Simulación mediante dinámica molecular de la interacción entre nanomateriales y el principal componente de hidratación del cemento para el mejoramiento de propiedades mecánicas

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dc.contributor.advisorGonzález Silva, Germán
dc.contributor.advisorZapata Orduz, Luis Eduardo
dc.contributor.advisorRamírez Caballero, Gustavo Emilio
dc.contributor.authorMuñoz Arias, Tatiana Milena
dc.contributor.evaluatorMejía Ospino, Enrique
dc.contributor.evaluatorBetancur Márquez, Stefanía
dc.date.accessioned2024-05-15T13:40:00Z
dc.date.available2024-05-15T13:40:00Z
dc.date.created2024-04-26
dc.date.issued2024-04-26
dc.description.abstractLa cementación es una operación crítica en la industria petrolera. Diferentes factores pueden afectar el desempeño mecánico del pozo dadas las condiciones severas de presión, temperatura y exposición en ambientes hostiles a las que se somete el cemento dentro pozo. Sin embargo, para comprender el desempeño mecánico del material a escala macro, se necesita comprender también su comportamiento molecular. El objetivo de este trabajo es evaluar la efectividad de nanopartículas como refuerzo dentro de una estructura de silicato de calcio hidratado o gel C-S-H, principal producto de hidratación del cemento Portland mediante la técnica de dinámica molecular, lo cual permitiría la predicción de propiedades mecánicas, además de una evaluación cuantitativa de los cambios en las principales propiedades elásticas del sistema como módulo de Young, Shear, Bulk, y coeficiente de Poisson de un modelo base con respecto a un modelo influenciado por los sistemas nanoestructurados propuestos en este estudio. La metodología de esta investigación se basa en la construcción y validación del modelo base con tres diferentes tipos de relaciones calcio/ silicio 1.6, 1.7 y 1.8 típicas de un cemento Portland, además de la variación en la relación de agua/silicio de 1.2, 1.4, 1.6, 1.8 y 2.0. Considerando los resultados obtenidos con el gel C-S-H y al incluir la lámina óxido de grafeno, las propiedades elásticas se modificaron de la siguiente manera: La adición de las láminas al gel generó un aumento considerable en todas sus propiedades, el mayor aumento se presentó en el módulo de Voight Bulk con un 40.80% de mayor resistencia, por otra parte, el aumento de menor magnitud se dió en el módulo de Voight Shear con un incremento del 18.26%. La adición del silicio al gel C-S-H también condujo a una mejora de sus propiedades mecánicas, en este caso el mayor incremento se produjo en el módulo de Bulk Reuss correspondiente a un 19,99%. Por otro lado, el menor aumento en el módulo de Shear Reuss con un 0,49%.
dc.description.abstractenglishCementation is a critical operation in the oil industry. Various factors can affect the mechanical performance of the well due to the severe conditions of pressure, temperature, and exposure to hostile environments to which the cement is subjected within the well. However, to understand the material's mechanical performance on a macro scale, its molecular behavior also needs to be understood. The objective of this work is to evaluate the effectiveness of nanoparticles as reinforcement within a structure of calcium silicate hydrate or C-S-H gel, the main hydration product of Portland cement, using molecular dynamics techniques, which would allow the prediction of mechanical properties, as well as a quantitative evaluation of changes in the main elastic properties of the system such as young's modulus, shear modulus, bulk modulus, and Poisson's ratio of a base model with respect to a model influenced by the nanostructured systems proposed in this study. The methodology of this research is based on the construction and validation of the base model with three different calcium/silicon ratios 1.6, 1.7, and 1.8 typical of Portland cement, in addition to the variation in the water/silicon ratio of 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, and 2.0. Considering the results obtained with the C-S-H gel and the inclusion of graphene oxide layers, the elastic properties were modified as follows: The addition of the layers to the gel generated a considerable increase in all its properties, with the greatest increase occurring in the voight bulk modulus with a 40.80% increase in strength, while the smallest increase occurred in the voight shear modulus with an 18.26% increase. The addition of silicon to the C-S-H gel also led to an improvement in its mechanical properties, in this case, the greatest increase occurred in the reuss bulk modulus corresponding to a 19.99% increase. On the other hand, the smallest increase in the reuss shear modulus was 0.49%.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000159309#
dc.description.degreelevelMaestría
dc.description.degreenameMagíster en Ingeniería de Hidrocarburos
dc.description.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-3117-9686
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/42371
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programMaestría en Ingeniería de Hidrocarburos
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería de Petróleos
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectGel C-S-H
dc.subjectNanomateriales
dc.subjectPropiedades mecánicas
dc.subjectDinámica molecular
dc.subject.keywordC-S-H Gel
dc.subject.keywordNanomaterials
dc.subject.keywordMechanical Properties
dc.subject.keywordMolecular Dynamics
dc.titleSimulación mediante dinámica molecular de la interacción entre nanomateriales y el principal componente de hidratación del cemento para el mejoramiento de propiedades mecánicas
dc.title.englishMolecular Dynamics Simulation of the Interaction between Nanomaterials and the Main Hydration Component of Cement for Enhancing Mechanical Properties.
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría
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