Cs. de los Materiales

Fecha: 01/01/2022

Resumen:El proceso de estimulación hidráulica es una herramienta eficaz en la producción de petróleo y gas. Consiste en inyectar, a través del pozo, un fluido de fractura a alta presión, con el objetivo de generar canales de elevada permeabilidad, por donde puedan fluir los hidrocarburos. Este fluido tiene una composición aproximada de un 95% de agua, 4,5% de material granular y 0,5% de aditivos (proporciones en peso). El material granular (denominado agente de sostén, AS) utilizado en el fluido consiste en arenas naturales, arenas resinadas o materiales cerámicos y su función es mantener abiertas las fracturas generadas por la estimulación, favoreciendo el drenaje de los hidrocarburos. Una problemática de la estimulación hidráulica es que se desconoce con exactitud la ubicación y la geometría de las fracturas producidas luego de la operación. Este tipo de información es de gran importancia para evaluar la eficiencia del tratamiento y optimizar la extracción de los hidrocarburos. La utilización de un agente de sostén trazable permitiría estimar la extensión vertical efectiva mínima de la zona estimulada en un pozo vertical y aportar nuevos datos para evaluar el comportamiento y la eficiencia del tratamiento. El presente trabajo consiste en desarrollar una o varias formulaciones para la fabricación de AS que contengan materiales trazables no radioactivos, los cuales deben incorporarse a través de un material sustrato. Los AS trazables se desarrollaron en las instalaciones de Y-TEC y están compuestos por un material sustrato recubierto de un coating de resina en el cual se impregnó el material trazable. Los sustratos evaluados constan de arenas naturales o AS cerámicos comerciales, las resinas del recubrimiento son del tipo novolaca y el material trazable utilizado fue el óxido de gadolinio (Gd2O3). Mediante modelado computacional con del código MCNP (Monte Carlo N-Particle) se describió la geometría del sistema y los materiales involucrados para determinar la concentración mínima del material trazable en el proppant. Luego se evaluaron varias formulaciones de los AS, comenzando por el desarrollo a escala de laboratorio (batch de 2.5 kg) seguido de la escala en planta piloto (batch de 18 kg). Una vez ajustada la formula final del AS se realizó un escalado industrial (batch de 300kg). Finalmente, el AS desarrollado fue producido a gran escala y medido con éxito en un pozo de prueba piloto de tight gas de YPF S.A. Los resultados obtenidos a partir del análisis de los perfiles de gadolinio pre y post estimulación, medidos con una herramienta de neutrones pulsados, aportaron nueva información para la evaluación y el diseño de los procesos de estimulación hidráulica en el yacimiento.

Fecha: 01/01/2022

Resumen:Los cerámicos con estructura porosa han demostrado tener ciertas ventajas frente a los materiales metálicos y poliméricos en cuanto a la resistencia a altas temperaturas y ambientes corrosivos. Por ello, se han dedicado esfuerzos de investigación para adaptar deliberadamente los parámetros porosimétricos, obteniéndose funciones y propiedades mejoradas o únicas de la cerámica porosa. Estos materiales son prometedores para una serie de aplicaciones funcionales y estructurales que incluyen desde filtración, absorción y catálisis hasta componentes estructurales ligeros y aislantes térmicos, entre otros. El presente plan se centrará en el desarrollo y caracterización de materiales para aplicaciones de filtración y aislación térmica. Los filtros y membranas cerámicos se encuentran en auge para distintas tecnologías de filtración. La inercia química y el fácil mantenimiento de estos filtros, además de su costo, los vuelve óptimos y de amplia aplicación. Por otra parte, la utilización de aislaciones térmicas mejoradas deriva en el ahorro energético, con beneficios tanto económicos como ambientales. La creación de soluciones para entornos de temperaturas extremas es requerida en diversas aplicaciones industriales, aeroespaciales y de refrigeración, además de aplicaciones masivas como la construcción civil. La combinación de una adecuada aislación térmica con un apropiado comportamiento mecánico es de elevado interés para la optimización de la fabricación de componentes cerámicos estructurales livianos y aislantes. Se propone tomar ventaja de la morfología de aguja o whisker de algunas de las fases cerámicas típicas como la mullita (único sílicoaluminato estable del sistema Al2O3-SiO2), y desarrollar una familia de materiales con microestructura acicular inter-trabada y porosa. El borato de aluminio también presenta dicha morfología, así como los materiales del sistema Al2O3-SiO2-B2O3. Se explorará además la adición de otros terceros óxidos (MOx) (M: zirconio, litio, ytrio, otros). Se plantea partir de materias primas de calidad y disponibilidad industrial, lo cual asegura la representatividad y escalabilidad de los desarrollos, y también utilizar distintos aditivos y formadores de poros. Las agujas, generalmente monocristalinas y libres de tensiones y defectos, presentan mejores propiedades que los granos policristalinos. Este hecho es el que sustenta la hipótesis del presente plan, que se propone desarrollar nuevos materiales con mejores comportamientos mecánicos y óptima relación comportamiento mecánico-porosidad-densidad, teniendo en cuenta la permeabilidad y capacidad filtrante del material. Las propiedades mecánicas estarán fuertemente ligadas a la porosidad tanto en su fracción volumétrica como su forma, diámetro y distribución, es decir todos sus parámetros porosimétricos. A los que habrá que sumar los parámetros microestructurales propios de las agujas (espesor, sección, relación de aspecto, etc.).

Fecha: 01/01/2022

Resumen:Debido a la creciente preocupación a nivel mundial sobre la presencia de contaminantes emergentes en el ambiente y sobre todo al aumento de sus concentraciones en los cuerpos de agua de todo el mundo, el plan de investigación tiene como principal objetivo contribuir con el desarrollo de sistemas de tratamiento de aguas contaminadas con contaminantes emergentes mediante el desarrollo de materiales adsorbentes basados en residuos orgánicos (yerba mate y bagazo de cerveza) y compuestos de hierro, ambos reconocidos por sus capacidades de adsorber contaminantes.Para la obtención de los carbones a partir de los residuos orgánicos mencionados se utilizará la pirólisis y se variarán los principales parámetros que controlan las propiedades del producto final alcanzado: temperatura, tiempo y rampa de temperatura. Posteriormente se llevarán a cabo procesos de activación química (ácida y básica) con el fin de favorecer el desarrollo de sus áreas superficiales.Cada uno de los materiales carbonosos será modificado con distintos procedimientos que generarán el crecimiento de óxidos de hierro como magnetita, maghemita y/o goethita.Los materiales obtenidos serán caracterizados con diversas técnicas, incluyendo SEM – EDS, isotermas de adsorción de N2, difracción de rayos X (DRX), potencial Zeta (PZ), espectroscopia Mössbauer y magnetómetro de muestra vibrante (VSM).Los materiales obtenidos serán evaluados para la adsorción de contaminantes emergentes del tipo farmacológicos, como paracetamol, norfloxacina y atenolol. Los ensayos se realizarán en condiciones batch, variando la concentración inicial de los contaminantes, el tiempo de contacto, la relación sólido/líquido y el pH. Luego, las fases sólida (FS) y líquida (FL) serán separadas mediante el uso de un imán de neodimio. La FS será secada y almacenada para su posterior estudio, mientras que en la FL será determinada la concentración remanente del contaminante. La capacidad de adsorción de los materiales será evaluada mediante la diferencia entre las concentraciones inicial y final del contaminante. Con los resultados se obtendrán las cinéticas y las isotermas de adsorción, las cuales serán modeladas, para obtener información de los procesos de adsorción involucrados. Las FS post adsorción serán caracterizadas por DRX, PZ, espectroscopia Mössbauer y VSM, con el fin de evaluar cambios en la estructura, carga y propiedades magnéticas. Estas caracterizaciones permitirán estudiar, en conjunto con los modelos, los mecanismos de interacción entre los contaminantes y los compositos. Los compositos que resulten con capacidades de adsorción adecuadas serán evaluados para su reutilización y regeneración. Se llevarán a cabo ciclos sucesivos de adsorción y estudios de desorción en medio ácido. Estos materiales también serán probados en sistema de columnas (buretas). En esta instancia, se propone la incorporación de montmorillonita en forma de mezcla, un reconocido adsorbente de contaminantes catiónicos.

Fecha: 01/01/2022

Resumen:Estudio y desarrollo de agregados cerámicos livianos (ACL) para uso civil y tecnológico con criterios sustentables. En los últimos años existe un creciente interés en comprender los agregados cerámicos livianos (ACL), debido a que es un material versátil que se utiliza en numerosas aplicaciones y porque puede fabricarse a partir de materiales tradicionales y/o residuos de otros procesos industriales. ACL o LECA (inglés) térmico acrónico de agregados de arcilla liviana expandida. Estos agregados se producen en muchos países (más de veinte), con varios nombres de productos. En Argentina existe una fábrica en San Martín que produce ACL bajo el nombre de Superlec arcilla expandida para la construcción. Se produce ACL a partir de arcillas plásticas, la arcilla se seca, se calienta y se quema en hornos rotatorios a temperaturas de 1100-1300 °C. Durante el calentamiento, el gas se libera dentro de los pellets y queda atrapado dentro de estos durante el enfriamiento, mientras los compuestos orgánicos se quemaron obligando a los gránulos a expandirse, produciendo gránulos de cerámica con poros, ligeros, con alta resistencia al aplastamiento. Dentro de las aplicaciones se pueden mencionar, en el campo de la construcción para la producción de bloques ligeros, hormigón, prefabricados, y relleno estructural contra cimentaciones. En el campo de tratamiento de agua, se puede utilizar embebido para la eliminación de fluoranteno, fenantreno y pireno del agua. También se puede utilizar en horticultura para eliminar contaminantes de las aguas residuales agrícolas. El objetivo del presente plan de investigación se centra en establecer estrategias de diseño y fabricación de agregados livianos cerámicos (ACL) basados en arcillas de la provincia de Buenos Aires con criterios sustentables, estudiando la química y la física durante la fabricación, uso y deterioro de los ACL y así establecer estrategias de selección de materias primas tradicionales y no tradicionales, y proponer la ingeniería conceptual para la fabricación de ACL desarrollados. Avances hasta el momento. Se realizó un estudio retro-ingenieril. Se caracterizó un ACL nacional y un ACL importado. Se determinó la morfología, la microestructura, la textura, comportamiento mecánico, se identificaron las fases mineralógicas y se estudió el comportamiento térmico. Se caracterizaron y seleccionaron las materias primas tradicionales a emplear.#13; Trabajos futuros. Se realizarán distintas formulaciones, y se harán probetas prismáticas que se someterán a distintas temperaturas y se caracterizarán como los ACL nacional e importado. Con la formulación que presente mejores resultados tecnológicos se extrudarán los ACL.

Fecha: 01/01/2022

Resumen:Actualmente, Argentina es el cuarto productor mundial de Li, luego de Australia, Chile y China. Sin embargo, la diferencia de precios entre la materia prima que se exporta y la batería que se fabrica en países extranjeros es abismal: una tonelada de Li2CO3 cuesta cerca de 6.000 U$D, mientras que una sola batería de auto cuesta más de 10.000 U$D. En este contexto, es fundamental generar conocimiento nacional vinculado a la cadena de valor agregado de este elemento y desarrollar estrategias escalables de diseño y procesamiento de materiales que lo contengan. Las baterías de ion-Li (BIL) son los sistemas de almacenamiento energético más utilizados. No obstante, las actuales BILs son propensas a explosiones e incendios en virtud de su contenido de líquidos orgánicos. En consecuencia, se proyecta que en un futuro cercano las baterías de Li de estado sólido (BLES) reemplazarán a las BILs convencionales y representarán una alternativa más segura y con mayor densidad energética. En este marco, el zirconato de Li (Li2ZrO3 ó LZO) es un potencial electrolito sólido para BLES debido a su gran conductividad iónica, estabilidad mecánica y estabilidad electroquímica. Este plan de trabajo incluyó una primera etapa de síntesis de LZO, mediante la reacción en estado sólido entre Li2CO3 y m-ZrO2. Como resultado, se obtuvo LZO puro y cristalino a partir del precursor tratado térmicamente en dos etapas: 800 °C/3h + 1000 °C/3h. Posteriormente, se continuó con la optimización del procesamiento coloidal del LZO para conformar piezas por slip casting. Se prepararon suspensiones acuosas de LZO, empleando un molino planetario de alta energía, y se conformaron discos a partir del colado de las suspensiones en moldes de yeso. Se obtuvieron piezas con máxima densidad en verde (63-67%) mediante el colado de mezclas compuestas por 63,1% p/p de LZO y 6,3% p/p de Dolapix CE64 (dispersante), y sometidas a 30 min de molienda. Esta optimización se logró mediante el análisis de la evolución de la viscosidad y del tamaño de partícula de las suspensiones con el tiempo de molienda, para diversas composiciones. Los resultados obtenidos representan un primer paso hacia la optimización del colado de cintas delgadas y flexibles por tape casting, lo cual se efectuará próximamente.En una tercera etapa, se estudió el proceso de sinterización de piezas de LZO, siguiendo detalladamente los procesos químicos involucrados a través de las técnicas de dilatometría, microscopía SEM, DRX y densidad (método de Arquímedes). Así, fue posible obtener materiales densos (93-95%) y de gran pureza aplicando un tratamiento térmico de 1200 °C/15 h a las piezas conformadas. Por último, se pretende caracterizar las propiedades eléctricas y mecánicas de los materiales obtenidos. Se correlacionará la influencia de las variables de las etapas previamente mencionadas sobre la microestructura y el comportamiento mecánico y electroquímico de las cintas, para su posible aplicación en BLES.

Fecha: 01/01/2022

Resumen:Nanoestructuras conformadas de semiconductores inorgánicos han comenzado a ser utilizadas en dispositivos fotovoltaicos emergentes ya que proveen oportunidades novedosas para el transporte de cargas en la nanoescala. Los semiconductores II-VI han llamado la atención en los últimos años no solo por su utilización como componente de una celda fotovoltaica, sino también debido a otras aplicaciones industriales como dispositivos luminiscentes y de alta frecuencia, circuitos integrados en optoelectrónica, filtros, detectores infrarrojos, visibles, de rayos X o gama. A su vez, producen un mínimo impacto ambiental por su no toxicidad y abundancia natural. Diversos dispositivos que utilizan semiconductores II-VI (como el ZnO) han mejorado su rendimiento al combinarse con una variedad de materiales activos. Adicionalmente, con el dopaje adecuado, han demostrado ser muy prometedores como fotocalizadores de alta estabilidad, eficientes y accesibles económicamente.El objetivo general del plan de trabajo es crecer diferentes nanoestructuras de semiconductores de los grupos II-VI mediante electrodeposición química (ED), variando la solución y otros parámetros con el objetivo de analizar la nanoestructura más apropiada para aplicaciones fotovoltaicas. La ED, como método de producción de películas delgadas, además de su sencillez y bajo costo, ofrece ventajas adicionales ya que el depósito puede realizarse sobre una gran área a baja temperatura y sin el requerimiento de un sistema de vacío. Se pueden utilizar soluciones acuosas y no acuosas y agregar agentes dopantes.La combinación de los semiconductores con grafeno, o derivados de éste como los GQDs, podrá emplearse en el diseño inteligente de heteroestructuras que permitan una sinergia entre los nanomateriales involucrados. Con estas combinaciones se pretende mejorar la eficiencia de las celdas solares a partir de la ampliación del rango de absorción solar y la transferencia de carga usando nanomateriales transparentes de espesor atómico como el grafeno y los GQDs.El tamaño, la estructura y la geometría tienen una injerencia directa en la eficiencia de las celdas solares y son variables que pueden modificarse experimentalmente a través de la electroquímica (temperatura de la solución, pH, etc.) y que a su vez tienen control sobre la nucleación y crecimiento de dichas nanoestructuras. Dado que las nanoestructuras ofrecen una alta relación superficie/volumen, pretendemos generar modificaciones de la superficie de las nanopartículas a fin de mejorar sus propiedades fotovoltaicas.Adicionalmente, como otra aplicación tecnológica se estudiará la posibilidad de degradación de compuestos como el azul de metileno utilizando semiconductores II-VI sintetizados a través de electrodeposición como material fotocatalítico. Se trabajará además con modelos matemáticos para poder comparar las experiencias de laboratorio con aquellas emuladas computacionalmente.

Fecha: 01/01/2022

Resumen:La vitamina D (vitD) y el risedronato de sodio (Ris) son principios activos ampliamente utilizados en el tratamiento de poblaciones con alteraciones del metabolismo mineral y óseo. La biodisponibilidad de ambas drogas es muy baja cuando son administradas por vía oral, por lo que se requiere emplear dosis altas de ambos principios activos para lograr el perfil terapéutico adecuado, condicionando así la aparición de efectos gastrointestinales no deseados. En los últimos años, el desarrollo de nuevos sistemas de liberación de drogas se ha focalizado en sistemas transportadores que encapsulen y protejan un principio activo, donde se destacan los sistemas basados en “nanocarriers” con el fin aumentar la efectividad y reducir los posibles efectos tóxicos de los tratamientos. Dentro de estos, los polimerosomas (POL), unas partículas con estructuras vesiculares obtenidas a partir de polímeros anfifílicos, han cobrado gran atención dado su potencial como plataforma para el transporte tanto de moléculas hidrofóbicas (en la corona) como hidrofílicas (en el núcleo). El desarrollo de POL a partir de polímeros anfifílicos permitirían encapsular la vitD y/o Ris para constituir un sistema de liberación controlada de estos principios activos con el fin de mejorar la eficacia del tratamiento para alcanzar los objetivos terapéuticos en diversos casos o situaciones de deficiencia de los mismos. Por lo expuesto, el objetivo general de este trabajo es desarrollar un nuevo sistema de liberación de vitD y/o Ris basado en POL obtenidos mediante el autoensamble de copolímeros anfifílicos tribloque. Los copolímeros serán sintetizados por polimerización radical controlada RAFT de monómeros hidrofóbicos a partir de agentes de transferencias de cadena (CTA) basados en PEG6000 como bloque hidrofílico, y luego debidamente caracterizados. Aquellos que reúnan las condiciones estructurales adecuadas, serán utilizados para preparar POL (en ausencia y presencia de vitD y/o Ris) por cambio de solvente, estudiando sus características morfológicas, eficiencia de carga y liberación del principio activo. Por último, se estudiará la citotoxicidad de estos nanotransportadores sobre macrófagos en cultivo, y su citotoxicidad y captación empleando células epiteliales intestinales.

Fecha: 01/01/2022

Resumen:El presente trabajo plantea una posible solución para transportar agentes de sostén (arenas) a mayores distancias, colocarlo en forma más uniforme a lo alto y largo de la fractura (en comparación con la deposición tipo duna) y usar una única granulometría que maximice la conductividad. Para cumplir con ello, se buscó sintetizar hidrogeles poliméricos sensibles a estímulos como pH, temperatura y fuerza iónica. Dentro de los polímeros con características de este estilo se encuentran las acrilamidas como N-isopropilacrilamida (NIPA) y N-isopropilmetacrilamida (NIPMA) que, combinadas con un polímero de sostén como los poiuretanos, permiten obtener hidrogeles responsivos y estables en solución.Se sintetizaron híbridos de poliuretano con estas acrilamidas para la obtención de hidrogeles pH y termo-responsivos. Para la caracterización de los sistemas obtenidos se realizaron espectros infrarrojos de todas las muestras mediante el uso de un espectrofotómetro infrarrojo (FTIR) en conjunto con un accesorio de Reflexión Total Atenuada (ATR) donde se vieron cambios en las bandas de los espectros híbridos PU/acrílico indicando entonces que hay presentes interacciones entre las cadenas poliméricas del NIPA, NIPMA y PU. Mediante Dispersión de Luz Dinámica (DLS) se midió la variación en el tamaño de partícula de los híbridos frente a varios factores como pH, temperatura y fuerza iónica. Adicionalmente, se estudió la estabilidad de las dispersiones mediante potencial zeta corroborando así la transiciones hidrofílicas-hidrofóbicas de las acrilamidas utilizadas. Por medio del hinchamiento en agua (swelling) se observó un comportamiento de hinchamiento-deshinchamiento (overshooting effect) atribuido a procesos de relajación de las cadenas poliméricas que desaparece si se somete a una segunda hidratación. Para evaluar el comportamiento térmico de las dispersiones se realizaron ensayos de Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) y Análisis Termo Gravimétrico (TGA). Con respecto a la arena, se realizaron ensayos como pérdida por ignición (LOI)y distribución granulométrica. Para finalizar, con el objeto de evaluar la mejora en el transporte y colocación de agente de sostén cuando se utilizó un mecanismo de “auto suspensión” (un hidrogel que recubre a cada partícula) se ha implementado simulaciones mediante modelado por CFD-DEM usando el software CFDEM. De allí se observó que las partículas hinchadas (arena + polímero) son transportadas más profundo en la fractura y generando una duna más grande que las partículas del sistema de referencia (arena sola). Por lo que esto podría coadyuvar a la conductividad de la fractura.A pesar de la pandemia, se pudo avanzar en la presentación de estos avances en el Simposio Argentino de Polímeros y en el Congreso de Investigaciones y Desarrollos en Tecnología y Ciencia. Actualmente se están elaborando trabajos científicos para su publicación en revistas científicas de interés.