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Frentes de reacción se observan en diversos fenómenos naturales. Por ejemplo un incendio forestal se propaga de un lugar a otro, enfermedades se transmiten en una población de individuos, o la combustión se propaga en medios gaseosos. Estos frentes de reacción separan dos regiones, una por reactar, y la otra donde la reacción ya ha tomado lugar. En muchos casos, estos frentes de reacción actúan bajo la acción del movimiento del medio de reacción, por ejemplo los individuos se desplazan de un lugar a otro llevando consigo enfermedades, o los incendios son apoyados por los vientos. Un sistema con frentes de reacción que se puede explorar en el laboratorio son los frentes de reacción en reacciones autocatalíticas. En estos sistemas el flujo puede ser inducido por cambios de densidad, con lo que el líquido menos denso tenderá a flotar sobre el más denso. Un mecanismo importante de este cambio de densidad es la expansión térmica causada por la generación de calor, mientras que un segundo mecanismo aparece al cambiar la composición del líquido reactado. Otra forma de interacción del frente con el fluido se da cuando se impone un flujo externo sobre el frente. En este proyecto realizaremos experimentos y teorías que revelen los comportamientos del frente cuando ambos tipos de flujo se encuentran presente. Para lo cual realizaremos experimentos con frentes de reacción confinados en tubos capilares, a los que se le imponen un flujo a lo largo del tubo. Así mismo, incluiremos la acción de flujos forzados en modelos de propagación de frentes de modo que se pueda predecir comportamientos bajo otras condiciones. De particular interés serán frentes que presentes inestabilidades sin la presencia de fluidos, como es el caso de frentes con inestabilidades difusivas. Los estudios teoricos están dirigidos a dar cuenta de nuestros resultados
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Frentes de reacción se observan en diversos fenómenos naturales. Por ejemplo un incendio forestal se propaga de un lugar a otro, enfermedades se transmiten en una población de individuos, o la combustión se propaga en medios gaseosos. Estos frentes de reacción separan dos regiones, una por reactar, y la otra donde la reacción ya ha tomado lugar. En muchos casos, estos frentes de reacción actúan bajo la acción del movimiento del medio de reacción, por ejemplo los individuos se desplazan de un lugar a otro llevando consigo enfermedades, o los incendios son apoyados por los vientos. Un sistema con frentes de reacción que se puede explorar en el laboratorio son los frentes de reacción en reacciones autocatalíticas. En estos sistemas el flujo puede ser inducido por cambios de densidad, con lo que el líquido menos denso tenderá a flotar sobre el más denso. Un mecanismo importante de este cambio de densidad es la expansión térmica causada por la generación de calor, mientras que un segundo mecanismo aparece al cambiar la composición del líquido reactado. Otra forma de interacción del frente con el fluido se da cuando se impone un flujo externo sobre el frente. En este proyecto realizaremos experimentos y teorías que revelen los comportamientos del frente cuando ambos tipos de flujo se encuentran presente. Para lo cual realizaremos experimentos con frentes de reacción confinados en tubos capilares, a los que se le imponen un flujo a lo largo del tubo. Así mismo, incluiremos la acción de flujos forzados en modelos de propagación de frentes de modo que se pueda predecir comportamientos bajo otras condiciones. De particular interés serán frentes que presentes inestabilidades sin la presencia de fluidos, como es el caso de frentes con inestabilidades difusivas. Los estudios teoricos están dirigidos a dar cuenta de nuestros resultados
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Existe abundante literatura sobre el uso de los biopolímeros para diversas aplicaciones, incluyendo las aplicaciones biomédicas. Un recurso que podría utilizarse para la extracción de biopolímeros son las algas. En el Perú, existe una reserva importante de algas rojas y marrones conocidas comúnmente como yuyo y cochayuyo. En la actualidad, estas algas son usadas principalmente para el consumo humano directo o para la exportación para la industria alimentaria y textil. Este proyecto pretende explorar por primera vez en el país el potencial de los biopolímeros extraídos de algas para desarrollar aplicaciones biomédicas. Entre las principales aplicaciones a considerar se tiene: adhesivos biomédicos, armazones para ingeniería de tejidos y parches para heridas. Los biopolímeros serán principalmente alginato, carragenina y mezclas de ambos en los estados puros y modificados o reforzados con nanopartículas. Las técnicas para la preparación de serán solvent casting (vaciado) y melt processing (proces.del fundido). La caracterización incluirá la caracterización morfológica, térmica, mecánica y biomédica. La caracterización biomédica involucra ensayos de biocompatibilidad y citotoxicidad. Se busca dar un tratamiento interdisciplinario al desarrollo de un tipo de producto avanzado obtenido a partir de recursos naturales renovables. El equipo de investigación estará formado por un especialista en Ciencia de los Materiales, un especialista en Química y un especialista en Física. Se contribuirá con la puesta en valor de un recurso que es parte de la biodiversidad del país y que actualmente es explotado para el consumo humano directo. Además, se contribuirá con el surgimiento de una industria de biopolímeros para aplicaciones biomédicas de alto valor agregado. Los resultados se comunicarán en al menos dos publicaciones en revistas indexadas (ISI Q1/Q2), al menos 1 conferencia internacional o nacional, al menos 1 tesis, así como seminarios abiertos al público y la sociedad civil
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Al observar la naturaleza nos encontramos con una espectacular variedad de patrones y formas. Desde explosiones de supernovas en el espacio, hasta la formación de microestructuras en cristales, sin descartar otras a nivel sub-nuclear. Dichas formas pueden existir fuera del equilibrio termodinámico, pues de otra manera la naturaleza sería espacio compuesto de materia distribuida homogénea y uniformemente. Muchos fenómenos naturales comparten mecanismos de formación similares, por ejemplo cambios de densidad llevan a un fluido menos denso a flotar sobre el mas denso, permitiendo cambios en el clima a medida que el aire caliente tiende a elevarse, o al movimiento del manto terrestre. Otros mecanismos que llevan al movimiento de fluidos son cambios en la tensión superficial, o cambios de composion, como es el caso de tener aceite bajo agua. En la presente investigación nos enfocaremos en la interacción de mecanismos de propagacion de frentes de reacción que interactúan con otros mecanismos, como son tensión superficial, generación de calor, y difusión molecular. Estudiaremos los frentes de progación resolviendo numéricamente dos tipos de propagación de frente: uno basado en la relación eikonal entre la velocidad y la curvatura del frente, y el otro usando la ecuación de Kuramoto-Sivashinsky que permite la descripción de frentes caóticos. La ventaja de usar estos modelos es que se aplican no solo a reacciones químicas autocatalíticas, sino también a combustión, a gases en astrofísica, o a solidificación direccional. A estos mecanismos incluiremos los efectos de generación de calor en un frente de grosor infinitesimal, y al cambio de tensión superficial debido al contacto de dos substancias distintas. Efectos que juegan un rol importante en experimentos en frentes químicos en líquidos
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La aparición de formas y estructuras en la naturaleza es un misterio. La presencia de organización es un desafío a la Segunda Ley de la Termodinámica que nos dice que todo en el Universo tiende a ser homogéneo. Sin embargo la existencia de estructuras, tales como organismos vivos, es un fenómeno común. Estas estructuras se puede mantener sólo fuera del equilibrio termodinámico. Por ejemplo, los organismos biológicos tienen que ser alimentados. Los mecanismos fundamentales que nos llevan a la formación de estructuras pueden estudiarse en sistemas algo más simples. En este trabajo estudiaremos la aparición de formas en frentes de reacción. Frentes químicos que se propagan en líquidos generan cambios de densidad que conducen al movimiento de fluido. Esta flujo, pude ser nulo, estacionario, oscilante, o caótico, dependiendo del cambio de densidad, el tipo de reacción, o de las dimensiones del sistema. Nuestra investigación estudiará estructuras y caos en sistemas en que a pesar de presentar un gradiente de densidad estable, son desestabilizados por la reacción y difusión. Analizaremos computacionalmente las condiciones para la estabilidad de frentes y la generación de formas espacio-temporales.
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