Tesis y disertaciones

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Oxidación, carburación y sulfidación de aleaciones ferríticas Fe-9Cr-1Mo modificadas en ambientes con hidrocarburos a temperaturas entre 550 y 750°C
(Universidad Industrial de Santander, 2003) Serna Gil, José Aníbal; Laverde Cataño, Dionisio Antonio; Retamoso R., Clemente; Vásquez Q., Custodio; Arroyave P., Carlos E.; Peña Ballesteros, Darío Yesid; Le May, Iain
Se ha estudiado la oxidación-carburación-sulfidación del acero ferrítico Fe-9Cr-1Mo Modificado, ASTM A-335 Gr. P91, en condiciones isotérmicas a temperaturas de 550, 650 y 750°C. Inicialmente se evaluó el comportamiento cinético de tipo parabólico en la oxidación, se elaboró un modelo matemático que simula el crecimiento de películas de óxido y se diseñó una barrera térmica de difusión, por cementación empacada, para inhibir su crecimiento. Se evaluó también la carburación del acero en una atmósfera H2 – CH4 y H2 – C2H4 con una actividad de carbono de 0.8, igualmente se realizó un modelo matemático para simular la cinética de carburación. Luego se calculó una atmósfera de CO - CO2 – H2 – CH4, donde la presión parcial de O2 fuera del orden de 1x10-26 atm. Y existiera al mismo tiempo una actividad de carbono de 0.8 que termodinámicamente permitiera la oxidación –carburación simultánea. Finalmente se adicionó a la atmósfera de oxidación-carburación una concentración fija de 0.1% y 1.0%vol. de H2S para evaluar el efecto perturbador y el mecanismo de la sulfidación. Como resultado de la investigación, se definió un posible mecanismo de oxidación–carburación simultánea y el efecto perturbador de una concentración fija de H2S sobre las capas de óxido y de carburos; se compararon los modelos matemáticos que describen el comportamiento cinético de capas oxidadas y capas carburadas con los resultados experimentales obtenidos en laboratorio. Finalmente se propuso una teoría sobre la corrosión a alta temperatura y se concluyó que dichos fenómenos son competitivos y excluyentes. En la oxidación y la carburación, la cinética es controlada por la difusión; en la sulfidación predomina la reacción en la superficie.
Corrosión en sistemas multifásicos en flujo intermitente, caso CO2, agua, aceite, sobre acero al carbono 1020
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Villarreal Celis, Jaime Orlando; Laverde Cataño, Dionisio Antonio; Retamoso Rodríguez, Clemente; Echavarría, Félix; Vera López, Enrique; Peña Ballesteros, Darío Yesid
Un problema difícil de entender, predecir y controlar, presente com únmente en la operación en la industria petr olera, es la corrosión por CO2 en las tuberías de producción y transporte de los hidrocarburos. Los hidrocarburos provenientes de los pozos, cuando se trans portan por las tuberías forman una mezcla compleja, de múltiples fases, con diferentes configuraciones geométricas, asociadas con la erosión - corrosión cuando su hidrodinámica es altamente turbulenta. Una de estas formas de flujo multifásico que se caracteriza por su alta turbulencia es el flujo “slug”. En la bibliografía se reportan estudios de la corrosión ocasionada por CO2 disuelto en fases acuosas en los cuales se han estudiado experimentalmente factores tales como la presión parcial del CO2, la temperatura, la composición del fluido, la metalurgia de los materiales, pero muy poco se conoce sobre el efecto del flujo multifásico en la corrosión de este gas. La mayoría de los estudios mencionados se han realizado en laboratorios utilizando celdas, discos y cilindros rotatorios y autoclaves, pero los estudios de la corrosión en flujo multifásico requieren de circuitos hidrodinámicos construidos en tuberías de longitud considerable para la formación de los diferentes patrones de flujo. Para el desarrollo de esta investigación fue necesario en primer lugar diseñar y construir un circuito hidrodinámico de 48 metros de longitud. Fue construido en tuberías de acero inoxidable SS 31 6 y PVC transparente. Se validaron y ajustaron algunas correlaciones y el modelo hidrodinámico de Dukler y Hubbard que caracterizan el flujo “slug”. Para las condiciones de los ensayos de este estudio en un flujo simple en una tubería de 5 c m de diámetro, solución salina con una concentración de 1% de NaCl, saturada con CO 2, se observó que la corrosión está gobernada por un mecanismo mixto de difusión y la cinética de las reaccion es electroquímicas de reducción catódica. Finalmente, con base en los datos experimentales recopilados se propuso una correlación matemática para calcular la velocidad de corrosión, en función de la frecuencia de los “slugs” hasta una valor de 75 “slugs”/min, y otros parámetros como la caída de presión y la presión parcial del CO2.
Theorical Study of the Exciton Ground State in Semiconductor Heterostructures: The Fractional Dimension and the Variational Principle
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Escorcia Caballero, Ruthber; Mikhailov, Ilia Davidovich; Mahecha, Jorge; González, Augusto; Pérez, Servio Tulio; Paredes, Harold
Un método general y simple para calcular la energía del estado base de un excitón en estructuras de confinamiento cuántico en la presencia de campo magnético y para diferentes formas del potencial es desarrollado. En este método se parte del principio variacional y se deriva una ecuación de onda unidimensional para la función que describe las propiedades intrínsecas del excitón, la cual depende únicamente de la separación electrón-hueco. La relación de esta ecuación con el método de dimensionalidad fraccionaria es analizada y se muestra que para el caso del modelo isotrópico para el hueco en el excitón, esta ecuación describe un átomo hidrogenoide en un espacio isotrópico efectivo con dimensión no entera. La influencia del campo magnético y la forma del potencial de confinamiento sobre la energía de enlace del excitón en pozos cuánticos, hilos de pozo cuántico, puntos cuánticos y anillos cuánticos es investigada. También se estudia el efecto del campo fonónico óptico longitudinal sobre la energía de enlace del excitón en heterostructuras basadas en semiconductores iónicos.
Discos delgados como fuentes de campos de Einstein-Maxwell estacionarios
(Universidad Industrial de Santander, 2004) García Reyes, Gonzalo; González Villegas, Guillermo Alfonso; Sanabria, José David; Núñez de Villavicencio Martínez, Luis Alberto; Letelier, Patricio Aníbal; Paredes, Marlio
Presentamos la interpretación de algunos campos de Einstein-Maxwell estacionarios en el electrovacío en términos de discos de fluido perfecto cargados. La interpretación es hecha por medio de un enfoque tipo "problema inverso" usado para obtener fuentes discoidales de soluciones conocidas de las ecuaciones de Einstein o Eintein-Maxwell. Con el fin de hacer tal interpretación, se presenta un estudio detallado del Modelo de Contra-Rotación (CRM) para discos delgados relativistas, axialmente simétricos, estáticos, generales en el electrovacío con presión radial igual y diferente de cero. Se encuentra una restricción general sobre las velocidades tangenciales contra-rotantes necesaria para expresar el tensor de momentum-energía superficial del disco como la superposición de dos fluidos perfectos cargados contrarotantes. Los modelos se basan en las métricas estáticas tipo Chazy-Curzon, tipo Zipoy-Voorhees, tipo Bonnor-Sackfield, y una métrica de Darmois cargada y magnetizada, donde se obtienen algunos discos con presion radial igual y diferente de cero con un CRM bien comportado. Luego, una familia de campos tipo Taub-NUT estacionarios se interpreta en términos de discos de fluido perfecto cargados finitos. La diagonalización del tensor de momentum-energía se facilita en este caso por el hecho que este se puede escribir como una matriz triangular superior derecha. Encontramos que la inclusión de campo electromagnético cambia significativamente las diferentes propiedades materiales de los discos lo cual permite, para algunos valores de los parámetros, construir discos que satisfacen todas las condiciones de energía.
Espectro electrónico de impurezas D0 y D− confinadas en heterojunturas semiconductoras de GaAs-(Ga,Al)As
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Sierra Ortega, José; Mikhailov, Ilia Davidovich; Paredes, Harold; Pérez, Servio Tulio; González, Augusto; Mahecha, Jorge Eduardo
En este trabajo se desarrolla un nuevo método simple y eficiente el cual denominamos Método de Dimensión Fractal, para estudiar las energías de enlaces del estado base y algunos estados excitados de impurezas neutras (D0 ) y negativamente cargadas ( D− ), confinadas en heterojunturas semiconductoras de GaAs-Ga1-xAlxAs. Se analizaron los efectos que sobre estos estados producen la forma del potencial, la variación de algunos parámetros estructurales, la no parabolicidad de la banda y la aplicación de un campo magnético. Partiendo del principio variacional, en este método los problemas originales de un D0 y un D− en una heterojuntura semiconductora, se reducen a unos similares en un espacio efectivo con dimensión fraccionaria y variable. La dimensión de este espacio se define como un parámetro de escalamiento que relaciona el radio de un conjunto de cajas esféricas con la densidad de carga dentro, la cual es inducida por el electrón libre en la heterojuntura. Usando esta definición encontramos expresiones explicitas para la dimensión espacial efectiva en un pozo (QW), hilo (QWW) y un punto cuántico (QD). Para resolver las ecuaciones de onda del electrón libre en la heterojuntura y para el átomo hidrogenoide en el espacio fraccionario efectivo, usamos el método de barrido trigonométrico. Además calculamos la densidad de estado de estas impurezas en diferentes heterojunturas.
Estudio de la síntesis y propiedades de los hidróxidos dobles laminares intercalados
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Bravo Suárez, Juan José; Páez Mozo, Édgar Alberto; Oyama, S. Ted.; Martínez Rey, Ramiro; Volzone, Cristina; Montes de Correa, Consuelo; Hoyos, Luis Javier
Se realizó una revisión extensiva de la síntesis, propiedades y aplicaciones de los hidróxidos dobles laminares (HDLs) con especial énfasis en los HDLs intercalados con aniones polioxometalatos (POMs). Las reacciones de síntesis fueron estudiadas con varios modelos termodinámicos para la predicción de las propiedades termodinámicas de formación de los HDLs desarrollados en esta tesis. Los métodos de síntesis estudiados fueron la coprecipitación y los métodos de reconstrucción del HDL. También se estudiaron el intercambio aniónico y la solubilidad de los HDLs. Se compilaron numerosos diagramas, tablas y nomogramas para la predicción de nuevos y posibles materiales del tipo HDL. Las propiedades texturales de los HDLs se estudiaron por medio de un modelo teórico. Se hizo un énfasis en los HDLs intercalados con POMs voluminosos dadas las posibilidades ofrecidas de accesibilidad al área interlaminar. Las propiedades estimadas incluyen las distancias interpilares, las áreas interlaminares y externas, el volumen interlaminar libre, y las densidades aparente y verdadera. Los resultados predichos estuvieron de acuerdo con los datos experimentales. La intercalación del POM decamolibdodicobaltato(III) ([Co 2 Mo10 ]) en los HDLs se llevó a cabo por intercambio aniónico con HDLs de MgAl-OH como precursores. La síntesis de los materiales intercalados puros y cristalinos se logró usando MgAl-OH con relaciones molares de Al/(Mg+Al) mayores de 0.33, un pH de reacción de 4.7, y un medio no acuoso de reacción (etanol/agua 40 % vol) a 353 K, con un tiempo de intercambio de 1 h. La estructura y composición de los compuestos intercalados se estableció con análisis elemental, difracción de rayos X, espectroscopías de infrarrojo y Raman, métodos térmicos, microscopías electrónicas de barrido y transmisión, y adsorción/desorción de N 2 . Los productos HDL-POM no presentaron microporosidad como resultado directo del empaquetamiento cercano de los pilares en el espacio interlaminar, lo cual estuvo de acuerdo con las predicciones teóricas.
Estudio de la actividad antioxidante in vitro de aceites esenciales de plantas tropicales y compuestos sintéticos nitrogenados
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Jaramillo Colorado, Beatriz Eugenia; Stashenko, Elena E.; Echeverri López, Luis Fernando; Cuca Suárez, Luis Enrique; Kouznetsov, Vladimir
Se estudió la actividad antioxidante in vitro de 5 aceites esenciales de plantas autóctonas colombianas, a saber: Lippia alba Mill N.E. Brown ex Britton & Wills, Aloysia triphylla (L’Héritier) Britton, Lantana armata Schauer, Xylopia aromatica Lamarck y Satureja brownei Briq., y la de 70 compuestos sintéticos nitrogenados, derivados de bencilaminas, tetrahidroquinolinas, 2-benzazepinas y N-óxidos, que en otros ensayos han presentado algún tipo de actividad biológica. La composición química de los aceites esenciales y las fracciones volátiles de las plantas fueron exhaustivamente analizadas usando diferentes métodos destilativos, extractivos y de headspace, para caracterizar los aceites y extractos completamente, debido a que no todas las sustancias presentes en ellos, son las responsables de su actividad antioxidante, mientras que compuestos presentes en baja concentración, sí pueden contribuir a dicha actividad. Se usaron dos métodos para determinar la actividad antioxidante de las sustancias estudiadas , el primero midió el grado de protección, que proporcionan las sustancias evaluadas contra la oxidación del ácido linoleico en emulsión, acelerada por Fe2+ en presencia de O2, empleando HRGC-ECD y HRGC-FID. El segundo método empleado, evaluó la capacidad de moléculas o mezclas (aceites esenciales) para atrapar radicales utilizando los ensayos de decoloración del catión -radical ABTS+. y del radical DPPH., y la espectroscopía UV-VIS. Los aceites esenciales estudiados por el método de la inhibición de la oxidación lipídica mostraron a las mismas concentraciones, una actividad antioxidante in vitro similar o mayor de las de la vitamina E y del BHA. De las sustancias nitrogenadas evaluadas por este método, las nitronas mostraron mayor efecto antioxidante. Los aceites esenciales y las sustancias sintéticas nitrogenadas presentaron una capacidad de atrapar radicales baja, inferior a los compuestos de referencia (ácido ascórbico, vitamina E, BHA y BHT), pero se destaca la capacidad de atrapamiento de la 6-fluoro-4-metil-2-propil-1,2,3,4-tetrahidroquinolina. Se estableció la relación cuantitativa entre la estructura (QSAR) de 70 compuestos sintéticos nitrogenados y su actividad antioxidante.
Óptica fraccional de Fourier
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Torres Moreno, César Orlando; Torres Moreno, Yezid; Meneses, Jaime Enrique; Gualdrón, Óscar; Castañeda, Román; Pellat-Finet, Pierre
En el presente trabajo de investigación se estudia detalladamente la transformación fraccional de Fourier y sus aplicaciones en el campo de la óptica. En el primer capítulo se estudia lo referente al estado de arte del tema objeto de investigación de la presente tesis doctoral, lo cual pone de manifiesto la importancia, pertinencia y relevancia del objeto de investigación; el segundo capitulo introduce el tema correspondiente a los operadores de la transformación de Fourier de orden fraccional, los cuales son de gran valor en la medida que posibilitan la interpretación de los conceptos transferencia de campo electromagnético y transparencia de curvatura en la propagación en el espacio libre y la transformada de Fourier de orden fraccional también es posible estudiar en detalle sistemas ópticos caracterizados por su matriz de transferencia de rayos. El tercero introduce el estudio de los resonadores y haces láser en el contexto de la difracción lo cual pone de manifiesto lo novedoso del método de la transformación de Fourier de orden fraccional, este análisis permite encontrar los parámetros más característicos de los resonadores y sus principales implicaciones en el estudio de tales dispositivos ópticos. En el cuarto se discute la operación correlación fraccional, así como se propone un dispositivo de esta naturaleza que solo tome en cuenta las curvaturas de las ondas de iluminación. El quinto está dedicado al estudio de la coherencia desde el punto de vista de la transformada fraccional de Fourier, a partir de este resultado se estudia finalmente en detalle la propagación de haces a través de sistemas ópticos multielementos.
Contribución a la interpretación del efecto de sinergia de catalizadores para reacciones de hidrodesulfuración e hidrogenación
(Universidad Industrial de Santander, 2006) Pinzón Cárdenas, María Helena; Giraldo Duarte, Sonia Azucena; Centeno Hurtado, Aristóbulo; Delmon, Bernard; Montes, Consuelo; Ramírez García, Álvaro
La industria de petróleo enfrenta estrictas regulaciones que se imponen a los combustibles en cuanto a contenido de azufre y aromáticos. El hidrotratamiento (HDT) es una de las alternativas más importantes para la reducción de estos compuestos, que se viene desarrollando integrando avances tecnológicos tanto en el área de proceso así como en la de desarrollo de los catalizadores. Este trabajo se enfoca a la interpretación de algunos parámetros que contribuyen al efecto de sinergia de sistemas bimetálicos no convencionales. En este trabajo se estudió el efecto de la relación atómica Pt/(Pt+Mo), el contenido de metales y las características del soporte (alúmina) sobre la actividad y sinergia en las reacciones de HDT. Catalizadores Pt-Mo soportados sobre diferentes gama alúmina comerciales fueron preparados, caracterizados y evaluados en reacciones simultáneas de hidrodesulfuración de dibenzotiofeno e hidrogenación de naftaleno. La caracterización de los catalizadores se realizó mediante Quimisorción de CO, distribución de afinidad protónica (PAD) y Adsorción de NO por Espectroscopia Infrarrojo. La relación atómica Pt/(Pt+Mo) influye drásticamente sobre el comportamiento catalítico y la formación de sitios activos es destacable a bajos contenidos de metales en los catalizadores. Los resultados de caracterización sugieren que el comportamiento de estos catalizadores es debido a un mejoramiento en la dispersión de las especies activas sobre el soporte, la cual se obtuvo a bajo contenido de metales y una relación atómica específica. La composición química superficial de la alúmina influye sobre la dispersión y podría estar asociada con una interacción específica entre el Pt y los grupos OH superficiales de la alúmina, así como también, con la formación y distribución de la fase activa de Mo expuesta sobre la superficie del soporte.
Desarrollo de métodos cromatográficos para la determinación de compuestos carbonílicos (aldehídos y cetonas) y ácidos carboxílicos en muestras de aire
(Universidad Industrial de Santander, 2006) Mora Martínez, Amanda Lucía; Stashenko, Elena E.; Olivero Verbel, Jesús Tadeo; Páez Melo, Martha Isabel; Palma Rodríguez, Alirio
Dentro de la gran gama de compuestos orgánicos volátiles (VOC´s) que contaminan el aire, figuran las sustancias carbonílicas (aldehídos y cetonas) y carboxílicas (ácidos carboxílicos), las que aún en concentraciones muy bajas, a nivel de trazas, representan un peligro para los seres vivos y el ecosistema en general. Estas sustancias pueden ser dispersados al aire desde fuentes primarias antropogénicas y biogénicas, o ser originados en la atmósfera como consecuencia de las diferentes reacciones fotoquímicas, que sufren los contaminantes hidrocarbonados (McClenny W. et. al., 2001). En este trabajo se desarrollaron metodologías cromatográficas específicas, para el análisis de ácidos carboxílicos (C2-C6, benzoico) y aldehídos (C2-C10) de bajo peso molecular en diferentes matrices gaseosas y acuosas, tales como: aire, gas de escape de automotores, aire de exhalación, aguas lluvia, orina, vino y aceites comestibles. Para los ácidos carboxílicos, el método se basa en su reacción con bromuro de pentaflúorbecilo (PFBBr) en medio acuoso, seguida por la separación y la identificación de los ésteres fluorados resultantes, mediante la combinación de la microextracción en fase sólida en modo headspace (HS-SPME, por su abreviatura en inglés) y la cromatografía de gases con detector de captura de electrones (GC/ECD, por su abreviatura en inglés). Los límites de detección alcanzados con esta metodología, se encuentran en el orden de ppbv (partes por billón por volumen). La metodología analítica para los aldehídos se basa en la combinación de la HS-SPME con la derivatización simultánea de los analitos sobre la fibra, por reacción con pentaflúorfenilhidracina (PFPH). El reactivo derivatizante se deposita previamente sobre la fibra de SPME, que posteriormente se expone a la fase vapor sobre una matriz líquida o directamente a la matriz gaseosa. Las hidrazonas fluoradas formadas sobre la fibra, se analizan selectivamente mediante GC/ECD, en el orden de los pptv (partes por trillón por volumen).
Aproximación adiabática para sistemas de dos partículas en puntos cuánticos autoensamblados
(Universidad Industrial de Santander, 2007) García Russi, Luis Francisco; Mikhailov, Ilia Davidovich; Betancur, Francisco Javier; Pacheco Doll, Mónica; Granada, Juan Carlos; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich; González Villegas, Guillermo Alfonso
Los métodos teóricos y las técnicas de cálculo elaborados en esta tesis realizan un análisis detallado de los efectos del tamaño y de la morfología de puntos cuánticos autoensamblados sobre los espectros energéticos de diferentes estados ligados para sistemas de pocas partículas, a fin de fabricar nuevos dispositivos opto-electrónicos de tamaños nanométricos y propiedades controladas. Se calculan los espectros energéticos de los sistemas de una y dos partículas (donadoras neutras y negativamente cargadas, excitones y dos electrones) confinadas en puntos cuánticos de In1-xAlxAs/Ga1-yAlyAs fabricados mediante la técnica de Stranski-Krastanov. Para analizar el efecto de la morfología de estas estructuras sobre el espectro energético de una partícula libre y los estados ligados de sistemas de dos partículas se utiliza la aproximación adiabática, que permite separar el movimiento rápido en la dirección vertical, del movimiento lento en el plano horizontal y reducir los problemas tridimensionales a los similares en dos dimensiones, con potenciales renormalizados que tienen en cuenta el perfil del punto cuántico. Utilizando esta aproximación se logran separar completamente las variables en la ecuación de onda para los portadores de carga libre en puntos cuánticos con simetría axial, para poder encontrar el espectro energético y las funciones de onda uní-particulares. La función de onda para los estados ligados se busca en forma del producto de las funciones uníparticulares con una función envolvente que en el caso de las donadoras depende de la distancia desde el ión y en el caso de dos partículas de la distancia entre ellas. Partiendo del principio variacional de Schrödinger y utilizando la técnica de derivación funcional se demuestra que la función envolvente es la solución de la ecuación de onda para un átomo hidrogenóide (en el caso de la donadora negativamente cargada para un ión H¯) en un espacio efectivo cuya dimensión depende de la separación entre las partículas y de la geometría del punto cuántico.
Transferencia de átomos de oxígeno foto-catalizada por complejos dioxo-dibromo (4,4’-dicarboxilato-2,2’-bipiridina) de molibdeno (VI) anclados sobre TiO2
(Universidad Industrial de Santander, 2007) Páez Martínez, Carlos Alberto; Páez Mozo, Édgar Alberto; Arzoumanian, Henri; Martínez Ortega, Fernando; Bolaños Rivera, Alberto; Barrault, Joel; Martínez Morales, Jairo René; Palma Rodríguez, Alirio
Basados en reacciones de “esterificación” con los grupos titanol de la superficie del TiO 2-Degussa P25 y nuevos semiconducotes TiO2-mesoporosos (sintetizados por sol-gel), en este trabajo se desarrollaron dos metodologías para el anclaje químico del complejo Mo(O) 2 Br 2(4,4’- dicarboxilato-2,2’-bipiridina), por medio de un enlace tipo éster (sistema MoO 2/TiO2). El sistema MoO 2/TiO2 fue totalmente caracterizados por: RMN de estado sólido 13C y 15N, IR(PAS) y UV-vis(RD). Fue evaluado en su capacidad de tr ansferencia de átomos de oxígeno hacia la trifenilfosfina y los arilalcanos: etilbenceno, cumeno y tetralina, bajo irradiación con λ≥380 y λ>450. Los resultados se compararon con el comportamiento del Mo(O) 2Br 2(4,4’-dicarbometoxi-2,2’-bipiridina) en fase homogénea. El sistema mostró una sinergia entre el conjunto MoO2/TiO2 + O 2 + luz, siendo de 8 a 10 veces superior a su análogo en fase homogénea. El soporte del dioxo complejo sobre los semiconductores condujo a varios desarrollos en la O-transferencia: 1) la separación de los centros metálicos evitó la formación de dímeros inactivos, aumentando el tiempo de vida del catalizador, 2) un flujo electrónico foto-generado hacia la proximidad de la esfera de coordinación del Mo(VI) condujo a un incremento significativo en su capacidad oxidativa, y 3) el centro MoO 2, luego de su reducción, es nuevamente activado por el oxígeno molecular en condiciones ambientales.
Estudio, modelamiento y simulación de los procesos simultáneos de hidrodesulfurización (HDS), hidrodesnitrogenación (HDN) e hidrodesaromatización (HDA) en gasóleos de vacío
(Universidad Industrial de Santander, 2007) Jiménez Inocencio, Favio Yovany; Kafarov, Viatcheslav Victorovich; Núñez, Manuel Laureano; Álvarez, Hernán Darío; Maciel Filho, Rubens; Ramírez García, Álvaro
Fue desarrollado el modelamiento y la simulación de un reactor industrial para hidrotratamiento del tipo Trickle Bed, empleando gasóleos de vacío y otras fracciones pesadas del petróleo e información obtenida en planta piloto a condiciones cercanas a las industriales. Fueron tenidas en cuenta las tres principales reacciones de hidrotratamiento: hidrodesulfurización (HDS), hidrodesnitrogenación (HDN), e hidrodesaromatización (HDA). Así mismo, fueron determinados efectos inhibitorios y promotores entre diferentes moléculas puras tales como decahidro-naftaleno, naftaleno, antraceno, pireno (mono, di, tri, poli - aromáticos), carbazol (nitrógeno no básico), acridina (nitrógeno básico), dibenzoiofeno (azufrado), y agua, mezcladas en un gasóleo de vacío severamente hidrotratado (carga matriz) así como en otras fracciones de vacío sin hidrotratar. Técnicas analítica tales como espectroscopía UVVis para familias de aromáticos, resonancia magnética nuclear para contenido de aromáticos y otros análisis, destilación simulada (SimDis) y otras pruebas estándar (ASTM) para determinar nitrógeno básico, nitrógeno total, azufre total y otras propiedades, fueron empleadas en la investigación. Los resultados mostraron tendencias claras para las propiedades fisicoquímicas y familias de aromáticos con respecto a la temperatura de hidrotratamiento y al punto de ebullición de las cargas. De igual modo, fueron obtenidos órdenes de reactividad cuantitativos para compuestos aromáticos, nitrogenados y azufrados. Se encontraron correlaciones muy cercanas a las lineales para contenidos de azufre y nitrógeno en las cargas, indicando que los contenidos de nitrógeno pueden también ser usados para determinar la reactividad de las cargas. Por otro lado efectos inhibitorios y promotores cuantitativos fueron detectados, dependiendo de la carga, los reactivos y las condiciones de operación. En particular, el efecto de adición de agua entre 2.5 y 7.5% consistió en la reducción de productos poli condensados, la aceleración de la hidrogenación de mono-aromáticos, la promoción de la conversión en términos de azufre y carbón Conradson, y en la reducción de los puntos de ebullición. Varias posibles explicaciones para los resultados obtenidos fueron discutidas. Finalmente, fue desarrollado un programa numérico apropiado bajo una interfase amigable que incluyó técnicas de diseño secuencial de experimentos y programación cuadrática secuencial para la simulación del reactor de hidrotratamiento. Los resultados simulados mostraron un buen acuerdo con los datos experimentales de planta piloto.
Espectro energético de los sistemas de pocas partículas fuertemente confinadas en heterojunturas semiconductoras
(Universidad Industrial de Santander, 2008) Marín Cadavid, Jairo Humberto; Mikhailov, Ilia Davidovich; Marques, Gilmar Eugenio; Camacho Beltrán, Ángela Stella; Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich; Ramírez, Carlos Arturo
Se estudia el espectro energético de los sistemas formados por electrones y huecos: par electrón-electrón, electrón-hueco, trión X − y trión X+ , así como donadoras neutras D0 y cargadas negativamente D− . El análisis se realiza asumiendo partículas fuertemente confinadas en puntos cuánticos auto-ensamblados de InyAl1-yAs/AlxGa1-xAs con simetría axial: anillos, discos, lentes, pirámides cónicas y truncadas. Inicialmente se analizan modelos unidimensionales ideales para el electrón- electrón, excitón, triones X − y X+ , a fin de obtener características generales de sistemas de pocas partículas y valores límites a los cuales deben tender las energías de sistemas más reales. Los resultados demuestran la existencia de oscilaciones Aharonov-Bohm y de transiciones de Wigner. Usando la aproximación adiabática y del método de dimensión fractal, se transforman los problemas multidimensionales en problemas de una y dos dimensiones. Estos métodos permiten analizar la incidencia que tienen sobre el espectro de energía factores tales como: la morfología y el tamaño de los puntos cuánticos, posición de las impurezas dentro de los puntos y efecto del campo magnético. Los resultados demuestran que aun cuando la altura de los puntos sea significativamente menor que la dimensión lateral, no es posible considerar los puntos como películas bi-dimensionales, ya que el espectro de energía depende fuertemente de la altura y la morfología de los puntos, así como del espesor de la capa húmeda. Con relación a la influencia del campo magnético, se demuestra que éste aumenta la probabilidad de formación de impurezas D− , mediante la transferencia de un electrón desde una donadora neutra D0 localizada en la región periférica hacia otra cercana al eje.
Obtención de lípidos estructurados a escala semi-industrial mediante transesterificación con lipasas estereoespecíficas inmovilizadas
(Universidad Industrial de Santander, 2008) Moreno Safra, Nelson; Perea Villamil, Janeth Aidé; Acosta Zuleta, Harold A.; Illanes Frontaura, Andrés; Stashenko, Elena E.; Torres Sáez, Rodrigo Gonzalo
Los lípidos estructurados (SL) son triacilgliceroles (TAG) modificados por la alteración de su composición en ácidos grasos (FA) y su distribución en las moléculas de glicerol. La mayoría de ellos combinan FA de cadena media con FA de cadena larga en una misma molécula de glicerol y se pueden obtener por reacciones de interesterificación químicas o enzimáticas empleando lipasas sn-1,3- o sn-2-específicas como catalizadores. Algunos de estos lípidos se pueden clasificar como alimentos funcionales o nutracéuticos, por estar directamente asociados a la prevención o tratamiento de diversas enfermedades. En este trabajo se sintetizaron SL por medio de transesterificación enzimática de mezclas binarias de aceite de palmiste y aceite soya, en un caso, y superestearina de palma (rica en tripalmitina) y aceite de soya en otro, utilizando como catalizadores lipasas Lipozyme® RMIM y Lipozyme® TL-IM. En el primer caso, se produjo una mezcla de TAG cuya característica principal fue contener FA de cadena media en las posiciones primarias del glicerol y FA de cadena larga en la posición central; En el segundo caso, una grasa con TAG que contienen ácido palmítico en la posición central del glicerol y FA insaturados en las posiciones primarias. Las mejores condiciones de reacción se determinaron haciendo uso del diseño experimental y la metodología de superficie de respuesta para la producción de SL a escala semiindustrial, en reactores de tanque agitado y de lecho empacado (PBR). La productividad alcanzada con Lipozyme® RM-IM en reactor PBR fue 2344 kg aceite transesterificado por kilogramo de enzima, en tanto que con Lipozyme® TL-IM fue de 4281 kg aceite por kilogramo de enzima. A todos los productos de reacción se les determinó acidez, punto de fusión, viscosidad, consistencia, contenido de grasa sólida por RMN, composición en FA y en TAG por cromatografía de gases, análisis estereoespecífico por métodos enzimáticos.
Estudios teórico y experimental para evaluar la relación actividad antioxidante- estructura de anilinas sintéticas y la alquilación intramolecular de Friedel-Crafts de orto-alil-n-bencilanilinas
(Universidad Industrial de Santander, 2008) Tafurt García, Geovanna; Stashenko, Elena E.; Martínez Morales, Jairo René; Urbina González, Juan Manuel; Daza Espinosa, Martha Cecilia; Daza Caicedo, Édgar Eduardo; Restrepo, Albeiro
En el presente estudio, se evaluaron las actividades antioxidantes de 22 anilinas sintéticas, por medio de los ensayos con los radicales ABTS+. y DPPH.. Basados en los datos de actividad antioxidante y descriptores teóricos derivados de las estructuras moleculares optimizadas, se elaboraron diferentes modelos QSAR. Los descriptores relacionados con la energía electrónica (EE y αzz) y la distribución de carga (PPSA-2), permitieron obtener modelos QSAR con ajuste lineal y capacidad de predicción adecuados. Mientras que, los modelos basados en descriptores constitucionales, topológicos, contenido de información y componentes principales, aunque en ocasiones, tienen un ajuste lineal bueno, casi siempre presentan una capacidad de predicción baja, lo cual indica que estos descriptores utilizados como variables independientes, poseen poca relación con el mecanismo antioxidante. En este trabajo también se reportan los estudios experimental y teórico de la alquilación intramolecular de Friedel-Crafts de orto-alil-n-bencilanilinas, que explican desde los puntos cinético y termodinámico la producción de dihidrodibenzo[b,e]azepinas y tetrahidrodibenzo[b,f]azocinas. La parte experimental en condiciones heterogéneas se llevó a cabo por GC-FID, mientras que la espectroscopia UV-Vis con análisis quimiométrico MCR-ALS, se usaron para examinar las condiciones de reacción en fase homogénea e in situ. Con los resultados obtenidos se pudo concluir que: la variación de parámetros como: contantes de velocidad y energías de activación, hicieron posible evidenciar los efectos de: sustituyente, temperatura, velocidad de agitación y concentración, sobre la velocidad y selectividad de la reacción. La optimización mediante el algoritmo MCR-ALS, condujo a la estimación de espectros y perfiles de concentración, imposibles de obtener mediante análisis tradicional UV-Vis, debido a la poca selectividad en las características espectrales. El estudio teórico se realizó con base en las coordenadas de reacción relacionadas con las ciclaciones intramoleculares 7-exo-trig y 8-exo-trig, y con el reordenamiento 1,2-H.
Modelamiento molecular de la reacción de dimerización de cetenas
(Universidad Industrial de Santander, 2009) Morales Medina, Giovanni; Martínez Rey, Ramiro; Murgich, Juan; Tahir, Cagin; Carrero M., Javier Ignacio; Blanco Tirado, Cristian
En este trabajo se presenta el primer estudio teórico sobre la dimerización de cetena en solución (en tolueno y acetona) basado en el método de los funcionales de la densidad electrónica y en el modelo COSMO. Los productos de la dimerización considerados fueron dicetena (d-I), 1,3-ciclobutanediona (d-II), 4-dimetilene-1,3-dioxetano y 2-metileneoxetan-3-ona. Las geometrías de estos dímeros fueron optimizadas al nivel PW86x+PBEc/DZP. El calor de dimerización experimental para d-I fue reproducido con el funcional MPW1K (de un total de 58 funcionales estudiados). De acuerdo a los resultados con este funcional, los dímeros d-I y d-II son los únicos productos detectables de la dimerización. Según los resultados con COSMO, la barrera de energía en solución se ve disminuida a la mitad comparada con la barrera en fase gaseosa para d-I y d-II debido a la interacción entre el momento dipolar de los dímeros y las moléculas del solvente. La tendencia de la dimerización cambia con la polaridad del solvente; es decir, d-II presenta la menor barrera energética en fase gaseosa y en tolueno mientras que d-I presenta la menor barrera en acetona. El análisis de la dimerización finaliza con la obtención de las propiedades termoquímicas y los grupos de contribución (GAVs) para diferentes dímeros sustituidos calculados al nivel CBS-Q. Los resultados muestran que las dicetenas sustituidas son menos estables que sus dímeros homólogos d-II. De acuerdo a lo anterior, la dimerización de alquilcetenas produce el dímero d-II en mayor cantidad debido a un control termodinámico. Los grupos de contribución faltantes para los dímeros fueron obtenidos por medio de regresión lineal sobre un conjunto de 57 compuestos alicíclicos. Diferentes correcciones por interacciones no próximas fueron derivadas para mejorar el desempeño de la regresión. En particular la corrección por puente de hidrogeno es la primera reportada en la literatura.
Discos delgados relativistas
(Universidad Industrial de Santander, 2009) Gutiérrez Piñeres, Antonio Calixto; González Villegas, Guillermo Alfonso; Letelier, Patricio Aníbal; Percoco, Umberto Luigi; Tejeiro, Juan Manuel; Granda, Luis Norberto
Se construyen modelos relativistas de discos delgados a partir de soluciones de las ecuaciones de campo de Einstein y de Einstein-Maxwell. Para tal fin, en primera instancia, se consideran soluciones axialmente simétricas de las ecuaciones de Einstein-Maxwell en las cuales la primera derivada del tensor métrico presenta una discontinuidad finita a través de un disco delgado. Dada entonces una solución con las propiedades anteriores, se obtienen el tensor de energía-momentum superficial y la densidad de corriente superficial de la distribución de materia, por medio del formalismo necesario para el tratamiento de las ecuaciones de Einstein o Einstein-Maxwell en términos de distribuciones tensoriales. Las propiedades físicas de la distribución de materia se estudian entonces mediante un análisis detallado del tensor de energía-momentum superficial, considerando soluciones suficientemente generales de las ecuaciones de Einstein-Maxwell que describan una distribución superficial de materia no sólo anisótropa, sino que además presente flujo de calor. Se presenta una interpretación alternativa de tales discos con base en el modelo de contrarrotación. Se presenta una familia infinita de discos de polvo cargados eléctricamente, axialmente simétricos de extensión finita para un espaciotiempo conformestático. Se presenta una familia infinita de soluciones exactas nuevas correspondientes a discos delgados con un borde interno central constituidos por polvo y su superposición con un agujero negro de Schwarzschild. Se presenta la primera familia infinita de soluciones exactas completamente integradas explícitamente de las ecuaciones de Einstein-Maxwell correspondientes a la superposición de un disco de polvo contrarrotante con un agujero negro. En todos los casos anteriores el tensor energía-momentum de los discos está de acuerdo con todas las condiciones de energía.
Diseño racional de rutas para la construcción de nuevas piperidinas C-4 sustituidas con el anillo de la tetrahidro(dihidro)quinolina y sus transformaciones químicas
(Universidad Industrial de Santander, 2009) Vargas Méndez, Leonor Yamile; Kouznetsov, Vladimir Valentinovich; Stashenko, Elena E.; Fierro Medina, Ricardo; Pellón C., Rolando Fermín
La presente Memoria se ha dividido de acuerdo con los grandes temas en los que se diseño y desarrolló la investigación. En el primer capítulo se describe el método de obtención de nuevas espiropiperidinas con la estructura base de la 3´,4´-dihidroespiro[piperidina-4,2´-(1´H)quinolina]. En el segundo y tercer capítulo se recogen la preparación y estudio de la reactividad química de las nuevas 3´,4´-dihidroespiro[piperidina-4,2´-(1´H)quinolinas], y se describe por primera vez la migración del grupo acilo en los sistemas rígidos de las 1-acil-3´,4´-dihidroespiro [piperidina-4,2´-(1´H)quinolinas] y en los sistemas flexibles de la N-(1-bencilpiperidinil-4)-N-arilamidas, en condiciones reductivas (NH4+HCOO-/Pd/C). Los estudios de atrapado de intermedios con trampas químicas, determino un carácter intramolecular. Esta reacción puede ser aprovechada para el acceso a nuevas estructuras. En el capitulo cuarto se describe la obtención de un compuesto hibrido a partir de la 3´,4´-dihidroespiro[piperidina-4,2´-(1´H)quinolina], también la síntesis del alcaloide piperidínico girgenshonina y de sus análogos cianogénicos. El capitulo quinto se refiere a la preparación y transformaciones químicas de moléculas con el fragmento 4-piridilmetil y los intentos de consecución del sistema heterocíclico de la 2-(4-piperidinil)-1,2,3,4-tetrahidroquinolina por hidrogenación del anillo piridínico de las 4-metil-2-(4-piridil)-1,2,3,4-tetrahidroquinolinas. En el capitulo sexto se encuentra los resultados de los ensayos de actividad de bioactividad de las nuevas moléculas obtenidas. En el último capítulo se encuentra la parte experimental.
Actividad fotocatalitíca inducida con luz visible de porfirinas de Co, Cu, Zn y H adsorbidas sobre TiO2: Generación de •OH
(Universidad Industrial de Santander, 2009) Granados Oliveros, Gilma; Páez Mozo, Édgar Alberto; Martínez Ortega, Fernando; Aya Ramírez, Orlando; Mejía Ospino, Enrique; Peón Peralta, Jorge; Erra-Balsells, Rosa
En este trabajo se estudió la actividad fotocatalítica inducida con luz visible de tetra(4- carboxifenil)porfirina de Co(II), Cu(II), Zn(II) y sin metal, adsorbidas en la superficie de TiO2 (TcPPM/TiO2) en solución acuosa y en presencia de O2. En estas condiciones, los aniones radicales superóxido (O2•-) son las especies principalmente generadas. Sin embargo, no son suficientemente oxidantes para realizar la degradación de la mayoría de contaminantes orgánicos recalcitrantes disueltos en agua, limitando la aplicabilidad de este tratamiento. Con el objeto de mantener la ventaja de la radiación visible, una cantidad de peróxido de hidrógeno se agregó a la suspensión generando especies más reactivas que O2•-, como los radicales hidroxilo (•OH). En estas condiciones, se logró la degradación de la atrazina que es un contaminante común de aguas y suelos. El rol de las especies formadas se evidenció mediante reacciones prueba. La formación de O2•- se evidenció mediante la degradación de luminol y la formación de •OH se evidenció mediante la oxidación de tereftalato de sodio. Desde el punto de vista ecológico, la formación de oxidantes poderosos como •OH con luz visible es de gran interés y surge como una alternativa en el tratamiento de aguas residuales contaminadas. Adicionalmente, se examinó la influencia del centro metálico en la fotoactividad de TcPPM/TiO2. Puesto que el metal perturba la nube electrónica- de las porfirinas, la fotoactividad se interpretó en términos de la energía del orbital LUMO (determinado por cálculos cuánticos, B3LYP/LANL2DZ) y del tiempo de vida media del estado excitado del sensibilizador (tomado de reportes de la literatura). Las tendencias obtenidas muestran que el factor energético es el más importante, lo cual puede contribuir en el diseño de nuevos fotosensibilizadores con mayores eficiencias fotocatalíticas.

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