MODELACION MATEMATICA DE FIBRAS NATURALES
                  UN PREAMBULO PARA SU APLICACIÓN TECNOLOGICA


Dr Arturo Cueto-...
TEXTILES

     MATERIALES PARA LAS                        OTROS
        DIF. ENERGIA



NANOFIBRAS                        ...
ESTUDIO TEORICO
CAMBIOS ESTRUCTURALES
                                         modelación




                        PROD...
   DIFERENTES
    PROPIEDADES
LA INVESTIGACION
                             Residuos
                              sólidos
EN LA VIDA COTIDIANA

    F...
NECESIDADES INTERNACIONALES EN C & T
  VINCULADO A MATRIALES COMPOSITOS
Transición de sistemas de energía

                                             Descarbonización
                         ...
ALMACENAMIENTO DEL HIDROGENO *




             materiales metal-orgánicos capaces de
ESTRUCTURAS
POLÍMEROS
             ESPECIALES
Utilización de energías renovables: biogás

                                            Biomasa


   Digestión anaerobia  ...
RUTAS SINTETICAS MAS COMUNES
Estudio global de materiales teórico y experimental
                                     •Nano, micro
                    ...
   Composito de ZSM5 Cordierita
         isoestructural

           HIDROTERMAL
         BAJA TEMPERATURA

          ...
RELACION ENTRE LAS ESTRUCTURAS




          ZSM5- Pt



                                                  MZCM Pt
       ...
CH   3

CH 3
   (CH )     NBr
           2 15            25% CTAB
                  CH   3
FORMACIÓN DE CRISTALES
                              LÍQUIDOS

                                        LIOTROPÍA

        ...
TENSOACTIVO

                                  O
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CH3 - Br
                        CH 3 (CH2 ) N +CH - CH=CH 2
                                   11
                       ...
Bromuro de
                 dodecildimetilalilamonio

                       C= 87%

                      T = 25 °C




 ...
Cristales líquidos lamelares
                                    Bromuro de
                               didodecildimeti...
Bromuro de
cetildimetiletilmetacrilatoamonio

      T = 30 °C       C=70%




      T = 40 °C




      T = 50 °C
Mechanism of Sphere vs. Fiber Self-
   Assembly in scCO2




                       Hexamer Structure

                   ...
STRAIN SWEEP CTAB/WATER/TEOS SYSTEM
                                                                 EFFECT OF THE TIME PR...
FREQUENCY SWEEP CTAB/WATER/TEOS
                                                                                     SYSTE...
NMR SPECTRA OF THE
CTAT/WATER/TEOS SYSTEM



30 wt% CTAT


                                              TEOS/CTAT =0




...
STRAIN SWEEP CTAT/WATER/TEOS SYSTEM:
    EFFECT OF TEOS/CTAT RELATION




                 100                            ...
FREQUENCY SWEEP CTAT/WATER/TEOS SYSTEM:
     EFFECT OF CTAT CONCENTRATION
        AND TEOS/CTAT RELATION
DEPENDENCE OF R WITH TEOS/CTAT
                             RELATION
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               
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 ...
REFLEXIONES
PREGUNTA
 ¿MATEMATICAS APLICADAS
            =
OPTIMIZACION DE RECURSOS?
Difusión del n-pentano en la cavidad de la zeolita
Difusión del metano en la cavidad de la zeolita. a) El metano lleva
una velocidad inicial de 130, b) la velocidad es de 10...
Energías para la difusión del metano cuando no pasa
                                   a través del anillo
               ...
Difusión de la molécula de isobuteno en un anillo de zeolita
Difusión del benceno en la cavidad de la zeolita
Difusión del etileno en la cavidad de la zeolita
Representación de los valores de la energía para la interacción
                               de los hidrocarburos con el...
Representación de los valores de la distribución de
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Bond distances around of acid site                               Mulliken atomic charge   distribution
         H-beta    ...
O
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   Analisis de la penca del agave salmiana
ESTADOS DONDE SE PRODUCE AGAVE
Analisis en el microscopio
Agave tequilana




  Agave salmiana
RESULTADOS DE LAS DETERMINACIONES QUIMICAS
               (ANALISIS BROMATOLOGICO)
                 Filtro solo a
        ...
Ti-Zr Binary Nanostructure
                                   Ti:Zr =9:1, 5000 psig, Temp =60 C




  Lower concentration ...
MAQUINAS CIRCULARES




     MÁQUINA CIRCULAR DE UNA FONTURA
MAQUINAS CIRCULARES




     MÁQUINA CIRCULAR DE UNA FONTURA
MAQUINAS CIRCULARES




      FONTURAS EN FORMA CIRCULAR
      EXISTEN DIFERENTES DIÁMETROS
      LA TELA QUE SE OBTIEN...
MAQUINAS CIRCULARES




                         CLASIFICACIÓN


            CILINDRO
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                   ...
Modelacion Matematica De Fibras Naturales
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Modelacion Matematica De Fibras Naturales

  1. 1. MODELACION MATEMATICA DE FIBRAS NATURALES UN PREAMBULO PARA SU APLICACIÓN TECNOLOGICA Dr Arturo Cueto-Hernandez, (2) Dr. Rodolfo Radillo, (2) Dr Carlos Anguis (2) y (2) Dra. Luz Garcia Serrano (2)IPN
  2. 2. TEXTILES MATERIALES PARA LAS OTROS DIF. ENERGIA NANOFIBRAS MEDICINA MICROFIBRAS ING CIVIL FISICA COMPOSITOS POLIMERICOS MICRO MESO NO NANO CONDUCTORE S DIFUSORES POLIMERICOS FILTROS EN NANOCONDUCTO CONDUCTORES BASE DE RES DE CORRIENTE FIBRAS ELECTRONICOS ELECTRICA NATURALES
  3. 3. ESTUDIO TEORICO CAMBIOS ESTRUCTURALES modelación PRODUCCION SINTESIS CARACTERIZACION
  4. 4.  DIFERENTES PROPIEDADES
  5. 5. LA INVESTIGACION  Residuos sólidos EN LA VIDA COTIDIANA  Farmacéutica  Soporte catalítico  Recubiertos con compuestos específicos
  6. 6. NECESIDADES INTERNACIONALES EN C & T VINCULADO A MATRIALES COMPOSITOS
  7. 7. Transición de sistemas de energía Descarbonización H/C Madera 1/3 1/10 S. XIX Carbón 1/2 Petróleo 2/1 S. XX Hidrógeno
  8. 8. ALMACENAMIENTO DEL HIDROGENO * materiales metal-orgánicos capaces de
  9. 9. ESTRUCTURAS POLÍMEROS ESPECIALES
  10. 10. Utilización de energías renovables: biogás Biomasa Digestión anaerobia Gasificación Biogás Desgasificación de vertederos Biometanización de residuos - de ganadería intensiva Aprovechamiento - agroindustriales Emisión a la energético - residuos urbanos atmósfera - lodos Depuradora para la digestión de lodos. Sagunto
  11. 11. RUTAS SINTETICAS MAS COMUNES
  12. 12. Estudio global de materiales teórico y experimental •Nano, micro y mesoporosos SÍNTESIS • soportados CARACTERIZACIÓN MODIFICACIÓN EVALUACIÓN y validación del modelo
  13. 13.  Composito de ZSM5 Cordierita  isoestructural  HIDROTERMAL  BAJA TEMPERATURA  MODIFICACIÓN .
  14. 14. RELACION ENTRE LAS ESTRUCTURAS ZSM5- Pt MZCM Pt SEMILLA mcm Nuevos material con nanodispersión metálica
  15. 15. CH 3 CH 3 (CH ) NBr 2 15 25% CTAB CH 3
  16. 16. FORMACIÓN DE CRISTALES LÍQUIDOS LIOTROPÍA +agua +agua +agua +agua -agua -agua -agua -agua Solución C. l. cúbico C. l. hexagonal C. l. lamelar Solución micelar TERMOTROPÍA Sólido C.l. esméctico C.l. nemático C. l. Líquido
  17. 17. TENSOACTIVO O + - = CH 3(CH )2 CH (CH ) N3 O S 14 2 CH 3 CTAT = O + No polar Polar CH 3(CH ) 10 CH 2 CH 3 2 + - DDAB N Br CH 3(CH ) 10 2 CH 2 CH 3 No polar Polar
  18. 18. CH3 - Br CH 3 (CH2 ) N +CH - CH=CH 2 11 CH3 2 L1 85 I T ( C) 65 L1 + H 1 o L1 S 45 H1 L V C 25 40 50 60 70 80 90 100 C surf(wt%)
  19. 19. Bromuro de dodecildimetilalilamonio C= 87% T = 25 °C T = 75 °C Cristales líquidos hexagonales
  20. 20. Cristales líquidos lamelares Bromuro de didodecildimetilamonio C= 60% C= 80%
  21. 21. Bromuro de cetildimetiletilmetacrilatoamonio T = 30 °C C=70% T = 40 °C T = 50 °C
  22. 22. Mechanism of Sphere vs. Fiber Self- Assembly in scCO2 Hexamer Structure Ti6O4(OBun)8( Ti6O6(OPri)6(OAc)6, Ac)8, hexaprismane rutilane shape shape Sui; Rizkalla; Charpentier. J. Phys. Chem. B (2006). Sui; Charpentier, Rizkalla, Jennings, Acta. Cryst. E. (2006).
  23. 23. STRAIN SWEEP CTAB/WATER/TEOS SYSTEM EFFECT OF THE TIME PREPARATION 100 25 wt% CTAB T= 30 °C , Módulo (Pa) & ,, , ,, , ,,, , ,, ,, ,& ,, &&&& && &&&& ,, ,, 10 & & && & , , G' ,, &&&& & & & G" && 1 0.1 1 10 100 1000 % 1000 1000 25 wt% CTAB TIME = 2 MONTHS 25 wt% CTAB T= 30 °C T= 30 °C TEOS/CTAB=0.303 Módulo (Pa) TEOS/CTAB=0.303 Módulo (Pa) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, G' G' ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 100 100 & && & & & & & & & & & & & & & & & & && &&&&&&&&&&&&&&& & & & G" & G" 10 10 1 10 100 1000 1 10 100 1000 % %
  24. 24. FREQUENCY SWEEP CTAB/WATER/TEOS SYSTEM EFFECT OF TEOS/CTAB RELATION 10000 10000 ' 1000 ' &&& &&& G' ''''' &&&&&& & &&&& &&&&& Módulo (Pa) & &,&&, &' , 1000 , , ,&, & ' , , , , , , , , ,G" ,,,,,,, (Pa.s) & '' ' ,, ,,' 100 ' & , '' '' , ' '' 100 ' 10 25 wt% CTAB ' ' , ' T= 30 °C ' ' ' TEOS/CTAT= 1.0 ' ' 1 ' 10 0.1 1 10 100 1000 (rad/s) 1000 1000 1000 100 & G' && , & &&, &&,, ,, ,, && , & && & ,, , G" ,,& ,,& & ,, & , , && , & &,,, , ,, , 100 , & ' ,& ,& ,,, & ,& ,& , & Módulo (Pa) 100 ' ' ' ' ' ' ' ' ' , 100 ' , & Módulo (Pa) ' ,''&' , ' , ''''''''', '''' & &' '' ,' ' '' &''' (Pa.s) , , , & '' (Pa.s) , & '' 10 , ,, & '' , & & '' , & '' , '' ,, & '' 10 '' , , & , & G" & '' ,, & '' 1 & 10 , '' 10 & & ' & & & & 25 wt% CTAB && & & & & G' 25 wt% CTAB & 0.1 & T= 30 °C T= 30 °C TEOS/CTAT= 0.455 1 1 TEOS/CTAT= 0.303 0.01 1 0.1 1 10 100 1000 0.1 1 10 100 1000 (rad/s) (rad/s)
  25. 25. NMR SPECTRA OF THE CTAT/WATER/TEOS SYSTEM 30 wt% CTAT TEOS/CTAT =0 TEOS/CTAT =0.5 7.8 7.6 7.4 7.2 7.0 ppm
  26. 26. STRAIN SWEEP CTAT/WATER/TEOS SYSTEM: EFFECT OF TEOS/CTAT RELATION 100 100 10% CTAT T= 30 °C TEOS/ CTAT =1.33 Módulo (Pa) , G' , , & , , ,,,,,,,, , ,,,,,,,,, & ,, , 10 10 & & G" & & &&&&&& &&&&&& &&& & & & & & 1 1 0.1 1 10 100 1000 %
  27. 27. FREQUENCY SWEEP CTAT/WATER/TEOS SYSTEM: EFFECT OF CTAT CONCENTRATION AND TEOS/CTAT RELATION
  28. 28. DEPENDENCE OF R WITH TEOS/CTAT RELATION 10    wt% CTAT 1          (s )     3 0.1  R         15 0.01    30 0.001 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 n TEOS /n CTAT
  29. 29. REFLEXIONES
  30. 30. PREGUNTA ¿MATEMATICAS APLICADAS = OPTIMIZACION DE RECURSOS?
  31. 31. Difusión del n-pentano en la cavidad de la zeolita
  32. 32. Difusión del metano en la cavidad de la zeolita. a) El metano lleva una velocidad inicial de 130, b) la velocidad es de 100, c) la velocidad es de 70 y d) la velocidad es de 63 (miliAngstroms/fs).
  33. 33. Energías para la difusión del metano cuando no pasa a través del anillo 0 0 100 200 300 400 500 600 -20 Relative Energy(kcal/mol) -40 vel6.3 vel6 -60 vel5 -80 -100 -120 vel4 -140 Time(fs)
  34. 34. Difusión de la molécula de isobuteno en un anillo de zeolita
  35. 35. Difusión del benceno en la cavidad de la zeolita
  36. 36. Difusión del etileno en la cavidad de la zeolita
  37. 37. Representación de los valores de la energía para la interacción de los hidrocarburos con el anillo de la zeolita a una velocidad de 63 miliAngstroms/fs 100 Time (fs) 0 0 100 200 300 400 500 600 Relative Energy (kcal/mol) ethylene methane -100 n-pentane -200 isobutene -300 -400 benzene -500
  38. 38. Representación de los valores de la distribución de carga para la interacción del n-pentano con el anillo de la zeolita a una velocidad de 63 0 (miliAngstroms/fs) Time(fs) 0 100 200 300 400 500 600 -0.1 Mulliken Population Charge(e) -0.2 -0.3 -0.4 c51 -0.5 c50 -0.6 c54 -0.7 -0.8 -0.9
  39. 39. Bond distances around of acid site Mulliken atomic charge distribution H-beta Li-beta Na-beta Cs-beta H-beta Li-beta Na-beta Cs-beta Al 0.8000 1.2700 1.2160 1.1570 Al-O4 1.76 1.83 1.82 1.76 O3 -0.8264 -0.9500 -0.9790 -0.9190 O3-Al 1.97 1.85 1.84 1.76 Ion 0.6700 0.6030 0.8020 0.8220 O3-Ion 1.00 1.85 2.20 2.92 O4 -0.6415 -0.9440 -0.9630 -0.9100 O4-Ion 2.24 1.89 2.27 3.00 H15 0.4600 -0.1680 -0.1660 0.2160 FIGURE 2 0 10 20 30 40 50 60 -2.22 -2.72 Energy (HOMO-LUMO) -3.22 -3.72 -4.22 -4.72 -5.22 -5.72 -6.22 Atomic Number
  40. 40. O O OEt H B Et + O CN + H 2O H CN FIGURE 3 40 35 30 120 Yield (% weight) 25 60 20 30 15 120 18 Zβ-Cs 10 60 120 Zβ-Na 5 30 60 120 Zβ-Li 18 30 60 18 30 18 Zβ-H 0 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Time (minutes)
  41. 41. O O OEt H B Et + O + H 2O H FIGURE 4 20 18 16 14 Yield(% w eight) 12 10 Zβ-Cs 8 6 Zβ-Na 4 Zβ-Li 2 Zβ-H 0 0 50 1 00 1 50 200 250 300 350 400 Time (minutes)
  42. 42. O O O OEt H B + E tO OEt + H 2O H O OEt 20 FIGURE 5 18 16 Yield (% w eight) 14 12 10 Zβ-Cs 8 6 Zβ-Na 4 Zβ-Li Zβ-H 2 0 0 1 00 200 300 400 500 Time (minutes)
  43. 43.  Analisis de la penca del agave salmiana
  44. 44. ESTADOS DONDE SE PRODUCE AGAVE
  45. 45. Analisis en el microscopio Agave tequilana Agave salmiana
  46. 46. RESULTADOS DE LAS DETERMINACIONES QUIMICAS (ANALISIS BROMATOLOGICO) Filtro solo a Filtro con Cantidad Nombre peso Muestra Promedio Desviación muestra obtenida Prueba constante (g) % Estandar (g) (g) (g) 19.127 0.714 19.232 14.706 Ceniza 37.419 0.936 37.553 14.316 14.56 0.21 28.608 1.072 28.765 14.646 Extracto 77.160 3.106 77.491 10.657 10.76 0.15 etereo 88.501 3.176 88.846 10.863 40.262 2.034 40.908 31.760 fibra cruda 31.02 1.04 37.488 2.004 38.095 30.289 25.596 1.001 25.967 37.063 Lignina 29.813 1.005 30.190 37.512 38.01 1.27 25.686 1.009 26.084 39.445 29.335 1.069 30.192 80.168 Celulosa 29.515 1.070 30.333 76.449 78.59 1.92 29.797 1.051 30.629 79.163 77.070 Humedad 76.360 78.33 2.82 81.560 1.461 Nitrogeno 1.826 1.67 0.19 1.716 NOTA: Falto hacer la corrección de ceniza, porque el contenido de fibra cruda es mayor del 8% (I need more leaf)
  47. 47. Ti-Zr Binary Nanostructure Ti:Zr =9:1, 5000 psig, Temp =60 C Lower concentration (0.036m/l) Higher concentration (0.14m/l)
  48. 48. MAQUINAS CIRCULARES  MÁQUINA CIRCULAR DE UNA FONTURA
  49. 49. MAQUINAS CIRCULARES  MÁQUINA CIRCULAR DE UNA FONTURA
  50. 50. MAQUINAS CIRCULARES  FONTURAS EN FORMA CIRCULAR  EXISTEN DIFERENTES DIÁMETROS  LA TELA QUE SE OBTIENE ES EN FORMA DE TUBO  LA CARA EXTERIOR DEL TUBO DEL TEJIDO ES EL LADO DERECHO Y EL REVÉS EL LADO INTERIOR DEL TUBO  LA GALGA, ES EL NÚMERO DE AGUJAS EN UNA PULGADA INGLESA (2.54 CM) N G D
  51. 51. MAQUINAS CIRCULARES  CLASIFICACIÓN CILINDRO GRAN DIÁMETRO CILINDRO CILINDRO Y FIJO PLATO CILINDRO CILINDRO PEQUEÑO GIRATORIO DIÁMETRO CILINDRO Y PLATO
  52. 52. Abs num de onda PLM FTIR h dq/d t tie mpo WAXS DSC h TURBIDIMETRÍA ppm RMN
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