Maestría en Ingeniería - Materiales y Procesos

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Aplicación de pretratamientos enzimáticos y de ultrasonido en la extracción de cafeína con CO2 supercrítico en pulpa de café
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-11-20) Torres De La Ossa, Juan Diego; Cadena Chamorro, Edith Marleny; Ocampo Carmona, Luz Marina; Torres-de-la-Ossa, Juan Diego [0000000275270473]; Cadena Ch., Edith M. [0000000271432009]; Ocampo Carmona, Luz Marian [0000000281171391]; Ciencia y Tecnología de Materiales; Biofibras y Derivados Vegetales
La pulpa de café, que representa alrededor del 40 % del peso del fruto, constituye un subproducto abundante del beneficio que, al no ser tratado, genera problemas ambientales. Su composición lignocelulósica y el contenido de metabolitos bioactivos le confieren un alto potencial de valorización. El objetivo de este trabajo fue evaluar procesos enzimáticos hidrolíticos y su integración con tecnologías físicas y verdes de extracción, orientados a la recuperación de cafeína a partir de residuos del café y al aprovechamiento de los residuos resultantes. Se aplicaron tratamientos enzimáticos con Cellic CTeC y Viscozyme, así como la combinación con ultrasonido y extracción con CO₂ supercrítico, complementados con análisis de superficie de respuesta y caracterización composicional. Los resultados mostraron que la hidrólisis enzimática incrementó la liberación de azúcares, mientras que Cellic CTeC promovió mayor liberación de cafeína. El pretratamiento de ultrasonido no evidenció sinergia. La integración del tratamiento enzimático con CO₂ supercrítico mejoró la accesibilidad al alcaloide, con condiciones óptimas estimadas en 70,1 °C, 190 bar y 12,5 U/g. La caracterización lignocelulósica del residuo reveló un aumento en celulosa y hemicelulosa y una reducción de cenizas, favoreciendo su aprovechamiento en bioconversión. En conclusión, los resultados confirman que la valorización de la pulpa de café mediante estrategias integradas de hidrólisis enzimática y extracción verde es técnicamente viable y se alinea con un enfoque de biorefinería orientado a la recuperación de compuestos de interés y a la generación de residuos con valor agregado.. (Texto tomado de la fuente)
Development of a NiOxHy/chitosan-MWCNTs modified screen-printed electrode for dual detection of glucose and insulin
(Universidad Nacional de Colombia, 2026-02-03) Santacruz Zambrano, Solvey Isleny; Estupiñan Durán, Hugo Armando; ESTUPIÑAN DURAN, HUGO ARMANDO [0000000296073364]; Grupo de Investigación en Biosuperficies
The development of advanced electrochemical sensors depends on the rational design and optimization of functional materials with high electrocatalytic activity, stability, and sensitivity. This thesis reports the synthesis, integration, and electrochemical evaluation of a non enzymatic sensing platform based on nickel oxyhydroxide-decorated multi-walled carbon nanotubes (NiOxHy@MWCNTs) dispersed in a chitosan matrix and deposited onto gold screen printed electrodes (SPEs) for the separate detection of glucose and insulin. The NiOxHy @MWCNTs composite was synthesized via hydrothermal treatment using nickel nitrate hexahydrate as the precursor and characterized by Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive spectroscopy (EDS) to confirm its structural, morphological, and elemental properties. Electrochemical characterization using cyclic voltammetry (CV), linear sweep voltammetry (LSV), chronoamperometry, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) revealed that SPEs modified with the 2 mM hydrothermal powder exhibited the most favorable interfacial properties: the lar gest electroactive surface area (Randles–Ševčík analysis), highest double layer capacitance (Cdl), and lowest charge-transfer resistance (Rct). These attributes translated into superior analytical performance for both glucose and insulin detection. Compared with unmodified SPEs, the modified electrodes displayed enhanced current responses and well defined redox features for both analytes, confirming the role of the NiOxHy@MWCNTs–chitosan composite in improving electron transfer and catalytic activity. Overall, these findings demonstrate the potential of the optimized 2 mM NiOxHy@MWCNTs chitosan/SPE platform as a cost-effective and versatile sensing material for targeted analyte detection, contributing to the advancement of next-generation electrochemical sensor technologies with applications in miniaturized and point-of-care diagnostic devices.
Desarrollo de andamios de PMMA/YSZ obtenidos por manufactura aditiva biomiméticos a cartílago nativo
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-12-11) Estrada Guerrero, Hernan Stiven; Estupiñan Duran, Hugo Armando; Estrada Guerrero, Hernan Stiven [0009000777168097]; Estupiñam Durán, Hugo Armando [0000000296073364]; Grupo de Investigación en Biosuperficies
Las articulaciones son estructuras biomecánicas clave del cuerpo humano, pero también altamente vulnerables a lesiones. Entre lo que lo compone, el cartílago articular (CA) destaca por sus propiedades viscoelásticas, que permiten distribuir de manera uniforme las cargas y garantizar una fricción reducida. No obstante, múltiples factores de riesgo aumentan la susceptibilidad a lesiones. Debido a su naturaleza avascular e inervada, el CA tiene capacidad de autorreparación limitada, lo que ha impulsado numerosas investigaciones sin que aún se disponga de una solución definitiva. Ante esto, se desarrolló una biotinta tipo hidrogel compuesto por Polimetilmetacrilato (PMMA), Poli(etilenglicol)Dimetacrilato (PEGDMA) y componentes bioactivos, la cual se imprimió mediante Manufactura Aditiva (MA) sobre un sustrato biocerámico. La metodología incluyó caracterización fisicoquímica, mecánica y tribológica. El biomaterial alcanzó un hinchamiento del 16% a 30 minutos de reticulación, valor cercano al CA porcino. En degradación, el PMMA mantuvo estabilidad, mientras que el PEGDMA mostró vulnerabilidad por hidrólisis en condiciones experimentales inflamatorias. La incorporación de los componentes sulfatados bioactivos mantuvo el Coeficiente de Fricción (COF) entre 0,085 y 0,111 con cargas de 0,5 y 1 kg, a diferencia de los andamios sin sulfatos. A nivel mecánico, el AFM evidenció que bajas concentraciones de sulfatos redujeron el módulo elástico (0,39 GPa) y aumentaron la deformación, mientras que altas concentraciones lo reforzaron (6,57 GPa), con rigidez y adhesión próximas al CA porcino (440 GPa). En conjunto, se consolidó un material bioinspirado con propiedades fisicoquímicas, de fricción y mecánicas comparables al CA nativo, lo que respalda su potencial como material biomimético a CA nativo. (Texto tomado de la fuente)
Effect of spraying parameters on the microstructure of a nickel aluminide coating applied by Atmospheric Plasma Spray on a nickel-base alloy substrate
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-12-01) Puche Ojeda, Carlos Daniel; Toro, Alejandro; Puche Ojeda, Carlos [0009000748748949}; Toro, Alejandro [0000000255895820]; Grupo de Tribología y Superficies
El presente trabajo evaluó la fabricación de recubrimientos Ni5wt%Al por proyección térmica mediante un diseño de experimentos en el cual se varió la composición de gases y la distancia de aspersión. Se midio el espesor, la rugosidad, la porosidad y las fases presentes. Para garantizar la repetibilidad del experimento se realizaron tres réplicas para las condiciones formuladas. Los recubrimientos fueron depositados mediante la técnica APS haciendo uso de una pistola SimplexPro sobre muestras de Inconel 625. El análisis de la microestructura de los recubrimientos fue llevado a cabo mediante técnicas de microscopía y Difracción de Rayos X, con las cuales se observó la aparición óxidos en los recubrimientos. La cantidad de defectos de la sección transversal de los recubrimientos fue evaluada mediante un tratamiento digital de imágenes. Se observó que la mejor condición presentó un porcentaje de porosidad de 2,2 ± 0,4% y fracción de óxidos de 5,2 ± 0,9%. Los resultados obtenidos mostraron diferencias en las respuestas de espesor, porosidad y rugosidad, se evaluó la resistencia adhesivo-cohesiva mediante la norma ASTMC-633, obteniéndose un valor de 62,82 ± 5 MPa. Además, se evaluó la resistencia a la fatiga térmica observándose un aumento de la oxidación el recubrimiento. Finalmente se evaluó la microdureza de la condición seleccionada mediante la norma ASTME-384 y se obtuvo un valor de 221 ± 18 Hv0.05 antes de los ensayos de fatiga térmica y posteriormente se observó un aumento a 271 Hv0.05 debido a la oxidación. (Texto tomado de la fuente)
Efecto del tiempo y la temperatura de revenido en la tasa de erosión y la microestructura de soldaduras superficiales de acero ASTM A743 grado CA6NM
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Banquez Cabarcas, Juan Carlos; Toro Betancur, Alejandro Octavio; Santa Marín, Juan Felipe; Toro, Alejandro [0000000255895820]; Grupo de Tribología y Superficies
En esta tesis se correlaciona la microestructura con la tasa de la erosión por partículas sólidas presentes en un chorro rasante en recargues de soldadura de acero inoxidable ASTM A743 grado CA6NM. El objetivo fue evaluar el efecto del tiempo y la temperatura de revenido posterior al soldeo sobre la evolución microestructural y la resistencia a la erosión mediante la aplicación de ciclos térmicos controlados en laboratorio. Para el análisis se depositaron recubrimientos mediante soldadura GMAW-P utilizando electrodo EC410NiMo, y se aplicaron seis condiciones de revenido. La caracterización incluyó dureza Vickers, microscopía óptica, difracción de rayos X (DRX) y ensayos de erosión húmeda por partículas de partículas según la norma ASTM G76 Los resultados mostraron variaciones en la dureza inferiores a 10 HV entre los tratamientos consideradas no significativas. La fracción promedio máxima de austenita resultante (9,35% en peso) se obtuvo a 640 °C durante 15 minutos. Asimismo, los tratamientos con tiempos iguales o superiores a 45 minutos generaron microestructuras más homogéneas, lo que redujo la desviación estándar de las mediciones. La menor tasa de erosión se alcanzó en las muestras tratadas a 640 °C durante 75 minutos. Estos hallazgos son relevantes para definir nuevos protocolos de reparación en componentes de turbinas hidráulicas expuestos a ambientes erosivos. (Tomado de la fuente)
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)

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