Estudio de las propiedades dinámicas de sistemas magnéticos con redes neuronales y otros sistemas complejos

En este proyecto continuaremos estudiando algunas propiedades dinámicas de diferentes sistemas complejos, con especial énfasis en vidrios de spin, redes neuronales y autómatas celulares aplicados a modelos de evolución biológica. En vidrios de spin estamos analizando la dependencia entre los diagramas dinámicos obtenidos utilizando la técnica de propagación de daños y aquellos obtenidos estudiando el decaimiento de la función de autocorrelación. Este estudio pretende contribuir a entender los mecanismos microscópicos responsables del surgimiento de "ageing", entendiendo por éste a la dependencia de algunas cantidades con la historia de la muestra. En redes neuronales seguiremos dos líneas: en primer lugar, introducir componentes más realistas desde el punto de vista biológico, a fin de entender los mecanismos fisiológicos de las diferentes funciones cerebrales. En segundo lugar, estamos interesados en utilizar el modelo de Hopfield para red neuronal como por ejemplo de sistema complejo controlable a partir del cual estamos tratando de entender cómo la estructura del espacio de fases influye en la dinámica del sistema. Finalmente, continuaremos trabajando con el modelo Bak-Sneppen para evolución biológica de especies interactuantes y el surgimiento de "ageing" en el estado auto crítico. Objetivos generales y específicos (...) 1. Estudio de la relación entre el fenómeno de "ageing" y la sensibilidad del proceso dinámico a las condiciones iniciales. (...) 2. Estudio del efecto de la formación de dominios en la dinámica de no-equilibrio de modelos de vidrios de spin y ferromagnéticos. (...) 3. Estudio de la influencia de la estructura del espacio de configuraciones en la dinámica de no-equilibrio. (...) 4. Inclusión de ingredientes biológicamente realistas. (...) 5. Auto criticalidad forzada por secuencias deterministas. (...)

Parámetros magnéticos y estructura molecular

Los estudios realizados a través de este proyecto pretenden abarcar dos aspectos fundamentales en la Física Experimental y Teórica, los cuales son: a) Realizar estudios en investigación básica, orientados a acrecentar el conocimiento en ramas de la Física Molecular, utilizando la técnica de Resonancia Magnética Nuclear (RMN). Para ello se obtienen e interpretan los parámetros magnéticos moleculares característicos y se desarrollan e implementan métodos de cálculo de gran potencia y tiempo de cómputo a fin de correlacionar los estudios de tales parámetros con la estructura geométrica y electrónica molecular y/o con las diversas interacciones moleculares que se puedan presentar. b) Presentar y desarrollar tecnología adicional que permita aplicaciones de la RMN a otras líneas de estudio y también la consolidación de la infraestructura experimental existente en la Universidad Nacional de Río Cuarto. Objetivos generales y específicos: Se plantea como objetivo global, el acrecentar el conocimiento de un conjunto de propiedades moleculares, estudiando una familia de compuestos orgánicos mediante la técnica de la RMN de alta resolución y el empleo de métodos de cálculo tipo ab-initio. (...) Se mencionan a continuación los objetivos específicos más importantes a alcanzar: * Proponer modelos y leyes empíricas que describan el comportamiento de los parámetros magnéticos pertenecientes a familias de compuestos orgánicos heterocíclicos en relación a su estructura electrónica y conformacional. * Compatibilizar los estudios empíricos con resultados teóricos. * Desarrollar nuevos métodos de cálculo a fin de obtener una función de onda que mejor aproxime lo anterior. * Orientar parte del trabajo experimental a diversas aplicaciones de la RMN, adaptando el equipamiento existente a otras técnicas y/o adquiriendo equipamiento para tal fin.

Efecto de los campos magnéticos en la solidificación de fluidos orgánicos

La aplicación de los campos magnéticos al acondicionamiento de fluidos, fundamentalmente agua o hidrocarburos, se ha difundido en occidente en los últimos años. Existen en la actualidad diversos dispositivos disponibles comercialmente para eliminar depósitos de sales en aguas de duras, o atenuar la deposición de parafinas en los procesos de extracción y conducción de crudo de petróleo, y de algunos de sus derivados tales como los aceites minerales, el gas-oil, etc. Es reciente la publicación de estudios científicos que reportan los efectos de campos magnéticos intensos sobre las propiedades de precipitación de carbonatos. En los hidrocarburos, por otro lado, se ha informado la prolongación de los períodos de bombeo sin interrupción por taponamiento gracias a la presencia de dispositivos que inducen campos magnéticos en el interior de las tuberías. Sin embargo no se dispone hasta el momento de explicaciones científicas del fenómeno que permitan predecir y cuantificar los efectos descriptos. Por otro lado el diseño racional de dispositivos de tratamiento magnético requiere del cálculo de propiedades de equilibrio relevantes, tales como por ejemplo las temperaturas de formación de sólidos. En este contexto el abordaje termodinámico del problema implica un paso esencial en la conformación de un marco fundamental para su análisis, cuantificación y delimitación. La etapa de investigación que se pretende abarcar en el desarrollo del presente proyecto se focalizará en el análisis termodinámico del equilibrio sólido/líquido de sistemas orgánicos multicomponentes, en presencia de campos magnéticos estacionarios. Objetivo general * Contribuir a la interpretación del origen de los efectos de los campos magnéticos en el equilibrio sólido/líquido de sustancias orgánicas. Objetivos específicos * Elaboración de un modelo termodinámico para descripción del equilibrio sólido/líquido de mezclas multicomponentes parafinas/solventes, en presencia de campos magnéticos estacionarios. * Aplicación del modelo a sistemas hidrocarburo/parafinas.

Desarrollo de Algoritmos Numéricos para el Estudio de la Propagación no Lineal de Ondas en Aplicaciones Aeroespaciales y Astrofísicas. Develop to Numerical Algorithms to Study non-Linear Waves Propagation in Aerospace and Astrophysics Applications.

En este proyecto se desarrollarán algoritmos numéricos para sistemas no lineales hiperbólicos-parabólicos de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales. Dichos sistemas tienen aplicación en propagación de ondas en ámbitos aeroespaciales y astrofísicos.Objetivos generales: 1)Desarrollo y mejora de algoritmos numéricos con la finalidad de incrementar la calidad en la simulación de propagación e interacción de ondas gasdinámicas y magnetogasdinámicas no lineales. 2)Desarrollo de códigos computacionales con la finalidad de simular flujos gasdinámicos de elevada entalpía incluyendo cambios químicos, efectos dispersivos y difusivos.3)Desarrollo de códigos computacionales con la finalidad de simular flujos magnetogasdinámicos ideales y reales.4)Aplicación de los nuevos algoritmos y códigos computacionales a la solución del flujo aerotermodinámico alrededor de cuerpos que ingresan en la atmósfera terrestre. 5)Aplicación de los nuevos algoritmos y códigos computacionales a la simulación del comportamiento dinámico no lineal de arcos magnéticos en la corona solar. 6)Desarrollo de nuevos modelos para describir el comportamiento no lineal de arcos magnéticos en la corona solar.Este proyecto presenta como objetivo principal la introducción de mejoras en algoritmos numéricos para simular la propagación e interacción de ondas no lineales en dos medios gaseosos: aquellos que no poseen carga eléctrica libre (flujos gasdinámicos) y aquellos que tienen carga eléctrica libre (flujos magnetogasdinámicos). Al mismo tiempo se desarrollarán códigos computacionales que implementen las mejoras de las técnicas numéricas.Los algoritmos numéricos se aplicarán con la finalidad de incrementar el conocimiento en tópicos de interés en la ingeniería aeroespacial como es el cálculo del flujo de calor y fuerzas aerotermodinámicas que soportan objetos que ingresan a la atmósfera terrestre y en temas de astrofísica como la propagación e interacción de ondas, tanto para la transferencia de energía como para la generación de inestabilidades en arcos magnéticos de la corona solar. Estos dos temas poseen en común las técnicas y algoritmos numéricos con los que serán tratados. Las ecuaciones gasdinámicas y magnetogasdinámicas ideales conforman sistemas hiperbólicos de ecuaciones diferenciales y pueden ser solucionados utilizando "Riemann solvers" junto con el método de volúmenes finitos (Toro 1999; Udrea 1999; LeVeque 1992 y 2005). La inclusión de efectos difusivos genera que los sistemas de ecuaciones resulten hiperbólicos-parabólicos. La contribución parabólica puede ser considerada como términos fuentes y tratada adicionalmente tanto en forma explícita como implícita (Udrea 1999; LeVeque 2005).Para analizar el flujo alrededor de cuerpos que ingresan en la atmósfera se utilizarán las ecuaciones de Navier-Stokes químicamente activas, mientras la temperatura no supere los 6000K. Para mayores temperaturas es necesario considerar efectos de ionización (Anderson, 1989). Tanto los efectos difusivos como los cambios químicos serán considerados como términos fuentes en las ecuaciones de Euler. Para tratar la propagación de ondas, transferencia de energía e inestabilidades en arcos magnéticos de la corona solar se utilizarán las ecuaciones de la magnetogasdinámica ideal y real. En este caso será también conveniente implementar términos fuente para el tratamiento de fenómenos de transporte como el flujo de calor y el de radiación. Los códigos utilizarán la técnica de volúmenes finitos, junto con esquemas "Total Variation Disminishing - TVD" sobre mallas estructuradas y no estructuradas.

Síntesis, caracterización y aplicaciones específicas de metalosilicatos cristalinos micro y mesoporosos con incorporación de nanoestructuras. Synthesis, characterization and specific aplications of crystalline micro and mesoporous metallosilicates with nanostructures.

La síntesis de materiales cristalinos micro y mesoporosos con incorporación de micro/nano partículas/clusters de especies formadas con entidades propias interaccionando con las redes, como óxidos de metales, cationes de neutralización, especies metálicas, etc., pueden potencialmente ser utilizados como "materiales hospedaje" en óptica, electrónica, sensores, como materiales magnéticos, en estrategias ambientales de control de la contaminación, catálisis en general y procesos de separación. Se sintetizaran y caracterizaran por diversas técnicas fisicoquímicas, zeolitas microporosas de poro medio (ZSM) y poro grande (Y), y materiales mesoporosos (MCM-41). La aplicación de los mismos se orientara, por una parte, a procesos catalíticos tecnológicamente innovadores relacionados con los siguientes campos: a)catálisis ambiental: transformación de desechos plásticos (polietileno, polipropileno, poliestireno o mezclas de los mismos) a hidrocarburos de mayor valor agregado (gasolinas, gasoil, gases licuados de petróleo, hidrocarburos aromáticos); b)química fina: oxidación parcial de hidrocarburos aromáticos hacia la obtención de commodities, fármacos, etc. Por otra parte, se evaluaran las propiedades magnéticas (ferromagnetismo, paramagnetismo, superparamagnetismo, diamagnetismo) que algunos de estos materiales presentan, en busca de su correlación con sus propiedades catalíticas, cuando sea factible. Se estudiaran las condiciones óptimas de síntesis de los materiales, aplicando técnicas hidrotermicas o sol gel, controlando variables como temperaturas y tiempos de síntesis, pH de geles iniciales-intermedios-finales, tipo de fuentes precursoras, etc. La modificación de las matrices con Co, Cr, Mn, H, o Zn, se realizara mediante diversos tratamientos químicos (intercambio, impregnación) a partir de las sales correspondientes, con el objeto de incorporar elementos activos al estado iónico, metálico, clusters, etc.; y la influencia de distintos tratamientos térmicos (oxidantes, inertes o reductores; atmósferas dinámicas o estáticas; temperaturas). La caracterización estructural de los materiales será por: AA (cuantificación elemental de bulk); XRD (determinacion de presencia de especies oxidos o metalicas de Zn, Co, Cr, o Mn; determinacion de cristalinidad y estructura); BET (determinacion de area superficial); DSC-TG-DTA (determinacion de estabilidad de las matrices sintetizadas); FTIR de piridina (determinacion de tipo-fuerza-cantidad de sitios activos); Raman y UV-reflectancia difusa (determinacion de especies ionicas interacturando o depositadas sobre las matrices); TPR (identificacion de especies reducibles); SEM-EDAX (determinacion de tamaño de particulas de especies activas y de las matrices y cuanfiticacion superficial); Magnetómetros SQUID y de muestra vibrante (medición de magnetización y susceptibilidad magnética a temperatura ambiente con variación de campo externo aplicado, y variación de temperaturas (4 a 300 K) con campo externo fijo). En síntesis, se plantean tres grandes áreas de trabajo: No1)Síntesis y caracterización de materiales micro y mesoporosos nanoestructurados; No2) Evaluación de las propiedades catalíticas; No3) Evaluación de las propiedades magnéticas. Estos lineamientos nos permitirán generar nuevos conocimientos científicos-tecnológicos, formando recursos humanos (dos becarios posdoctorales; un becario doctoral; tres becarios alumnos de investigación; aproximadamente 15 pasantes de grado al año) aptos para emprender tales desafíos. Los conocimientos originados son constantemente trabajados en las actividades docentes de grado y posgrado que los integrantes del proyecto poseen. Finalmente serán transmitidos y puestos a consideración de pares evaluadores en presentaciones a congresos nacionales e internacionales y revistas especializadas.

CONTROL DEL FLUJO DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE CC TOLERANTE A FALLAS

El objetivo general de esta propuesta es investigar y desarrollar nuevos convertidores electrónicos de potencia, más eficientes, confiables y robustos, para controlar el flujo de energía eléctrica en Sistemas Híbridos. Estos sistemas pueden alimentarse de almacenadores y generadores de CC, como por ejemplo baterías, ultracapacitores y celdas de combustible. Como objetivos específicos se pretende proponer nuevas topologías de convertidores electrónicos de potencia, incluyendo los controladores digitales, con las siguientes características: • Alto rendimiento, • Tolerantes a fallas, • Desarrollo de estrategias para la detección y diagnóstico de fallas. Se propone modelar y realizar simulaciones de las nuevas propuestas con el objetivo de compararlas con otras ya existentes. Con el objetivo de validar experimentalmente los resultados teóricos y de simulación también se propone implementar prototipos demostrativos. La implementación de los citados convertidores se realizará con dispositivos semiconductores de potencia y componentes magnéticos de alta frecuencia para maximizar las relaciones potencia/volumen y/o potencia/peso del sistema.

MATERIALES CON PROPIEDADES MAGNÉTICAS Y MULTIFERROICAS

Los materiales con propiedades multiferroicas, los materiales mesoporosos y óxidos mixtos con propiedades magnéticas constituyen en la actualidad temas de alto interés científico y con potencial para la búsqueda de aplicaciones tecnológicas. En este proyecto se estudiarán materiales con propiedades magnéticas y multiferroicas con potenciales aplicaciones tecnológicas. Basándonos en la amplia experiencia y reconocida trayectoria del Grupo Ciencia de Materiales en el estudio de materiales magnéticos, se desea continuar y profundizar el estudio de materiales, técnicas de producción y de caracterización recientemente incorporados al espectro de posibilidades de investigación del grupo. Los materiales serán producidos principalmente empleando las técnicas de aleado mecánico, síntesis química, electrodeposición y deposición láser pulsada. Estos materiales producidos, serán caracterizados en su morfología y por sus propiedades funcionales utilizando técnicas de caracterización disponibles en el grupo de investigación (difracción de rayos X, magnetometría de muestra vibrante(VSM), Calorimetría diferencial y balanza termogravimétrica (DSC-TGA), microscopia electrónica de barrido (SEM), Microanálisis (EMPA)) como las que se acceden a través de la Red Nacional de Magnetismo (SQUID, PPMS ). También se incluirán otras técnicas de caracterización a las cuales se accede mediante convenios específicos.

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

Estados de cuasi-equilibrio dipolar en fluidos complejos estudiados por relajación y decoherencia en Resonancia Magnética Nuclear

La dinámica molecular colectiva de los cristales líquidos (CL) juega un papel preponderante en la respuesta de estos sistemas ante la aplicación de campos eléctricos y magnéticos externos, por lo que el estudio básico de la dinámica molecular, particularmente de los movimientos correlacionados, es indispensable para el diseño de aplicaciones tecnológicas basadas en CL. Por otra parte, se reconoce que la dinámica molecular colectiva distintiva de las fases ordenadas de fluidos complejos es además una propiedad que controla procesos clave en diversidad de materiales biológicos (funcionalidad y propiedades viscoelásticas de membranas, resistencia al almacenamiento de semillas y alimentos, temperatura de transición vítrea de compuestos de almidón, estabilidad de fases lamelares, etc.). Al presente, la relación entre estos conceptos reclama exhaustivos análisis y técnicas adecuadas para estudiar los movimientos microscópicos en distintas escalas temporales. En este Proyecto de investigación básica proponemos desarrollar y optimizar un conjunto de técnicas de RMN selectivamente aptas para el estudio de la dinámica lenta característica de las fases parcialmente ordenadas, por lo que tendrían aplicación directa en sistemas de interés biológico y tecnológico. Mediante diversas secuencias de pulsos en experimentos de RMN, es posible preparar estados cuánticos de “orden dipolar” en el sistema de espines nucleares, tanto en muestras en fase sólida como en CL. Tales estados de orden, están caracterizados por "cuasi-invariantes" que son observables de espin que relajan lentamente, intercambiando energía con la red que hace las veces de reservorio térmico. En síntesis, una vez creado el orden y establecido el estado de cuasi-equilibrio de cada cuasi-invariante, el sistema se comporta como un sistema termodinámico en contacto térmico con una red. De hecho, con todo rigor, se puede caracterizar el grado de orden por una "temperatura de espin". Además hay evidencia que los cuasi-invariantes dipolares reflejan sensible y selectivamente los movimientos moleculares correlacionados (a diferencia del cuasiinvariante Zeeman o magnetización nuclear). El aspecto distintivo de nuestra propuesta con respecto al estado actual del conocimiento, radica en la provisión de un nuevo parámetro de relajación de protones en cristales líquidos, para lo cual enfocamos las tareas hacia la caracterización de estos cuasiinvariantes, al diseño de técnicas de medición de sus tiempos de relajación y al desarrollo de la teoría que relaciona a éstos con la dinámica molecular. El esquema de trabajo se basa en reconocer que los eventos relevantes en los experimentos de creación-relajación de cuasi-invariantes dipolares ocurren en dos escalas de tiempo: la escala microscópica asociada con la decoherencia de los estados cuánticos y la escala macroscópica en la que se observa la relajación espín-reservorio. Proponemos como hipótesis general que los procesos que gobiernan la decoherencia, determinan también la relajación espin-red. Proponemos un enfoque innovador dentro del campo general de relajación de espin nuclear por RMN: considerar al sistema de espines nucleares como un sistema cuántico abierto multi-spin interactuando con un sistema (también cuántico) no observado. Para incorporar el detalle de la dinámica en escala microscópica en la descripción de la relajación es necesario el estudio experimental de los fenómenos que gobiernan la decoherencia y la relajación. Los resultados esperados en cada uno de esos grupos se interrelacionan, ya que la caracterización de los observables dipolares es un paso indispensable para explotar la potencialidad de la relajación del orden dipolar en presencia de movimientos moleculares correlacionados.

Modelado multi-dominio de máquinas eléctricas. Multi-domain modeling of electric machines

El objetivo general de este proyecto es desarrollar nuevos modelos multi-dominio de máquinas eléctricas para aplicaciones al control y al diagnóstico de fallas. Se propone comenzar con el modelo electromagnético del motor de inducción en base a circuitos magnéticos equivalentes (MEC) validándolo por medio de simulación y de resultados experimentales. Como segundo paso se pretende desarrollas modelos térmicos y mecánicos con el objetivo que puedan ser acoplados al modelo electromagnético y de esta estudiar la interacción de los dominios y se validará mediante resultados de simulación y experimentales el modelo completo. Finalmente se pretende utilizar el modelo multi-dominio como una herramienta para la prueba de nuevas estrategias de control y diagnóstico de fallas. The main objective of this project is the development of new multi-domain models of electric machines for control and fault diagnosis applications. The electromagnetic modeling of the induction motor (IM) will be done using the magnetic equivalent circuits approach. This model will be validated by simulation and by experimental results. As a second step of this project, new mechanical and thermal models for the IM will be developed, with the objective of coupling these models with the electromagnetic one. With this multi-domain model it will be possible to study the interaction between each others. After that, the complete model will be validated by simulation and experimental results. Finally, the model will be used as a tool for testing new control and fault diagnosis strategies.