FRC-Tesis Doctoral Mención Materiales

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    Hormigón Autocompactante Coloreado Sustentable: Diseño y Caracterización.
    (Univesidsad Tecnológica Nacional., 2024) Verónica, Fernanda Artiga; Positieri, María Josefina; Quintana, María Virginia
    La industria de elaboración de hormigón es responsable de un importante consumo de recursos naturales y de una significativa generación de contaminación ambiental, aunque también proporciona obras que contribuyen a una mejor calidad de vida de las personas. Esta investigación busca contribuir al diseño de hormigones que resulten más amigables con el medio ambiente, siguiendo el camino de la sustentabilidad. El hormigón es el material artificial más utilizado en el mundo, su producción anual ronda los cerca de 10 mil millones de toneladas a nivel mundial. Su uso prevalece sobre otros materiales históricamente importantes como la madera o la piedra en el urbanismo moderno (Bonnet et al., 2019). El cemento es uno de los principales componentes del hormigón; alrededor del 10-12% del volumen de hormigón está ocupado por este componente (Van Oss & Padovani, 2002). Las propiedades hidráulicas superiores del cemento son una ventaja de este material sobre otros materiales de unión, haciendo que sea empleado en la mayoría de los trabajos de construcción. El principal problema medioambiental relacionado con la industria del cemento se genera durante la producción de clínker (Nidheesh & Suresh Kumar, 2019). La elaboración de clínker produce: • Alto consumo de materias primas. La caliza y la arcilla, principales materias primas para el clínker, son recursos naturales abundantes, pero no renovables. De acuerdo con la European Commission (2010) el consumo medio normal de materias primas en 2010 era de 1,52 toneladas por tonelada de clínker producido. Si bien los consumos dependen de la calidad de la materia prima y de las características particulares de los cementos, estos no variaron significativamente con el paso de los años. Un estudio realizado en 2021 por el Grupo de Investigación del Convenio UIS-IDEAM expone los consumos por tonelada de clínker en función de la vía de fabricación; por vía seca el consumo es de 1,41 toneladas de caliza y 0,18 de arcilla mientras que por vía húmeda es de 1,47 toneladas de caliza y 0,21 de arcilla. • Elevado consumo de energía. Una planta de cemento típica consume 110-120 kWh de energía eléctrica y 3.000-6.500 MJ de energía térmica por tonelada de clínker 12 (Mejeoumov 2007, World Business Council for Sustainable Development 2014). Sin embargo, es necesario destacar que la demanda de energía en la producción de clínker ha disminuido significativamente en las últimas décadas, aplicando las mejoras técnicas disponibles para plantas nuevas es posible alcanzar valores de consumo de 2.900 a 3.300 MJ/t de clínker (European Commission, 2010). Por otra parte, de acuerdo con IEA (2023) entre el 2010 y el 2020, la intensidad media de energía térmica del clínker disminuyó un 0,2% anual y desde entonces se ha mantenido relativamente estable en torno a los 3600 MJ/t de clínker. Este descenso se sumó a un aumento de la intensidad eléctrica del sector, que alcanzó en torno a los 100 kWh/t de cemento en 2022. El escenario previsto considera que las intensidades medias de energía térmica y electricidad alcancen menos de 3.400 MJ/t de clínker y 90 kWh/t de cemento, respectivamente, para el año 2030. • Importante emisión de CO2. El cemento es la fuente de aproximadamente el 8% de las emisiones de dióxido de carbono del mundo, según el grupo de expertos Chatham House (Rodgers, 2018). De acuerdo con Pal (2018) la fabricación de cemento aporta alrededor del 7% de las emisiones de CO2 al medio ambiente generadas por el hombre. Estos valores demuestran la magnitud de influencia que tiene la producción de cemento en este aspecto. La industria del cemento se enfrenta a contratiempos de diversa índole; productivos, como la disminución de las materias primas y el agotamiento de las reservas de combustibles fósiles; socioeconómicos, tal como la demanda creciente de hormigones para viviendas, fábricas, etc.; una economía atenuada y los ecológicos, que se relacionan directamente con las amenazas al ecosistema. Este panorama lleva a que en la actualidad y desde hace varias décadas se traten de lograr técnicas sostenibles y más ecológicas en la industria del cemento. Por ejemplo, cada tonelada de Cemento Portland Normal (CPN) genera una cantidad de CO2 proporcional, por lo tanto, se hace foco en el reemplazo de CPN por sustitutos bajos en carbono (Makul, 2020; Maddalena, Roberts, & Hamilton, 2018). Así, son muy deseables los compuestos producidos usando materiales y desechos industriales disponibles localmente que se pueden mezclar con el CPN como sustituto para reducir el consumo de energía y las emisiones de CO2 (Alí & Jang, 2019). En definitiva, el empleo de cemento con alto contenido de adiciones y el aumento en la edad de diseño y en la vida útil de las estructuras, pueden transformar al hormigón en un material más sustentable (Bonavetti V. L., 2004). Por otro lado, es importante tomar en consideración los requerimientos que surgen en la sociedad actual, entre los que se distingue la necesidad de contar con un entorno vivencial más agradable. Una de las maneras de lograrlo es a través de la coloración de los 13 elementos constructivos que vemos a diario. El hormigón gris que conocemos, a pesar de ser funcional y de cumplir con los requerimientos técnicos, ciertamente puede no contribuir demasiado a la belleza del entorno. Esto ha conducido a la aparición del Hormigón Coloreado (HC). Las virtudes del HC en combinación con el Hormigón Autocompactante (HAC) abren nuevos campos de aplicación al hormigón, sumando a los beneficios en los aspectos estéticos las ventajas de fluidez y capacidad de llenado. El desarrollo del Hormigón Autocompactante Coloreado (HAC-C) se presenta como una alternativa de construcción fuera de lo tradicional, que puede resultar más económica como solución de terminación de superficies. Por todo lo expuesto, esta tesis propone la incorporación de desecho de perlita cruda como adición en el HAC-C, buscado disminuir el consumo de cemento, contribuyendo de esta manera a disminuir la contaminación ambiental originada durante la producción de clínker de cemento Portland y a contribuir con un entorno vivencial más agradable.
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    Desarrollo tecnológico de panel multicapa a partir de residuos lignocelulósicos bio ligados con micelio de hongos
    (2024-12-06) Fernández, Natalia Evelin; Gaggino, Rosana; Positieri, Maria Josefina
    Las crisis sanitarias recientes han llegado junto a otras problemáticas interconectadas entre sí: ambientales, económicas, políticas, ecológicas, energéticas y sociales. En la era del Capitaloceno, comienza a evidenciarse en la composición física del planeta Tierra el impacto del modelo de consumo actual de los humanos sobre los ecosistemas. Situados en este contexto, signado por la contaminación, el cambio climático y el agotamiento de las reservas fósiles, resulta impostergable la búsqueda de soluciones para mejorar las prácticas y materiales sobre los cuales se erigen nuestras ciudades. En Argentina, alrededor de 107 toneladas anuales de residuos lignocelulósicos industriales son enterrados, quemados, o acumulados a cielo abierto junto a plásticos de origen fósil que son dificilmente biodegradables. Las consecuencias del modelo productivo actual invitan a reflexionar acerca de nuevas materialidades, que apunten a construir hábitats más saludables. Es importante también, impulsar el debate acerca del desarrollo de tecnologías a favor del sostenimiento de la vida. En este sentido, los materiales biobasados creados mediante el cultivo de microorganismos fúngicos que forman micelio como aglomerante sobre residuos, pueden constituir una solución al problema de los plásticos. En este proceso los flujos de residuos orgánicos, como los residuos agrícolas y urbanos, se valorizan, mientras que el micomaterial cultivado es biodegradable al final de su ciclo de vida; un proceso alineado con el espíritu de la economía circular. A pesar de esta promesa, las características de estos materiales han permanecido en su mayor parte, inexploradas. En parte por desconocimiento, o debido a la mala prensa que han tenido históricamente los hongos como propagadores de enfermedades o culpables de intoxicaciones en humanos. Este trabajo propone realizar un aporte pragmático en el desarrollo de un material biobasado y biodegradable a partir de residuos lignocelulósicos locales bioligados con micelio, como una alternativa para el reemplazo de plásticos que actualmente se utilizan en la construcción con fines de aislación térmica. La interacción entre los hongos y sus sustratos y las propiedades de los materiales resultantes tienen una estrecha relación con las condiciones ambientales, las cepas utilizadas y los residuos seleccionados. Además, se ha incorporado residuos orgánicos con aceites esenciales para el estudio de bio repelencia frente a insectos, con el objetivo de mejorar la salubridad de las construcciones. Esta investigación híbrida y transdisciplinar también es resultado de muchas interacciones conceptuales y epistémicas, y está guiada por la motivación personal de explorar las posibilidades de crecimiento y fabricación de materiales de micelio desde la perspectiva de la biología al servicio del hábitat sostenible, la ingeniería de materiales, el ecofeminismo y la arquitectura.
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    Aprovechamiento de deshechos lignocelulósicos derivados de la producción industrial de aceite de palma en el desarrollo de materiales compuestos
    (2024) Valle Álvarez, Lauro Vladimir; Kreiker, Jerónimo; Raggiotti, Bárbara Belén; Cadena, Francisco
    El trabajo doctoral se enfocó en la valorización de residuos de raquis de palma africana (variedad INIAP-Tenera) provenientes de la industria ecuatoriana, en el desarrollo de materiales compuestos de matrices poliméricas termoplásticas. En una primera etapa se acondicionaron los residuos por medio de procesos de secado, molienda y tamizado. La clasificación por tamaños provocó que las mayores proporciones de masa retenida se encuentren en los tamices intermedios (mallas N° 20, 30 y 40) del sistema, por lo que se decidió emplear las fibras retenidas en estas mallas para el posterior desarrollo de los materiales compuestos. En virtud de que las fibras que fueron retenidas, así como aquellas que atravesaron la separación libre del tamiz pudieron contener longitudes mayores o menores a su correspondiente abertura, se procedió a evaluar la longitud de las fibras contenidas en cada retenido. Con el objetivo de disponer de suficiente data para un estudio estadístico riguroso, se planteó una metodología que permita obtener un volumen de datos de longitud de fibra significativamente superior al sugerido en bibliografía. En este sentido, se considera que la metodología desarrollada tiene amplio potencial para ser aplicada en la medición de cualquier fibra natural. El comportamiento de los datos obtenidos para las longitudes de fibra tamizada no estuvo descrito por los supuestos de normalidad estadística como se reporta en bibliografía, sino que se ajustan satisfactoriamente a una distribución exponencial para las fibras sin tamizar y distribución gamma para las retenidas en las mallas N° 20, 30 y 40. En una siguiente fase, se realizó la caracterización de las fibras provenientes de las fracciones pedunculares del tallo y espiguillas. En virtud de que las diferencias entre todas las características evaluadas del tallo en comparación con las de las espiguillas no fueron significativas, se decidió trabajar con la fibra del tallo y de las espiguillas en conjunto para el posterior desarrollo de la investigación experimental. Posteriormente, se elaboraron y caracterizaron materiales compuestos a partir de las fibras acondicionadas en cuatro matrices poliméricas (acrílica, vinil-acrílica, poliolefínica e híbrida). En términos generales se estudió la influencia del tipo de matriz, parámetros de procesamiento y longitud de fibra (sin tamizar, mallas N° 20, 30 y 40) en las propiedades de los materiales obtenidos, dentro del siguiente contexto: (i) Composites a partir de resinas base acuosa acrílicas y vinil-acrílicas, por separado, y a través del embebido de las fibras en los polímeros contenidos en las resinas. Durante el procesamiento, se estudiaron cinco temperaturas de modelo por compresión. (ii) Composites con matriz de polietileno de alta densidad reciclado, procesados por extrusión, a tres contenidos de fibra y con dos mecanismos de compatibilización. (iii) Composites de matriz híbrida (acrílica–polietileno de alta densidad reciclado) por medio de un proceso de transformación combinado entre los mecanismos propuestos en los ítems i y ii. Para todos los casos, los composites obtenidos fueron caracterizados en términos de sus propiedades mecánicas a tracción, espectrofotométricas, morfológicas y estabilidad térmica. Los resultados de esta caracterización evidenciaron diferencias significativas en cuanto a su Aprovechamiento de desechos lignocelulósicos derivados de la producción industrial de aceite de palma en el desarrollo de materiales compuestos 4 comportamiento mecánico a tracción, así como también en la estabilidad térmica de cada una de las formulaciones. Este comportamiento está asociado principalmente al tipo de matriz empleada y en menor término al método de procesamiento. La distribución de tamaños de fibra de las fracciones sin tamizar, malla 20, 30 y 40 influyeron fundamentalmente en el comportamiento mecánico de los composites elaborados, con diferentes tendencias para cada caso. Posterior a la elaboración y caracterización de composites, las formulaciones que presentaron balance positivo de propiedades fueron sometidas a ensayos de envejecimiento acelerado en atmósfera salina permanente, atmósfera salina cíclica, radiación ultravioleta cíclica, y la combinación de atmósfera salina cíclica y radiación ultravioleta cíclica. Los resultados de envejecimiento acelerado demostraron que las condiciones de la atmósfera salina permanente favorecieron el biodeterioro fúngico. Desde la perspectiva de las características mecánicas, térmicas y espectrofotométricas, todos los composites presentaron tendencias de comportamiento relativamente similares bajo la influencia de los ensayos de envejecimiento. Respecto a la caracterización complementaria, se presentaron cambios importantes en la capacidad de absorción de agua. Para este caso, los composites de matriz vinil-acrílica exhibieron las tasas más elevadas de absorción e hinchamiento. Debido a la naturaleza de las materias primas empleadas en la presente investigación, los composites presentaron tasas bajas de conductividad eléctrica y térmica. Por otra parte, los materiales compuestos obtenidos exhibieron potencial para ser empleados como elementos constructivos; específicamente, los de matriz acrílica para placas y mobiliario en tanto que, los de matriz de polietileno e híbrida para mobiliario y perfiles. Como un aporte complementario a la investigación realizada, se exploró el uso de materiales biodegradables como el polivinil acetato, almidón de oca (Oxalis tuberosa) y harina de amaranto (Amaranthus hypochondriacus) para ser empleados como matrices poliméricas; sin embargo, la naturaleza higroscópica de los composites obtenidos limita su aplicación como elementos constructivos.
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    Asfaltos altamente modificados con polvo de neumáticos fuera de uso (NFU) en mezclas asfálticas retardantes de la fisuración refleja
    (2024) Segura, Adrián Noel; Botasso, Gerardo; Raggiotti, Bárbara Belén
    Los neumáticos fuera de uso (NFU), cuando han alcanzado ese estatus, pueden ser aprovechados de varias formas, reutilizándolos, reciclando los mismos, sumados a un proceso de cogeneración de energía, o en la incorporación en el proceso de modificación de los asfaltos para la elaboración de mezclas asfálticas. En la búsqueda de obtener ligantes con altas prestaciones elásticas, en los últimos años, se han estudiado distintos modificadores de los asfaltos. El polvo de NFU han sido uno de ellos, siendo tasas del orden del 8 % una de las experiencias realizadas por el autor de esta tesis. Con el objetivo de obtener mejoras en las propiedades mencionadas, en la presente investigación se ha estudiado una mayor incorporación de NFU. Para ello, se realizó la incorporación de cantidades crecientes del polvo de NFU, en distintos tipos de asfaltos base mediante el equipo de dispersión. La caracterización y evaluación de sus comportamientos reológicos de cada uno de ellos, permitió observar el grado de modificación y adoptar, con criterios en base a especificaciones internacionales, aquel que presentó las mejores características para la elaboración de mezclas retardantes de la fisuración refleja. En lo que respecta a los pavimentos, las cargas repetidas de vehículos y las condiciones ambientales ejercen solicitaciones que causan un deterioro constante en la estructura. Este desgaste conduce a la pérdida de propiedades mecánicas, lo que a su vez resulta en una disminución de la capacidad estructural y funcional de la carretera. Entre las fallas más comunes se encuentran el ahuellamiento que son deformaciones permanentes, las grietas por fatiga, las grietas térmicas y la fisuración refleja. Este último problema, que consiste en la propagación de fisuras desde capas inferiores hacia la nueva capa colocada como refuerzo, es especialmente difícil de controlar, ya que reproduce la patología de las capas anteriores. El deterioro prematuro de los pavimentos debido a la aparición de fisuras reflejas, por rotura rápida de las capas colocadas para retardar las mismas, ocasiona reiteradas tareas de mantenimiento, generando incrementos en los costos de conservación de estas estructuras. Las mezclas más utilizadas para dicho retraso, han sido las arenas asfalto de granulometría continua que pueden ser elaboradas con asfalto convencional, y que en muchas ocasiones han fallado de manera temprana frente a la propagación de fisuras. Se genera así, la necesidad de mejorar el desempeño de esta mezcla, para lo cual se las han elaborado a partir de asfaltos modificados. En ese sentido, en el presente estudio se ha evaluado el desempeño de la misma, a partir de una elaborada con asfalto convencional, otra fabricada con asfalto modificado con polímero virgen y otra, con el mencionado antes, con alta incorporación de NFU. Este tipo de mezclas han presentado algunas dificultades y es por ello que, en la búsqueda de alternativas, se evalúan otras con granulometría discontinua y que deben ser elaboradas con asfalto modificado. Estas presentan un menor ahuellamiento y poseen una mayor proporción de vacíos, capaces de albergar al NFU. Estos espacios ocupados parcialmente por el mastic, formado por los finos y el ligante modificado con NFU, generan un medio que dificulta el crecimiento de la fisura. En esa línea, se plantea un estudio de mezclas de discontinuidad creciente. Por ello, se evaluaron un microconcreto discontinuo en caliente y otra con una mayor discontinuidad granulométrica. Estas también fueron elaboradas con los mismos asfaltos anteriores, el modificado con polímero virgen y con alta tasa de NFU. La valoración de la capacidad de disminuir la velocidad de ascenso de las fisuras, se ha realizado en probetas ensayadas con la metodología del modelo de reflejo de fisuras, con equipo de cargas cíclicas LEMaC. La determinación se ha realizado en probetas rectangulares fabricada con cada una de estas mezclas mencionadas, en un modelo que considere las capas intervinientes en una tarea de rehabilitación, siendo esto una capa inferior fisurada, una intermedia retardante de la fisura y una superficial de refuerzo. Por último, se presentan las conclusiones extraídas donde se ha observado que una mezcla hasta una determinada discontinuidad granulométrica, presenta un buen desempeño frente a la propagación de la fisura. Además, esto último ha podido relacionarse con algunas de las características reológicas determinadas en el ligante con alta tasa de NFU.
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    Desarrollo de estructuras porosas de titanio para implantes biomédicos obtenidas por gel-casting y sinterización
    (Universidad Tecnológica Nacional.Facultad Regional Córdoba, 2024) Cantero, Santiago Marcelo; Lucci, Roberto Oscar
    Los problemas degenerativos relacionados con enfermedades óseas, fracturas, y procedimientos quirúrgicos que requieren implantes ortopédicos han impulsado la búsqueda de materiales avanzados que puedan ser implantados en el cuerpo humano para sustituir o reparar tejidos como hueso, cartílago, ligamentos y tendones. El tiempo que transcurre desde la cirugía hasta la fijación efectiva de los implantes oseointegrables es esencial para el éxito de la intervención. Cualquier movimiento inesperado puede conducir a la formación de una cápsula fibrosa alrededor del implante, lo que resulta en una falla prematura. A pesar de la solución que proporciona la cementación de los implantes, para su colocación, esta técnica presenta problemas de incompatibilidad electroquímica y fisuras interfaciales en el cemento. En este contexto, el titanio se ha destacado como un material biomédico prometedor debido a sus excelentes propiedades mecánicas, su biocompatibilidad y su resistencia a la corrosión. A pesar de lo mencionado, la fabricación de aleaciones de titanio por métodos tradicionales basados en la fusión es compleja y costosa. La alta reactividad del titanio con el oxígeno exige trabajar en condiciones controladas como lo son las atmósferas inertes o bien de alto vacío; lo que ha llevado a la exploración de técnicas alternativas como la pulvimetalúrgia. Además, se presenta el desafío de reducir la rigidez del titanio (110 GPa), que es mucho mayor que la del hueso (1 – 30 GPa); lo cual genera un fenómeno conocido como apantallamiento de tensiones que deriva en la degradación del tejido óseo. La introducción de poros en la estructura del material reduce la rigidez de este, permitiendo disminuir el fenómeno mencionado, mejorando a su vez la biocompatibilidad. Por lo tanto, este trabajo se enfoca en el desarrollo de estructuras porosas de titanio que imiten la arquitectura de los huesos humanos, para su uso en implantes biomédicos, mediante la utilización de la técnica de Gel Casting y Sinterización. Se muestran resultados obtenidos de la fabricación de muestras de titanio a partir de polvos de hidruro de titanio (TiH2) y polvos de resina acrílica (metil metacrilato de metilo), es decir, por la técnica de gel-casting. Luego del proceso de sinterización, se obtienen estructuras con porosidad uniforme, con porosidad gradual en sentido radial y de manera compuesta, mediante agregados de hidroxiapatita. Se muestra el estudio de las variables de fabricación de las muestras en verde mediante gel-casting, como lo ser: mezclado de los polvos, formación del barro, colado en el molde y tiempo de secado. Allí, se obtienen muestras en verde con condiciones mecánicas aptas para su manipulación y buena terminación superficial, copiando adecuadamente la geometría del molde. Se presentan estudios de las variables y parámetros del proceso de sinterización, tales como temperatura, tiempo y control de atmósfera. Los mejores resultados, se encuentran a temperatura de 1300 ºC, con tiempo de sinterización de 240 minutos, en atmósfera de alto vacío. En otro orden, se realiza el estudio de descomposición de la hidroxiapatita, según diferentes condiciones de trabajo. Se encuentra que a temperaturas de sinterización de 780 ºC y tiempos de 420 minutos, la hidroxiapatita no se descompone y las partículas de titanio se sinterizan correctamente.
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    Desarrollo de metodología NIRS para la evaluación cuantitativa y cualitativa de fibras especiales de origen animal
    (2023) Amorena, José Ignacio; Fernández de Ahumada, Elvira; Álvarez, Dolores María Eugenia
    Las fibras, hilados y tejidos de llama y vicuña resultan fundamentales para la sostenibilidad ambiental, económica y cultural de la puna catamarqueña. Adicionalmente, el aumento de la demanda de estos productos hace necesario disponer de información con mayor detalle sobre el material ofrecido, así como verificar y asegurar su calidad y autenticidad. Las técnicas tradicionales de análisis son lentas, costosas, limitadas en cuanto al número de variables que evalúan y generan efectos negativos en el ambiente. En este sentido, esta tesis tiene como objetivo evaluar el potencial de la Espectroscopía en el Infrarrojo Cercano (NIRS, por sus siglas en inglés Near Infrared Spectroscopy) para el diagnóstico de calidad y autenticidad de fibras, hilados y confecciones de llama y vicuña. Para ello, en primer lugar, se llevaron a cabo ensayos para la optimización de los parámetros de adquisición de espectros NIR. Seguidamente, se evaluó la capacidad predictiva de modelos cuantitativos para determinar parámetros de calidad de fibras de llama y vicuña. Finalmente, se desarrollaron modelos discriminantes para la clasificación entre fibras, hilados y tejidos de distintos orígenes y la identificación de la composición de muestras confeccionadas como mezclas de materiales naturales. Se aplicaron métodos de preprocesamiento espectral y diferentes algoritmos de regresión y clasificación. Los modelos predictivos relacionados con la cuantificación de parámetros de calidad en fibras de llama tuvieron mejor desempeño que los de vicuña. En muestras de llama, para la Finura Media, mostraron una adecuada capacidad de estimación, siendo esta menos satisfactoria para Factor de Confort y Medulación. En las de vicuña, se logró estimar la Finura Media solo con modelos de limitado desempeño. Los resultados asociados a los modelos discriminantes fueron muy satisfactorios tanto para clasificar entre materiales textiles de distintos orígenes, como para identificar la composición de fibras, hilados y tejidos de llama y vicuña, en mezclas con otras fibras naturales. Los resultados de esta tesis permiten concluir que es posible emplear la tecnología NIRS para el diagnóstico de calidad y autenticidad de fibras, hilados y tejidos de las especies evaluadas, como metodología alternativa a los análisis tradicionales. De esta manera, dicha tecnología se constituye como una herramienta que puede contribuir al desarrollo del sector textil de camélidos en Argentina. Palabras Clave: Fibras Textiles, Llama, Vicuña, Espectroscopía Infrarrojo Cercano, NIRS
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    Co-pirólisis de biomasa lignocelulósica con residuos plásticos para producir biocombustibles sustentables
    (2023) Rocha, María Victoria; Renzini, María Soledad; Pierella, Liliana
    El aumento de la demanda de energía, la variabilidad de los precios de combustibles derivados del petróleo, los problemas medioambientales que se derivan de su utilización y su tasa de agotamiento de magnitud mayor a su ciclo de regeneración, resultan en una profundización de la exploración de materias primas alternativas y el reemplazo de los combustibles tradicionales. La actividad agropecuaria, una de las principales bases de la economía de Argentina, genera grandes volúmenes de residuos de biomasa lignocelulósica, materia prima prometedora para la producción de biocombustibles. Por ejemplo, la descomposición térmica de cáscara de maní produce rotura de enlaces liberando energía y obteniéndose productos finales de alto valor añadido. Sin embargo, debido a su estructura compleja, estos productos poseen un alto contenido de oxígeno, alto pH y bajo poder calorífico para su uso como combustibles; hecho que fuerza a encontrar alternativas que mejoren estas características. Una posibilidad para mejorar esta situación, es el agregado de co-reactivos que ayuden a bajar el contenido de oxígeno proporcionando átomos de hidrógeno. Entre las mejores opciones de co-alimentación podemos encontrar a la familia de los plásticos por sus largas cadenas ricas en carbono e hidrógeno. Además, la posibilidad de utilizar residuos plásticos contribuye a dar solución a la problemática de la disposición y tratamiento de este tipo de desechos. La presente investigación se orienta a valorizar dos fuentes de residuos, como son los desechos de biomasa lignocelulósica y los plásticos vertidos como basura, convirtiéndolos en productos de gran interés en las industrias e inclusive como fuentes de energías alternativas a los hidrocarburos fósiles. El objetivo se centra en la mejora de las características de los combustibles líquidos y gaseosos obtenidos mediante co-alimentación. Además, se analiza el uso de materiales catalíticos como medios que permiten mejorar el proceso de desoxigenación. El presente resumen tiene por objeto informar al lector sobre los contenidos desarrollados en esta Tesis. La misma está compuesta de 8 capítulos que se detallan a continuación. En el Capítulo 1 se presenta la Introducción, donde se describe la problemática actual respecto de la producción de energía, sus fuentes renovables y no renovables. Se habla de la problemática de los residuos lignocelulósicos y plásticos; se da un resumen de las alternativas termoquímicas de su valorización, y se detallan los productos obtenidos en el proceso de pirólisis. Además, se introducen conceptos teóricos acerca de los materiales empleados como vi catalizadores heterogéneos. Se presentan las características y propiedades fisicoquímicas y estructurales de los mismos. En el Capítulo 2 se presentan los objetivos generales y específicos propuestos para desarrollar en el transcurso del presente estudio de investigación. El Capítulo 3 presenta la caracterización de las materias primas utilizadas en esta investigación, para ello se detalla la metodología utilizada y los resultados obtenidos con diversas técnicas; tales como, Análisis Proximal, Análisis Elemental, Poder Calorífico Superior, Análisis Termogravimétrico, entre otras. En el Capítulo 4 se realiza el estudio de la co-pirólisis térmica de la cáscara de maní con el polietileno de baja densidad. En este capítulo se realiza un diseño de experimento que determina las variables en sus valores óptimos para llevar a cabo la investigación. A continuación, se caracterizan las tres fracciones de productos obtenidas (líquidos, gases y sólidos). El Capítulo 5 detalla la co-pirólisis catalítica. Por un lado, se describe la metodología empleada para la síntesis, modificación y caracterización de las zeolitas empleadas. Por otro, se analizan los resultados obtenidos con el uso de una zeolita sintética de estructura ZSM-11 y con el uso de una zeolita natural del tipo Clinoptilolita. El Capítulo 6 presenta el estudio cinético de la co-pirólisis de cáscara de maní con polietileno de baja densidad. A continuación, se analiza el mecanismo de obtención de productos aromáticos a partir de compuestos fenólicos de dicho proceso. En el Capítulo 7 se presenta un estudio de la valorización de residuos industriales generados en el proceso de reciclado de cartón. Para ello, se analizan los productos líquidos y gaseosos como alternativas para su uso como combustibles dentro de las empresas que los generan. Finalmente, en el Capítulo 8 se presentan las Conclusiones generales de esta Tesis y el Capítulo 9 cuenta los proyectos de transferencia que se ha logrado con la presente tesis, en lo que se está trabajando actualmente y las proyecciones futuras.
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    Fabricación de componentes constructivos con la fracción plástica de residuos provenientes de reciclado de RAEE
    (2023) Gómez, Melina Gabriela; Kreiker, Jerónimo; Peisino, Lucas; Raggiotti, Belén
    Hoy en día, la problemática de los residuos genera gran preocupación y sobre todo requiere de acciones desde distintos ámbitos. Los residuos han provocado daños irreversibles en el ambiente que impactan directamente en las personas y demás seres vivos. Calentamiento global, incremento del diámetro del agujero en la capa de ozono, sequías, incendios forestales, derretimiento de los glaciares son algunas de las problemáticas que escuchamos casi a diario. Uno de los residuos que más daño genera y que más se ha incrementado en las últimas décadas es el de los provenientes de los Aparatos Eléctricos y Electrónicos o bien, RAEEs. Esta corriente de residuos presenta contaminantes que, en contacto con la tierra o el agua se trasladan hasta llegar al contacto con seres vivos y causando graves problemas de salud. En esta tesis se hace hincapié en la fracción plástica de los RAEES (FPR). La FPR se forma por las carcasas de plástico que se desprenden del residuo y que son muy difíciles de reciclar, reusar o reinsertan en un proceso productivo debido a que se encuentran contaminadas con metales pesados o retardantes de llama bromados, producto de haber estado durante si vida útil en contacto con el aparato. El resto del aparato, es decir toda su parte electrónica interna, hoy en día ha encontrado su corriente de reciclado en la minería urbana y re uso de partes con buen funcionamiento. El objetivo de este estudio es lograr un reciclado seguro y eficiente de esta FPR para evitar así su desperdicio y lograr inserción en un ciclo productivo, el de la construcción. Se desarrolló un sistema que permite encapsular la partícula para retener químicamente en su matriz los contaminantes y con este se desarrolló un agregado para morteros que a la vez presenta una forma de producción sencilla y económica que puede ser llevada a cabo sin conocimientos técnicos específicos, grandes inversiones de capital o necesidad de infraestructura compleja o de gran porte. En virtud de lo investigado, es posible neutralizar los contaminantes tanto metálicos como orgánicos mediante un sistema sencillo de encapsulado con cemento y aditivos. Con este procedimiento se logra generar un agregado apto para morteros y construcciones en general que presenta propiedades mecánicas aptas para tal fin. Finalmente se desarrollan propuestas de componentes constructivos y su respectivo proceso de producción y un análisis de ciclo de vida que permitió determinar su elegibilidad frente a otras alternativas.
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    Degradación de contaminantes emergentes presentes en efluentes acuosos, empleando catalizadores tipo ferritas
    (2023) Gerbaldo, María Verónica; Crivelli, Mónica Elsie; Mendieta , Silvia
    En las últimas décadas, se viene registrando un incremento de la presencia de contaminantes emergentes en aguas residuales y efluentes industriales. Distintas técnicas de remediación han sido y siguen siendo utilizadas para el tratamiento de estas aguas contaminadas. Sin embargo, muchas de ellas no presentan la capacidad de eliminarlos, es por ello que el desarrollo de tecnologías eficientes y de bajo costo se ha convertido en un verdadero desafío. Entre estas tecnologías se destacan los procesos avanzados de oxidación como una opción prometedora, en especial combinados con la catálisis heterogénea. Estos procesos se basan en la generación de especies radicalarias de elevado poder oxidante, capaces de atacar a las moléculas de los contaminantes y destruirlas. Los óxidos de hierro por su parte, han sido ampliamente estudiados como catalizadores para dichos sistemas. Con esta premisa, la presente tesis doctoral se enfoca al desarrollo de materiales sólidos nanoestructurados, ferritas espinelas, para ser utilizados como catalizadores en procesos avanzados de oxidación aplicados a la degradación de contaminantes emergentes, en particular compuestos farmacéuticos y matrices polifenólicas, presentes en efluentes industriales y aguas residuales. Se sintetizaron tres series de ferritas con estructuras tipo espinelas obtenidas siguiendo la ruta de Pechini. Se estudiaron sus propiedades texturales y fisicoquímicas empleando múltiples técnicas de caracterización. Los catalizadores obtenidos fueron evaluados en la degradación de los compuestos farmacéuticos diclofenac sódico y carbamazepina empleando una amplia gama de condiciones experimentales. Además, el material que mostró la mejor performance fue testeado con un efluente real proveniente de la industria olivícola. Se presentan los resultados preliminares obtenidos para este proceso Se correlacionó la actividad catalítica observada en los materiales con las propiedades físicoquímicas y estructurales estudiadas. Así, se pudo profundizar el conocimiento en el campo de los materiales nanoestructurados, particularmente las ferritas con estructura tipo espinelas, las cuales presentaron resultados prometedores con grandes perspectivas de aplicación en el tratamiento de aguas residuales que contengan contaminantes emergentes empleando sistemas que involucren procesos avanzados de oxidación.
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    Valorización de productos de la biomasa en químicos finos, aplicando catalizadores Metal Orgánicos Estructurados (MOFs)
    (2023) Bravo Fuchineco, Daiana Antonella; Crivelli, Mónica Elsie; Heredia, Angélica Constanza
    La creciente tendencia al reemplazo parcial de los combustibles derivados del petróleo por aquellos provenientes de la revalorización de biomasa ha tomado recientemente gran importancia. En este contexto, la conversión de moléculas plataforma en productos químicos de alto valor agregado y combustibles líquidos es una estrategia importante para la utilización de los recursos de biomasa. En los últimos años, se investigan y desarrollan tecnologías alternativas que se denominan “refinerías de biomasa” para producir combustibles y aditivos para combustibles a partir de estos recursos debido a su sostenibilidad y, a menudo, bajo costo. El ácido levulínico (AL), considerado como una de las moléculas plataforma más prometedoras, ha sido reconocido como puente químico entre la biomasa y el petróleo. Ha demostrado un gran potencial para producir biocombustibles y aditivos de alta calidad, como los ésteres levulínicos. Estos son utilizados como aditivos de combustible debido a sus excelentes propiedades. Específicamente los levulinatos de metilo, etilo y butilo, ofrecen características a los combustibles como propiedades de flujo y chispa, lubricidad, estabilidad de punto de inflamación, etc. Además, promueven el proceso de combustión más limpio, con la reducción de contaminantes nocivos de escape, como CO, CO2, hidrocarburos, azufre, entre otros. Durante las últimas décadas, el área de los sólidos porosos se ha convertido en una de las más intensamente investigadas. Este gran interés se debe a que se ha encontrado un importante número de aplicaciones para estos sólidos en diferentes campos. Una nueva clase de materiales conocida como Metal-Organic Frameworks (MOFs), emergió hace aproximadamente dos décadas. MOFs es el término que recibe esta familia de sólidos híbridos capaces de formar estructuras extendidas en una, dos o tres dimensiones. Entre las aplicaciones más destacadas de estos materiales, se pueden nombrar: purificación, separación y almacenamiento de gases y catálisis de reacciones heterogéneas, entre otras. Dada la gran cantidad de combinaciones entre las unidades constructoras existentes: ligandos orgánicos y clústeres inorgánicos, es posible “diseñar” MOFs con características específicas. Recientemente, el uso de MOFs como catalizadores ácidos se ha explorado en la catálisis heterogénea y la reutilización del material ha sido posible conservando su actividad catalítica. La presente tesis doctoral fue realizada en el Centro de Investigación y Tecnología Química (CITeQ) UTN-CONICET, perteneciente a la Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Córdoba (UTN-FRC). Teniendo en cuenta lo antes expuesto, la investigación fue orientada a la síntesis y desarrollo de materiales metal-orgánicos estructurados (MOFs) para ser empleados como catalizadores heterogéneos en la reacción de esterificación del ácido levulínico, derivado de la biomasa, con diferentes alcoholes. La misma se encuentra dividida en ocho capítulos, en los cuales se exponen los procedimientos de síntesis de los materiales, las técnicas de caracterización y sus principios para conocer las propiedades fisicoquímicas, texturales y estructurales de los sólidos, además de las condiciones experimentales bajo las que se desarrollaron las reacciones de esterificación.