EP Ingeniería Química

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Biosíntesis y caracterización de nanopartículas de óxido de zinc a partir de gentianella tristicha para un potencial uso como nano fertilizante
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2024) Jacinto Rodriguez, Fatimah Nery; Carranza Oropeza, María Verónica; González Fernández, José Vulfrano
Las nanopartículas de óxido de zinc tienen diversos usos en diferentes campos del conocimiento. Sin embargo, uno de los principales problemas de este nanomaterial es la forma de sintetizarlo, pues muchos métodos tienen un alto impacto en el medio ambiente. Es por ello que se buscan alternativas de síntesis con menos impacto en los ecosistemas y sean sostenibles a largo plazo. En ese contexto, el objetivo de este estudio es sintetizar de manera óptima partículas de óxido de zinc a escala nanométrica a partir de Gentianella tristicha, una planta nativa del Perú, determinar sus propiedades fisicoquímicas y evaluar su potencial su aplicación como nanofertilizante para cultivos de Zea mays. Para ello, se utiliza la denominada síntesis verde, en donde se emplea el extracto de la planta y se hace reaccionar con una sal precursora, nitrato de zinc hexahidratado; luego se somete a una calcinación y se obtiene el polvo gris blanquecino característico de las nanopartículas. Para optimizar esta síntesis que permita obtener óxido de zinc (ZnO) con características adecuadas para su uso como nanofertilizante se estudiaron 2 parámetros de la síntesis a través de un diseño factorial de 3k (k=2) con tres repeticiones: concentración inicial de la sal precursora que vario entre 0.04, 0.06 y 0.08 g de Zn(NO3)2. 6H2O por cada mL de extracto de Gentianella tristicha y la temperatura de calcinación que vario entre 400 °C, 500 °C y 600 °C. Las partículas resultantes fueron analizadas en sus propiedades físicoquímicas de pico de absorbancia, diámetro hidrodinámico, estabilidad coloidal, tamaño de partícula y composición elemental a través de la espectrofotometría UV-Vis, dispersión de luz dinámica (DLS), análisis de potencial Z, difractometría de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de energía dispersiva (EDS), respectivamente. Finalmente, Los resultados obtenidos indicaron que los parámetros adecuados para la síntesis de nanopartículas de ZnO fueron de 0.08 g de Zn(NO3)2. 6H2O por cada mL de extracto de Gentianella tristicha y 600°C de temperatura de calcinación para obtener 4032.9 mg de nanopartículas de ZnO con una longitud de onda máxima de 381 nm, diámetro hidrodinámico 50.2 nm, potencial Z con un valor de -34.7 mV, tamaño de cristalito de 28.4 nm, un difractograma acorde con el ZnO, forma esférica, un porcentaje atómico de 38.8% de O y 61.2% de Zn y un porcentaje en peso de 13.4% de O y 86.6% de Zn, además se estimó de forma preliminar que para fertilizar 1 Ha de cultivo de Zea mays se necesita una cantidad de 16.5 g de NPs de ZnO con un costo de S/80.00.
Implementación de un procedimiento estándar de limpieza química a un intercambiador de calor de placas de alta eficiencia tipo Packinox para la mejora de su rendimiento en la unidad de reformado catalítico de gasolina de una refinería del Perú
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2025) Huaman Malpartida, Sebastian Arturo; Carranza Oropeza, María Verónica
El principal objetivo de este proyecto fue implementar un procedimiento estándar de limpieza química en un intercambiador de placas de alta eficiencia tipo Packinox, con el fin de mejorar su rendimiento en la unidad de reformado catalítico de gasolina de una refinería en Perú, como la alternativa más viable para optimizar el rendimiento del equipo, dado que hasta el momento de su implementación no se había reportado en la literatura este tipo de procedimientos en intercambiadores de calor de placas tipo Packinox operando a condiciones reales. Para ello, se diseñó un procedimiento que consta de tres etapas. En primera instancia, se aplicaron técnicas analíticas como la microscopía electrónica de barrido (Scanning Electronic Microspcopy, SEM) y la espectroscopia de rayos X dispersiva en energía (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS) a una muestra de impurezas obtenida aguas abajo del intercambiador, con la finalidad de identificar los tipos de impureza presentes. Los resultados revelaron que los componentes principales de dichas impurezas eran hierro (Fe) y cloro (Cl), en concentraciones de 26.5 wt% y 13.9 wt%, respectivamente. Con base en estos resultados, se llevó a cabo un análisis de causa raíz (Root Cause Analysis, RCA) para determinar el origen de las impurezas. Se identificó la presencia de depósitos de sales resultantes de la interacción de nitrógeno (N2) e hidrogeno (H₂) en un ambiente húmedo a altas temperaturas, lo cual favoreció la formación y cristalización de sales de amonio al enfriarse en el lado efluente del intercambiador, generando problemas de corrosión en el equipo. En la segunda etapa, se procedió a realizar un paro de planta, seguido de la instalación de las conexiones necesarias para el circuito de lavado. Posteriormente se seleccionó la solución de Na₂CO₃ con agua desmineralizada como la opción más adecuada para realizar la limpieza química. Durante el primer lavado, se registraron 2897.4 ppm y 449 ppm de Cl⁻ en el lado efluente y carcasa más carga combinada respectivamente, y al finalizar el procedimiento, estas concentraciones disminuyeron a 31.7 ppm y 33 ppm de Cl⁻. Finalmente, tras la limpieza del equipo, se puso en marcha la unidad de reformado catalítico de gasolina, y se calculó la temperatura de aproximación caliente (hot approach temperature, HAT) del intercambiador de calor de placas tipo Packinox, registrando una mejora de 37.2 °C a 29.3 °C, lo que representó un incremento del 34% en el rendimiento del equipo. Además, se calculó el consumo energético de los hornos de la unidad, registrándose una disminución en el consumo de gas combustible (fuel gas) de 524.77 Nm³/h a 414.11 Nm³/h, equivalente a una disminución del 21.08%.
Modelación y simulación del estado de hinchamiento en equilibrio de hidrogeles esféricos neutros termosensibles a cambios escalonados de temperatura en COMSOL Multiphysics 5.6
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2024) Flores Valenzuela, Luis Enrique; Carranza Oropeza, María Verónica; González Fernández, José Vulfrano
Los modelos descritos en la literatura sobre el estado de hinchamiento en equilibrio de los hidrogeles se basan en fenómenos difusionales o empíricos que evaden y desvinculan ciertos parámetros relevantes como: la interacción entre la fase polimérica y la del solvente, parámetros de red del polímero (tensores, deformaciones, contracciones), parámetros físicos de la fase fluida, entre otros; mostrando resultados que se desvían notablemente de los datos experimentales. En ese contexto, se utilizó un modelo matemático que predice, en mejor medida, el comportamiento en equilibrio de los hidrogeles termosensibles, basado en 3 leyes de la naturaleza: ley de conservación de materia, conservación de energía y cantidad de movimiento. Adicionalmente, el estudio utilizó diferentes áreas del conocimiento como: mecánica de materiales, flujo de fluidos en materiales porosos y fenómenos de transporte. Finalmente, se realizaron simulaciones sobre hinchamiento de los hidrogeles termosensibles seleccionados considerando el modelo estudiado en el Software de COMSOL Multiphysics 5.6 cuya diversidad de herramientas y aplicaciones permitió comprender y visualizar los resultados de manera más clara y concreta. El estudio comprendió 6 etapas: 1) Análisis del modelo matemático, 2) Selección de hidrogeles termosensible con sus parámetros físicos y geométricos que seas esféricos, neutros y termosensibles, 3) Aplicación del modelo planteado para la obtención de datos de hinchamiento en equilibrio, 4) Simulación en 1D y 3D de la dependencia de la temperatura en el equilibrio de hinchamiento en COMSOL Multiphysics 5.6, 5) Comparación de los resultados simulados respecto a los datos experimentales mediante análisis ANOVA y prueba de Tukey, y 6) Análisis y conclusiones de los resultados obtenidos.
Preparación de un scaffold biomédico a partir de ácido poli-DL-láctico (PDLLA) obtenido mediante polimerización por apertura de anillo (ROP) de DL lactida
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2025) Bazan Panana, Geraldine Denise; Carranza Oropeza, María Verónica
En la investigación se sintetizó ácido poli-DL-láctico por el método ROP (polimerización por apertura de anillo), y a partir del polímero obtenido se preparó un scaffold biomédico con propiedades útiles para su empleo en la ingeniería de tejidos. Se usó un rotavapor acoplado a una bomba de vacío bajo condiciones de atmósfera inerte con agitación constante a 100 rpm. Para optimizar los parámetros de síntesis del PDLLA se propuso un diseño de experimento factorial, los cuales fueron tiempo de oligomerización, tiempo de reacción ROP y concentración de catalizador, que a su vez contaron con dos niveles para cada variable. Los polímeros fueron caracterizados mediante FTIR, viscosimetría, DSC y TGA. El scaffold se obtuvo empleando una extrusora y una impresora 3D, y se evaluó su morfología, porosidad, propiedades mecánicas y ángulo de contacto. Los resultados demostraron que se obtiene PDLLA de alta masa molecular al emplear un tiempo de oligomerización de 6 horas, un tiempo ROP de 4 horas y una concentración de catalizador del 1%. Se evidenció que, con un tiempo de oligomerización de 4 horas no se lograban formar las cadenas poliméricas. En la caracterización por FTIR, todas las muestras obtenidas presentaron picos propios del PLA. Por otro lado, en el análisis de la masa molecular viscosimétrica, la muestra PLA-7 resultó ser el de mayor masa molecular, mientras que la muestra PLA-6, el de menor. El PLA-7 demostró tener los valores más altos en cuanto a propiedades térmicas, lo cual se relaciona con su alta masa molecular, además mediante análisis TGA se confirmó su estabilidad térmica a temperaturas menores a 40 °C, ya que su aplicación está pensada para ese rango de temperatura. El scaffold fabricado presentó una porosidad de 71.6%, un ángulo de contacto de 85.967°, con variaciones en su microestructura, y una de las tres muestras impresas presentó una resistencia a la compresión de 4.24 MPa y un módulo de elasticidad de 51.7 MPa, que son valores dentro del rango del hueso esponjoso humano.
Revestimiento de superficies scaffolds “espumas de Mg” con soluciones de colágeno para evaluar la velocidad de corrosión en un ambiente simulado de condiciones fisiológicas
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2023) Angulo Sotelo, Ana Maria; Carbajal Ccoyllo, Mario Dayvid; Carranza Oropeza, María Verónica
Reviste las superficies de scaffolds “espumas de Mg” con distintas concentraciones de solución de colágeno para evaluar la velocidad de biocorrosión en un ambiente simulado de condiciones fisiológicas. En el campo innovador de los nuevos materiales, los scaffolds “espumas de magnesio“ particularmente las aleaciones AZ31 se han vuelto una alternativa sumamente oportuna en situaciones donde se requiere la utilización de implantes ortopédicos. Sus funciones de biocompatibilidad, biodegradabilidad, propiedades mecánicas y promoción de la regeneración ósea hacen que este dispositivo temporal sea adecuado para evitar una nueva intervención quirúrgica como también dolencias e incomodidad.
Síntesis y caracterización de hidrogeles superabsorbentes a base de celulosa, alcohol polivinilico (PVA) y ácido acrílico (AA) con potencial aplicación para la agricultura
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2022) Rojas Suárez, Carmen Luz; Carranza Oropeza, María Verónica; Pinzón Moreno, Diego David
Sintetiza y caracteriza una gama de hidrogeles superabsorbentes preparados a base de celulosa, alcohol polivinílico y ácido acrílico para verificar su potencial uso en la agricultura. El sistema utilizado para la preparación fue un reactor de tanque con agitación continua bajo condiciones de atmósfera inerte a una temperatura de 50°C con un tiempo de reacción de 4 horas y agitación constante de 600 rpm. Para estudiar la mejor formulación para preparar el hidrogel, se propuso un diseño de experimento (DOE) con dos factores relación entre CEL/PVA y concentraciones de agente entrecruzante N´N Metilenbisacrilamida (MBA), con tres niveles para cada variable. Los hidrogeles obtenidos fueron evaluados en su capacidad de hinchamiento/deshinchamiento en agua destilada, soluciones salinas, diferentes pH y temperaturas. Los resultados de hinchamiento en agua destilada mostraron valores entre 211.74 g/g y 575.89 g/g; mientras tanto; en soluciones salinas, se observó un efecto respecto a la carga iónica generando mayor capacidad de hinchamiento para soluciones con iones en el siguiente orden Ca+2 < Mg+2 < K+ < Na+; además, en un medio ácido/básico el hidrogel responde favorablemente alcanzando hinchamientos similares a un medio neutro. Por otro lado, para determinar el comportamiento de deshidratación o liberación de la cantidad de agua absorbida, se sometió el hidrogel hinchado a una temperatura de 40°C apreciándose la reducción de volumen en forma decreciente entre un periodo de 3 a 4 días. Finalmente los resultados obtenidos mostraron, que los hidrogeles preparados con una menor relación CEL/PVA y menor concentración de agente reticulante, posibilitan absorber grandes volúmenes de agua, esto lo caracteriza como hidrogeles superabsorbentes; siendo estables en soluciones salinas, pH y soportan condiciones de temperatura a 40°C; por lo tanto, poseen un gran potencial para ser aplicadas a la agricultura, además, de estar conformados por componentes que promueven la química verde por ser biodegradables y ecológicos.
Síntesis y caracterización de hidrogeles a base de almidón y ácido acrílico para su potencial uso en la agricultura
(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2024) Maurate Fernández, Isabel Rosali; Carranza Oropeza, María Verónica; Pinzon Moreno, Diego David
Determina la influencia de concentración de MBA y relación de polímeros sobre el hinchamiento de hidrogeles a base de almidón y ácido acrílico mediante la técnica de superficie de respuesta evaluando sus propiedades hidrofilias en diferentes condiciones de concentraciones salinas y pH. Para ello los hidrogeles a base de almidón y ácido acrílico se sintetizaron siguiendo un procedimiento de 7 etapas experimentales: (1) Sintesis de hidrogeles, (2) Hinchamiento de hidrogeles en agua destilada, (3) Cinética de hinchamiento de los hidrogeles, (4) Análisis del diseño y optimización del hinchamiento del hidrogel, (5) Caracterización estructural y morfológica del hidrogel, (6) Comportamiento del hidrogel con respecto al medio, (7) Pruebas de aplicación del hidrogel. Se concluye que Mediante la regresión no-lineal e indicadores estadísticos se constató la influencia de la relación de polímeros (en su término cuadrático) y de la concentración de MBA (en su término lineal y cuadrático) en el hinchamiento del hidrogel, con alta confiabilidad. Además, usando la técnica de superficie de respuesta se logra describir el comportamiento del hinchamiento del hidrogel en función de esos factores; determinando que la relación de polímeros = 7.03 g ácido acrílico/g almidón y concentración de MBA=0.02% maximizan el hinchamiento del hidrogel.

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