Maestría en Ingeniería de Materiales

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Adsorción competitiva de iones cu2, ni2, zn2, presentes en soluciones acuosas mediante arcilla bentonitica modificada con dodecil sulfato de sodio
(Universidad Industrial de Santander, 2011) Mesa Espitia, Sandra Liliana; Neira Arenas, Gustavo
En el presente trabajo se estudió la adsorción competitiva de iones Cu2+, Ni2+ y Zn2+ sobre arcilla bentonítica, modificada con un tensoactivo aniónico con el fin de mejorar su afinidad por estos tres elementos. Las pruebas de adsorción se realizaron en función de la concentración inicial de los metales en solución, la cantidad de bentonita y la fortaleza iónica de la solución. Se realizaron ensayos de adsorción individual, binaria y ternaria para así observar el efecto que tiene la presencia simultánea de los tres metales.También se estudió su efectividad en la eliminación de iones a través de la elaboración y ajuste de isotermas de adsorción a modelos conocidos. Finalmente, se hizo un importante aporte al estudio de los sistemas de adsorción, calculando a partir de isotermas, el cambio en la energía libre de Gibbs (Gº), el cambio en la entalpía estándar (Hº) y el cambio de entropía estándar (Sº) para la adsorción de Cu2+, Ni2+ y Zn2+, así como las constantes cinéticas y la velocidad inicial de adsorción sobre la arcilla modificada. Se lograron remociones de hasta 98%, 85% y 75%, para adsorción individual, binaria y ternaria, respectivamente, demostrándose que la bentonita modificada con tensoactivo aniónico es una alternativa efectiva para el tratamiento de efluentes que contengan simultáneamente iones de Cu, Ni y Zn.
Análisis fisicoquímico y bioquímico de recubrimientos compuestos de hidroxiapatita reforzados con nanotubos de carbono depositados sobre Ti6AI4V
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Sierra Herrera, Diana Katherynne; Peña Ballesteros, Darío Yesid; Montañez Supelano, Nerly Deyanira
Se estudió el efecto de la variación de los parámetros experimentales en la síntesis de recubrimientos de hidroxiapatita reforzada con nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) sobre Ti6Al4V obtenidos mediante electrodeposición pulsada. El análisis fisicoquímico se realizó mediante difracción de rayos X (DRX), espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR) y microscopía electrónica de barrido (MEB). Se estudió la estabilidad electroquímica de los recubrimientos en presencia de medio de cultivo celular, mediante la medición de potencial de circuito abierto (OCP), espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) y curvas de polarización potenciodinámicas (LSV). Se estudió el potencial citotóxico de las muestras aplicando el método colorimétrico (MTT), la adhesión celular mediante microscopía de epifluorescencia y la actividad celular realizando mediciones de producción de fosfatasa alcalina (ALP). Los análisis obtenidos por DRX y FTIR confirmaron la presencia de hidroxiapatita (HAP), mediante el análisis de las imágenes obtenidas por MEB se pudo comprobar la incorporación de los MWCNT en la matriz del recubrimiento. Las variaciones en las condiciones de electrodeposición pulsada influyen en la homogeneidad del recubrimiento, presentando una morfología en forma de agujas. Los resultados electroquímicos mostraron una mayor estabilidad termodinámica en las pruebas de OCP para las muestras recubiertas, además existe una relación entre la incorporación de MWCNT con la resistividad del recubrimiento reflejado en las pruebas EIS Y LVS. El ensayo de MTT confirma que las muestras presentan una viabilidad celular mayor al 87%. No obstante, los resultados de adhesión celular y medición de ALP revelaron una marcada inhibición en la adhesión y proliferación de células de osteoblastos HOS sobre las muestras recubiertas. _
Análisis microgravimetrico y bioquímico de la compatibilidad de osteoblastos sobre materiales poliméricos de plga funcionalizados
(Universidad Industrial de Santander, 2012) Gelves Jerez, Leidy Marcela; Vásquez Quintero, Custodio
En el presente trabajo de investigación se evaluó mediante la técnica microgravimétrica de cristal de cuarzo (QCM) la interacción de un biomaterial polimérico con medio de cultivo celular y medio de cultivo-células osteoblásticas (Osesarcomas humanos, HOS). El biomaterial se obtuvo mediante electrodepositación de ácido poliláctico, ácido poliglicólico, hidroxiapatita, quitosano y colágeno, sobre sensores piezoeléctricos de cristal de cuarzo. Los resultados mostraron un aumento constante de la impedancia para el recubrimiento con mayor densidad celular, indicando que la propagación de la onda del sensor está relacionada con la uniformidad y topografía de la película en la superficie. En consecuencia, el cambio del módulo de la impedancia está relacionado inversamente con los puntos de adhesión celular, ya que a medida que aumenta los puntos de adhesión celular se produce una menor pérdida de energía oscilante. La adhesión y proliferación celular se analizaron mediante Microscopía de Epifluorescencia, evidenciando células no apoptóticas, es decir de núcleos redondeados y la presencia de células en mitosis representado por la condensación del núcleo. Adicionalmente se evaluó la actividad celular mediante la medición de fosfatasa alcalina (ALP), mostrando un aumento paulatino de la producción de ALP en el tiempo en la totalidad de los recubrimientos. La QCM se constituye en una técnica de monitoreo en tiempo real de biopelículas celulares que apoya los resultados obtenidos mediante las técnicas comunes de análisis celular y que además provee información de la estructura y dinámica de las propiedades viscoelásticas de material que se encuentre sobre el sensor.
Biofuncionalización de superficies de ti6al4v mediante gravado laser
(Universidad Industrial de Santander, 2015) Sandoval Amador, Anderson Andrés; Peña Ballesteros, Darío Yesid; Estupiñán Durán, Hugo Armando
En este trabajo se evaluó la interacción entre las células de osteosarcoma humano (HOS) y superficies biofuncionalizadas mediante grabado láser de la aleación Ti6Al4V. Las superficies de la aleación Ti6Al4V fueron grabadas usando un láser de CO2 con el fin de obtener patrones circulares (spots) sobre las superficies. Se emplearon tres tipos de superficie, una superficie lisa que se utiliza como superficie de control, y dos superficies con spots, para así determinar el efecto de la geometría telectroquímica y curvas de polarización potenciodinámica. La respuesta biológica del material se llevó a cabo empleando células HOS, las cuales se cultivaron en medio RPMI-1640 con suero fetal bovino al 10% y 1% de antibióticos y se realizaron pruebas de citotoxicidad, adherencia por recuento en cámara de Neubauer y microscopia de epifluorescencia. Se encontró, que el grabado láser no produce cambios en la resistencia a la degradación y la citotoxicidad la de la superficie de la aleación Ti6Al4V, lo cual indica que las superficies mantienen su biocompatibilidad. Además, las tres superficies de estudio presentaron buena adherencia celular, sin embargo no se pudo determinar si la biofuncionalización mediante grabado láser produce una mejor respuesta celular. Por último, se logró monitorear y modelar el comportamiento electroquímico de la interface material medio biológico mediante tres modelos de circuito equivalente, logrando con esto explicar el comportamiento de la superficie de la aleación Ti6Al4V al interactuar con las células HOS. ____________________
Caracterización de la acidez de y-alumina y su interacción con ni y mo mediante resonancia magnética nuclear
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Garcia Castillo, Yady Senayda; Molina Velasco, Daniel Ricardo; Guzmán Monsalve, Alexander
En los procesos de refinación de crudo como hidrocraqueo e hidrotrata-miento se emplea catálisis heterogénea donde la gamma alúmina sirve como soporte de fases de óxidos metálicos de molibdeno y níquel, el desempeño catalítico de estos catali-zadores está determinado por la estructura y propiedades ácidas. Fueron sintetizados ca-talizadores a partir de dos precursores de alúmina, boehmita y pseudoboehmita. Se analizó el cambio estructural y el efecto en la acidez generados por la impregnación de cada fase metálica utilizando los experimentos de RMN MAS, eco de espín y 3Q. Posteriormente se adsorbió en la superficie de los catalizadores el óxido de trifenilfosfina a diferentes tempe-raturas y se midió el experimento de RMN CP 31P para determinar la fuerza ácida de los sitios ácidos de Brönsted y Lewis. El protocolo implementado permitió estudiar los cambios estructurales generados por la impregnación de las fases metálicas y la acidez de los cata-lizadores. Se observó que el óxido de molibdeno aumenta la distorsión de los entornos del aluminio mientras que el óxido de níquel la disminuye. Se determinó que los catalizadores sintetizados a partir de Pseudoboehmita tienen mejores propiedades ácidas, comparados con los preparados a partir de Boehmita. También, se observó que a medida que aumen-taba la temperatura de adsorción de la trifenilfostina esta ocupó los sitios ácidos de fuerza acida media y baja, preferencialmente.
Caracterización y simulación por el método de elementos finitos del comportamiento estructural de pilares para implantes dentales utilizando la aleación wiron light fundida por inducción eléctrica
(Universidad Industrial de Santander, 2011) Laguado Villamizar, Luis Alberto; Archila Diaz, John Faber
El Grupo de Investigación en Robótica de servicio y Diseño industrial GIROD, dentro de su línea de investigación en nuevos materiales, realiza investigaciones encaminadas a desarrollar dispositivos biomédicos que permitan ofrecer soluciones de diseño en uno de los sectores de mayor crecimiento en los últimos años como es el de los implantes dentales. Esta estrategia se realiza utilizando la metodología del Diseño industrial apoyada con herramientas de simulación. Los tratamientos con implantes dentales presentan diversidad de casos clínicos de acuerdo a las variables anatómicas que presentan los pacientes, de igual manera, los dispositivos protésicos importados incrementan los costos del tratamiento. En esta investigación se propone la aleación Ni22Cr10Mo Wiron light®, como material alternativo en la fabricación de pilares personalizados para implantes dentales. La aleación Wiron light® es sometida al proceso de fundición por inducción eléctrica y colada centrífuga. La caracterización se realiza por medio de pruebas de tracción y compresión para obtener sus propiedades mecánicas. El material fundido es sometido a análisis metalográfico para determinar su microestructura y análisis químico por FRX (Fluorescencia de rayos X). Se realiza el modelado 3D y diseño personalizado de pilares dentales a través de CAD (Dibujo Asistido por Computador). La simulación se realiza por medio de pruebas CAE (Ingeniería Asistida por Computador) utilizando método FEA (Análisis de Elementos Finitos), para determinar el comportamiento mecánico de los pilares en Wiron light®. Después del procesamiento, caracterización mecánica, análisis químico, modelado 3D y simulación, se encuentra que la aleación Wiron light® se puede utilizar en el diseño y la fabricación de pilares personalizados para implantes dentales, teniendo en cuenta los parámetros utilizados en esta investigación.
Codeposicion electroquimica de laiii a traves de la modificacion de la composicion de soluciones acuosas usando glicina y alguno de los elementos del grupo del hierro: ni ii y co ii
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Florez Suarez, Maria Alejandra; Melendez Reyes, Angel Manuel; Rincón Ortiz, Mauricio
Actualmente existe un creciente interés en fabricar nanopartículas soportadas o películas delgadas de aleaciones de metales críticos, como el cobalto y las tierras raras, por un proceso de química suave, ya que se utilizan en una gran variedad de dispositivos de tecnología. Una alternativa atractiva son los métodos electroquímicos, sin embargo, debido a los altos potenciales de reducción de las tierras raras, estas se consideran imposibles o difíciles de electrodepositar a partir de soluciones acuosas, principalmente debido a la interferencia de la reacción de evolución del hidrógeno (HER). En esta investigación se aprovecha la HER para cambiar la composición interfacial de soluciones con glicina, y codepositar aleaciones de elementos del grupo del hierro-lantano, a partir de soluciones que contienen estos metales, además de cloruro de amonio y ácido bórico. Para realizar la deposición metálica se utilizaron soluciones acuosas con CoII o NiII y LaIII. El potencial de reducción para electrodepositar estos metales se seleccionó mediante estudios de voltamperometría cíclica, el cual fue mucho menor que el requerido para depositar lantano: -0.95 V vs Ag/AgCl. Por un lado, se depositaron nanopartículas de aleaciones metales pesados-La sobre carbón vítreo (GC) o vidrio conductor (FTO), y por el otro se depositaron películas delgadas de las aleaciones Co-La y Ni-La sobre GC o cobre. Se utilizó XPS, FESEM-EDS, o voltamperometría de redisolución anódica (ASV) para determinar la composición elemental y morfología de los depósitos. Se mostró que la codeposición de La y Ni sobre GC se ve interferida por el mecanismo de deposición tipo Volmer-Weber. Por otro lado, se exploró la posibilidad de determinar LaIII a niveles traza en medios complejantes mediante ASV en tres tipos de electrodos: GC, PIGE y CPE. La cuantificación de LaIII no fue posible debido a la facilidad con que es oxidado superficialmente el lantano o a la formación de un intemetálico. ______________________
Comportamiento a la corrosión de acero galvanizado en un solución poro de concreto con cloruros y carbonatos
(Universidad Industrial de Santander, 2012) Salinas Luna, Elkin Darío; Peña Ballesteros, Darío Yesid
Mediante el uso de técnicas electroquímicas y basados en conceptos de difusión del ion cloruro y carbonato en el concreto reforzado, se evaluó el comportamiento a la corrosión de un acero galvanizado expuesto a condiciones extremas de exposición de cloruros y carbonatos en una simulación poro de concreto. El diseño de experimentos planteado contemplo como variables el espesor del galvanizado, la concentración de cloruros , la concentración de carbonatos y el tiempo de exposición, de esta manera se evaluaron los comportamientos de las probetas en las diferentes condiciones planteadas en un diseño de experimentos 2^4. Para la evaluación de los efectos de carbonatos y comportamientos de ion cloruro se utilizaron técnicas de Polarización Potenciodinámica, Espectroscopia de impedancia electromagnética y Potencial de corrosión, de manera que se evaluó el comportamiento de la superficie del acero de refuerzo y capa de recubrimiento y los procesos electroquímicos relacionados con la interfase metal-óxido. Se estudió también la contribución que el coeficiente de difusión de Warburg tiene sobre el coeficiente de difusión. El proyecto se valió del paquete completo de las herramientas del programa ZView para simular el comportamiento de las probetas estudiadas. Se concluyó que un recubrimiento de galvanizado en caliente para varillas de refuerzo genera una protección que permite el retraso del proceso de corrosión, y que se debe tener cuidado que durante el fraguado del concreto donde las concentraciones de pH son altamente alcalinas se promueva la generación de hidróxidos de cinc que se pasiven y formen la capa compacta de protección.
Construcción y evaluación de un electrolizador asistido por luz para la remoción del mercurio y degradación de cianuro
(Universidad Industrial de Santander, 2015) Santos Amado, Jose Dario; Córdoba Tuta, Elcy María; González Martínez, Ignacio
Debido a la creciente preocupación por la contaminación de mercurio y cianuro en las fuentes hídricas por parte de la minería aurífera, se están buscando alternativas amigables con el medio ambiente que permitan la eliminación de estos peligrosos contaminantes, por esta razón, en el presente trabajo de investigación se seleccionó, adaptó y construyó un reactor electroquímico asistido con luz a nivel de banco, el cual fue evaluado en los procesos de reducción de Hg (II) y la oxidación de CN- usando una solución modelo de 206 ppm de Hg (II) y 520 ppm de CN y un efluente proveniente de la minería aurífera. Inicialmente se estableció el intervalo de potencial requerido para lograr la reducción de mercurio y la oxidación de cianuro para la solución modelo. Posteriormente se diseñó y construyó el reactor con geometría cilíndrica y compartimento anódico coaxial y separado por una membrana aniónica con el compartimento catódico, todo esto, basado en antecedentes recientes y en la dinámica de fluidos computacional (CFD) usando el software COMSOL MultiphysicsTM. El ánodo fue una hélice cilíndrica de acero inoxidable AISI 304 recubierta con N-TiO2, mientras el cátodo consistió de 4 mallas coaxiales de acero inoxidable AISI 304 con una abertura de 60 huecos por pulgada. El reactor fue caracterizado hidrodinámicamente, obteniéndose las constantes de transferencia de masa Km en los dos compartimentos anódico y catódico. El compartimento anódico mostró una correlación adimensional Sh=7,7Re0,32Sc0,33, la cual establece que el flujo es de naturaleza laminar. La presente investigación demostró la necesidad de estudiar con mayor profundidad los recubrimientos de TiO2 sobre sustratos conductores de gran área superficial, y de esta manera lograr la construcción de un reactor electroquimico asistido por luz que sea eficiente, de modo que en futuras investigaciones, este tipo de reactor pueda ser usado bajo radiación solar. 1
Deposición electroforética sobre el acero 316l de películas de a/mgo (a:k o cs) para su utilización en la remoción de ácidos naftenicos de crudos pesados colombianos
(Universidad Industrial de Santander, 2009) Mejía Miranda, Carlos Augusto; Vasquez Quintero, Custodio
La remoción de ácidos nafténicos de crudos pesados es uno de los temas de mayor interés para la industria del petróleo. En este trabajo se realizó la extracción y caracterización estructural mediante las técnicas de Espectroscopia de Infrarrojo, Resonancia Magnética y Osmometría de presión de vapor, de los ácidos nafténicos de tres crudos pesados colombianos. Se evaluó la aplicabilidad del proceso de descarboxilación catalítica de ácidos nafténicos. La modificación superficial de MgO con metales alcalinotérreos se realizó por un método de impregnación húmeda y se obtuvo un aumento significativo de la basicidad del MgO principalmente cuando fue impregnado con Cesio. Se realizó el estudio cinético de la reacción de descarboxilación catalizada y no catalizada y se determinó una disminución en la energía de activación de la reacción del 44.7% con la presencia del catalizador. Una vez evaluado el catalizador se realizó el estudio cinético de deposición electroforética sobre el acero 316L obteniéndose mejores resultados a 50V/cm y 60 segundos de deposición. Los mejores resultados de sinterización del Catalizador sobre el acero se obtuvo a 550 C y 10 horas. Finalmente, se realizó la deposición electroforética del catalizador sobre los platos de un reactor tubular y se evalúo la reacción de descarboxilación a 150 C y un flujo volumétrico de 85 cc/minuto. La remoción de ácidos nafténicos fue del 30.53%. Los resultados demuestran la aplicabilidad de la descarboxilación catalítica a nivel industrial para la remoción de ácidos nafténicos. 1
Desarrollo de andamios de carbón vitreo reticulado de celda poliédrica a partir de sacarosa para aplicaciones en ingeniería de tejido óseo
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Teran Acuãa, Natalia; Cordoba Tuta, Elcy Maria; Guiza Arguello, Viviana Raquel
En el presente trabajo se fabricaron espumas de carbón vítreo reticulado (CVR) de celda poliédrica, las cuales eventualmente podrían integrarse a un sistema compuesto para regeneración del tejido óseo debido a su bio-compatibilidad, que fue demostrada a través de ensayos de viabilidad celular, adhesión celular y citotoxicidad. Su elaboración consistió en la preparación de resinas de sacarosa y HNO3, las cuales, tras ser impregnadas sobre esponjas poliméricas, se sometieron a procesos de curado y carbonización. Se estudió la influencia de la concentración de HNO3, la concentración de sacarosa, el tratamiento térmico y el tipo de plantilla sobre las propiedades morfológicas y mecánicas de las espumas CVR sintetizadas. Los resultados mostraron que concentraciones de HNO3 superiores a 2x10-3 N generan un efecto de espumado en la resina, que ocasiona deformaciones en la estructura de las CVR y disminuyen su resistencia a la compresión. La concentración de sacarosa, el tiempo y la velocidad de calentamiento durante la carbonización no representaron compromisos estructurales ni mecánicos en las espumas CVR, mientras que el aumento en la temperatura de pirólisis provocó un incremento de alrededor de 40% en sus propiedades mecánicas. El estudio sistemático de las variables mencionadas y la utilización de diferentes tipos de plantillas permitió establecer las condiciones para fabricación de espumas CVR con una relación de características morfológicas y resistencias a la compresión ajustables, las cuales son cercanas a las de espumas CVR comerciales de referencia.
Desarrollo de películas multicapas de fto/cubi2o4/tio2/ wxmo1-xs2 para su empleo como fotocátodos en la producción de hidrógeno a partir de agua
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Cruz Orellana, Silvia Nathalia; Córdoba Tuta, Elcy María; Acevedo Peña, Próspero
La actividad humana deja como consecuencia altos niveles de contaminación y poco a poco el consumo de los recursos no renovables, tal como los combustibles fósiles. Por lo tanto, se han buscado reemplazos, entre ellos el uso de hidrógeno como combustible debido a su sobresaliente poder calorífico y no generar gases contaminantes durante su combustión. Uno de los métodos con mayor potencial de producción de hidrógeno es por medio de la fotoelectroquímica. En el presente trabajo se fabricaron fotocátodos de CuBi2O4, empleando como substrato vidrio FTO, para aumentar la estabilidad y proteger el material se recubrió el CuBi2O4 con TiO2, finalmente para mejorar el desempeño fotoelectroquímico se agregaron partículas de WxMo1xS2 formando el sistema FTO/CuBi2O4/TiO2/WxMo1xS2. Los fotocátodos se caracterizaron fisicoquímicamente mediante espectroscopía Raman, Uvvis, Difracción de rayos X (DRX), espectroscopía de fotoelectrones inducidos por rayos X (XPS), Microscopía electrónica de barrido (SEM) y (foto)electroquímicamente mediante voltamperometría de barrido lineal onoff, cronoamperometría onoff e impedancia electroquímica (EIS), utilizando una lámpara de Xe de 300W como fuente de luz. Los resultados evidencian que el CuBi2O4 presenta alta recombinación de los portadores de carga presentando inestabilidad bajo iluminación, perdiendo más del 80% de la corriente inicial. No obstante, las pérdidas de corriente se redujeron al 8% al cabo de media hora iluminación con la película protectora de TiO2, además de incrementar la magnitud de fotocorriente de 0,07 a 0,17 mA/cm2 respecto al bismutato desnudo. Por otra parte, con los catalizadores de WxMo1xS2 solo se perdió el 13% de la corriente inicial pero incrementando su valor a 0,25 mA/cm2. El aumento en el desempeño al incorporar la capa de TiO2 se atribuyó a la mejora en la estabilidad del CuBi2O4, mientras que la modificación superficial con WxMo1xS2, a que cataliza la reducción del agua
Desarrollo de películas multicapas de FTO/CuBi2O4/TiO2/ WxMo1-xS2 para su empleo como fotocátodos en la producción de hidrógeno a partir de agua
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Cruz Orellana, Silvia Nathalia; Acevedo Peña, Próspero; Córdoba Tuta, Elcy María; Meléndez Reyes, Ángel Manuel; Ropero Vega, José Luis
La actividad humana deja como consecuencia altos niveles de contaminación y poco a poco el consumo de los recursos no renovables, tal como los combustibles fósiles. Por lo tanto, se han buscado reemplazos, entre ellos el uso de hidrógeno como combustible debido a su sobresaliente poder calorífico y no generar gases contaminantes durante su combustión. Uno de los métodos con mayor potencial de producción de hidrógeno es por medio de la fotoelectroquímica. En el presente trabajo se fabricaron fotocátodos de CuBi2O4, empleando como substrato vidrio FTO, para aumentar la estabilidad y proteger el material se recubrió el CuBi2O4 con TiO2, finalmente para mejorar el desempeño fotoelectroquímico se agregaron partículas de WxMo1-xS2 formando el sistema FTO/CuBi2O4/TiO2/WxMo1-xS2. Los fotocátodos se caracterizaron fisicoquímicamente mediante espectroscopía Raman, Uv-vis, Difracción de rayos X (DRX), espectroscopía de fotoelectrones inducidos por rayos X (XPS), Microscopía electrónica de barrido (SEM) y (foto)electroquímicamente mediante voltamperometría de barrido lineal on-off, cronoamperometría on-off e impedancia electroquímica (EIS), utilizando una lámpara de Xe de 300W como fuente de luz. Los resultados evidencian que el CuBi2O4 presenta alta recombinación de los portadores de carga presentando inestabilidad bajo iluminación, perdiendo más del 80% de la corriente inicial. No obstante, las pérdidas de corriente se redujeron al 8% al cabo de media hora iluminación con la película protectora de TiO2, además de incrementar la magnitud de fotocorriente de -0,07 a -0,17 mA/cm2 respecto al bismutato desnudo. Por otra parte, con los catalizadores de WxMo1-xS2 solo se perdió el 13% de la corriente inicial pero incrementando su valor a -0,25 mA/cm2 . El aumento en el desempeño al incorporar la capa de TiO2 se atribuyó a la mejora en la estabilidad del CuBi2O4, mientras que la modificación superficial con WxMo1-xS2, a que cataliza la reducción del agua.
Desarrollo de recubrimientos de estructura bimodal elaborados mediante proyeccion termica por combustion oxiacetilenica para aplicaciones en ambientes corrosivos y en condiciones de desgaste abrasivo
(Universidad Industrial de Santander, 2019) Vargas Galvis, Freddy; Rincón Ortiz, Mauricio; Vargas Galvis, Fabio
Con el fin de proponer una alternativa para los recubrimientos de cromo duro, se depositaron polvos de SiO2-Fe2O3-Al2O3-MgO-Cr2O3 y de Al2O3-TiO2 sobre sustratos de acero al carbón AISI 1020 utilizando proyección térmica oxiacetilénica. Con el fin de fabricar las materias primas con las cuales se depositaron los recubrimientos, se atomizaron escorias de fundición y polvos de alúmina, obteniendo partículas de morfología esférica y con poros en la superficie, los cuales fueron rellenados con alúmina de tamaño nanométrico, así como partículas esféricas de alúmina, que fueron mezcladas con nanopartículas de TiO2 previamente aglomeradas. Las materias primas procesadas en el laboratorio, así como los polvos comerciales fueron caracterizadas mediante fluorescencia de rayos X (FRX), difracción de rayos X (DRX) y microscopia electrónica de barrido (MEB). Para fabricar los recubrimientos se utilizó la cámara ARESTE de la Universidad de Antioquia. Los parámetros de proyección térmica fueron ajustados para obtener recubrimientos con estructura bimodal conformada por partículas parcialmente fundidas de orden nanométrico y submicrométrico, así como partículas completamente fundidas de orden micrométrico. Se determinó el porcentaje de porosidad y se estableció si la estructura de los recubrimientos tenía características bimodales. Por su parte, la microdureza, el desempeño tribológico y la capacidad protectora de los recubrimientos se determinó mediante indentación Vickers, el método de bola sobre disco y por Espectroscopía de Impedancias Electroquímica (EIS). Con los resultados obtenidos se pudo establecer que los recubrimientos elaborados a partir de escorias de fundición y los recubrimientos de composición química AT-40, su desempeño tribológico y su capacidad para proteger al sustrato de efectos corrosivos es menor que el de los recubrimientos AT-13 de estructura bimodal, que mostraron un desempeño tribológico del mismo orden de magnitud que el del cromoduro y cuando son dispuestos como recubrimiento superior de una bicapa, su capacidad protectora a la corrosión es superior. *
Desarrollo de recubrimientos híbridos multicapa barrera-biovidrio base TEOS-GPTMS con adición de calcio como elemento modificador de red sobre el acero inoxidable AISI 316l
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Rondon Rincon, Eyvind Andres; Viejo Abrante, Fernando; Coy Echeverría, Ana Emilse
En el presente estudio se realizó la síntesis de recubrimientos híbridos multicapa barrerabiovidrio por el método sol gel sobre el acero inoxidable AISI 316L de potencial aplicación en el diseño de implantes ortopédicos. La síntesis se realizó a partir de una mezcla del precursor inorgánico, TEOS, y orgánico, GPTMS, empleando etanol como solvente y ácido acético/ácido nítrico como catalizador/estabilizante. Se prepararon soles SB a partir de condiciones estudiadas previamente para el diseño de recubrimientos barrera frente al proceso de corrosión, denominados recubrimientos SB, tratados térmicamente a diferentes condiciones de tiempo y temperatura. Posteriormente, sobre los recubrimientos SB se depositaron películas de biovidrio con contenido en calcio en diferentes concentraciones molares para el diseño de recubrimientos multicapa barrera-biovidrio, llamados recubrimientos SB-SBCa. Los resultados del presente trabajo permitieron observar que, a medida que las condiciones de tratamiento térmico incrementaban, los recubrimientos SB mostraban mejor resistencia a la corrosión del acero, reduciendo la densidad de corriente de corrosión entre uno y dos órdenes de magnitud y conservando sus propiedades protectoras con el tiempo. Por otro lado, la presencia de calcio como modificado de red en la red híbrida del recubrimiento, permitió observar la presencia de fosfatos de calcio en la superficie de la película SBCa después del ensayo inmersión en PBS (Phosphate Buffered Saline), mostrando en los recubrimientos la habilidad para formar apatitas sobre su superficie.
Desarrollo de recubrimientos SOL-GEL base ZrO2 estabilizados con Y2O3 para la protección contra la oxidación húmeda a elevada temperatura del acero ferrítico p91
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Nieves Barrera, Claudia; Viejo Abrante, Fernando; Coy Echeverría, Ana Emilse
En el presente trabajo de investigación se sintetizaron recubrimientos cerámicos base ZrO2:Y2O3 vía sol-gel para la protección contra la oxidación húmeda a elevada temperatura del acero ferrítico P91. Para ello se sintetizaron soles base ZrO2 los cuales se monitorearon mediante ensayos reológicos, medidas de pH y espectroscopía infrarroja (FTIR) para diferentes tiempos de envejecimiento y porcentajes molares de Y2O3. Los recubrimientos se depositaron mediante dip-coating y fueron tratados térmicamente a 60ºC por 2h y 600ºC por 24h. La caracterización de los recubrimientos se realizó por difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido (MEB-EDX). La evaluación de la resistencia a la oxidación húmeda a elevada temperatura se realizó mediante ensayos gravimétricos a 600 y 800 ºC empleando un contenido de vapor de agua al 10% vol. por un tiempo de exposición de 100 h y los productos de oxidación fueron caracterizados por microscopía electrónica de barrido (MEB-EDX). Los resultados obtenidos mostraron que es posible obtener soles con gran estabilidad a lo largo del tiempo de envejecimiento, sin embargo, la adición del Y2O3 al sistema genera un ligero incremento de la viscosidad de los soles afectando en cierto grado su estabilidad. Por otro lado, su adición en los recubrimientos favorece la estabilidad de la fase tetragonal de ZrO2 pero incrementa el grado de amorficidad de la red cristalina. Con respecto a la protección de los recubrimientos sintetizados, estos presentan un excelente desempeño ante el medio oxidante empleado, para las dos temperaturas evaluadas. Adicionalmente, presentan la capacidad de retener parcialmente (a 800°C) las propiedades mecánicas del material base, indicando que pueden actuar como barreras térmicas, comportamiento que se hace más notable con la presencia de itrio en el recubrimiento.
Determinación de las condiciones de producción de carbones activados a partir de residuos de la agroindustria del cacao para su posible uso como electrodo en supercondensadores
(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-12) Martínez Galindo, Aylin Vanesa; Vargas Ceballos, Óscar Andrés; Méndez Camacho, Yelsin Enrique; Córdoba Tuta, Elcy María; Scharifker, Benjamín Rubén
Los residuos de cacao generados durante un proceso de extracción de polifenoles, se pueden reutilizar para generar un mayor valor agregado en un marco de economía circular. Una aplicación prometedora es el desarrollo de carbón activado para su uso en dispositivos de almacenamiento de energía, como electrodos de supercondensadores. La capacidad de almacenamiento de energía del carbón activado está influenciada por varios factores, incluido el tipo de biomasa, el método de activación y el proceso de carbonización. En esta investigación se implementó el método de activación química para la síntesis de carbones activados, utilizando cloruro de zinc (ZnCl₂) como agente activante y residuos de la agroindustria del cacao como materia prima. Las proporciones de agente activante y materia prima utilizada son 1:1, 2:1 y 3:1, respectivamente. La activación térmica se desarrolló a 650 °C y 900 °C, con tiempos de carbonización de 30 y 120 minutos. El lavado del carbón activado se realizó con HCl (1M). Los carbones activados se sometieron a análisis elemental CHNS, caracterización textural por medio de adsorción de nitrógeno y análisis termogravimétrico (ATG) en atmósfera de aire y nitrógeno. Las evaluaciones electroquímicas se realizaron mediante voltamperometría cíclica y carga descarga galvanostática. Los resultados muestran que el material sintetizado a 900 °C/30 minutos con una relación de impregnación de 3:1 tiene una capacitancia específica de 76 F/g y una alta área superficial de 1483 m²/g, con un porcentaje de retención de la capacitancia del 86,8% durante 1000 ciclos de carga y descarga galvanostática a 1 A/g, lo que indica su viabilidad para su uso en electrodos para supercondensadores.
Diseño de catalizadores nanoestructurados a base de Cu y aleaciones CuNi para la eliminación electrocatalítica y fotoelectrocatalítica de aguas contaminadas por nitratos de origen agrícola
(Universidad Industrial de Santander, 2022-09-07) Quintana Rondón, Andrés Fernando; Meléndez Reyes, Ángel Manuel; Sequeda Pico, Ingrid Natalia; Blanco, Sergio Ismael; Palma Goyes, Ricardo Enrique
La contaminación de nitrato en fuentes hídricas es uno de los problemas más preocupantes en el mundo, comprometiendo el objetivo de desarrollo sostenible 6 de agua limpia y saneamiento para todos planteado por la Organización de las Naciones Unidas. Esto hace necesario el desarrollo de alternativas para mitigar este problema. La reducción (foto)electroquímica es atractiva para este propósito, especialmente para pequeñas comunidades o zonas de difícil acceso. El reto para aplicar la (foto)electroquímica es el desarrollo de materiales que tengan una gran área, junto con características físicas y químicas que contribuyan a tener una alta actividad catalítica y (foto)estabilidad. En esta investigación se realizó un diseño de materiales a través de la adición de NaCl en la síntesis de nanoespumas de Cu y CuNi para modificar la morfología dendrítica convencional, además con un recocido se logró obtener materiales fotoactivos. Las nanoespumas de Cu fueron caracterizadas por microscopía electrónica y difracción de rayos X (DRX), mostrando la obtención de estructuras 3D porosas, con morfologías de poliedros y cubos orientados hacia el plano (2 0 0) a medida que aumentan los cloruros en la síntesis. Estas morfologías mejoraron la actividad catalítica y selectividad a N2(g), pero no mostraron una aceptable estabilidad química y mecánica. Con la adición de Ni para obtener aleaciones se mejoró notablemente la estabilidad, además de influir positivamente en la reducción electroquímica hasta un 3.4% Ni. El recocido a las nanoespumas mejoró la generación de los portadores de carga. Los análisis de composición química y DRX revelaron la presencia de CuO, Cu2O y NiO. El NiO fue determinante para evitar la recombinación de los portadores de carga, aumentar la fotocorriente, además de contribuir a mejorar la fotoestabilidad. La nanoespuma recocida con 5.1% Ni mostró la mejor fotoactividad y fotoestabilidad.
Diseño de recubrimientos sol-gel híbridos multicapa base teos-gptms sobre la aleación de magnesio ze41 de potencial aplicación en la fabricación de implantes ortopédicos
(Universidad Industrial de Santander, 2016) Rueda Reyes, Laura Marcela; Coy Echeverría, Ana Emilse; Viejo Abrante, Fernando
En el presente estudio se depositaron recubrimientos híbridos vía sol-gel sobre la aleación de magnesio ZE41 de potencial aplicación como biomaterial en el diseño de implantes ortopédicos de uso temporal. Los soles se sintetizaron a partir de los precursores tetraetoxisilano (TEOS) y glicidiltrimetoxisilano (GPTMS) empleando etanol como solvente y ácido acético diluido catalizador. Se sintetizaron soles barrera (SB) cuya función fue proteger a la aleación frente al proceso de corrosión y soles dopados (SD) empleando nitrato de calcio y nitrato de magnesio, en diferentes concentraciones, con el fin de favorecer la bioactividad del sistema. Los soles fueron depositados en multicapa empleando la técnica dip-coating; de manera que, bajo las mejores condiciones del recubrimiento barrera, se depositaron los recubrimientos dopados. Para la caracterización de los soles se empleó espectroscopía IR y medidas de viscosidad y pH para diferentes tiempos de envejecimiento. Por otra parte, la caracterización de los recubrimientos se realizó por microscopía electrónica de barrido (SEM), ángulo de contacto y espectroscopía infrarroja de reflectancia atenuada (ATR); mientras que, la evaluación de la resistencia a la corrosión se realizó mediante ensayos de polarización anódica potenciodinámica y espectroscopía de impedancia electroquímica en solución SBF a 37± 2 °C. Los resultados del presente trabajo confirmaron que, la concentración de ácido acético juega un papel importante en la síntesis sol-gel, debido a su efecto complejante, lo que permite incrementar la estabilidad de los soles. Sin embargo, fue necesario realizar un pretratamiento a las muestras en HF para evitar su corrosión al contacto con el sol. De esta manera, bajo adecuadas condiciones de síntesis, fue posible obtener recubrimientos multicapa barrera-dopado que incrementaron en más de 2 órdenes de magnitud la resistencia a la corrosión del material base y además favorecieron la precipitación de fosfatos cálcicos en la superficie del recubrimiento tras inmersión en solución SBF.
Diseño de un procedimiento de fabricación del revestimiento refractario para adaptar el método de gemas pre-engastadas a las esmeraldas Colombianas
(Universidad Industrial de Santander, 2016) Londoño Montes, Carlina Margarita Sofia; Cordoba Tuta, Elcy Maria; Alonso Baquero, Arnaldo
Se diseñaron mezclas refractarias para la fabricación de revestimientos de microfundición de joyería para la implementación del método de pre-engaste de esmeraldas, estableciendo como límite para la temperatura de tratamiento térmico 325°C, temperatura a la que la gema pierde sus propiedades valiosas. Se partió de la caracterización elemental (fluorescencia de rayos X) y de fases (difracción de rayos X),y por análisis térmico integral (TG-DSC-DT) del revestimiento comercial Diamante Kerr ®, el cual es fabricado con un tratamiento térmico que llega a 600°C. Posteriormente, se realizó la evaluación de su comportamiento termomecánico(resistencia a la compresión, resistencia al choque térmico, conductividad térmica), para establecer las condiciones de óptimo desempeño de un revestimiento para microfundición, en relación al ciclo de tratamiento térmico que permite obtener estas propiedades, por acción de los procesos de deshidratación, descomposición térmica y transformaciones polimórficas que ocurren durante el calentamiento. Al encontrar que el revestimiento comercial se componía de una mezcla refractario/yeso/agua y, basados en la caracterización elemental, cristalina y térmica del yeso y los refractarios magnesita sin calcinar, magnesita calcinada, chamota, mullita, sílice natural y sílice calcinada, se evaluaron diversas proporciones refractario/yeso y agua/polvo, que permitieron seleccionar las mezclas con las propiedades aptas para la fabricación de revestimientos para microfundición. Igualmente, se llevó a cabo una simulación con el software Solid Cast ® que permitió establecer la influencia de la mezcla de revestimiento sobre el llenado del molde y los perfiles de temperatura desarrollados por la aleación una vez ha sido colada. Finalmente, la implementación en un proceso de microfundición con pre-engaste de esmeraldas de las mezclas pre-seleccionadas, permitió establecer que la mezcla mullita/yeso 75/25 con 50 mililitros de agua es la más viable técnicamente para el desarrollo del método con pre-engaste de esmeraldas. 1

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