APROXIMACIÓN AL DISEÑO DE SISTEMAS DE BIO-REACTORES PARA LA DELIGNIFICACIÓN DE MATERIALES LIGNOCELULÓSICOS Y PARA LA DECONTAMINACIÓN DE SUELOS Y EFLUENTES

Los materiales lignocelulósicos residuales de las actividades agroindustriales pueden ser aprovechados como fuente de lignina, hemicelulosa y celulosa. El tratamiento químico del material lignocelulósico se debe enfrentar al hecho de que dicho material es bastante recalcitrante a tal ataque, fundamentalmente debido a la presencia del polímero lignina. Esto se puede lograr también utilizando hongos de la podredumbre blanca de la madera. Estos producen enzimas lignolíticas extracelulares fundamentalmente Lacasa, que oxida la lignina a CO2. Tambien oxida un amplio rango de sustratos ( fenoles, polifenoles, anilinas, aril-diaminas, fenoles metoxi-sustituídos, y otros), lo cual es una buena razón de su atracción para aplicaciones biotecnológicas. La enzima tiene potencial aplicación en procesos tales como en la delignificación de materiales lignocelulósicos y en el bioblanqueado de pulpas para papel, en el tratamiento de aguas residuales de plantas industriales, en la modificación de fibras y decoloración en industrias textiles y de colorantes, en el mejoramiento de alimentos para animales, en la detoxificación de polutantes y en bioremediación de suelos contaminados. También se la ha utilizado en Q.Orgánica para la oxidación de grupos funcionales, en la formación de enlaces carbono- nitrógeno y en la síntesis de productos naturales complejos. HIPOTESIS Los hongos de podredumbre blanca, y en condiciones óptimas de cultivo producen distintos tipos de enzimas oxidasas, siendo las lacasas las más adecuadas para explorarlas como catalizadores en los siguientes procesos:  Delignificación de residuos de la industria forestal con el fin de aprovechar tales desechos en la alimentación animal.  Decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales. Se realizarán los estudios para el diseño de bio-reactores que permitan responder a las dos cuestiones planteadas en la hipótesis. Para el proceso de delignificación de material lignocelulósico se proponen dos estrategias: 1- tratar el material con el micelio del hongo adecuando la provisión de nutrientes para un desarrollo sostenido y favorecer la liberación de la enzima. 2- Utilizar la enzima lacasa parcialmente purificada acoplada a un sistema mediador para oxidar los compuestos polifenólicos. Para el proceso de decontaminación/remediación de suelos y/o efluentes industriales se trabajará también en dos frentes: 3) por un lado, se ha descripto que existe una correlación positiva entre la actividad de algunas enzimas presentes en el suelo y la fertilidad. En este sentido se conoce que un sistema enzimático, tentativamente identificado como una lacasa de origen microbiano es responsable de la transformación de compuestos orgánicos en el suelo. La enzima protege al suelo de la acumulación de compuestos orgánicos peligrosos catalizando reacciones que involucran degradación, polimerización e incorporación a complejos del ácido húmico. Se utilizarán suelos incorporados con distintos polutantes( por ej. policlorofenoles ó cloroanilinas.) 4) Se trabajará con efluentes industriales contaminantes (alpechínes y/o el efluente líquido del proceso de desamargado de las aceitunas).

Síntesis y caracterización de Materiales Nanoscópicos y Nano-especies activas y sus aplicaciones en Energía y Medio Ambiente

Se estudiara la síntesis, caracterización y aplicación de Materiales Nanoscópicos (Nanoestructurados, MN y Nanocomposites, NC), con propiedades definidas en el campo de la Energía, Medio Ambiente y Bioingeniería, especialmente las MCM y SBA ( MCM-41 y MCM-48, SBA-1, SBA-3, SBA-15 y SBA-16, Silíceas o Al/Ga/Ti como Heteroátomo, y la Al-SBA-3, recientemente desarrollada por nosotros, primera publicación a nivel mundial). Se pondrá énfasis en el diseño, preparación y caracterización de sus réplicas con C (CMK-1 y CMK-3). Determinación y optimización de las estrategias de síntesis de MN y NC y Nano especies Activas en nuevos catalizadores (Ir/ TiO2, Pt/Pd etc.), cuyas propiedades fundamentales (estructurales, electrónicas, conductividad, actividad catalítica, etc.) sean aplicables en los Campos Citados. Comprensión de los parámetros que definen dichas propiedades, relación estructura/actividad, rediseño y aplicaciones de MN y NC en dos procesos específicos (de los cuales ya hemos publicado resultados): Energía y Medioambiente: 1) Almacenamiento de H2, Adsorción/Absorción de H2 en los MN Silíceos y Carbonosos y NC y Desarrollo de NC híbridos formados por reservorios en base a los MN por oclusión de nano-alambres moleculares de polímeros orgánicos, modificando las propiedades de conductividad / semiconductividad y adsorción de H2; 2) Estudio de las reacciones de hidrotratamiento catalítico (HDT), que comprende la hidrogenación, la hidrodesulfurizacion (HDS) y la hidrodenitrogenacion (HDN) de compuestos refractarios presentes en los cortes de combustibles. La determinación del mecanismo de las reacciones de HDS y HDN.

Mejoramiento del comportamiento térmico de sistemas de calentamiento de agua solares termosifónicos hechos con materiales no convencionales y con tanques de almacenamiento verticales y horizontales

El objeto de estudio de este proyecto son los sistemas de calentamiento de agua mediante energía solar que funcionan termosifónicamente. En particular se tratará con dos diseños particulares generados por fabricantes de la Provincia de Córdoba y que han solicitado el asesoramiento del Grupo de Energía Solar (GES) para el mejoramiento de la performance térmica de dichos equipos. Se trata de dos sistemas que tienen materiales no tradicionales y se diferencian además por tener una distinta disposición del tanque de almacenamiento: uno es en forma vertical y el otro en forma horizontal. Basados en los resultados de un ensayo bajo norma internacional, donde se detectaron algunas puntos factibles de mejora, se propone en este proyecto el análisis en detalle de los equipos, para lo cual se les debe desarmar completos, para realizar un estudio analítico y experimental de los mismos con el objeto de hacer un planteo teórico-analítico del comportamiento de los mismos, con la implementación de propuestas de mejora y chequeo de los resultados. Se propone entonces como objetivo lograr un mejoramiento de la performance térmica de los citados equipos a partir de un estudio experimental y analítico. Asumiendo esta posibilidad de mejora, se plantea la hipótesis de que es posible representar el funcionamiento de estos equipos mediante modelos físico-matemáticos desarrollados a partir de ecuaciones y correlaciones conocidas y procesos a interpretar mediante resoluciones numéricas y softwares específicos de simulación. De esta manera, se plantea el despieze completo de los equipos para estudiar en detalle su estructura y conexiones internas y a partir de la geometría, dimensiones y propiedades termofísicas de materiales constructivos y fluidos de trabajo, realizar modelos físico-matemáticos que permitan realizar variaciones de propiedades y geometría y así buscar las mejores combinaciones que produzcan equipos más eficientes térmicamente. Los modelos físico-matemáticos serán codificados en lenguajes de alto nivel para poder luego de una validación de los modelos, correr simulaciones en un software de reconocimiento internacional que permite sumar dichos modelos mediante un protocolo de comunicación, haciendo que las poderosas prestaciones del software se puedan aplicar a nuestros modelos. Se complementará el estudio con un análisis exergético para identificar los puntos críticos en que se producen las pérdidas de oportunidad de aprovechar la energía disponible, para así analizar cómo solucionar los problemas en dichos puntos. Los materiales a utilizar serán los propios equipos provistos por los fabricantes, que serán modificados convenientemente para operarlos como prototipos Se espera obtener un conocimiento acabado de los procesos y principios de funcionamiento de los equipos, que permita plantear las mejoras, las cuales se implementarán en los prototipos, realizándose una medición mediante norma igual a la inicial para ver en que magnitud se logran las mejoras esperadas. Se pretende además que las mejoras a implementar, en la etapa de transferencia a las empresas involucradas, redunden no sólo en un beneficio técnico, sino que también los sea desde el punto de vista económico. Para ello se trabajará también sobre los procesos y métodos de fabricación para que los equipos mejorados no sean mas caros que los originales y de ser posible sean aún más económicos, todo esto apuntando a la difusión de la energía solar térmica y poner al alcance de todos estos equipos tan convenientes para la propagación de las energías limpias. El proyecto redundará también en un importante beneficio para el conocimiento de la comunidad científica en general, con el aporte de nuevos resultados en diseños novedosos y con nuevos materiales. Además, la institución se beneficiará con la formación que obtendrán los integrantes del proyecto, muchos de ellos en etapa de realización de sus estudios de posgrado y en una etapa importante de su vida como investigadores.

Problemáticas de la interacción discursiva en la enseñanza y el aprendizaje de las Ciencias Naturales. Aportes didácticos.

Las didácticas específicas de las ciencias naturales revelan diferentes problemáticas en su enseñanza y aprendizaje en los diferentes niveles del sistema educativo. En particular, en las clases de ciencias la interacción discursiva docente alumnos adquiere relevancia, ya que el proceso de comunicación del conocimiento es uno de los pilares didácticos, junto a la trasposición del mismo. Especificamente, en este proyecto nos abocamos a aquellas intervenciones de docentes y alumnos que se relacionan con la construcción del conocimiento biológico y químico. El proyecto se enmarca en una actual linea de trabajo que indaga sobre las dificultades en los abordajes del conocimiento científico en las aulas, las características del discurso entre docentes y alumnos, las habilidades y dificultades en la comprensión de los enunciados de problemas y las características de los textos que se utilizan en las clases. Se focaliza este estudio en casos que intentan dar respuesta a tres temáticas, agrupadas en un conjunto de situaciones de investigación relacionadas con la interacción discursiva docente-alumno, retomando el rol del docente al hablar, guiar o diseñar las situaciones de referencia para el aprendizaje de los alumnos. Los casos son: 1- En cuanto a las concepciones sobre diversidad biológica en estudiantes de escuela secundaria y en textos académicos, atendemos a cómo la escuela presenta los contenidos ecológicos como un conjunto de dogmas y conceptos estáticos. Además suelen simplificarse conceptualmente y presentarse poco actualizados. Es por ello que se planea estudiar las concepciones y actitudes de los alumnos de secundaria sobre la biodiversidad, cómo estas dificultan su comprensión y los textos usados en relación a la promoción de la transposición didáctica. 2- En relación a cómo se elabora el patrón temático del tema célula en clases de Biología, se analizarán las diferentes estrategias de significados y de desarrollo temático, que se emplean en la comunicación aulica. Se intentará establecer si hay cambios en el desarrollo temático a medida que se avanza en la escolaridad. Esto es porque se puede apreciar que muchos de los problemas de aprendizaje del alumnado se deben a un desconocimiento tanto del patrón temático como del patrón estructural de la ciencia, siendo preciso evocar los patrones temáticos que se quieren utilizar, para construir un conocimiento compartido. 3-Finalmente, en los enunciados de problemas de Química, se analizarán las dificultades de comprensión lectora de alumnos de Ingeniería. Los docentes frecuentemente atribuyen los problemas a deficiencias en la instrucción recibida, sin considerarse los conocimientos previos del alumno, los obstáculos conceptuales originados en el tema, las deficiencias en la habilidad lectora, el tipo textual predominante en la consigna, el formato en el que se escribió la consigna y los factores personales, etc., siendo que la comprensión del enunciado de una consigna de trabajo condiciona fuertemente la posibilidad de su resolución. Los tres casos utilizarán metodologías cualitaritas que incluyan análisis de contenido en discursos orales y escritos. Los datos se registrarán desde observación no participante, registro etnográfico y con grabaciones de audio. Se espera contribuir al conocimiento, realizando aportes a la formación docente en tanto las estrategias discursivas que se emplean en el aula, en forma oral y en la escrita, conocer concepciones que dificultan o favoren la construcción del conocimiento científico, entre otras. Los productos de estos estudios estarán integrados por nuevos desarrollos para la formación docente, publicaciones científicas de impacto nacional e internacional, presentaciones a congresos, materiales didácticos y divulgativos, dictado de seminarios y/o cursos, redacción de informes a las escuelas intervinientes..

Análisis computacional del comportamiento termo-mecánico de materiales con aplicación a la industria automotriz

Para la supervivencia de cualquier industria en un mercado cada vez más competitivo resulta esencial mejorar la calidad del producto y reducir costos. Como parte de esa tendencia, el proceso de diseño, tanto de bienes como de procesos de manufactura, debe ser confiable e insumir el menor tiempo posible para permitir agilidad y eficacia en los cambios y las innovaciones que requiere el mercado. Es necesario abandonar los procesos de desarrollo basados en largas y costosas secuencias de prueba y error y reemplazarlos por procedimientos más cortos y eficientes. Las herramientas informáticas y los modelos computacionales han contribuido en gran medida a lograr dicho objetivo. Estos métodos son cada vez más utilizados en industrias tan importantes como la automotriz o la de maquinaria y equipamiento agrícola, ambas de relevante importancia en la actividad económica de nuestra provincia. En las mencionadas industrias, con la intención de mejorar las prestaciones del producto, de reducir costos de mantenimiento para igual prestación y, sobre todo, con el objetivo de disminuir el peso total del vehículo, factor importante en relación con el ahorro de combustible, es habitual la sustitución de algunos materiales tradicionalmente utilizados por otros con mejor relación prestación/costo y prestación/peso. Dentro de este grupo de nuevos materiales que se emplean en la industria automotriz se encuentran los compuestos, las aleaciones ligeras y la fundición dúctil, los cuales han estado substituyendo al acero o a la fundición gris en algunas piezas. La meta de esta investigación es generar modelos computacionales multiescala de: a) el proceso de tratamiento térmico de austemperizado de la fundición dúctil, b) el comportamiento mecánico de elementos de fundición dúctil y c) el comportamiento mecánico de material compuesto de matriz epoxi y fibra de vidrio con daño higrotérmico. Se usarán simulaciones acopladas de meso y macromecánica. El principal postulado es que la representación de la mesomecánica del material acoplada a la macromecánica conduce a resultados que mejoran las predicciones con respecto a modelos planteados sólo a nivel macroscópico. El dominio macroscópico se representará con elementos finitos y en ese nivel se resolverán problemas térmicos y mecánicos. En la mesoescala se emplearán leyes fenomenológicas para el aspecto metalúrgico del austemperizado y elementos finitos para el análisis del comportamiento micromecánico de la fundición dúctil y del material compuesto. Los productos resultantes de la investigación serán software y metodologías que puedan ser utilizadas en la mejora del diseño de piezas de fundición dúctil y de materiales compuestos y en el ajuste del tratamiento de austemperizado de la fundición dúctil que permita obtener la microestructura requerida. Desde un punto de vista académico y en relación con la temática planteada en el proyecto, tres integrantes llevarán a cabo sus estudios doctorales y se publicarán resultados en revistas internacionales

Modelización, argumentación, enunciados científicos, comunicación virtual y redes sociales a través de las Tecnologías de la Información y la Comunicación en Ciencias Naturales

El presente proyecto tiene por finalidad investigar los diferentes procesos de aprendizaje e interacciones que tienen lugar través del desarrollo y aplicaciones de estrategias innovadoras en ambientes mediados por las TIC en el ámbito de la Biología, la Física y la Química. Esta propuesta se llevará a cabo a través de cuatro componentes articuladas que se integran a través de su marco teórico y en su utilización en la práctica áulica. El primero de ellos se refiere al desarrollo, aplicación y evaluación de materiales que involucran diferentes procesos centrados en la modelización. Proponemos identificar, adaptar y aplicar una serie de recursos tecnológicos usados en la modelización. Se investigarán distintos aspectos generando dimensiones y categorías de análisis que permitan caracterizarlos. Dentro de ellos se usarán las simulaciones para la enseñanza la Física, específicamente se tratará de identificar las dificultades que presentan los estudiantes al resolver problemas aplicando las Leyes de Newton y generar una propuesta didáctica que incluya una simulación Applet Java para el aprendizaje de este contenido con su correspondiente evaluación. Otro recurso tecnológico que se estudiará tiene que ver con las animaciones llevadas a cabo por computadora. Se utilizará la estrategia Stopmotion para el aprendizaje de diferentes aspectos de la división celular en Biología, con alumnos de escuelas secundaria, investigando los aprendizajes y las producciones realizadas por estudiantes que trabajan de manera no tradicional. También se propone el uso de dos laboratorios virtuales con alumnos del profesorado en Biología, lo que permite comprender conceptos que habitualmente requieren experimentación fáctica, uno para la identificación de ADN a través de electroforesis en gel y el otro para la contaminación del agua. Se propone generar las guías de laboratorio basada en resolución de problemas a investigar la innovación a través de encuestas y entrevistas. Se investigarán el impacto de este recurso, las actitudes de los estudiantes frente a esta estrategia y sus aprendizajes. También se investigará la aplicación de un video juego educativo Kokori en 3D, de distribución gratuita, libre cuyo objetivo es poner en evidencia la comprensión de los procesos metabólicos de las células. Se aplicará a docentes de formación inicial analizando la interacción con los saberes de los estudiantes a través de situaciones en un escenario lúdico. Toda la investigación de esta componente estará centrada en la caracterización de los materiales, su evaluación, los aprendizajes con procesos de modelización. La segunda componente investiga las características que presentan las argumentaciones que se abordan en los procesos de lectura y escritura que se promueven cuando se trabaja con las TIC. Se analizarán las producciones escritas realizadas por docentes y estudiantes en las redes sociales y otros materiales desarrollados y aplicados en la componente anterior. El tercer componente se refiere al estudio de la interacción y comunicación que se promueva entre los participantes de los trabajos virtuales y de las redes sociales que intervienen, tales como Facebook y Twiter. Se considerará las dimensiones, categorías e indicadores que dan cuanta de los proceso de comunicación en estos entornos. El último componente, es el análisis de los procesos y negociaciones respecto de los enunciados, como las premisas que representan el conocimiento, que se ponen en juego en distintas propuestas elaboradas por los futuros profesores de biología en recursos como la Webquest. El enfoque metodológico usado integra técnicas y procedimientos cuantitativos y cualitativos. La contribución teórica permitirá caracterizar diferentes aspectos de la enseñanza de las ciencias naturales introduciendo TIC y como aporte novedoso se espera consolidar una red de comunicaciones entre los docentes, los estudiantes y los investigadores involucrados en el proyecto.