FRLP - POSGRADO - DOCING - TESIS
http://hdl.handle.net/20.500.12272/1730
2024-03-29T04:51:48ZEstudio, fabricación y aplicación de redes de período largo en fibras ópticas para el desarrollo de sensores de humedad embebibles en materiales cementíceos
http://hdl.handle.net/20.500.12272/9536
Estudio, fabricación y aplicación de redes de período largo en fibras ópticas para el desarrollo de sensores de humedad embebibles en materiales cementíceos
La necesidad de contar con estructuras civiles confiables es un fuerte desafío de la Ingeniería Civil. La falta de mantenimiento trae como consecuencia un alto costo económico en reparación de estructuras que presentan evidencias de deterioro avanzado. Por este motivo, la implementación de sistemas de alarma temprana que detecten la aparición de procesos agresivos para la salud de las estructuras, es susceptible de ser tenida en cuenta en cualquier proyecto asociado a una estructura de gran porte. Las técnicas de monitoreo de salud de estructuras demostraron ser mecanismos beneficiosos para alcanzar metas de mantenimiento, en particular aquellas vinculadas a estructuras de hormigón armado. En este escenario y considerando la permanente superación tecnológica que se verifica en el ámbito de las fibras ópticas, los sensores implementados con éstas se presentan en la actualidad como elementos de sensado altamente atractivos para asistir a la Ingeniería Civil en el objetivo de lograr sistemas de monitoreo de salud confiables, robustos y durables. Una estructura de hormigón interactúa con su entorno de diferentes maneras durante su ciclo de vida. Más allá de las interacciones para las que se diseñó, existen otras que pueden generar cambios en su desempeño funcional, de seguridad o estético. Algunos agentes ambientales son considerados nocivos para el hormigón porque representan posibles causas de daño estructural (por ejemplo, pueden aparecer diferentes patologías debido a procesos de carbonatación, ingreso de cloruros y/o sulfatos, entre otros). La presencia de agua (en fase líquida o gaseosa) dentro del material juega un rol preponderante en todos los fenómenos de transporte y de degradación. Por ello, el conocimiento del nivel de humedad interna en diferentes ubicaciones estratégicas de una estructura de hormigón es un elemento de juicio de gran importancia para los ingenieros civiles durante la instancia de tomar decisiones relacionadas con el mantenimiento. Desde el punto de vista físico, el vapor de agua se difunde dentro de la matriz de hormigón debido a un gradiente de concentración del contenido de moléculas de agua que existe entre el entorno que rodea la estructura y el interior del material en sí mismo. Por ello, contar con sensores embebidos en la estructura de hormigón para monitorear la humedad relativa interna representa un recurso tecnológico de gran valor.
En este trabajo de Tesis Doctoral se presentan los resultados obtenidos en el estudio y fabricación local de un tipo de dispositivo grabado dentro de una fibra óptica llamado red de período largo, con el objetivo de ser aplicado como elemento sensor en la determinación del nivel de humedad en un dado punto interno de una estructura de material cementíceo. Las acciones asociadas al plan de actividades de esta Tesis Doctoral fueron ejecutadas empleando métodos y técnicas esencialmente experimentales. Entre los emergentes del trabajo se observa la adaptación, depuración e implementación práctica de una técnica de generación de redes de período largo en fibras ópticas que potencialmente puede proveer de este tipo de elementos tanto al Sistema Científico y Tecnológico Nacional como al campo industrial privado, considerando que no existen antecedentes publicados al respecto en el ámbito nacional. Los resultados de los estudios realizados acreditan el esfuerzo de evaluar el uso de los materiales y dispositivos ópticos ensayados para un potencial desarrollo de un sensor de HR basado en los emergentes de la misma. Se concluyó que tanto la simpleza de implementación de las técnicas empleadas como las bondades observadas en los resultados de desempeño general del sensor de HR, son elementos de juicio que merecen ser evaluados en caso de efectivizarse un desarrollo tecnológico orientado al diseño de un sensor basado en redes de período largo en fibra óptica.; The need for reliable civil structures is a really tough challenge for Civil Engineering. The lack of maintenance generates a high economic cost in repairing structures which have evidence of advanced deterioration. For this reason, the implementation of early warning systems that detect the appearance of aggressive processes for the health of structures is likely to be taken into account in any project associated with a large structure. Structure health monitoring techniques have proven to be beneficial mechanisms to achieve maintenance goals related to reinforced concrete structures. In this scenario and considering the continuous technological improvement in the field of optical fibers, the sensors implemented with them are nowadays presented as highly attractive sensing elements to assist Civil Engineering in order to achieve reliable, robust and durable monitoring systems. A concrete structure interacts with its environment in different ways during its life cycle. Beyond the interactions for which the structure was designed, there are other interactions that can generate changes in its functional, safety or aesthetic performance. Some environmental agents are considered harmful to concrete because they represent possible causes of structural damage (for example, different pathologies may appear due to carbonation processes, entry of chlorides and/or sulfates, among others). The presence of water (liquid or vapor) within the material plays an essential role in all transport and degradation phenomena. For this reason, knowledge related to the internal humidity level in different strategic places of a concrete structure is a highly important element of judgment for civil engineers when making maintenance decisions. From a physical point of view, water vapor diffuses within the concrete matrix due to a concentration gradient of water molecule that exists between the structure surrounding environment and the interior of the material itself. Therefore, having sensors embedded in the concrete structure to monitor internal relative humidity represents a technological resource of great value. This Doctoral Thesis presents the results obtained in the study and local manufacture of a type of device engraved inside an optical fiber called long period grating, with the aim of being applied as a sensor element in the determination of a civil structure internal humidity level. All the actions related with the activity plan were executed using essentially experimental methods and techniques. One of the main goals of this Doctoral Thesis is the adaptation, improvement and practical implementation of a technique to generate long period grating in optical fibers that can potentially provide this type of elements to both, the National Scientific and Technological System as well as the private industrial field.
The results presented here justify evaluating the use of the materials and optical devices studied and tested in this Thesis for a potential development of a humidity sensor based on long period gratings in optical fiber. It is concluded that both the simplicity of implementation of the techniques used and the acceptable results of the general performance of the humidity sensor are elements of judgment that deserve to be evaluated in a potential technological development oriented towards the design of a sensor like the one implemented in this Thesis.
2023-12-14T00:00:00ZDesarrollo de microdispositivos para análisis de células y biomoléculas
http://hdl.handle.net/20.500.12272/6910
Desarrollo de microdispositivos para análisis de células y biomoléculas
En la última década, los dispositivos de microfluídica han desempeñado un papel importante en muchos procesos biológicos, químicos, y aplicaciones de ingeniería1. Con esta consigna, en este trabajo de tesis se han desarrollado exitosamente dispositivos de microfluídica, los cuales fueron empleados para el sensado óptico de células con un microporo inmerso en estado sólido fabricado por un método químico. Además, se estudió la muerte celular con medicamentos quimioterapéuticos a través de la fluorescencia de las biomoléculas celulares para identificar tipos de muerte celular.
Es destacable que en este trabajo de tesis se desarrolló un método de fabricación de dispositivos de microfluídica, prescindiendo del acceso a un cuarto limpio (cleanroom), de tal manera que se posibilita la inclusión de la microfluídica prácticamente en cualquier laboratorio.
Varios diseños fueron fabricados e investigados para evaluar la capacidad de la resina epóxica para para obtener réplicas en polidimetilsiloxano (PDMS) para ensamblar los dispositivos de microfluídica. Esta capacidad para transferir el diseño desde la resina epóxica hacia el PDMS fue verificada mediante la caracterización con microscopia electrónica.
Además, se logró fabricar un microporo de estado sólido e integrarlo en un dispositivo multicapa de microfluídica. Este dispositivo fue utilizado para sensar ópticamente las células mediante la adquisición y análisis de imágenes, demostrando ser un método muy bueno y asequible para la detección y el conteo de células.
Los dispositivos de microfluídica también permitieron identificar tipos de apoptosis celular ocasionado por la exposición a la quimioterapia utilizada comúnmente en células del cáncer mama. Alrededor de 7000 imágenes fueron analizadas, lográndose identificar biomoléculas implicadas en la autofagia, vialidad celular, apoptosis programada y no programada.
Por otro lado, se desarrollaron varios microcanales que fueron diseñados, contrastados y estudiados para realizar electroforesis de marcadores moleculares de ADN para estudiar genes de resistencia a la roya de la hoja del trigo.
2021-03-30T00:00:00ZDesarrollo de canales de microfluídica para estudio de crecimiento celular y análisis de flujo en medios porosos
http://hdl.handle.net/20.500.12272/6904
Desarrollo de canales de microfluídica para estudio de crecimiento celular y análisis de flujo en medios porosos
Durante este trabajo de tesis se han desarrollado exitosamente dispositivos
de microfluídica, los cuales fueron aplicados en el cultivo de células tanto
adherentes como en suspensión y en el análisis de flujo en medios porosos
tal como se planteó en el objetivo general del plan de trabajo.
Se ha desarrollado un nuevo método de fabricación de dispositivos de
microfluídica que hace posible la fabricación de microdispositivos en el país
(y en otros países en desarrollo), sin la necesidad de acceso a cuarto limpio
(cleanroom), lo cual hará posible la masificación de la microfluídica.
Se realizaron más de 30 diferentes diseños de dispositivos. Se han evaluado
distintos moldes para replicar el diseño de los microcanales y se ha
investigado la capacidad del fotopolímero utilizado para la elaboración de
moldes en profundidad a partir de los cuales se obtiene la red de
microcanales en relieve mediante resina epóxica. A partir de esta resina se
han obtenido réplicas en polidimetilsiloxano (PDMS) para ensamblar los
dispositivos de microfluídica. Esta capacidad para transferir el diseño desde
la resina epóxica hacia el PDMS fue comprobada mediante la producción de
microgotas.
Estos dispositivos han sido utilizados para monitorear el crecimiento
celular mediante la adquisición de imágenes para evaluar su desarrollo a
través de análisis de imágenes. En cuanto a las células adherentes de
mamífero se evidenció la factibilidad para producir anticuerpos
monoclonales, mientras que las células en suspensión se usaron para
comprobar el mecanismo de captura mediante dispositivos multinivel.
Por otro lado, se desarrollo una nueva aplicación de los dispositivos de
microfluídica, para evaluar el envejecimiento de nanoesferas. Se aplicaron
los microdispositivos para cuantificar la variación de tamaño de
nanomateriales como las esferas poliméricas utilizadas para la
recuperación mejorada de petróleo. Finalmente, los dispositivos
permitieron determinar los volúmenes porales necesarios para empujar el
petróleo en una geometría que simula las gargantas porales y zonas de baja
permeabilidad que se encuentra en los reservorios de petróleo.
La escritura de esta tesis se organiza mostrando los resultados de acuerdo
con lo propuesto en los objetivos generales y específicos.
Primero se muestra el desarrollo de la nueva metodología de fabricación de
microdispositivos, en concordancia con lo propuesto en el objetivo general.
Así como también la aplicación de estos en el crecimiento celular y la
producción de microgotas (Capítulos 2, 3 y 4). Tal como se propuso en el
primer y segundo objetivos específicos.
En el capítulo 4 se muestra el trabajo realizado para la evaluación del
crecimiento celular para producción de anticuerpos monoclonales (objetivo
2).
Luego se muestra en el capítulo 5 la fabricación y utilización de los
dispositivos de microfluídica para el estudio de recuperación asistida de
petróleo, así como también para el estudio de envejecimiento de
nanocompuestos (Capítulo 6) utilizados en EOR (objetivo final número 3).
2020-04-07T00:00:00ZDiseño de sistemas eficientes de almacenamiento de energía electroquímica
http://hdl.handle.net/20.500.12272/5528
Diseño de sistemas eficientes de almacenamiento de energía electroquímica
Los sistemas eficientes de almacenamiento de energía basados en reacciones electroquímicas están compuestos por dos partes. Una de ellas es el sistema electroquímico almacenador de
energía eléctrica propiamente dicho, y la otra es el sistema de gestión encargado de la energía
electroquímica almacenada, de manera que el conjunto brinde una respuesta adecuada frente a
una cierta demanda de corriente. En aplicaciones de baterías, al sistema de gestión se lo conoce
como BMS. Una de las principales tareas que realiza el BMS es el cálculo de variables e indicadores
como el estado de carga, el envejecimiento, el tiempo remanente, la energía disponible
y otros, a partir de las mediciones de corriente, voltaje y temperatura. En esta tesis, en particular,
se estudia la estimación del estado de carga y la predicción del tiempo remanente. Para
esto es necesario conocer los modelos existentes y proponer aquellos que mejor interpreten al
sistema. Estos modelos son la base para la optimización de los algoritmos de estimación. En este
sentido, se propone el uso de un modelo electroquímico de orden reducido que permite obtener
la predicción de tiempo remanente en un menor tiempo de cálculo. Complementariamente, se
presenta una extensión del modelo que permite modelar celdas electroquímicas de combustible
microbianas.
Finalmente, se desarrolla la idea de un módulo inteligente de baterías, que consiste en
equipar a cada una de las baterías que lo conforman, con un sistema distribuido de monitoreo
y control con la capacidad de procesar sus propias mediciones. De esta manera, se tiene un
módulo formado por baterías que pueden intercambiar información entre ellas, para lograr
un funcionamiento descentralizado y eficiente de todo el conjunto. Se presenta un prototipo
desarrollado para este propósito.
2021-01-01T00:00:00Z