Binarias espectroscópicas de alta masa como laboratorios astrofísicos

Las estrellas masivas desempeñan un papel fundamental en la evolución de las Galaxias, siendo la fuente primordial de generación y dispersión de elementos como el oxígeno, silicio, etc., en el medio interestelar. La masa de la estrella es el parámetro más determinante en los procesos de evolución de la estrella, pero su determinación no siempre es posible sin el uso de calibraciones externas. Afortunadamente, la naturaleza nos ofrece las estrellas binarias como laboratorios astrofísicos, donde es posible la determinación de las masas de sus componentes a partir del movimiento orbital de las mismas. En esta tesis se presentan el análisis espectroscópico y fotométrico de cuatros sistemas binarios cuyas componentes son estrellas masivas.

Ingegnerizzazione di materiali nanostrutturati fotocataliticamente attivi

Il lavoro oggetto di questa tesi è rivolto alla sintesi e alla caratterizzazione di materiali nanostrutturati costituiti da biossido di titanio e ossido di silicio da utilizzare come fotocatalizzatori per la depurazione delle acque. L’obiettivo è stato quello di realizzare un sistema in fase solida costituito da una matrice inerte, la silice, e una fase fotocataliticamente attiva, la nano-TiO2. Tale sistema si inserisce perfettamente nel settore di ricerca che studia la sintesi colloidale di eterostrutture nano e micro cristalline che combinano materiali diversi in un’unica particella. Il progetto nasce all’interno dell’ISTEC-CNR di Faenza, dove è stato svolto il lavoro.

Recuperação de componentes de metal duro por projeção térmica

The main objective of this work is the development of a hardmetal components (WC-6%Co) recovery method by thermal deposition process. The thermal deposition technique used was HVOF (high velocity oxygen-fuel). The HVOF enables depositions of thick coatings (100-500 µm) with low porosity levels, high hardness and excellent adhesion. Before deposition, hardmetal samples with different geometries (plates and cylinders) were finished in order to have different roughness. The influence of these parameters in adhesion was studied. After this step, different re-sintering temperatures were used, in order to determine which one allows to obtain the maxima densification, elements distribution and metallurgical bonding. The re-sintering promotes the densification of the coating, with an increase of its hardness and metallurgical bonding formation. The inclusion of an intermetallic layer was tested along with different layer parameters. In liquid phase sintering (1383 and 1455 ºC) a complete densification of the coating occurred, while a bonding between the substrate and the coating only partially happened. The results of SEM/EDS show low levels of porosity and a complete and uniform distribution of the elements of the alloy. The cylindrical samples without intermetallic layer showed the lowest level of porosity and best metallurgical bonding. When the substrate surface was polished (Ra = 0.05 mm) lower levels of porosity and greater metallurgical bonding were found for both geometries. Taking into account the results obtained in this study, we can conclude that the implementation of this process is appropriate for cylindrical components with a polished surface. In these components the intermetallic layer is unnecessary and punctual defects like pores can be repaired with this process.

Análisis teórico del contacto plasma-superficie y sus aplicaciones industriales

Actualmente, la física de plasmas constituye una parte importante de la investigación en física que está siendo desarrollada. Su campo de aplicación varía desde el estudio de plasmas interestelares y cósmicos, como las estrellas, las nebulosas, el medio intergaláctico, etc.; hasta aplicaciones más terrenales como la producción de microchips o los dispositivos de iluminación. Resulta particularmente interesante el estudio del contacto de una superficie metálica con un plasma. Siendo la razón que, la dinámica de la interfase formada entre un plasma imperturbado y una superficie metálica, resulta de gran importancia cuando se trata de estudiar problemas como: la implantación iónica en una oblea de silicio, el grabado por medio de plasmas, la carga de una aeronave cuando atraviesa la ionosfera y la diagnosis de plasmas mediante sondas de Langmuir. El uso de las sondas de Langmuir está extendido a través de multitud de aplicaciones tecnológicas e industriales como método de diagnosis de plasmas. Algunas de estas aplicaciones han sido mencionadas justo en el párrafo anterior. Es más, su uso también es muy popular en la investigación en física de plasmas, por ser una de las pocas técnicas de diagnosis que proporciona información local sobre el plasma. El equipamiento donde es habitualmente implementado varía desde plasmas de laboratorio de baja temperatura hasta plasmas de fusión en dispositivos como tokamaks o stellerators. La geometría más popular de este tipo de sondas es cilíndrica, y la principal magnitud que se usa para diagnosticar el plasma es la corriente recogida por la sonda cuando se encuentra polarizada a un cierto potencial. Existe un interes especial en diagnosticar por medio de la medida de la corriente iónica recogida por la sonda, puesto que produce una perturbación muy pequeña del plasma en comparación con el uso de la corriente electrónica. Dada esta popularidad, no es de extrañar que grandes esfuerzos se hayan realizado en la consecución de un modelo teórico que explique el comportamiento de una sonda de Langmuir inmersa en un plasma. Hay que remontarse a la primera mitad del siglo XX para encontrar las primeras teorías que permiten diagnosticar parámetros del plasma mediante la medida de la corriente iónica recogida por la sonda de Langmuir. Desde entonces, las mejoras en estos modelos y el desarrollo de otros nuevos ha sido una constante en la investigación en física de plasmas. No obstante, todavía no está claro como los iones se aproximan a la superficie de la sonda. Las dos principales, a la par que opuestas, aproximaciones al problema que están ampliamente aceptadas son: la radial y la orbital; siendo el problema que ambas predicen diferentes valores para la corriente iónica. Los experimentos han arrojado resultados de acuerdo con ambas teorías, la radial y la orbital; y lo que es más importante, una transición entre ambos ha sido recientemente observada. La mayoría de los logros conseguidos a la hora de comprender como los iones caen desde el plasma hacia la superficie de la sonda, han sido llevados a cabo en el campo de la dinámica de fluidos o la teoría cinética. Por otra parte, este problema puede ser abordado mediante el uso de simulaciones de partículas. La principal ventaja de las simulaciones de partículas sobre los modelos de fluidos o cinéticos es que proporcionan mucha más información sobre los detalles microscópicos del movimiento de las partículas, además es relativamente fácil introducir interacciones complejas entre las partículas. No obstante, estas ventajas no se obtienen gratuitamente, ya que las simulaciones de partículas requieren grandísimos recursos. Por esta razón, es prácticamente obligatorio el uso de técnicas de procesamiento paralelo en este tipo de simulaciones. El vacío en el conocimiento de las sondas de Langmuir, es el que motiva nuestro trabajo. Nuestra aproximación, y el principal objetivo de este trabajo, ha sido desarrollar una simulación de partículas que nos permita estudiar el problema de una sonda de Langmuir inmersa en un plasma y que está negativamente polarizada con respecto a éste. Dicha simulación nos permitiría estudiar el comportamiento de los iones en los alrededores de una sonda cilíndrica de Langmuir, así como arrojar luz sobre la transición entre las teorías radiales y orbitales que ha sido observada experimentalmente. Justo después de esta sección introductoria, el resto de la tesis está dividido en tres partes tal y como sigue: La primera parte está dedicada a establecer los fundamentos teóricos de las sondas de Langmuir. En primer lugar, se realiza una introducción general al problema y al uso de sondas de Langmuir como método de diagnosis de plasmas. A continuación, se incluye una extensiva revisión bibliográfica sobre las diferentes teorías que proporcionan la corriente iónica recogida por una sonda. La segunda parte está dedicada a explicar los detalles de las simulaciones de partículas que han sido desarrolladas a lo largo de nuestra investigación, así como los resultados obtenidos con las mismas. Esta parte incluye una introducción sobre la teoría que subyace el tipo de simulaciones de partículas y las técnicas de paralelización que han sido usadas en nuestros códigos. El resto de esta parte está dividido en dos capítulos, cada uno de los cuales se ocupa de una de las geometrías consideradas en nuestras simulaciones (plana y cilíndrica). En esta parte discutimos también los descubrimientos realizados relativos a la transición entre el comportamiento radial y orbital de los iones en los alrededores de una sonda cilíndrica de Langmuir. Finalmente, en la tercera parte de la tesis se presenta un resumen del trabajo realizado. En este resumen, se enumeran brevemente los resultados de nuestra investigación y se han incluido algunas conclusiones. Después de esto, se enumeran una serie de perspectivas futuras y extensiones para los códigos desarrollados.

Transporte de nano SiO₂ por migración a través de materiales cementantes

Uno de los nanos materiales más investigados actualmente es la nano-sílice, la cual ha despertado el interés de muchos investigadores debido a que está aportando grandes beneficios a los materiales base cemento. La nano-sílice ha demostrado que mejora las propiedades de los materiales cementantes tanto en estado fresco como en endurecido. Puede modificar las propiedades reológicas o la trabajabilidad en estado fresco, así como la resistencia a la compresión y la porosidad de las estructuras después de la etapa de endurecimiento. Es por esto que estas nano-partículas representan la oportunidad de realizar importantes avances que permitan optimizar el uso de los recursos actuales y el aprovechamiento de los materiales cementantes. En este trabajo, se está estudiando la posibilidad de utilizar la nano-sílice como un tratamiento superficial que ayude a disminuir el impacto del medio ambiente en estructuras en servicio que puedan presentar un cierto deterioro. Se analiza la utilización de nano-partículas en concreto en estado endurecido con el fin de mejorar su desempeño y sus aspectos de durabilidad. Por medio del método de migración electroquímica, basado en el transporte de partículas con cierta carga bajo la acción de un campo eléctrico, se favorece la penetración de nano-partículas de sílice hacia el interior de un mortero de cemento Portland desde una cara expuesta a una solución coloidal. Las partículas se mueven por acción del campo eléctrico hacia el ánodo situado en la cara opuesta de la probeta de mortero, dando lugar a una interacción química con la microestructura de la matriz cementante. Se ha observado que las partículas de sílice en esta solución coloidal empiezan a aglomerarse después de cierto periodo de tiempo y solidifican sobre la superficie expuesta de la probeta de mortero. Este material sólido ocasiona que la cantidad de corriente que circula por el circuito disminuya y por consiguiente baje la efectividad del mismo, ya que las partículas con carga eléctrica se mueven con mayor dificultad en medios solidos que en líquidos. Se encontró que la incorporación de nano-partículas de sílice a la matriz de mortero endurecido puede afectar el desempeño de una manera positiva frente a la penetración de cloruros, carbonatación y absorción de agua por capilaridad. De acuerdo a las respuestas eléctricas durante el tratamiento, se encontró que la resistencia eléctrica de las probetas aumenta, lo cual puede relacionarse con la modificación del sistema poroso debido al efecto filler de las nano-partículas; es decir, al refinar los poros, las cargas eléctricas encuentran menos espacio para moverse. Además las nano-partículas afectan químicamente a las fases de la pasta del cemento, ya que se encontró por microscopia electrónica de barrido que a una distancia entre 1.5 y 2 mm, aparecen aglomerados que enriquecen de silicio a las fases de la matriz del mortero y en otros casos, la migración cambia totalmente la apariencia del mortero y ocasiona valores de relaciones Ca/Si muy por debajo de los valores convencionales registrados en la literatura, con lo que es posible pensar que puede existir una actividad puzzolanica.

Inmovilización de lacasas en esferas de SiO₂ para la degradación de rojo congo

Propósito y Método de Estudio: Las lacasas son enzimas extracelulares que tienen la capacidad de oxidar una amplia variedad de sustratos utilizando al oxígeno como aceptor de electrones. Debido a esto, se ha utilizado esta enzima para diversas aplicaciones biotecnológicas dentro de las cuales destaca la degradación de colorantes textiles. En este trabajo se inmovilizaron tres tipos de lacasas, dos a partir de hongos de pudrición blanca (lacasa-HPB y lacasa HTT) y una comercial del género Trametes versicolor (lacasa-EC), en esferas mesoporosas de dióxido de silicio modificado para la degradación del colorante tipo azo rojo congo y azul índigo. Las lacasas HPB y HTT fueron purificadas a partir de la fermentación líquida optimizada de los hongos de pudrición blanca. Posteriormente se inmovilizaron mediante enlace covalente con el soporte (SiO2) y se realizaron las cinéticas de actividad enzimática y de degradación de los colorantes rojo congo y azul índigo. Contribuciones y Conclusiones: Se encontraron las condiciones de máxima producción de lacasa para los hongos seleccionado (HPB) y el hongo de referencia (HTT), observando que la producción de las lacasas se ve favorecida cuando el medio de cultivo contiene materiales ligninocelulósicos. Además se purificaron lacasas a partir de los extractos de los hongos HPB y HTT obteniendo pesos molecuares de aproximadamente 67 kDa lo que concuerda con lo reportado para las lacasas monoméricas. Se inmovilizaron las lacasas-EC, lacasas-HPB y lacasas-HTT en esferas mesoporosas de dióxido de silicio reteniendo un 56.94%, 55.68% y 46.08% de su actividad inicial respectivamente. En la degradación del colorante rojo congo con las enzimas inmovilizadas se obtuvieron porcentajes de decoloración de un 92.2%, 61.9% y 42.2% para la lacasa-EC, lacasa-HPB y lacasa-HTT en un tiempo de 60 minutos. Para el colorante azul índigo los porcentajes de degradación fueron de 89.2%, 62.1% y 50.3% para la lacasa-EC, lacasa-HPB y lacasa-HTT en 90 minutos. Por los resultados anteriores se muestra que la inmovilización enzimática de lacasas en SiO2 mesoporoso modificado con aminas, es una opción recomendable en el tratamiento de efluentes textiles, ya que los porcentajes de degradación se favorecen por el aporte que presenta el soporte en la degradación debido a la adsorción del colorante, disminuyendo por lo tanto los tiempos de proceso de tratamiento de efluentes acuosos con colorantes.

Contribución al estudio de la temperatura de módulos FV de diferentes tecnologías en condiciones de sol real

La energía solar fotovoltaica ha adquirido en los últimos años una presencia cada vez mayor en el mercado mundial de producción energética y, para que realmente sea una forma de producción energética competitiva, es importante abaratar costes y poder tener una estimación fiel de la energía que se puede producir en una instalación fotovoltaica antes de su localización, para así poder tomar decisiones sobre la ubicación y aplicación de las tecnologías más adecuadas. Son varias las tecnologías presentes en el mercado fotovoltaico actual y de todas ellas, la de silicio policristalino es la que está más extendida, siendo sobre la que más se ha investigado y analizado su comportamiento. Actualmente existen nuevas tecnologías de módulos fotovoltaicos que están adquiriendo una cuota de mercado cada vez más significativa, entre las que destacan las de lámina delgada. Para poder realizar una estimación de la energía que puede producir un módulo, es de vital importancia conocer la temperatura de operación del mismo. Por ese motivo, en este trabajo se analiza la aplicabilidad de modelos de predicción de temperatura de operación de módulos existentes en la literatura a las nuevas tecnologías, se proponen nuevos modelos de predicción de temperatura y se utilizan en escalas temporales diferentes para poder comprobar la eficacia de los mismos. El estudio se realiza con módulos trabajando en condiciones de sol real, pues es así como funcionarán las instalaciones fotovoltaicas de producción energética. En este trabajo se ha comprobado que se obtienen mejores resultados en la predicción horaria de temperatura de operación de módulos que en la predicción de temperatura instantánea. También se ha comprobado que uno de los modelos propuestos, el de dos coeficientes, consigue resultados similares a otros modelos existentes previamente en la literatura, pese a la sencillez de cálculo del mismo. La aplicación de este modelo propuesto para la predicción de la producción energética podría ser de gran ayuda para una estimación fiel previa a la instalación de una planta fotovoltaica. El hecho de que sea aplicable a nuevas tecnologías fotovoltaicas de lámina delgada como el telururo de cadmio, el silicio amorfo y el tándem silicio amorfo y microcristalino es un valor añadido. Poder predecir con precisión la producción energética es lo que hará que la energía solar fotovoltaica se perfile como una energía competitiva, y adquiera una posición dominante entre las energías renovables.

Evaluación de la exposición laboral a sílice en empresas de diferentes sectores económicos en Colombia

Introducción: La sílice es un elemento de fácil aprovechamiento y por sus características fisicoquímicas ha sido ampliamente empleado en la industria como objetivo, materia prima o subproducto que genera silicosis en los trabajadores que han estado expuestos a polvo de sílice a través de los años y es una enfermedad que progresa incluso cuando la exposición cesa. La silicosis es conocida como una enfermedad de alta e histórica incidencia y prevalencia a nivel mundial, por lo que es necesario evaluar la exposición laboral a sílice (fracción respirable) en empresas pertenecientes a diferentes sectores económicos que están afiliadas una ARL en Colombia, para contribuir con información diagnóstica actualizada en diferentes regiones y en variadas actividades económicas. Objetivos: Evaluar la exposición laboral a sílice y el nivel de riesgo en empresas afiliadas a una ARL de acuerdo con su ubicación geográfica, actividad económica, área de trabajo, cargo y relacionar las medidas de control empleadas en cada empresa. Materiales y métodos: Se llevó a cabo un estudio de corte transversal sobre 239 mediciones de higiene industrial de 159 empresas de diferentes actividades través de la asociación de variables ocupacionales con las características de la exposición a sílice. Las variables cuantitativas fueron calculadas empleando medidas de tendencia central como media y mediana y medidas de dispersión como rango y desviación estándar con sus correspondientes coeficientes de variación. El nivel máximo permisible o TLV establecido de acuerdo con los parámetros señalados por la Conferencia Americana de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH en inglés) y empleado en este estudio para sílice cristalina, fue de 0,025 mg/m3. Resultados: Las actividades económicas que reportaron las mayores concentraciones corregidas a condiciones estándar de polvo de sílice fueron: la minería y actividades Extractivas con 6,340 mg/m3, el mantenimiento industrial, montajes electromecánicos y civiles con 1,312 mg/m3, la maquinaria, metalmecánica, electrodomésticos y equipos con 0,096 mg/m3 y la construcción con 0,702 mg/m3; Discusión: Se realizó un análisis segmentado en dos grupos A y B de acuerdo con el tiempo de medición, se encontró que para el índice de riesgo en ambos grupos indican una sobre-exposición de los trabajadores a niveles críticos, razón por la cual es necesario generar una estrategia de intervención que permita disminuir a tiempo las concentraciones de sílice en las áreas de trabajo y así reducir la exposición de los trabajadores.