En las últimas décadas, el titanio y sus aleaciones se han convertido en una alternativa atractiva para el uso como materiales para implantes y prótesis (implantes dentales, prótesis de rodillas, clavos endomedulares, etc.) por poseer las propiedades de biocompatibilidad, ligereza y de exhibir una buena resistencia mecánica y excelente resistencia a la corrosión. Actualmente una de las áreas de investigación más activas en el campo de los biomateriales es la de tratamientos superficiales sobre titanio, con la finalidad de mejorar la adherencia entre el implante y el hueso. El objetivo del presente trabajo de investigación es la caracterización de la superficie y evaluación de la biocompatibilidad de compuestos nanoestructurados de titanio e hidroxiapatita. La incorporación del titanio con la hidroxiapatita se realizó mediante un proceso de fricción batido (FSP) sobre la superficie del titanio, con diversas concentraciones de hidroxiapatita. La caracterización de la superficie de las probetas se realizó mediante dos métodos: por microscopía electrónica de barrido y perfilometría óptica. La evaluación de biocompatibilidad se realizó mediante ensayos electroquímicos, para evaluar la pasivación del titanio, y ensayo in-vitro para la evaluación de formación de apatita sobre la superficie de las muestras de titanio; ambos ensayos se realizaron a temperatura corporal (37°C). Se complementaron los estudios mediante una evaluación con microscopía electrónica de barrido. Los resultados muestran que es posible fabricar compuestos superficiales de hidroxiapatita pura e hidroxiapatita dopada empleando el método de procesamiento por fricción batido (FSP). Como resultado de los ensayos electroquímicos se observó hidroxiapatita dopada con oxido de silicio presenta el mejor comportamiento ante la corrosión; de la misma manera los ensayos in-vitro evidenciaron una mayor formación de apatita sobre la superficie de las muestras hidroxiapatita dopada. / Tesis

El presente trabajo es la integración de un conjunto de elementos en un Sistema de Captura, Procesamiento y Análisis Digital de Imágenes, que nos permita la solución de problemas relacionados a la caracterización microestructural y/o macroestructural de materiales, obteniéndose con esto una mejora cualitativa y cuantitativa en los resultados de la solución de dichos problemas, desarrollados en la actualidad, generalmente mediante métodos visuales basados en la comparación con información gráfica proporcionada por normas internacionales especializadas. / Tesis

La utilización de biopolímeros en reemplazo de los polímeros tradicionales sintéticos es una necesidad creciente en todos los campos de la industria. La carragenina es un polisacárido que se extrae de las algas, por lo que se considera una alternativa a tomar en cuenta ya que es un material abundante, económico y biodegradable. El objetivo principal de esta tesis es desarrollar y caracterizar nanocompuestos a partir de una matriz de carragenina con diversos nanorefuerzos tales como óxido de grafeno y nanotubos de carbono de pared simple y múltiple. Las películas obtenidas se caracterizarán estructural, térmica, morfológica y mecánicamente. Para cumplir con lo trazado en el objetivo principal, en primer lugar se procedió a hacer una revisión del estado del arte, presentando los fundamentos básicos para el desarrollo de nanocompuestos, describiendo las generalidades de la carragenina, el óxido de grafeno y los nanotubos de carbono, así como también los procesos más conocidos de síntesis de nanocompuestos. Se procedió a extraer el biopolímero de las algas y luego se elaboraron los nanocompuestos de tres tipos diferentes: los reforzados con óxido de grafeno, nanotubos de carbono de pared múltiple y nanotubos de carbono de pared simple. Cada tipo de nanocompuesto fue preparado con tres porcentajes de peso de refuerzo: 1%, 3% y 5%. Todas las películas fueron sometidas a difractómetría de rayos X, espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier, termogravimetría, calorimetría de barrido diferencial, microscopía electrónica de barrido y de fuerza atómica, y a ensayos de tracción. Los resultados obtenidos demuestran una buena interacción entre la matriz y los refuerzos, ya que las propiedades estructurales de la matriz no se ven afectadas por la presencia de nanopartículas. Las propiedades térmicas se mantienen estables ya que no existen cambios considerables en la temperatura de degradación térmica ni en la de transición vítrea, sin embargo se observa una mayor cantidad de masa remanente luego de la pirolisis de la matriz cuando esta se encuentra reforzada con los refuerzos estudiados. Las pruebas de microscopía muestran una correcta dispersión de los refuerzos a lo largo de todas las muestras por lo que se puede asegurar que el proceso de obtención de los films ha sido efectivo. Las pruebas mecánicas ofrecen notables resultados, ya que se observan mejorías considerables en todos los casos analizados. La resistencia a la tracción aumentó hasta en un 93.29% para los nanocompuestos reforzados con óxido de grafeno, y el módulo de elasticidad se elevó en un 573.11% en el caso de los nanocompuestos de nanotubos de carbono de pared simple. Las mejores propiedades mecánicas se encontraron al 5% de refuerzo en todos los casos. / Tesis

Scientists and engineers feel motivated in the presence of new elements or materials they cannot comprehend. That is why when a material with a new properties or behavior arises, they do the best to investigate on them until understand them and give some applications. One of these kind of moderns materials are the ferrofluids, which have a special and very different behavior when are induced under magnetic field and when not. These materials have plenty of applications nowadays. Due to their smart behaviour they are used on dampers for automobile suspensions, for measurement of fluid’s viscosities, acoustics and several more tasks. Magneto sensible elastomers (MSE) are materials that own similar properties to ferrofluids, with the substantial difference of being in solid state independently of the presence or absence of magnetic field. MSE are composed on a polymer matrix that has magnetic particles that provide them a smart behaviour under magnetic fields. For this project the magnetic particles were iron powder and certain amounts of graphite were also added to give electrical conductivity. In the current work it was fabricated several samples of MSE to study the behaviour of their electrical and mechanical properties under the effect of a magnetic field. Permanent magnets were used to induce the magnetic field on the probes and this field was changed by moving the magnets away and close to the probes through a motorized positioning machine. The results obtained from the experiments are summarized on conclusions that can be used in future to the design and building of sensors and actuators. / Tesis

En el Perú existen numerosas viviendas construidas con ladrillos pandereta, el más económico del mercado, éstos son utilizados para la construcción de muros portantes. El uso del ladrillo pandereta está prohibido para muros estructurales, excepto en la zona 1 según la Norma Técnica de Albañilería E.070. Esta tendencia de uso masivo de ladrillos pandereta, se evidencia especialmente en distritos emergentes en donde, en su mayoría de casos, son viviendas típicas autoconstruidas sin asesoría técnica. Evidentemente ante el problema señalado, se debe tomar medidas preventivas para tener un nivel de desempeño óptimo en las estructuras, en el supuesto que ocurra un sismo de magnitudes considerables. Por tanto, a través de esta investigación, se busca comparar la resistencia, comportamiento mecánico y costo asociado de muros sin reforzamiento (sólo tarrajeados) con muros reforzados con malla para tarrajeo y malla electrosoldada. Para este proyecto se construyó nueve muretes a escala reducida con ladrillos pandereta, tres de ellos construidos de manera tradicional, otros tres reforzados con mallas para tarrajeo y finalmente tres muretes reforzados con mallas electrosoldadas. Estos muretes fueron construidos y sometidos a ensayos de compresión diagonal en el laboratorio de estructuras de la PUCP determinando su resistencia al corte, comportamiento y propiedades mecánicas de los muretes reforzados. / Tesis

Objetivo: Comparar in vitro la radiopacidad de un cemento experimental con el Ketac™ Molar, Óxido de zinc-eugenol y Coltosol®F. Metodología: El diseño del estudio fue de tipo experimental in vitro. Los materiales de restauración temporal fueron colocados en 44 tubos de polietileno correspondientes a los 4 grupos (n=11) propuestos para este estudio. Las captaciones de imágenes radiográficas fueron adquiridas por el equipo radiográfico Kodak Dental X-ray y el revelado de la película de fosforo PSP fue procesado por un equipo digital con el software Digora. El análisis de los valores de grises en pixeles se realizó con el software Adobe Photoshop CS6 y la radiopacidad en milímetros de aluminio se determinó mediante una ecuación propuesta por una investigación previa por Húngaro y col. Los datos fueron analizados usando la prueba de Kruskal-Wallis para la comparación de la radiopacidad seguida por una prueba de post hoc. Resultados: El cemento experimental mostró un valor de 7.15±0.3mmAl. En la prueba de post hoc se encontró que existe diferencia significativa entre el cemento experimental y el Coltosol®F (p=0.0004). Sin embargo, no se experimentó diferencias significativas entre el Cemento experimental, Ketac™ Molar y Óxido de zinc-eugenol. Conclusiones: El cemento experimental a base de óxido de zinc, cemento portland y arcilla dolomita, mostró radiopacidad óptima con respecto a los materiales existentes, por lo que podría ser usado como material de restauración temporal en endodoncia. Sin embargo, es necesario ampliar los estudios sobre las demás características y comportamientos de este cemento experimental. / Objective: To compare in vitro the radiopacity of an experimental with the temporary restoration Ketac™ Molar, Zinc oxide-eugenol and Coltosol®F. Material and methods: The design of the study was of experimental type in vitro. The temporary restoration materials were placed in 44 polyethylene tubes corresponding to the 4 groups (n = 11) proposed for this study. The radiographic image captures were acquired by the Kodak Dental X-ray radiographic equipment and the development of the PSP phosphor film was processed by a digital equipment with the Digora software. The analysis of the gray values in pixels was done with Adobe Photoshop CS6 software and the radiopacity in millimeters of aluminum was determined by an equation proposed by a previous investigation by Húngaro et al. The data were analyzed using the Kruskal-Wallis test for the comparison of radiopacity followed by a post hoc test. Results: The experimental cement showed a value of 7.15 ± 0.3mmAl in millimeters of aluminum. In the post hoc test, it was found that there is a significant difference between experimental cement and Coltosol® F. (p = 0.0004). Conclusions: On zinc oxide, portland cement and dolomite clay, showed optimal radiopacity with respect to existing materials, so it could be used as a temporary restoration material in endodontics. However, it is necessary to expand the studies on the other characteristics and behaviors of this experimental cement. / Tesis

Mixtures of expanded polystyrene (EPS) wastes and gypsum, characterization and uses in construction.Francisco Javier González MadariagaThe expanded polystyrene (EPS) recycling technique exposed here consists in the formation of EPS wastes and gypsum-water mixtures with different proportions and under different conditions. One of the objectives for this thesis is to determine the components proportions for the gypsum-EPS wastes mixtures to be used as plasterboards and panels in construction also the work done here includes the determination of some of the new plasterboards and panels main properties. The experimental work at the new materials is the main part in this thesis. In the latest experimental section 14 physical and mechanical resistance tests have been done to 290 specimens. Among 68 different mixtures tested only 8 were selected and applied in 2 construction materials: one with similar uses to gypsum plasterboards and the other one with similar uses to a thermal insulating panel. The plasterboard mixtures have been produced with a main gypsum proportion and a reduced percentage of EPS wastes. From the plasterboard tests we know that plasterboards made of gypsum-EPS wastes are more prone to total water absorption (14% more) and the new material is 23,1% lighter than the standard laminated gypsum plasterboards (10 kg/m2) available in the market, both materials 12,5 mm thick. The flexure resistance for the new plasterboards with EPS wastes complies the UNE 102035-1M: 2001 Spanish Norm by more than 24 N. The fire reaction test developed here allows the research team to propose a Euroclasses level of B, s2, d0 for the new plasterboard materials because they show under a punctual fire attack a very limited combustion and a slow and limited smoke production with no ignited dropping particles. The impact resistance test of the new plasterboards shows that they exceed the limits by more than 2, 29 mm of the Spanish Norm mentioned before where the maximum impact mark diameter accepted is 20 mm.The mixture selected to by used in a thermal insulation panel has a high EPS waste percentage and a little of gypsum-water. From the insulation panel tests: they show a 20.7% mean of water absorption which is higher than the percentage accepted by the Spanish Norm UNE-EN 12087. The new panel has a density of 193 kg/m3 which is superior to a brand new EPS panel's density (Type III 15 kg/m3) this result is similar or superior to others researcher's publications who work on construction materials made of alike components. The EPS wastes-gypsum panel could be classified to flexure resistance as a BS 350 material (349,9 kPa) according the European Norm UNE-EN 13163:2002 which is a higher level to a new EPS panel type III (15 kg/m3) with a flexure resistance of 124 kPa, level BS 115 . The thermal conductivity index for the selected EPS wastes- gypsum mixture was 0,065 W/mK which is 12, 3% higher than a new EPS Type I (0,057 W/mK) and 66% higher than a type III EPS panel ( 0,039 W/mK).This is an original work which has produced several optimized mixtures of EPS wastes and gypsum-water. The new materials developed here are useful for manufacturing of construction elements with similar applications like gypsum plasterboard and EPS panels which in one hand cooperate to recycle EPS wastes and in the other hand they save the gypsum quantities required for its production.

Tesis por compendio de publicaciones / Synthesis of biodiesel from soybean oil using supercritical methanol in a catalyst-free process in batch reactor was investigated, studying the evolution of intermediate products (monoglycerides and diglycerides) as well as the conversion of triglycerides and the yield of fatty acid methyl esters (biodiesel) and glycerol. Experiments were carried out in a temperature range of 250-350ºC (12-43 MPa) at reaction times of 15-90 min for a methanol-to-oil molar ratio of 43:1. Maintaining the thermal stability of biodiesel is one of the most important concerns in supercritical high­yield biodiesel production. Thus, thermal decomposition reactions were investigated in different reaction conditions [temperature, reaction time and methanol­to­oil molar ratio ranges of 250–350ºC, 15–90 min and 13:1-53:1, respectively]. A new method for determining the degree of decomposition is proposed based on the area of a new chromatographic peak detected during the analysis of the reaction samples according to the standard UNE­EN 14105:2003. / Se investigó la síntesis de biodiésel con metanol supercrítico sin catalizador en reactor discontinuo a partir de aceite de soja, estudiando la evolución de los productos intermedios (monoglicéridos y diglicéridos), la conversión de triglicéridos y el rendimiento de biodiésel y de glicerina. Los experimentos se llevaron a cabo en un intervalo de temperaturas de 250-350ºC, tiempos de reacción de 15-90 min para una relación molar metanol/aceite de 43:1. Mantener la estabilidad térmica del biodiésel es una de las mayores preocupaciones en la producción de biodiésel en condiciones supercríticas. Así, se investigaron las reacciones de descomposición térmica bajo diferentes condiciones [intervalos de temperatura, tiempo de reacción y relación molar de 250-350ºC, 15-90 min y 13:1-53:1, respectivamente]. Se propuso un nuevo método para determinar el grado de descomposición en base al área de un nuevo pico cromatográfico detectado durante el análisis de las muestras de la reacción según la norma UNE-EN 14105:2003.

El presente estudio consiste en el análisis datos que provienen de un mortero de cal aplicado como recubrimiento en el adobe, a cuyo sistema se midió las tensiones de corte que actuaban en la superficie de contacto entre el mortero y el adobe. El mortero fue preparado en distintas composiciones, variando la cantidad de arena agregado a la cal para elaborarlo, la que fue desde 2 a 7 partes de arena por cada parte de cal. El objetivo fue entregar la información necesaria para el diseño de una estructura o elemento que requiera de una probabilidad de resistencia y una tolerancia establecida para dicha probabilidad. Así, se determinaron las dispersiones de parámetros de las distribuciones de probabilidad que mejor caracterizan el sistema, mediante el uso de la matriz de información de Fischer y/o simulaciones, además de la cantidad de ensayos (o simulaciones) a realizar para obtener dicha propiedad con una probabilidad y tolerancia dadas. Dicha tolerancia debe ser menor o igual a la dispersión obtenida para F. En general, se obtuvieron parámetros para cada composición estudiada, y en todos los casos se encontró aplicable una distribución de Weibull de 3 ó 4 parámetros. Además, se encontró en todos los casos una distribución alternativa capaz de representar los datos, cuyos resultados de las pruebas de bondad de ajuste fueron mejores que para la distribución de Weibull. Sin embargo, se descartan dichas distribuciones dado que carecen de sentido físico. Las fórmulas y resultados obtenidos de las dispersiones de probabilidad de falla, permiten diseñar elementos con una cierta probabilidad de falla y, a su vez, una cierta dispersión de probabilidad. Esto implica diseñar un experimento con una cantidad determinada de ensayes, así como también definir superficies de contacto (en este caso), para obtener las propiedades deseadas. Se presenta en el presente estudio un ejemplo de aplicación en que se verifica que la cantidad de ensayos a realizar para obtener resultados esperados de acuerdo a una cierta tolerancia en la probabilidad de falla es demasiado alta. Es por esto que se recurre a una herramienta tan necesaria como la simulación, que permite simular miles de ensayos para luego estudiarlos.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales / En la presente Tesis se estudia la formación in situ de dispersoides en una aleación de Cu-Ta producida por molienda reactiva y extrusión en caliente. Además, se estudia el efecto que producen los dispersoides sobre la resistencia al ablandamiento y la resistencia al creep. En aplicaciones tales como interruptores de alto rendimiento, intercambiadores de calor, motores eléctricos, cables, y electrodos para soldadura se requiere un material que exhiba alta conductividad térmica y eléctrica, junto a una adecuada resistencia mecánica a las temperaturas de operación. El cobre satisface las primeras solicitaciones; sin embargo, presenta una importante disminución de su resistencia mecánica cuando aumenta la temperatura de trabajo. Un mecanismo que ha probado ser efectivo para mejorar el comportamiento mecánico del cobre a altas temperaturas es la incorporación de nanopartículas cerámicas o metálicas en la matriz. Estos dispersoides dificultan el creep, ya que se requiere un esfuerzo adicional para separar las dislocaciones de la interfase dislocación-matriz, cuando esta interfase es incoherente o semicoherente. Adicionalmente, anclan los límites de grano, dificultando el deslizamiento de los bordes de grano. Para generar los nanodispersoides, se empleó molienda reactiva y extrusión en caliente para dispersar de manera homogénea partículas de tantalio en la matriz de cobre y generar dispersoides de carburo de tantalio, usando hexano como fuente de carbono y líquido de molienda. Estos dispersoides, acompañados de un refinamiento microestructural en la matriz metálica compuesta y de un aumento de la densidad de dislocaciones, produjeron un aumento de la resistencia mecánica al ablandamiento y a la deformación a altas temperaturas (773 K, 973 K y 1123 K). El material se caracterizó por medio de espectroscopia de emisión óptica, fluorescencia de rayos X, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, microscopía electrónica de transmisión y microdureza Vickers. El efecto del tiempo de molienda se analizó pasadas 10, 20 y 30 h en un material compuesto con una composición nominal de Cu-5 %vol. TaC. Al aumentar el tiempo de molienda, se observó un aumento sistemático de la densidad de dislocaciones y de carbono, así como una disminución del tamaño de cristalita. El material molido durante 30 h fue extruido en caliente y mostró una densidad de 9.037 kg m-3 (98.2% densificación) y una resistencia de ablandamiento de 204 HV; sin embargo, después de un recocido a 1023 K durante 1 h la microdureza mostró una abrupta caída. El análisis de microscopía electrónica de transmisión mostró la presencia de nanodispersoides carburo de tantalio (Ta4C3), los cuales cumplen con la función de endurecer la matriz por dispersión y ayudan a mejorar el desempeño cuando se somete la matriz metálica compuesta a ensayos de esfuerzo constante y alta temperatura (773 K, 973 K y 1123 K).