UTN-FRC - Producción Académica de Posgrado

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    Modelado, simulación y optimización de reactores discontinuos secuenciales (SBR) con barros activados para la eliminación de carbono, nitrógeno y fósforo de aguas residuales
    (Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Córdoba, 2024) Santa Cruz, Judith Ailén; Mussati, Miguel C.; Scenna, Nicolás J.
    En esta tesis se aborda el modelado, la simulación y la optimización de sistemas de reactores discontinuos secuenciales (sequencing batch reactor, SBR) de barros activados, con el fin de eliminar materia carbonosa y nutrientes biológicos (nitrógeno y fósforo) de aguas residuales municipales domiciliarias. Un sistema SBR es un proceso cíclico en el que cada ciclo sigue un patrón de etapas sucesivas inherentemente dinámicas. Las etapas típicas incluyen: llenado con líquido a tratar, reacción (conversión biológica) bajo diferentes condiciones ambientales, sedimentación de sólidos suspendidos, descarga del líquido tratado, purga de sólidos generados en exceso y, eventualmente, espera. Se estudian dos configuraciones de proceso SBR: el sistema convencional, en el que todos los procesos microbiológicos ocurren en un único reactor, y el sistema SBR con nitrificación externa (sistema de dos barros), en el que ciertos procesos microbiológicos ocurren en un reactor y otros ocurren separadamente en un segundo reactor, lo que permite establecer las condiciones ambientales más favorables para el crecimiento de los microorganismos autótrofos, heterótrofos y acumuladores de fósforo que promueven las distintas etapas de conversión. La eliminación biológica simultánea de nitrógeno y fósforo se consigue a través de una secuencia de etapas anaeróbicas, aeróbicas y anóxicas, cuyas duraciones y otras variables, como la edad del lodo, el tiempo total del ciclo y la velocidad de aireación, son críticas para alcanzar los objetivos de tratamiento. La estequiometría y la cinética de reacción de los procesos microbiológicos de barros activados considerados para la eliminación de C y N se describen mediante el Activated Sludge Model N° 3 (ASM3) de IWA, y las correspondientes a la eliminación de P mediante el Bio-P module de EAWAG. Partiendo de los principios de conservación y dadas la naturaleza del proceso investigado y las hipótesis de modelado consideradas, el modelo de sistema SBR que resulta naturalmente consiste en un conjunto de ecuaciones diferenciales ordinarias en el tiempo mezcladas con ecuaciones algebraicas (sistema DAE). Se presentan y discuten los resultados de la simulación dinámica del sistema SBR convencional y del sistema SBR con nitrificación externa. Para estos estudios, los modelos dinámicos de ambos procesos SBR se implementaron en el entorno de lenguaje de alto nivel gPROMS/ModelBuider de Process Systems Enterprise, resolviéndose con el código DASOLV, que se basa en la fórmula de diferenciación hacia atrás (BDF) con orden y paso de integración variables. Se presentan y discuten los resultados de la optimización del sistema SBR convencional. Para este estudio, se discretizó el modelo dinámico diferencial algebraico de cada etapa del proceso SBR mediante el método de colocación ortogonal sobre elementos finitos (OCFEM), para su incorporación a problemas de optimización que consisten íntegramente en sistemas algebraicos; es decir, en modelos de programación matemática del tipo no lineal (NLP). De esta manera, se recurre a un enfoque algebraico para resolver problemas diferenciales. Los problemas NLP resultantes se implementaron en el entorno de modelado y optimización GAMS (General Algebraic Modelling System) y se resolvieron con el algoritmo de búsqueda local CONOPT3, que se basa en el método del gradiente reducido generalizado (GRG). Se presentan problemas de optimización simple objetivo (SOO) en los que la función objetivo utilizada es la minimización del tiempo de ciclo, la minimización del tiempo de retención hidráulica y la minimización del costo total anual de tratamiento, para distintos escenarios. En cada caso, se obtiene como parte del resultado el dimensionamiento óptimo del reactor y la condición óptima de operación.
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    Diseño del escalado de un sistema para tratamiento de efluentes provenientes de la elaboración de aceitunas, a partir de datos reales obtenidos a escala laboratorio, mediante materiales catalíticos
    (Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Córdoba, 2025) Zorzoli, Eduardo Gabriel; Mendieta, Silvia Nazaret; Álvarez, Dolores María Eugenia
    El objetivo de esta tesis fue desarrollar un estudio de factibilidad para el escalado de un sistema de tratamiento de efluentes generados en la producción de aceitunas verdes de mesa, basado en materiales catalíticos y adsorbentes, adaptado a las necesidades de las empresas. Se evaluó la efectividad de un reactor UV-C a escala laboratorio, utilizando Procesos Avanzados de Oxidación (PAOs), como fotocatálisis y procesos Fenton, logrando una reducción significativa de los contaminantes presentes en los efluentes. A partir de estos resultados, se diseñó un reactor a escala industrial, empleando el método multicriterio de Saaty para seleccionar el diámetro óptimo del reactor, considerando variables significativas del proceso. Además, se realizó la adecuación edilicia de las instalaciones existentes, teniendo en cuenta aspectos técnicos y económicos. Finalmente, se llevó a cabo una valoración económica para la implementación industrial del sistema de tratamiento de efluentes propuesto, demostrando su viabilidad técnica y económica.
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    Hormigón Autocompactante Coloreado Sustentable: Diseño y Caracterización.
    (Universidad 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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    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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    Fabricación de arrecifes artificiales mediante impresión en 3D empleando morteros sostenibles
    (2019) Yoris, Adrián Isidro; Positieri, María Josefina; Blanco Fernández, Elena; Raggiotti, Bárbara Belén
    La protección y recuperación de ecosistemas terrestres y marinos son temas actuales de vital importancia que conllevan a establecer una serie de medidas ambientales ya sean preventivas o correctivas, tanto a nivel tecnológico como de gestión. En este sentido, la inmersión de arrecifes artificiales (ARs) en el medio marino es una forma de estimular la recuperación de ecosistemas empobrecidos, y la impresión 3D es una herramienta que permite elaborar formas y texturas orgánicas que simulan los entornos naturales. Para ello, es necesario abordar su implementación desde un enfoque multidisciplinar que analice los materiales, los diseños y el proceso de construcción de los ARs para garantizar su efectividad. En esta tesis se presenta el proceso de fabricación de ARs, desde la selección de los materiales hasta la producción de los módulos para ser inmersos en las costas del Atlántico Norte, y así poder analizar su funcionamiento para mejorar la biodiversidad marina. Los ARs se elaboraron mediante impresión 3D empleando una técnica híbrida entre Extruded Material System (EMS) y Powder Based System (PBS). Los diseños propuestos cuentan con una combinación de formas prismáticas y aleatorias, con diferentes voladizos externos, así como agujeros interiores. Los diseños se basaron en criterios ambientales propuestos por biólogos marinos y por criterios tecnológicos definidos en función de las características propias de la impresora 3D. Como “tinta” de impresión se emplearon morteros de cemento con bajo contenido en clínker y morteros de geopolímero. Se estudiaron distintas dosificaciones, incluyendo grandes reemplazos de cemento por adiciones provenientes de residuos industriales, como fly ash (F.A.) y polvo de ladrillos cerámicos rojos, además de áridos reciclados, como arena de conchas marinas (seashells) y arena de vidrio (glass). La composición básica de los geopolímeros fue de F.A., como precursor, e hidróxido sódico (NaOH), como activador. Se elaboraron tanto probetas impresas en 3D como probetas moldeadas para analizar sus características particulares. Se dispusieron distintas condiciones de curado y exposición para analizar la evolución de las resistencias mecánicas y la durabilidad de los distintos morteros. Los estudios incluyeron determinación de las propiedades reológicas para definir la imprimibilidad, determinación del coste de los materiales utilizados, determinación de la resistencia mecánica (flexión y compresión) y receptividad biológica en probetas prismáticas que se sumergieron en el mar durante 24 meses. Para evaluar el impacto medioambiental de los materiales utilizados en la producción de los morteros se realizó un análisis del ciclo de vida (Life Cycle Assessment - LCA). Para elegir los morteros que reunían las mejores propiedades, se realizó un análisis de toma de decisiones con criterios múltiples (Multi-Criteria Decision-Making analysis – MCDM). Los dos morteros con mejor calificación se emplearon para la fabricación de los ARs. También se analizaron las ventajas e inconvenientes del proceso de impresión 3D utilizado, comentando los pasos seguidos para lograr la impresión de los ARs. Los resultados de esta investigación muestran que los morteros de cemento fueron los que mejor prestación tuvieron para ser empleados en impresión 3D, seguidos de los morteros de cemento con polvo cerámico. Los geopolímeros quedaron en último lugar debido a los altos costos de los materiales empleados y a las bajas resistencias logradas. Además, la metodología híbrida empleada fue efectiva para la impresión en 3D de ARs, ya que se logró crear huecos y voladizos, y las piezas fueron reproducciones fieles de los modelos digitales. Después de 2 años de monitorización, los ARs inmersos en el mar mostraron ser efectivos como módulos de recuperación de la biodiversidad en zonas costeras y como atracción de vida marina nueva.
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    Estrategia de recomendación por similitud semántica en repositorios con grande volúmenes de datos de medición y evaluación
    (2023) Sánchez Reynoso, María Laura; Diván, Mario
    La medición es una actividad común a diversas disciplinas, lo que permite determinar el estado actual de un concepto bajo estudio. La evaluación consiste en interpretar los valores medidos a la luz de ciertos criterios para poder concluir (o estimar) sobre su estado. Por tal, el hecho de poder definir proyectos de medición y evaluación es común a diferentes disciplinas, con las particularidades de cada campo de aplicación. Diversas alternativas se han propuesto para medir en forma remota diferentes conceptos, desarrollando actividades de telemetría sobre ordenadores de placa única (en inglés, Single Board Computers -SBC). El bajo costo y disponibilidad de sensores relacionado con el Internet de las Cosas (IoC) ha permitido masificar la automatización de procesos de medición con una aceptable relación costo-beneficio. Sin embargo, IoC se caracteriza por la heterogeneidad de las fuentes de datos, y el solo hecho de obtener un valor desde un sensor no aporta demasiado, salvo que exista una lógica embebida en una aplicación o lo interprete una persona con conocimiento en particular. Por tal, los “framework” de medición y evaluación basados en ontologías permiten incorporar conocimiento específico de los conceptos medidos, sus características, cómo cuantificarlas e interpretarlas. En este sentido, el “framework” C-INCAMI (en inglés Context - Information Need, Concepts, Attributes, Metrics, and Indicators) es un marco conceptual con una ontología subyacente, la cual define los conceptos, términos y relaciones necesarias para especificar un proceso de medición y evaluación (M&E). De este modo y mediante su utilización, se logra un entendimiento común sobre el concepto de lo que representa una entidad, su caracterización a través de atributos, la cuantificación de atributos mediante métricas y la interpretación de los atributos a través de indicadores con su correspondiente criterio de decisión asociados. La ontología de CINCAMI fue extendida para incorporar la posibilidad de discriminar estados de entidad y escenarios, para extender la definición de los criterios de decisión y su interpretación en función del contexto. De este modo, la estrategia de procesamiento del flujo de datos, es capaz de soportar definiciones de escenarios, análisis de las transiciones en conjunto con la posibilidad de ajustar los criterios de decisión de cada indicador a cada escenario en particular. Basado en la ontología extendida, se extendió la estrategia GOCAME (Goal - Oriented Context-aware Measurement and Evaluation) derivando en GOCAME -ESVI (Gocame-Entity States, Scenarios, and Visualization Guidelines). La misma permite definir consistentemente un proyecto de medición, especificándolo en un archivo auto contenido, factible de ser intercambiado entre diferentes SBC para su interpretación y emparejamiento con los sensores. Un componente software denominado adaptador de mediciones (localizado en SBC o dispositivos móviles) es responsable de emparejar la definición de proyectos con los sensores. De este modo, cada sensor tiene asociación con una métrica directa en el proyecto, y por ende sus medidas serán procesadas en consecuencia. Al momento de procesar e interpretar las medidas de múltiples métricas guiado por sus metadatos (ejemplo, el ID de cada una), un índice de similitud compuesto permite identificar recomendaciones similares, incluso cuando el proyecto no las posea. Basado en la ontología C-INCAMI extendida, se propuso un índice que evalúa la similitud estructural y comportamental de entidades bajo monitoreo y su contexto a partir de la definición del proyecto de medición y su flujo de medidas. Esto permite proveer recomendaciones ante situaciones similares a la actual aun cuando no se cuente con conocimiento específico. Un esquema de interpretación basado en criterios de decisión soportado por escenario y estados de entidad, es autocontenido en BriefPD. Dado que las fuentes de datos son distribuidas por naturaleza, se planteó una articulación basada en microservicios y arquitectura blockchain para soportar transmisiones indirectas y recomendaciones in-situ. Complementariamente, se aprovecha la extensión de la ontología de medición para incorporar controles de integridad de datos basados en Merkle Tree a los efectos de poder determinar el origen de los mismos (sin necesidad de que dispositivos de capacidades limitadas deban almacenar los datos transmitidos). De este modo, se ha logrado integrar en la Arquitectura de Procesamiento basada en Metadatos de Mediciones (en inglés Processing Architecture based on Measurement Metadata - PAbMM), desde la captación de los datos hasta el esquema de recomendación. PAbMM es un motor de procesamiento de flujos de mediciones basada en topologías de Apache Storm, que está especializada en el monitoreo de entidades (físicas o no) en proyectos de medición y evaluación basados en C-INCAMI extendido. Aquí se ha extendido la ontología original (por ejemplo, incorporando escenarios y estados de entidad) y por ende actualizado la arquitectura en consecuencia. Así, aquí se introduce una estrategia que permite brindar recomendaciones en tiempo real ante situaciones tipificadas basado en los criterios de decisión de los indicadores y en las entidades monitoreadas