Maestría en Ingeniería - Materiales y Procesos

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Correlation between Electrochemical Impedance Spectroscopy and LCR parameter meter in the corrosion processes of steel-reinforced mortars
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-07-30) Bolaños Ortiz, Juan Diego; Velásquez Salazar, Abilo Andrés; Arias Jaramillo, Yhan Paul; Bolaños Ortiz, Juan Diego [0009-0003-6182-744X]; Velásquez Salazar, Abilo Andrés [0000-0002-4035-7958]; Arias Jaramillo, Yhan Paul [0000-0002-8988-6295]
This document investigates the correlation between electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and LCR meter parameters using impedances. To this end, 18 cylindrical mortar specimens measuring 5cmx10cm, each containing a smooth ½-inch steel reinforcing bar, were constructed following a 2x3 factorial design with 3 replicas. These specimens underwent accelerated corrosion processes such as the impressed current method (6 and 12 hours) and carbonation chamber exposure (15 and 30 days), with some specimens subjected to both methods. EIS was used to measure the specimens, with results adjusted by the chosen equivalent circuit. Additionally, resistance, capacitance, and impedance properties were measured in series and parallel at frequencies of 100Hz, 120Hz, 1kHz, 10kHz, and 100kHz using the LCR meter, ANOVA and Tukey's post-hoc tests were conducted to select the most representative parameters for corrosion detection. A linear relationship was observed between the Rct parameter of EIS and the 100Hz impedance of the LCR meter for specimens subjected to the impressed current method. Specimens exposed to carbonation chamber exhibited variable behaviors that did not correlate with both techniques, likely because the carbonation front had not yet depassivated the reinforcing steel. The combined actions of both factors had an inverse effect; chloride penetration reduced the mortar coating's total impedance, while carbonation densified it, increasing its resistivity. (Tomado de la fuente)
Evaluación de la retentividad de modificadores de fricción para interfaz rueda-riel
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-09-04) Ospina Cardona, Juan José; Santa Marín, Juan Felipe; Toro Betancur, Alejandro Octavio; Grupo de Investigación en Corrosión, Tribologia y Energía
Los modificadores de fricción son importantes para controlar el desgaste y la fricción en los sistemas rueda-riel. Este estudio se centra en el análisis de la retentividad de un modificador de fricción base agua (FM 1). Además, se caracterizó y comparó el rendimiento reológico de dos modificadores de fricción: un modificador a base de aceite de aguacate (FM 2) desarrollado en el laboratorio y un modificador base aceite mineral (FM 3) comercial. Los modificadores de fricción fueron analizados mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), análisis térmico (TGA), espectroscopia infrarroja (FTIR) y reología. El rendimiento tribológico de los productos se evaluó utilizando un tribómetro de doble disco, el cual permite simular diferentes escenarios de interacción entre la rueda y el riel: rodadura, deslizamiento y una combinación de ambos. Se evaluaron el coeficiente de tracción y la retentividad del FM 1 en el laboratorio. Los resultados mostraron que el producto FM 1 contiene un alto contenido de agua (aproximadamente 60%) y un polímero de estireno-butadieno (SBS), que actúa como un vehículo para el modificador, responsable de dispersar las partículas. Se observaron partículas de disulfuro de molibdeno de menos de 5 μm y partículas de talco de menos de 2 μm. El coeficiente de tracción del FM 1 presenta valores similares a los de productos comerciales previamente probados, con un coeficiente de fricción de aproximadamente 0.07. El coeficiente de tracción del FM 1 es un 15% mayor que el obtenido para el producto base de aceite vegetal. Los resultados indicaron que el producto FM 3 contiene partículas de cobre y aluminio, elementos encontrados en la literatura de lubricantes. En términos de retentividad, se planteó dos pruebas diferentes halladas en la literatura: “inicio con lubricación” e “inicio sin lubricación” se observó una diferencia en el valor de retentividad de aproximadamente un orden de magnitud. Esta diferencia radica principalmente en la rugosidad de las superficies. (Tomado de la fuente)
Desarrollo microestructural y su incidencia en el desempeño de mezclas de tierra comprimida estabilizada con un cemento alternativo (LC3) y agregados de concreto reciclado
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Díaz García, Andrés Camilo; Tobón, Jorge Iván; Arias, Yhan Paul; Diaz, Andres Camilo; Díaz García, Andrés Camilo [0009-0002-5022-1330]; Arias, Yhan Paul [0000-0002-8988-6295]; Diaz-Garcia, Camilo; Grupo del Cemento y Materiales de Construcción; Diaz-Garcia, Camilo
La transición hacia procesos de producción que tengan un menor impacto ambiental y hagan un uso más eficiente de los recursos y energía, ha llevado a la necesidad de buscar alternativas que logren satisfacer las necesidades sin perder la calidad en el desempeño de los productos. En el caso de los materiales de construcción, la reducción del contenido de cementos convencionales y la diversificación de sistemas constructivos es la principal estrategia para alcanzar la sostenibilidad en el corto plazo. En ese sentido, el desarrollo de materiales de construcción en tierra ha tomado relevancia por su baja huella de carbono en la producción y diversidad de materias primas para su fabricación, teniendo así capacidad de incorporar de distintos residuos. Con base en esto, este estudio se centró en analizar en mezclas de suelo estabilizado, el efecto de la incorporación de agregados de concreto reciclado (ACR) y un cemento ternario de caliza y arcilla calcinada (LC3) sobre los cambios microestructurales, y su influencia en el desempeño de propiedades de ingeniería como la compactación, resistencia a compresión y absorción de agua por capilaridad. Se analizan mezclas con dos tipos de cemento, Cemento Portland (OPC) de Altas Resistencias Tempranas de referencia, y LC3, con dosificaciones de porcentaje en peso entre 0 y 15 % y de ACR entre 30 % y 60 %. La resistencia a compresión inconfinada a 7 y 28 días se evaluó estadísticamente a través de un diseño experimental de mezclas, obteniendo valores entre los 4 y 14 MPa, mostrando una mayor representatividad de la interacción entre las cantidades de ACR y el material cementante. Se encontró una fuerte incidencia del tipo de cemento sobre la respuesta mecánica y la absorción en presencia del agregado reciclado, donde el cemento alternativo presentó mayor demanda de agua, lo que permitió una mayor tasa de aumento de resistencia al mantener un medio poroso más reactivo. De esta forma, el LC3 alcanzó un desempeño similar a las mezclas del OPC cuando se encontró acompañado con altos niveles de ACR (60%); contrario a lo hallado en el cemento de referencia, que mostró bajos desempeños en las propiedades estudiadas cuando las altas cantidades de cemento estaban acompañadas del agregado reciclado, teniendo menor densidad y mayor porosidad, lo que afecta el desempeño de las propiedades. La compatibilidad entre el LC3 y el ACR se da por una mayor densificación con productos de hidratación que rellenaron los poros, con compuestos asociados a la reacción de la caliza y el metacaolín. Se desarrollan productos de menor densidad que el C-S-H de los cementos convencionales, generando una mayor extensión de la red de geles que densifican la matriz a causa de la estabilidad en la reacción que generan los carbonatos y la movilidad iónica que promueve el metacaolín, resultando en mejores desempeños de sus propiedades de ingeniería. Esto se observó por medio de análisis térmico para identificar los productos de hidratación, y por microscopía electrónica se pudo evidenciar el refinamiento de los poros. Esto muestra que los cambios microestructurales se vieron influenciados por la capacidad de desarrollar distintos tipos de productos de hidratación, alcanzando una mayor densidad compactada y así en un mejor desempeño, mostrando el potencial que tienen el uso de materias primas alternativas en el desarrollo de materiales de construcción sostenible con cementos de bajo contenido de clínker y residuos de construcción y demolición. (Tomado de la fuente)
Design of fique based sandwich panels
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-08-14) Rangol, Mathis; Meza Meza, Juan Manuel; Design of Advanced Compositesdadcomp
This research investigates the development and optimization of sustainable composite panels reinforced with fique fibers within a polymeric matrix, specifically targeting structural applications in airport baggage transport. Traditional materials like plywood and particle board commonly used in such applications are limited in durability and resistance, especially under high-load conditions and exposure to moisture. This study seeks to address these limitations by designing and testing fique fiber-reinforced polymer (FRP) composites with a polyester veil core. The optimization process involved applying Classical Lamination Theory to predict the mechanical behavior of these panels and conducting Finite Element Analysis (FEA) through Abaqus software to simulate their response under varying load conditions. Experimental testing was carried out to evaluate the flexural and impact performance of the composite panels, as well as their environmental resilience. Testing methodologies were developed according to ASTM standards to accurately gauge flexural strength, impact resistance, and long-term durability. The results demonstrated that the optimized fique-FRP composites exhibited superior flexural stiffness and impact resistance compared to traditional wood-based materials, suggesting a significant improvement in material performance. Additionally, a cost analysis was performed, highlighting the economic benefits of utilizing natural fibers, which reduces material costs and supports the transition to more sustainable production practices in the composite materials industry. This thesis contributes to advancing natural fiber composite technology by demonstrating that fique-based FRP panels are not only economically viable but also offer environmental benefits, making them a promising alternative for industrial applications. The study underscores the potential of natural fiber reinforcements in achieving durable, lightweight, and cost-effective solutions, particularly in the development of eco-friendly structural materials. (Tomado de la fuente)
Implementation of an active thermography inspection methodology for the early detection of delamination damage in APS-sprayed YSZ thermal barrier coatings subjected to thermal fatigue
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) García Revuelta, Andrés Felipe; Toro, Alejandro; Restrepo Martínez, Alejandro; García Revuelta, Andrés Felipe [0009-0001-2985-5550]; Toro, Alejandro [0000-0002-5589-5820]; Restrepo Martínez, Alejandro [0000-0001-8978-2077]
The purpose of this study is to investigate and implement active infrared thermography as a non-destructive method for the early detection of delaminating thermal barrier coatings. To accomplish this, thermal barrier coatings were fabricated using atmospheric plasma spraying as the deposition method. A nickel-based superalloy, Inconel 625, was used as the substrate, followed by an MCrAlY bond coat and a YSZ ceramic top coat, resulting in thicknesses of approximately 217 $\mu$m and a porosity of 9-10\%. Thermal shock tests were then performed as a method of inducing delamination. These tests were conducted at a temperature of 1050°C with a holding time of 4 minutes, followed by quenching in water at room temperature. The number of cycles ranged from 0 to 260, and the samples were examined by thermography as well as by conventional methods (LOM, SEM, and XRD). The TC was found to be more prone to delamination under the proposed experimental conditions, however, failure surfaces were also detected at the BC/TGO and TGO/TC interface. TGO formation occurred from early to post-failure stages. For infrared thermography, a dedicated setup was designed and algorithms were applied to analyze the acquired data, improving the ability to detect failures at an early stage. The results showed that the technique is capable of detecting defects before they become visible by visual inspection and that the results obtained are consistent with those obtained by conventional methods. (Tomado de la fuente)
Influencia de cloruros y metales traza presentes en las MSWI FA sobre el desarrollo de fases cementantes durante la clinkerización de CSA
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-04) Bedoya Henao, Carlos Andrés; Tobón, Jorge Iván; Restrepo Baena, Oscar Jaime; https://scholar.google.com/citations?user=7TeSjZgAAAAJ&hl=es; Bedoya Henao, Carlos Andrés [0009-0006-8219-6714]; https://www.researchgate.net/profile/Carlos-Bedoya-Henao?ev=hdr_xprf; Grupo del Cemento y Materiales de Construcción
La incineración de residuos sólidos urbanos (MSW) es una práctica habitual y cada vez más adoptada al momento de gestionar la disposición de MSW en todo el mundo. Derivado del proceso de incineración se generan algunos subproductos como cenizas volantes (MSWI FA) y cenizas de fondo (MSWI BA). Contribuyendo con la economía circular, sostenibilidad y el desarrollo de nuevos materiales, las MSWI FA han cobrado un gran interés en el sector de la construcción al poderse incorporar como material de relleno en mezclas de mortero y concreto, e incluso como materia prima en la producción de diferentes tipos de cementos. Los cementos base sulfoaluminato de cálcico (CSA) han demostrado ser una alternativa al cemento portland ordinario (OPC) debido principalmente a sus bajas emisiones de CO₂, menores consumos energéticos para su producción, y sobresalientes desempeños mecánicos y de durabilidad. La posibilidad de usar las MSWI FA como materia prima para producir cemento CSA ha sido demostrada, sin embargo, los estudios realizados hasta el momento en torno al tema exponen una gran oportunidad de profundizar temas que aún no han sido abordados, tal como el rol del cloro y metales traza en el sistema CaO–SiO₂–Al₂O₃–SO₃ durante la elaboración de cementos CSA. La presente investigación pretende evaluar la influencia de los cloruros y metales traza presentes en las MSWI FA sobre el desarrollo de fases cementantes durante la clinkerización de CSA mediante la formulación de módulos de cloruros y de metales traza que permitan proponer una solución general al problema de investigación. (Tomado de la fuente)
Evaluación de la actividad catalítica en reacciones de química fina de zeolita tipo Y obtenida a partir de caolinita ferruginosa proveniente de residuos mineros de La Unión - Antioquia
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-04-14) Giraldo Alzate, Daniel Felipe; Dorkis, Ludovic; Márquez Godoy, Marco Antonio; Villa Holguín, Aída Luz; Giraldo Alzate, Daniel Felipe [0000-0003-4598-865X]; Giraldo Alzate, Daniel Felipe [https://www.researchgate.net/profile/Daniel-Giraldo-28?ev=hdr_xprf]; Grupo de Investigación en Catálisis y Nanomateriales; Grupo de Mineralogía Aplicada y Bioprocesos (Gmab); Grupo de Investigación Catálisis Ambiental
La investigación se centró en explorar el potencial catalítico de las zeolitas Y jerárquicas obtenidas a partir de caolinita ferruginosa proveniente de residuos mineros en La Unión, Antioquia. La hipótesis inicial planteó que esta caolinita podría ser un precursor idóneo para la síntesis de zeolita Y, la cual, tras su jerarquización, podría emplearse como catalizador en la transformación de terpenos. Los objetivos del estudio abarcaron la identificación del potencial de la caolinita como fuente de silicio y aluminio, la determinación de la ruta de síntesis de zeolita Y y su jerarquización, así como la evaluación de las propiedades fisicoquímicas y la actividad catalítica de las zeolitas obtenidas. La caolinita ferruginosa fue identificada como un precursor potencial debido a su composición química y disponibilidad en la región. Los resultados de la caracterización de las muestras de caolín revelaron que tanto la muestra M1+200 y M2+200, tenían un grado de ordenamiento parcial y se identificaron diferencias de 0.18% en la composición de hierro, optándose por la muestra M2+200 con un contenido de hierro de 0.69% para la síntesis de zeolita Y debido a su potencial actividad catalítica. Durante la calcinación de la caolinita, se observó la formación de una fase metaestable, sugiriendo la presencia de una fase amorfa reactiva. La temperatura y el tiempo de envejecimiento fueron determinados como factores clave para obtener zeolitas con alta cristalinidad y tamaño de cristalito. La síntesis optimizada de la zeolita Y incluyó agitación a 60 rpm, envejecimiento de 24 h y tratamiento hidrotérmico de 12 h a 110 °C, lo que resultó en una cristalinidad del 54% y un tamaño de cristalito de 321 Å. Sin embargo, se detectó la formación de fases secundarias como cuarzo y zeolita P, lo que indica que la síntesis no fue completamente selectiva. En la evaluación catalítica, la zeolita NaY mostró un rendimiento destacado en la epoxidación de α-pineno, alcanzando una conversión del 67% y una selectividad del 92%. La isomerización del epóxido a aldehído canfolénico logró una conversión del 100% con una selectividad del 81%. Además, la muestra M2+200 demostró un potencial catalítico en la isomerización de α-pineno, con una conversión del 32% y selectividad del 46% hacia canfeno. (Tomado de la fuente)
Síntesis de solventes alternativos (líquidos iónicos y solventes eutécticos profundos) base cafeína protonada con potencial aplicación para la desulfuración de combustibles
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-10-18) Benavides Maya, Laura Sofia; Ocampo Carmona, Luz Marina; Echeverry Vargas, Luver; Benavides, Laura Sofia; Benavides, Laura Sofia; Benavides Maya, Laura Sofía [0009000594237619]; Benavides-Maya, Laura Sofia; Ciencia y Tecnología de Materiales; Benavides-Maya, Laura Sofia
En los últimos años, ha aumentado el interés por encontrar alternativas a los solventes convencionales para mejorar la sostenibilidad en los procesos químicos, destacándose los líquidos iónicos (ILs) y los solventes eutécticos profundos (DES) por sus propiedades únicas y aplicaciones diversas. En esta tesis de maestría, se sintetizaron ILs y DES basados en cafeína protonada para la desulfuración de un combustibles modelo. Para esto, fue necesario la protonación de cafeína comercial, convirtiéndola en una sal de amonio cuaternaria, resultando en la formación de clorhidrato de cafeína (CafCl). Este producto se caracterizó mediante TGA, FTIR y RMN, confirmando la formación del enlace N-H en el anillo de imidazol de la cafeína. Una vez protonada la cafeína, se sintetizó el IL compuesto por CafCl:FeCl3.6H2O en dos relaciones molares (1:2 y 1:3), caracterizados mediante espectroscopía Raman para confirmar la formación del anión tetracloroferrato (FeCl4-). Además, se sintetizaron DES ternarios utilizando etilenglicol (EG) como donantes de enlaces de hidrógeno (HBD) y CafCl y ZnCl2 como aceptores de enlaces de hidrógeno (HBAs), obteniendo dos DES (ZnCl2:EG:CafCl) en relaciones 1:2.0.1 y 1:2:0.06, caracterizados por Raman. Finalmente, se evaluó la capacidad extractiva de los ILs y DES en la desulfuración de un combustible modelo (MF) compuesto por dibenzotiofeno (DBT) en dodecano. Mediante un diseño factorial completo, donde se evaluaron tres factores: temperatura, relación IL/DES y cantidad de CafCl. El IL logró un porcentaje máximo de desulfuración de 12.9%, mientras que el DES alcanzó un 17.44%. Estos resultados sugieren que el mecanismo de desulfuración es la formación de puentes de hidrógeno entre el IL/DES y el MF. (texto tomado de la fuente)
Estudio de la influencia de relación sílice/alúmina sobre algunas propiedades mecánicas de la cerámica tradicional
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Álvarez Díaz, Daniela; Restrepo Baena, Oscar Jaime; Tobón, Jorge Iván; Grupo del Cemento y Materiales de Construcción
La mecánica de fractura en los cerámicos es un campo ampliamente estudiado debido a su inherente fragilidad. Los cerámicos, caracterizados por su alta dureza, resistencia al desgaste y estabilidad térmica, presentan desafíos significativos en términos de su comportamiento bajo tensión, debido a su tendencia a fracturarse de manera catastrófica. Factores como la microestructura, el tamaño y distribución de los granos, la presencia de defectos como la porosidad y las condiciones de carga influyen en la resistencia a la fractura de estos materiales. En este trabajo se evaluaron propiedades tremo mecánicas como la resistencia al choque térmico y la tenacidad a la fractura, en función de la relación sílice/alúmina, determinada a partir del cambio en la dosificación de materias primas en la formulación de la pasta. Se emplearon técnicas de caracterización química y mineralógica (FRX y DRX) y ensayos de nanoindentación para medir la tenacidad a la fractura, así como ciclos de calentamiento y enfriamiento para evaluar la resistencia al choque térmico. La pasta con mejor respuesta en ambas propiedades presentó una relación estequiométrica sílice/alúmina de 3.01, evidenciando mecanismos de aumento de la tenacidad debido a la formación de microgrietas alrededor de los límites de grano en la matriz que pueden ser causadas por la introducción de segundas fases con diferentes coeficientes de expansión térmica, que dificultan la propagación de las macrogrietas al aumentar su recorrido. (Tomado de la fuente)
Estudio de los defectos tipo squat en los rieles del Metro de Medellín
(Universidad Nacional de Colombia, 2024-09-18) García Jiménez, Jose Alejandro; Toro, Alejandro; Jose A. García-Jiménez; García Jiménez, Jose Alejandro [0000-0002-2549-9982]; Grupo de Tribología y Superficies
En los últimos años se han aumentado los reportes de aparición de defectos tipo squat en los rieles de la Línea A del metro de Medellín. Este incremento representa un riesgo para la seguridad del servicio y el confort del usuario, haciendo de este un objeto de estudio importante. Esta investigación se centra en conocer las características superficiales y microestructurales que describen los defectos tipo squat. Con el fin de estudiar estos defectos, se analizaron tres defectos tipo squat en los rieles de las curvas 35 y 96 de la Línea A del Metro de Medellín. Las técnicas que fueron utilizadas para la caracterización de los defectos estudiados son: Microscopia Óptica, Microscopia Electrónica de Barrido (en inglés: Sacanning Electron Microscopy SEM), medidas de dureza y microdurezas en Vickers y medida de perfil de rugosidad. Además, se midió el desgaste ondulatorio en las curvas 35 y 96, antes de que fueran retiradas de servicio, por medio de un análisis de CAT (Corrugation Analysis Trolley) que describe las longitudes de onda en función de la posición recorrida. Se encontró regiones de capa blanca (en inglés: White Etching Layer WEL) y altas deformaciones plásticas en las superficies de las muestras analizadas. Las deformaciones plásticas fueron comparadas a partir de medidas de dureza en zonas con y sin ensanchamiento en la banda de rodadura, algunas zonas con un incremento en la dureza de hasta 130 HV por encima del valor nominal. Luego, en el mapa de estabilización (en inglés: shakedown map) fueron analizados para conocer si se encuentran en la zona de colapso de material. Adicionalmente, se encontró longitudes de onda críticas en el desgaste ondulatorio entre 20-40 mm por medio de las mediciones en el CAT para las curvas 35 y 96. (Tomado de la fuente)
Dynamic modelling of track-vehicle interaction in railway systems: effect of elastic properties of the track and substructure
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Restrepo Barrientos, Pablo; Santa Marín, Juan Felipe; Arbeláez Toro, Juan José; Toro, Alejandro; Grupo de Tribología y Superficies
In Metro de Medellín as well as in several railway systems around the world, the presence of defects has generated a high cost associated with the maintenance and replacement of track components. These problems have been approached from different methods in the literature, in this case the analysis of the elastic properties of the track is proposed from the multibody modelling methodology. In this work the modelling of the CAF train of Metro de Medellín was carried out. The main components that affect the dynamic performance of the vehicle and its mechanical and geometric properties are identified, for the implementation of track model the elastic characterization of the track components is performed, and a discrete model that allows separating the stiffness of the pad and the ballast is proposed. With this, the analysis of how the elastic properties of the track affect the dynamic performance of the vehicle is proposed. The CAF train vehicle was modeled and validated through different methods including previous reports, vehicle accelerations in a specific area of the system, force distribution, among others. After validation, the elastic properties of the track were evaluated considering the measurements taken for its characterization, parameters such as accelerations in the wheelset, system frequencies, accelerations in the sleeper, among others, were evaluated. The results of this work correspond with typical behaviors found in recent studies. The comparison between the frequencies obtained from the model and the measured data shows a maximum difference of 10%. Finally, the results of the stiffness characterizations of the track are 57 kN/mm, which corresponds with the theoretical value reported in the literature of 50 kN/mm. (Tomado de la fuente)
Influencia de las condiciones de esmerilado sobre la aparición de capa blanca en rieles tipo R400HT para uso en el Metro de Medellín
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-12-08) Hernández Álvarez, Luis Guillermo; Toro, Alejandro; Santa Marín, Juan Felipe; Grupo de Tribología y Superficies
Rail grinding is a maintenance operation carried out to remove surface and subsurface defects in rails, mainly those associated with rolling contact fatigue (RCF) and corrugation. However, rail grinding could promote the formation of a hard and fragile layer at the surface known as White Etching Layer (WEL). The presence of this layer has been associated with the early onset of RCF cracks. In this study, R400HT rail samples were ground in laboratory under controlled conditions that promote the formation of the WEL. The samples were submitted to accelerated contact fatigue tests at 20,000 cycles (8,000 cycles dry + 12,000 cycles with water) in a twin-disc tribometer, in which the wear rate and the coefficient of friction were determined. The results showed that under different grinding conditions, all tested samples developed the WEL at the surface. The samples with WEL presented higher wear and density of cracks compared to WEL-free samples for the same number of cycles. The onset of cracking was influenced by the presence of the WEL since as the WEL-perlite interface was a preferential site for crack initiation.
Estudio de la resistencia al ataque físico por sulfatos en un concreto liviano con arcilla expandida
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-12) López Sánchez, Paula Andrea; Tobón, Jorge Iván; Arango Londoño, Juan Fernando; Paula Andrea Lopez; Grupo del Cemento y Materiales de Construcción
Diversas investigaciones experimentales han comprobado la vulnerabilidad de los materiales de construcción base cemento al ataque de agentes agresores capaces de ingresar al material por mecanismos de transporte como la conductividad hidráulica, la sorcibilidad y la difusión, y posteriormente reaccionar con los compuestos allí presentes o simplemente alojarse en los espacios disponibles formando fases que causan deterioro físico. En el concreto, la formación de fases de sulfato de sodio cristalizadas en los poros es responsable del deterioro conocido como ataque físico por sulfatos (PSA), el cual está influenciado por la distribución, tamaño e interconexión de los poros. Así las cosas, el deterioro del concreto por PSA está relacionado con la conductividad hidráulica del concreto. Este fenómeno ha sido ampliamente estudiado en concretos convencionales, pero poco se ha evaluado en los concretos livianos. Es por esto que, es de interés en este caso observar el fenómeno en concretos livianos con arcilla térmicamente expandida (ATE). En este trabajo, se emplearon concretos livianos con relaciones agua/cemento de 0,49, y 0,45 que fueron sometidos a 90 ciclos de temperatura entre 5 y 30 ℃, en una solución de sulfato de sodio al 30%, método que ha sido reportado como una de las exposiciones más severas debido a la rápida cristalización de la mirabilita. Los métodos de evaluación se basaron en el cambio de masa y la apariencia visual en contraste con propiedades físicas, como resistencia a compresión, densidad de equilibrio, sorcibilidad, porosidad abierta y permeabilidad del concreto al agua. Adicionalmente se empleó microscopía electrónica de barrido y técnicas de caracterización como fluorescencia de rayos X, y difracción de rayos X. Los resultados mostraron que el agregado liviano no incide en el deterioro del concreto atacado por sulfatos, sino que esto depende directamente de la calidad de la pasta de concreto y de su capacidad para transportar agentes dañinos, en este caso el sulfato de sodio. El sistema interno alveolar presente en el agregado liviano térmicamente expandido no propicia la formación de cristales en su interior, dado que contribuyen a la reducción de la ITZ y el refinamiento de poros en la pasta del concreto contigua a las ATE. Una menor relación agua/cemento en el concreto liviano mejora el desempeño de la pasta a través de la reducción en la porosidad y conductividad hidráulica, por lo tanto contribuye a retrasar el daño por PSA, aunque no evita la formación de yeso que puede ser el principio del deterioro por ataque químico por sulfatos, dado que continua habiendo disponibilidad de hidróxido de calcio (CH) para reaccionar con el sulfato. Por otro lado, el uso de metacaolín puede controlar el daño físico ocasionado por fenómeno PSA y la formación de yeso que conlleva a reacciones químicas que causen el deterioro del concreto. (texto tomado de la fuente)
Análisis computacional de la hemaglutinina de los virus influenza A de linaje pandémico en Colombia
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-08-01) Úsuga Restrepo, Jaime Andrés; Hernández Ortiz, Juan Pablo; Ciuoderis Aponte, Karl Adolf; 0009-0005-2830-908X; Crs-Tid Center for Research and Surveillance of Tropical and Infectious Diseases
Aunque se ha demostrado la amplia circulación del virus influenza (VI) A en cerdos y humanos en el mundo y en Colombia, existen pocos estudios que hayan caracterizado los aspectos biológicos de estos virus. Por tanto, éste trabajo se basó en el análisis computacional de la proteína de superficie hemaglutinina (HA) de cepas pandémicas del VI circulantes en el país, y su relación con un cambio en las propiedades biológicas de estos. Este trabajo se desarrolló en tres capítulos, en el primero se caracterizó la composición genómica de la HA, seguido de la identificación de las mutaciones en esta proteína y su posible contribución a la diseminación de estos virus en la región. Los últimos dos capítulos, correspondieron al análisis estructural de la HA y su interacción con los receptores celulares. En general, se sugiere que las mutaciones I322V, P84S, S204T, E375K entre otras, pudieron haber contribuido al fitness y en el establecimiento de estos virus en las poblaciones actuales en Colombia. Las mutaciones más relevantes (E375K y S163N) estaban relacionadas con el aumento de la virulencia y la capacidad de evadir la respuesta inmune. Adicionalmente, se observó un clúster filogenéticamente relacionado que presentó dos mutaciones únicas (D223X y Q224X) no reportadas previamente. Por otra parte, para los modelos de los consensos tridimensionales de la HA, se observó que el modelo cBri18 (con mutaciones únicas R46G, P283A y I299V), representativo de su clúster, mostró comportamientos estructurales ligeramente distintos a los otros modelos y presentó cambios en el loop130 del sitio de unión al receptor. Adicionalmente, luego del análisis de los modelos de HA más relevantes, se encontró que estos mantienen preferencia la unión con los receptores celulares humanos (SA2,6) sobre los aviares (SA2,3). También que el modelo cCal09 tuvo mayor afinidad por SA2,6; y que el modelo cBri18 fue el única interactuó con SA2,3, hecho que puede atribuirse a los cambios evidenciados en el loop130. En conclusión, la presencia de ciertas mutaciones en la proteína HA de VI H1N1pdm de Colombia están posiblemente influenciando las propiedades biológicas de estos virus, sin embargo, otros estudios son necesarios para poder confirmar estos hallazgos. No obstante, este conocimiento generado aporta en el fortalecimiento de las acciones en la vigilancia y control de estos virus en el país y la región. (texto tomado de la fuente)
Evaluación de la adherencia entre un concreto activado alcalinamente con base en ceniza volante de carbón y el acero de refuerzo grado 60
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Rua Patiño, Robinson Fernando; Hoyos Montilla, Ary Alain; Tobón, Jorge Iván; Rua Patiño, Robinson Fernando [0001595541]; Rua Patiño, Robinson Fernando [0000-0003-0431-8625]; Grupo del Cemento y Materiales de Construcción
En la búsqueda de la mejora del concreto armado por parte de la industria de la construcción y la comunidad científica, surgen los cementos activados alcalinamente como una propuesta de material cementante. Este tipo de concreto presenta buenas propiedades de durabilidad y mecánicas. Sin embargo, todavía existen interrogantes en torno a la adherencia y la funcionalidad de su zona adherente. En esta tesis se estudió la adherencia entre un micro-concreto activado alcalinamente (AAMH) con base en ceniza volante y la matriz de acero. Para la investigación se realizó un diseño de experimentos factorial combinado, donde el primer factor es el espesor de la matriz circundante y sus dos niveles son 31,7 mm y 44,4 mm. De acuerdo con la literatura consultada, los dos niveles, corresponden a 4,9 veces el diámetro de la barra (Φ), que es el espesor mínimo de la matriz de concreto circundante, para que exista la zona adherente y el elemento no falle por splitting. El segundo nivel es 6,9 veces el diámetro de la barra (Φ), que corresponde a la zona media del espesor de la matriz circundante [1]. El segundo factor es la relación sílice – alúmina y sus niveles son 3,06; 4,06; 5,06; que son los valores de un intervalo de resultados que reporta la literatura. La sílice/alúmina que es de 3,06 corresponde a la cantidad de sílice reactiva que contiene la ceniza volante al solo ser activada con el precursor de hidróxido de sodio, las otras dos sílice/alúmina 4,06 y 5,06; se aumentan en el sistema por medio de la mezcla del precursor de hidróxido de sodio con silicato de sodio, donde este último reactivo aumenta la cantidad de sílice en las muestras [2], [3], [4]. El aumento de la sílice/alúmina en las muestras, aumenta directamente con la relación del Silicato de sodio-Hidróxido de sodio. Esta última relación de los precursores la cual es la encargada de variar el contenido de la sílice en el sistema de las muestras a lo largo del documento se identificará como el factor R. La sílice/alúmina (1) corresponde solo a la cantidad de Sílice y alúmina reactiva que contiene la ceniza volante. La ceniza se activada por medio del precursor hidróxido de sodio. La sílice/alúmina (2), (3) se les vario el contenido de la sílice en el sistema de las muestras, esta se hizo aumentando el factor R de las muestras, hasta alcanzar los valores que son objeto del estudio en esta tesis. Sílice alúmina (1) = 3,06 → Silicato de sodio Hidroxido de sodio (1) = 0,00 ; Sílice alúmina (2) = 4,06 → Silicato de sodio Hidroxido de sodio (2) = 0,53; Sílice alúmina (3) = 5,06 → Silicato de sodio Hidroxido de sodio (3) = 1,06. Los resultados muestran que el aumento de la cantidad de sílice en estos cementos permite un refinamiento de poros en los micro-concretos, que, a su vez, mejoran sus propiedades mecánicas. Una explicación a las variaciones en las propiedades mecánicas y microestructurales es que el contenido de sílice y la presencia del hidróxido de calcio, favorecen, respectivamente, los procesos de formación de los geles de Aluminosilicato de Sodio Hidratado (N-A-S-H) y Aluminosilicato de Calcio Hidratado (C-A-S-H). La literatura encontrada plantea que, al aumentar el espesor de la matriz circundante de concreto, se aumenta la resistencia a la tracción, dado que el esfuerzo de compresión radial que se genera por la matriz de concreto sobre la matriz de acero aumenta la fuerza de resistencia al arrancamiento. Los resultados obtenidos permiten inferir que si la matriz de concreto es suficientemente densa y poco porosa por el enriquecimiento de sílice que favorece la formación de los geles N-A-S-H y C-A-S-H, que aumenta las fuerzas de cohesión, la adherencia mejora independientemente del espesor de la matriz circundante.(Texto tomado de la fuente)
Efecto de los parámetros de proyección sobre la microestructura de la capa de anclaje (BC) NiCoCrAlY aplicada mediante HVOF (High-Velocity Oxy-Fuel) sobre sustrato de superaleación base Níque
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-02-06) Sánchez Gómez, Sebastian; Toro, Alejandro; Toro, Alejandro [0000-0002-1776-6358]
La presente investigación se centra en el estudio de los párametros de proyección térmica enfocándose en los efectos del flujo de H2 y la distancia de proyección en la capa de anclaje NiCoCrAlY aplicada mediante proyección térmica de alta velocidad (HVOF) sobre Inconel 625. Se uso un protocolo estadístico factorial para evaluar la correlación entre la naturaleza química, microestructural y morfológica de la capa y su adherencia. Los resultados indicaron que el 54\% de las fallas cohesivas ocurrieron en el recubrimiento. No hubo diferencias significativas entre los parámetros y las pruebas ASTM C633, se encontraron diferencias significativas factor del flujo de H2 en los espesores. (Texto tomado de la fuente)
Obtención de recubrimientos de grafeno-CaO-P2O5-SiO2-TiO2, Sobre TI6AL4V por plasma electrolítico para reparación y regeneración ósea
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-07-25) Franco Márquez, Yuliana Andrea; Estupiñán Durán, Hugo Armando; Yuliana Andrea Franco Márquez; Franco Márquez, Yuliana Andrea [0000-0003-4628-2026]; Estupiñán Durán, Hugo Armando [0000-0002-4977-9989]; Grupo de Investigación en Biosuperficies
En este proyecto se sintetizó por medio del método de oxidación por plasma electrolítico (PEO) un recubrimiento biocerámico, compuesto por grafeno-CaO-P2O5-SiO2-TiO2. Esta técnica permitió la migración, difusión y deposición de los iones constituyentes del electrolito elaborado, sobre la superficie de Ti6Al4V, previamente tratada con un proceso de anodizado. Posterior a esto, se realizaron tratamientos térmicos, a 400°C y 600°C, los cuales, en conjunto con los diferentes porcentajes de grafeno utilizados, promovieron unos efectos a nivel estructural, morfológico y químico en el recubrimiento. Para el análisis y caracterización de los recubrimientos sintetizados, se utilizaron técnicas de Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Espectroscopía de Energía Dispersiva de Rayos X (EDS), Mapeo Elemental EDS, Difracción de Rayos X (DRX), Espectroscopía Confocal Raman, Mapeo Raman y medición de ángulo de contacto de gota sésil. Posterior a la caracterización de las propiedades de mojabilidad del recubrimiento, se realizó un tratamiento por plasma de descarga intensa de gas ionizante, con el objetivo de promover modificaciones en las propiedades de mojabilidad, factor que influye en la adsorción de proteínas y adhesión celular. Finalmente se realizó un estudio mediante espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE), para evaluar la capacidad bioactiva del recubrimiento, la cual se relaciona con la disposición del recubrimiento para promover la formación de complejos de apatita. Comportamiento que finalmente favoreció la adhesión de células de osteosarcoma humano sobre los recubrimientos evaluados. De esta manera, se obtuvieron recubrimientos compuestos de fosfatos cálcicos, complejos de SiO2, silicato de calcio y grafeno funcionalizado, con características morfológicas porosas, transformaciones de fase anatasa, y la formación de componentes biocerámicos de fosfatos cálcicos amorfos. (Texto tomado de la fuente)
Valorización de efluentes de decapado del galvanizado en caliente para el desarrollo de fotocatalizadores de óxidos de zinc y hierro con aplicaciones potenciales en la degradación de colorantes
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Ramírez Marín, Alejandro; Ocampo Carmona, Luz Marina; A. Ramirez-Marin; Alejandro Ramirez Marin; Ramírez Marín, Alejandro [0000-0001-8156-2125]; Ciencia y Tecnología de Materiales
Los efluentes de decapado de la industria de galvanizado por inmersión en caliente son altamente peligrosos y de difícil tratamiento debido a la concentración de ácido clorhídrico alrededor de 10% y contenido de metales pesados disueltos de Fe (~140g/L) y de Zn (~160g/L). Mediante a la técnica de coprecipitación química estos efluentes pueden ser aprovechados para la síntesis de partículas. En este trabajo investigativo se logra la obtención de partículas de óxido de hierro-zinc a partir de efluentes decapado oxidado de la industria de galvanizado en caliente; la oxidación del efluente se realiza con KMnO4 0,5 M o H2O2 13%, posteriormente se utiliza H2C2O4 como agente precipitante a 1 M, 1,5 M y 2 M. Los precipitados se calcinaron bajo atmósfera de aire, y se obtuvieron principalmente micro y nanopartículas de los óxidos de ferrita de zinc y oxido de zinc en proporciones similares que varían en un rango entre 30 y 40% p/p para cada uno de los compuestos metálicos presentes. Se encontró, que el Band-Gap obtenido en todas las síntesis fue alrededor de 1.2-1.4 eV, dichos valores están por debajo del rango reportado (1.9 Ev) en la literatura para este tipo materiales, siendo de gran interés para aplicaciones fotocatalíticas; por último, se evalúa su capacidad como fotocatalizador para la degradación de colorantes, obtenido un porcentaje de remoción del color en la solución mayor al 92% en el 91,6% de las muestras sintetizadas en presencia de un sistema de radiación UV-vis. (Texto tomado de la fuente)
Fabricación de scaffolds con propiedades magnéticas usando micropartículas de magnetita provenientes de desechos de la minería aluvial
(Universidad Nacional de Colombia, 2023-01-31) Grisales Alvarez, Johan Alexander; Garcia Garcia, Claudia Patricia; Saldarriaga, Wilmer; García García, Claudia Patricia [0000-0002- 8241-9969]; Saldarriaga, Wilmer [0000-0002-5698-5879]; Materiales Cerámicos y Vítreos
La medicina regenerativa tisular ofrece soluciones nuevas para recuperar la función y la estructura de tejidos dañados. Uno de los métodos consiste en el implante de células en matrices extracelulares artificiales o scaffolds, con el fin de que crezcan allí hasta formar tejidos funcionales. Dichos Scaffolds pueden ser mejorados con factores de crecimiento y propiedades magnéticas. En el presente trabajo se utilizó magnetita proveniente de la minería aluvial de oro y ácido poliláctico para fabricar scaffolds magnéticos para regeneración ósea mediante la técnica de deposición por filamento fundido. Los scaffolds se imprimieron en forma de TPMS giroide en una impresora 3D comercial y fueron sometidos a cuatro tipos de caracterizaciones: a) morfológica mediante microscopía electrónica de barrido, b) magnética mediante VSM, c) mecánica mediante pruebas de resistencia a la compresión, y d) citotoxicidad y proliferación celular. También se realizó un modelamiento matemático de las curvas de histéresis obtenidas. Los resultados indican que las partículas de magnetita de menor tamaño presentan mayores valores de magnetización y coercitividad y que la concentración de magnetita en la matriz polimérica afecta la resistencia y las propiedades magnéticas de la misma. Las muestras evaluadas fueron no tóxicas para los osteoblastos y no tuvieron un efecto negativo en la viabilidad y proliferación celular. Con el modelo matemático se pudo hacer predicciones de las propiedades magnéticas del material con un porcentaje de error relativamente bajo. El costo de fabricar un gramo de scaffold con magnetita de origen aluvial es menor que producirlo con magnetita sintética. (Texto tomado de la fuente)
Efecto de los cambios microestructurales sobre la medida de la integridad con ultrasonido en una superaleación policristalina
(Universidad Nacional de Colombia, 2017-11-13) Uribe Santa, Walter David; Toro, Alejandro; Mesa, Juan Manuel
Este trabajo inicia con una revisión bibliográfica relativa a las turbinas a gas y la importancia de las superaleaciones para la fabricación de componentes de la zona de flujo de gases calientes en las turbinas de ciclo Brayton, estas turbinas usan en dicha zona diferentes tipos de superaleaciones las cuales poseen una al resistencia a esfuerzos termomecánicos, creep, corrosión, entre otras cualidades que hacen de este material uno de los principales para trabajar en ambientes de alta temperatura y ambientes corrosivos. Las superaleaciones poseen diferentes fases incluyendo γ, γ’, γ’’, δ, μ, laves y carburos MC, M6C y M23C6. Las fases δ, μ y laves son no deseadas ya que deterioran las propiedades de resistencia que caracterizan al material. En la teoría se encuentra la importancia de los ensayos no destructivos (END) en el medio de evaluación de la integridad en componentes de turbinas a gas, una de las técnicas no destructivas es el ultrasonido Phased array, con la cual se envían pulsos ultrasónicos en el material, estos pulsos se transforman en ecos al encontrar discontinuidades en el material tales como poros o grietas. Además de poder identificar defectos como los mencionados, se pueden conocer los efectos que causa la microestructura del material sobre la energía de la onda ultrasónica, un ejemplo es el tamaño de grano y la interacción con las ondas ultrasónicas para determinadas longitudes de ondas, lo cual permite medir la atenuación y mediante modelos matemáticos poder encontrar valores de diferentes módulos del material y hasta inferir en el tamaño de grano. Los resultados de esta tesis muestran que existe una relación entre el tamaño de grano y la atenuación ultrasónica, la cual varia a medida que se cambia la frecuencia de la onda que interactúa con el material de estudio, que para este caso fue la superaleación Inconel 625, a la cual se le realizaron tratamientos térmicos de recristalización y de esta manera hacer que el tamaño de grano aumentara significativamente y de este modo poder tener una información precisa sobre tamaño de grano, frecuencia, velocidad del sonido y atenuación ultrasónica. (tomado de la fuente)

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