Instituto de ciencias e ingeniería de minerales
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Ítem Estudio de las propiedades ópticas de pigmentos inorgánicos con estructura tipo NASICON Mg0.5Ti2(PO4)3 sintetizados por combustión en solución y dopados parcialmente con Co2+ y Cu2+(2018-10-29) Chavarriaga Miranda, Edgar AndrésEn esta investigación doctoral, se usó por primera vez la estructura Nasicon Mg0.5Ti2(PO4)3 como estructura huésped para obtener los pigmentos inorgánicos Mg0.45Co0.05Ti2(PO4)3 con color violeta y Mg0.49Cu0.01Ti2(PO4)3 con color amarillo. Los pigmentos se sintetizaron por el método alternativo de síntesis por combustión en solución usando glicina y urea como combustibles, además se cambió la relación oxidante a combustible (O/F) empleando nitrato de amonio como agente oxidante extra. Los polvos obtenidos después de la combustión se caracterizaron estructuralmente con las técnicas de difracción de rayos X (DRX), espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR) y espectroscopia Raman y los resultados mostraron que todos los polvos son amorfos, lo cual se debe a la baja temperatura de la reacción de combustión, debido posiblemente al efecto de retardancia de llama del precursor hidrógeno fosfato de amonio. Por tal motivo, los polvos fueron sometidos a análisis termogravimétrico (ATG) y calorimetría diferencial de barrido (DSC), lo cual mostró que la temperatura de cristalización ocurre a temperaturas menores de 900 °C. Por lo tanto, los polvos se calcinaron a 900 °C por 3 horas y los resultados de DRX y FTIR mostraron la formación de la fase NASICON. La morfología de los pigmentos calcinados fue evaluada por Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y se encontró que las partículas primarias están aglomeradas y que hay presencia de porosidad como resultado de los gases liberados durante el proceso de combustión. El ancho de banda de energía fue determinado usando el modelo de Kubelka-Munk y los resultados fueron para transiciones indirectas Eg,indirect = 3.13 eV para Mg0.5Ti2(PO4)3, Eg,indirect = 3.17 eV para Mg0.45Co0.05Ti2(PO4)3 y Eg.indirect = 3.01 eV para Mg0.49Cu0.01Ti2(PO4)3 cuando O/F = 1.0, por lo tanto, el mecanismo de color para estos sistemas se debe a transiciones electrónicas entre los orbitales d-d para Co2+ en coordinación octaédrica y para Cu2+ en coordinación tetraédrica, además hay presencia de una absorción de transferencia de carga entre Cu2+(3d9) y Ti4+(3d0), la cual genera un corrimiento de la absorción desde el Ultravioleta cercano hacia el visible, lo cual se puede explicar porque el Cu2+ adiciona estados de energía en la banda prohibida del compuesto. La espectroscopia de reflectancia difusa Uv-Vis-NIR cercano mostró que los polvos tienen reflectancias solares totales NIR de Rs = 81.41% para Mg0.45Co0.05Ti2(PO4)3, mientras que para Mg0.49Cu0.01Ti2(PO4)3 fue Rs = 62.72 %. Estos resultados muestran que estos pigmentos podrían ser potenciales candidatos para su aplicación como pigmentos fríos.Ítem Análisis experimental del efecto del proceso de reperfilado sobre el desgaste y fatiga por contacto de rodadura de riel en el sistema rueda-riel en el Metro de Medellín(2014-11-01) Cuervo Velásquez, Paula Andrea; Toro Betancur, Alejandro (Thesis advisor)Resumen: Este trabajo comprende un diagnóstico de las curvas de la línea B del Metro de Medellín, en el que se determinaron diferentes correlaciones entre intervenciones de reperfilado, mecanismos de daño, forma de contacto rueda-riel, tipo de riel (hilo alto - hilo bajo), peralte de la curva, radio de curvatura y material que se remueve; estas correlaciones permitieron establecer tipologías de daño y frecuencias de intervención y con ello se formularon recomendaciones específicas de cada curva para realizar operaciones de reperfilado desde un mantenimiento preventivo. Además, se realizaron pruebas de reperfilado y tribológicas en laboratorio y se determinaron estrategias para mejorar la calidad superficial en campo después de las operaciones de reperfilado, así como para disminuir desgaste y fatiga de contacto (RCF).Ítem Obtención de pigmentos cerámicos tipo espinela ZnxCu1-xCr2O4, a partir de los métodos alternativos: reacción de combustión en solución y reacción en microemulsión(2014-01-28) Chavarriaga Miranda, Edgar AndrésLos pigmentos cerámicos con estructura espinela son materias primas de gran importancia para la industria cerámica, debido a la posibilidad de encontrar una gran variedad de tonos. La síntesis de estos compuestos por la industria se ha realizado fundamentalmente por el método tradicional de estado sólido, el cual presenta muchos inconvenientes, tales como la necesidad de recurrir a altas temperaturas de síntesis con largos tiempos de retención, y también a la introducción de agentes mineralizadores para disminuir dicha temperatura de síntesis, pero la introducción de estos compuestos presenta problemas medioambientales En esta investigación se obtuvieron los pigmentos cerámicos con estructura tipo espinela ZnxCu1-xCr2O4, para las estequiometrias x = 0, x = 0.5 y x = 1, a través de los métodos de síntesis alternativos reacción de combustión en solución, reacción en microemulsión “micelas normales” y el método tradicional. Se inicia con una breve introducción que contiene el planteamiento del problema y la justificación de la investigación, luego continua con un capítulo en el que se presentan los conceptos básicos en el estudio de la línea de investigación de pigmentos cerámicos y el estado del arte de diferentes rutas de síntesis de las espinelas propuestas, después se muestran los objetivos y la metodología empleada para lograrlos, posteriormente se presentan los resultados y sus correspondientes análisis, finalmente se plantean las conclusiones que permiten mostrar el cumplimiento de los objetivos de esta investigación. Entre los principales resultados obtenidos se muestra que es posible obtener pigmentos cerámicos con estructuras cristalinas puras por los métodos de reacción en combustión en solución y reacción en micelas normales a temperaturas menores que el método tradicional de reacción de estado sólido, lo cual implica un ahorro energético en dichas síntesis.Ítem Modelación de la disipación de energía mecánica en la descarga de un hidrociclón y su efecto sobre la clasificación de minerales(2013) Chica Osorio, Lina MaríaResumen: El hidrociclón es un equipo de uso extendido en la industria del procesamiento de minerales debido a su versatilidad y bajo costo de mantenimiento por la ausencia de componentes móviles. Sin embargo, aún se desconocen algunos aspectos relacionados con su operación debido a la complejidad hidrodinámica del funcionamiento del equipo. Aunque existen numerosos estudios que intentan comprender los fenómenos que explican la separación por tamaños, ninguno de ellos ha abordado la perspectiva energética. En el presente trabajo de investigación, se presentan los resultados obtenidos desde un balance de energía mecánica y una cuidadosa estrategia experimental, para la modelación de la disipación de energía en la descarga de un hidrociclón. Los principales resultados operando con suspensiones newtonianas mostraron que si bien la disipación de energía en la descarga no controla la operación del equipo pues su magnitud es muy pequeña en comparación con la disipación energética al interior del volumen de control (cuerpo del hidrociclón), si brinda información suficiente para describir la forma de la descarga en términos de variables adimensionales como la relación geométrica, la partición de caudales, el diámetro de aire en la descarga normalizado y el ángulo de la descarga. Así mismo, la disipación de energía en la descarga indica la existencia de regiones de descarga tipo spray y tipo rope, separadas por un valor invariante de disipación de energía mecánica específica equivalente a 1000 watt/m3 valor que puede ser entendido como la energía de activación del proceso de separación por tamaños. Por otro lado, fue posible demostrar, que además de los términos adimensionales que describen la descarga, energéticamente el número de es suficiente para describir el flujo al interior del equipo. Además fue obtenido un modelo para la disipación de energía mecánica total en un hidrociclón capaz de describir la operación y eficiencia del mismo desde una perspectiva de análisis energético.