísicos que ocurren dentro de ellas. Uno de los procesos que parece jugar un rol preponderante en la separación de carga eléctrica dentro de las nubes son las interacciones entre partículas de hielo. Estudios de laboratorio han mostrado que un granizo puede adquirir una carga eléctrica como consecuencia de colisiones con partículas de hielo más pequeñas. La magnitud y signo del cargado es función de parámetros tales como: la temperatura, la concentración y espectro de gotas de nube presente, la velocidad de impacto y el tamaño de las partículas interactuantes. Este proyecto está orientado hacia dos actividades fundamentales: por un lado, el desarrollo de nueva infraestructura experimental con el propósito de ampliar la gama de técnicas experimentales del Grupo de Física de la Atmósfera (GFA); y, por otro, la utilización de dicha infraestructura para obtener información acerca del cargado eléctrico de un granizo simulado durante interacciones con cristales de hielo en condiciones similares a las que ocurren dentro de las nubes. La infraestructura a desarrollar consiste esencialmente en una cámara de nube de temperatura controlable entre 0 y -30 ºC. Dentro de la cámara se ubicará un granizo simulado conectado a sensores sensibles de carga eléctrica, construidos especialmente para detectar el cargado del granizo como consecuencia de impactos con cristales de hielo presentes en las nubes. Mediante la utilización del dispositivo experimental se podrá seleccionar también la velocidad a la que impactarán los cristales de hielo. En definitiva, se estudiará el cargado eléctrico del granizo en función de los distintos parámetros antes mencionados, con el objetivo de aportar mayor información sobre los mecanismos de transferencias de carga en colisiones entre partículas de hielo y contribuir al conocimiento de los procesos de electrificación de nubes de tormenta.

Optimización del método de determinación de distribución de tamaño de poros de diversas muestras, usando Resonancia Magnética Nuclear

La utilización de la Resonancia Magnética Nuclear (RMN) como técnica para la caracterización de propiedades físicas de diversos medios es algo bien conocido. Basta mencionar las imágenes de RMN utilizadas en medicina, determinación del campo de velocidades en el flujo de: fluidos en tuberías o de sangre en seres vivos. La caracterización de medios porosos por medio de RMN es un tema que está recibiendo suma atención por su importancia en el área de explotación petrolera. La idea básica consiste en rellenar un medio poroso (sustrato) con algún fluido, usualmente agua o benceno y determinar: la determinación de temperaturas de fusión y temperaturas de solidificación y distribución de constantes de difusión. Estas determinaciones se realizan midiendo los tiempos de relajación y forma de línea de la señal de RMN correspondiente a los núcleos de 1H del fluido utilizado. Las distribuciones obtenidas permiten obtener, en forma indirecta, información acerca de la distribución de tamaño de los poros que alojan al fluido. Sin embargo, los modelos que permiten vincular lo que se mide con la distribución de tamaño de poros, aún no está bien establecida debida a la complejidad y diversidad de los fenómenos involucrados en la interfase fluido-sustrato. Objetivos generales y específicos El objetivo general del presente trabajo es comparar la distribución de tamaño de poros obtenidas por medio de RMN partiendo de muestras con distribución de tamaño de poros caracterizados por microscopía. El fin de esta comparación es optimizar los modelos que vinculan datos de RMN con las distribuciones de tamaños de poros. Los objetivos específicos son: 1- Construcción de muestras y caracterización de tamaño de poros por medio de microscopía. 2- Puesta a punto de un control de temperaturas para termalizar muestras en el equipo de RMN con que cuenta el laboratorio donde se desarrollará el proyecto. 3- Medición de tiempos de relajación y de forma de línea en función de la temperatura, (en un entorno del punto de fusión) en las muestras mencionadas en el objetivo específico 1. 4- Análisis de los modelos existentes que permiten obtener la distribución de tamaño de poros por medio de RMN.

COMPORTAMIENTO DE SUELOS CONTAMINADOS: Interacción fluidos - partículas en los procesos de transporte.

La investigación en medios porosos pretende profundizar el estudio en sistemas de partículas tales como suelos y rocas, haciendo énfasis en los procesos físicos que gobiernan el comportamiento de la fase sólida y los fluidos intersticiales (agua, hidrocarburos, electrolitos, etc.). Las investigaciones planteadas para este proyecto se encuentran relacionadas con el comportamiento mecánico de los sistemas de partículas, la interacción fluido-partícula y su relevancia en los problemas de flujo de contaminantes, problemas de flujo no miscible, y remediación de suelos contaminados. En cada uno de los aspectos mencionados se busca tanto interpretar comportamientos emergentes a través de estudios realizados a diferentes escalas, como desarrollar soluciones creativas e innovadoras para los problemas en estudio. Se evaluará la interacción fluido-partícula en la remediación de suelos contaminados con hidrocarburos para determinar las propiedades del suelo que gobiernan el fenómeno de desplazamiento no miscible. Se realizarán procedimientos experimentales para la remediación de As y otros metales o metaloides en suelo y aguas subterráneas. Se analizará el comportamiento de suelos en los procesos de transporte de lixiviado, a través de barreras de bajas permeabilidad (liners) como así también en barreras reactivas permeables, incluyendo variables como la actividad bacteriana, mecanismos de adsorción y reacciones químicas. Esta investigación tiene un fuerte componente de experimentación en laboratorio. Las herramientas utilizadas consisten fundamentalmente en el desarrollo y diseño de experimentos, donde se monitorea la influencia de las variables que controlan el comportamiento macroscópico del sistema. También se plantean trabajos basados en análisis numéricos, modelos de comportamiento, modelos físicos micro-mecánicos, y análisis de imágenes de alta resolución. Los estudios realizados son relevantes para el campo de la ingeniería geotécnica, geotecnia ambiental, industria del petróleo, hidrogeología e ingeniería geológica.

Materiales de interés tecnológico

Este es un proyecto que tiene por objetivo general dar continuidad a las investigaciones relacionadas a materiales de interés tecnológico que el Grupo Ciencia de Materiales de Fa.M.A.F lleva a cabo. Las diferentes líneas de trabajo se pueden agrupar en tres grandes temas: aceros y superaleaciones basadas en Fe y Ni; cerámicos magnéticos [filtros moleculares de sílice del tipo ZSM-5, MCM-41 y MCM-48 modificados con Fe, Co, Mn; hematita nanométrica] y aleaciones metálicas magnéticas [CoCu, nanohilos y multicapas de CoM y FeM (M= Pt y Pd); aleaciones de tipo Heusler Mn-Ni-Ga, aleaciones CoSiB y FeSiB nanoestructuradas ]. El primer tema apunta a la optimización de las propiedades mecánicas de aceros de medio carbono y baja aleación, de producción nacional y aptos para construcciones mecánicas, y al desarrollo de superaleaciones (Fe,Ni) de alta temperatura, para su aplicación en pequeñas Turbomáquinas Térmicas. En el caso de materiales magnéticos cerámicos y metálicos, el objetivo es la producción y el desarrollo de nanoestructuras novedosas, con propiedades especiales, de potencial uso en nano-dispositivos y nanotecnología en general. En todos los casos se plantea la producción del material de interés a escala laboratorio, con control de las variables del proceso, la caracterización de la microestructura resultante y sus propiedades relevantes. Luego se establecen las correlaciones proceso-microestructura y microestructura–propiedades y se formalizan en modelos para los diferentes mecanismos que operan tanto durante la etapa de proceso (modelos de solidificación, de deposición, de aleado mecánico) como los involucrados en las propiedades de interés (modelos de magnetización, transporte, deformación). En este esquema se busca optimizar las propiedades. El presente proyecto fortalecerá además el área Ciencia de Materiales en la Universidad Nacional de Córdoba, formando en el nivel de grado y posgrado a ingenieros y físicos en esta disciplina. En el área de materiales cerámicos magnéticas nos dedicaremos (en colaboración con CiTeQ-UTN-FRC) a la producción y caracterización de filtros moleculares de sílice de amplio uso en procesos de catálisis, modificados por la incorporación de especies magnéticas. La incorporación del material magnético se realizará mediante técnicas hidrotérmicas y de impregnación. Los composites obtenidos se estudiarán con dos propósitos: evaluar los efectos de la funcionalización magnética sobre el desempeño del filtro de sílice como catalizador de diferentes reacciones y describir las propiedades magnéticas de las pequeñas (2 a 5 nm) nanoestructuras encapsuladas en los poros. Se continuará con la producción y caracterización de partículas de ferritas, con propiedades determinadas a partir del control de los distintos parámetros que intervienen en la síntesis. En la línea de aleaciones metálicas magnéticas se estudiarán las aleaciones de Heusler, con memoria de forma magnetica, las aleaciones CuCo con magneto-resistencia gigante y las aleaciones (Co,Fe)SiB con magnetoimpedancia gigante. Se aplicará la técnica de melt spinning con dos rodillos, a la producción de estas aleaciones. En el caso de aceros de medio carbono el plan propuesto apunta a identificar los micromecanismos de deformación y fractura que pueden operar en estas microestructuras. Se realizará el "collar test" con el objetivo de propagar una grieta radialmente hacia el centro del collar y luego poder observar la sección de material que la contiene. Esta serie de experimentos y observaciones permitirán localizar el inicio de la grieta y avanzar sobre la determinación del tipo de partículas que actúan como intermediarios en la propagación. Se espera que estos antecedentes más los resultados metalográficos arrojen luz sobre los mecanismos de fractura del acero IRAM – IAS 15B41