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Esta tesis constituye un estudio teórico acerca de algunos aspectos fundamentales de las reacciones de alcanos utilizando zeolitas como catalizadores. El trabajo se centra especialmente en la catálisis heterogénea a nivel microscópico y está dirigido fundamentalmente a aumentar la comprensión de los aspectos mecanísticos de la conversión de hidrocarburos catalizada por sólidos ácidos. En particular se han estudiado, en el marco de la teoría de funcionales de la densidad y en el contexto de la teoría de átomos en moléculas, un grupo de carbocationes en fase gaseosa, la adsorción de metano sobre dos agregados zeolíticos y la reacción de metano y etano con dichos agregados.

La valorización de la biomasa es un área en permanente evolución, relevante de investigación y que continuará atrayendo el interés del sector industrial a medida que más y más consumidores estén preocupados por el impacto ambiental del uso de recursos fósiles no renovables. Señal de ello son las grandes inversiones realizadas por la industria química tradicional (BASF, DUPONT, Braskem, Mitsubishi, entre otras) en nuevas vías de síntesis de químicos y materiales, a partir de recursos renovables. Además, existen beneficios económicos significativos si en futuros desarrollos tecnológicos se procesa biomasa residual. El notable potencial de la biomasa, como fuente alternativa de productos químicos, combustibles y materiales demanda nuevas tecnologías para procesar eficientemente materias primas complejas y diversas. Por su parte, impulsar el desarrollo de biorrefinerías eficientes obliga a integrar el diseño de nuevos procesos con el diseño de productos innovadores que faciliten la inserción de estos en el mercado. En este contexto, es importante el desarrollo de modelos termodinámicos predictivos y de algoritmos de simulación de propiedades de mezclas robustos, tanto en el ámbito productivo (diseño y simulación de biorrefinerías) como en el de blends de combustibles, que permitan predecir el desempeño de biocombustibles al ser utilizados, por ejemplo, como aditivos de combustibles convencionales. Esta tesis realiza dos contribuciones principales: 1) modelado del equilibrio de fases de sistemas involucrados en la conversión de biomasa, dirigida a la síntesis de biocombustibles y 2) desarrollo de herramientas para el diseño de productos multicomponentes que, en particular, se aplican al diseño de mezclas de combustibles y biocombustibles. El Capítulo 1 brinda una visión general sobre las tendencias actuales en biorrefinerías y biocombustibles. Se presentan los compuestos que constituyen la plataforma de biobasadas y sus principales rutas de conversión a biocombustibles. En esta tesis se amplía el al- VIII cance de la Ecuación de Estado a Contribución Grupal con Asociación (GCA-EoS). Este modelo ha sido aplicado con éxito a la descripción del comportamiento de fases de mezclas que involucran biocombustibles de primera generación (etanol y biodiesel) y numerosos productos naturales. En el Capítulo 2, luego de describir el modelo termodinámico GCAEoS, su base teórica y tabla de parámetros, se discuten las principales estrategias de parametrización desarrolladas durante este trabajo de tesis. El Capítulo 3 presenta el modelado del equilibrio entre fases de mezclas de CO2 con las series homólogas de n-alcanos y n-alcoholes. Estos sistemas son de particular interés para el desarrollo de tecnologías intensificadas por presión que están siendo altamente aplicadas en la síntesis de compuestos biobasados y donde el CO2 es el solvente por excelencia. El Capítulo 4 desarrolla el trabajo realizado en torno a extender la tabla de parámetros de la GCA-EoS a nuevos biocombustibles furánicos. Por último, el Capítulos 5 está dedicado al modelado termodinámico de éteres con alcanos y alcoholes. Esta extensión se aplica a la predicción del equilibrio de fases de sistemas constituidos por compuestos polifuncionales como poliéteres y glicol éteres. En la segunda parte de la tesis, la GCA-EoS se aplica a la simulación de propiedades de blends y se integra a una herramienta de diseño de productos multicomponentes basado en propiedades termodinámicas. En el Capítulo 6 se presentan los algoritmos desarrollados para simular matemáticamente ensayos experimentales que determinan las principales propiedades reguladas por normas nacionales e internacionales. Finalmente, el Capítulo 7 presenta el algoritmo de optimización, basado en técnicas metaheurísticas, que permite encontrar mezclas sustitutas que cumplan con un conjunto de propiedades especificadas para el combustible (presión de vapor Reid, curva de destilación y perfil de composición PIANOX). El diseño de blends es una aplicación de interés particular para esta tesis; sin embargo, está claro que la herramienta desarrollada puede ser extendida y aplicada al diseño de productos multicomponentes en una diversidad de aplicaciones.

El diseño de secadoras de granos es un problema complejo que ha sido abordado empíricamente o mediante tratamientos teóricos muy simplificados.\nActualmente, el estudio del comportamiento de secadoras requiere conocer distintos temas, y debe decirse que si bien se ha avanzado en muchos de los aspectos teóricos de la transferencia de calor y materia aire-grano y las relaciones entre calidad de grano y tratamientos térmicos, los datos de diseño de secadoras son fragmentarios. Resulta necesario integrarlos para pronosticar el comportamiento de un equipo.\nEl programa de simulación a desarrollarse aquí tratará de contribuir en este aspecto. El resultado principal de dicho programa será el cálculo del tiempo de residencia, período requerido para reducir la humedad de los granos desde el valor de entrada al valor deseado a la salida de la secadora. Otros propósitos importantes son la selección de condiciones operativas tales que el período de permanencia de los granos en la secadora no dañe su calidad, y no implique un alto consumo de energía.

Las nanociencias surgen en las últimas décadas como una novedosa herramienta que permite plantear una solución alternativa en el abordaje de problemas comunes en ciencia y tecnología. Actualmente, este campo toma un importante auge, debido a que los materiales de dimensiones nanométricas presentan características particulares que ofrecen la posibilidad de afrontar incluso nuevas soluciones, que con los materiales clásicos no podían ser alcanzadas. Gran parte de estos nuevos materiales, son diseñados y sintetizados para desempeñar usos muy específicos y delicados, como lo es por ejemplo la utilización en el área de la salud humana, por lo cual es necesario que se garanticen determinadas características y propiedades que permitan cumplir con los requisitos particulares para su uso o aplicación. Al tratarse entonces de nuevas tecnologías, los procesos y productos que se hallan dentro de este campo, se encuentran en su gran parte aun en desarrollo, y sus primeros principios de funcionamiento aún no han sido desarrollados de manera teórica. Dentro de este marco, en esta tesis se plantea una metodología de optimización que permite garantizar el cumplimiento de determinadas propiedades de uso final del producto con alta probabilidad de ocurrencia, sin necesidad de recurrir a ecuaciones fundamentales que definan el proceso, sino basándose exclusivamente en datos experimentales. Así, mediante un modelado basado en datos que ajustan la probabilidad de éxito binomial, la metodología pretende equilibrar la precisión paramétrica con la búsqueda de una región reducida de  operación, donde haya una alta probabilidad de satisfacer las especificaciones de punto final. De este modo, mediante una serie de pruebas experimentales, el algoritmo de la metodología conduce a la zona óptima de trabajo que permite operar el proceso cumpliendo con las propiedades de uso final de los productos. Dentro de esta área, es de destacada importancia el interés actual que existe en el ámbito de las nanociencias aplicadas a la medicina, ya que las mismas ofrecen potenciales nuevas soluciones en lo que respecta a diagnósticos y tratamientos. En particular, las nanopartículas magnéticas representan una alternativa viable en cuanto al tratamiento localizado de determinados tumores, ya sea mediante hipertermia o liberación controlada de drogas. Si bien existen en la bibliografía diversas rutas de síntesis de las mismas, resulta trascendental lograr una síntesis que garantice las propiedades de uso final del producto obtenido y que a su vez permita la escalabilidad del proceso para poder ser escalado a nivel industrial. Considerando este panorama, en esta tesis se desarrolló un nuevo método de síntesis de nanopartículas de óxido de hierro superparamagnéticas (SPIONs, según sus siglas en inglés) que cumple con estas necesidades planteadas. El producto obtenido fue caracterizado mediante técnicas de dispersión dinámica de luz (DLS), espectroscopia Raman, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (DRX) y análisis termogravimétrico (TGA); a modo de evaluar sus propiedades de tamaño, superficie y composición. Además, haciendo uso de la metodología de diseño de experimentos desarrollada, se realizó un estudio de reproducibilidad de esta nueva síntesis, optimizando a la vez la variable crítica del proceso. De este modo finalmente se puede concluir que la nueva ruta de síntesis cumple con los requerimientos lograr el mismo producto final que el obtenido en síntesis tradicionales, pero ahora mediante un proceso escalable y reproducible.

La soja (Glycine max) es una leguminosa con 40% (p/p) de proteínas. Así, el objetivo de este trabajo es desarrollar un proceso de cocción, inactivación y secado-tostado para lograr un producto listo para consumir. Se caracterizó el grano entero de soja en estado crudo, remojado, cocido y secado-tostado en lecho fluidizado. Se observó que al grano experimentaba reducción de volumen y densidad a medida que se deshidrataba, originando productos porosos. Estos cambios estructurales afectaron el comportamiento fluidodinámico del lecho de partículas, requiriéndose la disminución de la velocidad de fluidización durante el proceso para limitar el consumo de energía. A efectos de interpretar la transferencia de materia y energía durante el secado-tostado se desarrolló un modelo cinético considerando la contracción volumétrica y un coeficiente de difusión variable. Las ecuación diferenciales se resolvieron numéricamente, encontrándose una buena calidad predictiva. Luego se extendió el modelo al lecho fluidizado, para predecir variaciones de humedad y temperatura en el lecho de partículas y en el aire de secado. Se encontró un alto potencial para la recuperación de energía .Mediante la evaluación de la calidad del producto, el tratamiento más conveniente fue el que constaba de las etapas de remojado y secado-tostado a 140ºC.

El objetivo general es estudiar, a escala laboratorio, la factibilidad técnica de un pretratamiento de incubación enzimática sobre semillas de soja, determinar las condiciones óptimas de esta incubación, establecer la influencia que ejerce esta degradación enzimática sobre los rendimientos y la velocidad de extracción y determinar en qué etapa de la preparación industrial de las semillas podría acoplarse esta nueva operación de pretratamiento.

En esta Tesis de Doctorado se realizaron tareas de investigación y desarrollo en el área de sistemas de soporte a la toma de decisiones para la gestión de cadenas de suministros y la planificación estratégica del sector de la industria de biocombustibles. Un punto importante de este trabajo fue la consideración de los aspectos económico-financieros junto con indicadores ambientales, lo que permite fijar estrategias para el desarrollo sustentable de la actividad industrial. Dado que el sector de los biocombustibles está creciendo notablemente a nivel mundial, ante la necesidad de utilizar fuentes renovables de energía, resulta de vital importancia establecer estrategias que permitan garantizar la sostenibilidad de las actividades industriales conjuntamente con las de la sociedad, cuidando del medio ambiente. En particular se han desarrollado herramientas novedosas para el soporte en la toma de decisiones en el ámbito de cadenas de suministros de biomasa, a partir de la integración de técnicas de programación matemática para el modelado de procesos y distintas estrategias para la resolución de problemas con múltiples criterios. Se han utilizado sistemas de cómputo para lograr encontrar diseños y estrategias óptimas para dar solución a los distintos desafíos que propone el sector. El trabajo realizado extiende el uso del modelado matemático como herramienta de gestión, tanto a nivel industrial como gubernamental, y permite apoyar y sistematizar las decisiones estratégicas del sector. Además, la inclusión de aspectos ambientales, tales como el uso de la tierra y la emisión de gases de efecto invernadero, mediante la técnica del Análisis del Ciclo de Vida permite cuantificar el daño ambiental de la actividad y establecer políticas para su reducción. Las aplicaciones de las estrategias desarrolladas tienen un fuerte impacto regional debido a su vínculo, por ejemplo, con la industria sucroalcoholera del Noroeste Argentino (NOA). Con la debida difusión, podría darse la potencial adaptación del sector productivo a las nuevas tendencias de gestión que se están difundiendo en el mundo.

Desde el descubrimiento del Bioglass 45S5 (Bioglass®) en los años 70, el cual sigue siendo un estándar de referencia por sus propiedades bioactivas, muchos estudios se han realizado con el objeto de producir estos materiales tratando de mejorar sus propiedades para diversificar sus aplicaciones. Entre los materiales derivados de dichos estudios se encuentran los vitrocerámicos bioactivos, los cuales se obtienen por cristalización controlada de vidrios, y que tienen propiedades mecánicas mejoradas y reactividad controlada con respecto a sus precursores vítreos. La formulación de los vidrios con agregados de determinados componentes puede permitir también desarrollar, por tratamiento térmico, fases cristalinas que proporcionen un aspecto estético al producto final. El objetivo general del trabajo de Tesis está basado en la obtención y caracterización de vitrocerámicos bioactivos, parcialmente preparados a partir de materias primas naturales provistas por industrias mineras nacionales (ej. feldespatos y cuarzo), y su posterior evaluación referente a propiedades físicas, químicas, y aspectos de bioactividad para sus aplicaciones en la reparación y/o reemplazo de tejidos óseos. Todas las formulaciones desarrolladas se obtuvieron teniendo en cuenta como base la composición del Bioglass 45S5 (45 % SiO2, 24,5 % Na2O, 24,5 % CaO y 6 % P2O5, en peso). A partir de allí se incorporaron distintas cantidades de Al2O3 por medio de un feldespato potásico muy puro (K2O Al2O3 3SiO2). Las composiciones de los vidrios en una primera etapa fueron obtenidas reemplazando parte del Na2O por Al2O3 y K2O, para alcanzar contenidos de 0,5 y 2,5 % en peso de Al2O3. En una segunda etapa se obtuvieron vidrios por reemplazos de Al2O3 por SiO2 y Na2O por K2O en la composición molar para alcanzar contenidos de 1,5 y 3 % molar de Al2O3, equivalentes a 2,5 y 5 % en peso. Finalmente se desarrollaron composiciones con contenidos teóricos de leucita (25, 30, 40 y 50 % en peso) y Bioglass 45S5. Todos los agregados se hicieron con el objeto de poder desarrollar fases que contuvieran Al2O3, de forma tal de no influir negativamente en la bioactividad del material e incrementando sus propiedades mecánicas. Por último, las composiciones con diferentes contenidos teóricos de leucita y Bioglass fueron nuevamente producidas, pero utilizando exclusivamente reactivos analíticos con fines comparativos respecto a los materiales producidos por medio de minerales. Las técnicas utilizadas para la caracterización y medición de propiedades fueron: Difracción de rayos X, fluorescencia de rayos X, espectroscopía de fotoelectrones de rayos X, análisis térmicos, distribución de tamaño de partícula, espectroscopía infrarroja, microscopía electrónica de barrido, espectroscopía de rayos X dispersiva en energía, microscopía de calefacción, dilatometría, ensayos de bioactividad, compresión diametral, dureza y tenacidad. Se pudo dilucidar que es posible diseñar vitrocerámicos bioactivos utilizando parcialmente minerales naturales, tales como cuarzo y feldespato muy puros, los cuales tuvieron características muy similares a los materiales de las mismas composiciones producidos a partir de reactivos analíticos. Pudo confirmarse que la bioactividad y las propiedades mecánicas fueron variables en función de la composición, lo que esta está ligado al agregado de cuarzo y feldespato. En todos los casos los valores de las propiedades mecánicas fueron comparables con los vitrocerámicos derivados del Bioglass 45S5 comercial. Por todo lo antedicho, estos materiales podrían ser utilizados en remplazos o reparación de tejidos óseos, y además por su aspecto estético podrían utilizarse en aplicaciones odontológicas.