Estudio de la densidad de producción de entropía en el sistema Gray-Scott reversible confinado en un canal estrecho

En este trabajo se analiza el sistema de reacción-difusión conocido como Gray-Scott reversible, confinado en un canal estrecho, y la correspondiente influencia de la geometría de la pared del canal en la producción de entropía del sistema. Utilizando una ecuación de difusión efectiva que considera modificaciones por las características del canal, encontramos que la densidad de producción de entropía cambia su valor pero no su comportamiento cualitativo, lo que ayuda a explorar el espacio de formación de estructuras.

Superestructura activa formada por robots autopropulsados que se mueve a través de canales complejos parcialmente ocupados por un medio granular

Estudiamos la dinámica y la evolución temporal de la forma de una superestructura flexible compuesta por robots autopropulsados confinados en una cadena cerrada que se mueven dentro de regiones redondeadas interconectadas por canales estrechos, los cuales están parcialmente llenos con un medio granular húmedo y flexible. Esta superestructura activa puede atravesar canales estrechos y largos gracias a su flexibilidad y morfo-adaptabilidad. En particular, nos interesa la dinámica cooperativa que realizan los robots dentro de la superestructura y las correlaciones que aparecen entre ellos. Además, centramos nuestra atención en los cambios estructurales que las superestructuras generan sobre el medio granular. Cuando los canales se llenan parcialmente con partículas granulares, la superestructura empuja y desplaza muchas de ellas a regiones de la celda donde no obstruyan su movimiento por los canales, esto a través de formar agregados con un mayor orden estructural local. Las propiedades dinámicas de la superestructura se analizan en función de la dinámica de los robots interiores, para ello utilizamos el desplazamiento cuadrático medio $\langle \Delta r^2(t)\rangle$ y el coeficiente de difusión efectivo $D_E$. Las características estructurales del medio granular se cuantifican empleando el parámetro de orden orientacional del sexto orden $\Psi'_6$.

Simulaciones computacionales de gotas esferoidales de cristales líquidos nemáticos

Se sabe que el confinamiento geométrico se usa para controlar la orientación, las transiciones de fase y los defectos topológicos que surgen en las gotas de cristal líquido (CL). Las interacciones moleculares con las fronteras y las constantes elásticas del CL pueden influir en la orientación del sistema según la composición química de la superficie, por lo que estas características determinan los defectos topológicos del CL en la gota. En este trabajo, presentamos un estudio computacional de gotas de CL esferoidales que exhiben un conjunto de morfologías y defectos topológicos que surgen de las interacciones entre el CL y la superficie de la gota debido a la fuerza de anclaje.

Navegando la esfera $\mathbb{S}^2$ con movimiento browniano correlacionado

Se presenta un análisis teórico del movimiento browniano fraccionario y browniano escalado sobre la superficie de la esfera $\mathbb{s}^2$. Las correlaciones intrínsecas del movimiento browniano fraccionario dilucidan los efectos de las estrategias de navegación elegidas. Mientras que dichas estrategias no tienen ninguna relevancia en el caso de movimiento browniano escalado. Se presentan resultados basados en simulaciones numéricas así como resultados analíticos exactos.

Adsorption in DPD model to study infection dynamics by phages

Los sistemas biológicos suelen ser complejos, por el hecho de tener tantos grados de libertad, debido a eso requieren simulaciones numéricas. Unos de los fenómenos menos entendidos es la dinámica de infección de bacteriófagos. Los bacteriófagos son virus que infectan bacterias, son importantes y muy recurrentes en la naturaleza, ayudan en los ecosistemas regulando la población de bacterias. Son tan abundantes que muchos habitan en los animales, como el ser humano, en este momento albergamos más de 10 trillones de fagos en nuestro cuerpo, mientras que 3 billones penetran el cuerpo humano diariamente. Estudios previos demostraron que son útiles en la regulación de la microbiota humana, además de que serían una buena solución para la problemática de las superbacterias, pero como sabemos, estos no tienen movimiento propio, por lo que cuestiones térmicas y estadísticas entran en juego para el entendimiento de la dinámica de infección. El equipo de trabajo desarrolló estudios previos con modelos isotrópticos y dinámica browniana, sin embargo, ahora se realizó un modelo anisotrópico con dinámica de partícula disipativa debido a que con este tipo de dinámica se pueden reproducir eféctos hidrodinámicos, los cuales en estudios previos, se ha demostrado ser un factor muy influyente en la dinámica de infección, tambien en este modelo se utilizaron paredes celulares para representar a la bacteria, se estudió la amfifilicidad del sistema para ver que tanto influía esto en la dinámica de infección. Posteriormente se le comenzó a dar más relevancia a las proteínas de la pared celular, ya que estas tienen un mecanismo de llave cerradura con el fago, por lo tanto se estudió la concentración de estas en la pared celular así como la carga viral del sistema. Se calcularon perfiles de densidad, parámetros de orden e isotermas de absorción.

Descripción covariante de la dinámica coloidal en espacios curvos

El movimiento Browniano es una característica universal de las partículas coloidales embebidas en medio anfitrión, y este es fundamental para el transporte molecular o difusión, una característica relevante no solo para la física, sino para diversas áreas de la ciencia y la ingeniería. Desde su descubrimiento, el movimiento Browniano, también conocido como dinámica coloidal , ha jugado un rol importante en el entendimiento de la relación molecular existente entre una macromolécula difundiéndose y la información macroscópica del medio anfitrión. Sin embargo, la dinámica coloidal está lejos de ser totalmente comprendida. Por ejemplo, la difusión de coloides no esféricos o los efectos de la geometría del medio anfitrión en la disfusión de coloides pasivos y activos. En este trabajo, introducimos una descripción covariante de la dinámica coloidal en espacios curvos, en la cual, sin perdidad de generalidad, las interacciones hidrodinámicas han sido omitidas. Este formalismo representa un punto de partida en el entendimiento del rol de la geometría en la dinámica coloidal, el cual es un aspecto fundamental en el entendimiento de procesos difusivos complejos, como puede ser la difusión de proteínas sobre membranas celulares. Así mismo, se espera que este acercamiento permita entender fenómenos diversos, como el papel de la geometría en la separación espinodal o en las propiedades termodinámicas de una suspensión coloidal por mencionar algunos ejemplos.

Procesos de transporte en diagramas de fases complementados(SPD) en soluciones sobresaturadas: Aplicaciones

Los diagramas de fases complementados SPD (Supplemented Phase Diagram) para soluciones acuosas con polihidróxidos describen el comportamiento de estados fuera de equilibrio en la región sobresaturada de las mismas hacia la transición vítrea. Esta característica es esencial para procedimientos de conservación a bajas temperaturas dentro de áreas tales como la criopreservación de sistemas biológicos y en industrias como farmacéuticas y de alimentos.

Transporte balístico inducido por transiciones sin reciprocidad entre tres estados de de velocidad de partículas autopropulsadas

Presentamos un modelo teórico de movimiento activo que considera tres estados distintos de velocidad. La dinámica de una partícula tipo "run-and-tumble" que transita de forma no recíproca entre tres estados de movimiento con velocidades de auto-propulsión (${v_{-}=-v,v_{0}=0,v_{+}=v}$), es considerada para su análisis estadístico. Estudiamos los patrones de movimiento que emergen, a través de los primeros momentos de la densidad de probabilidad de las posiciones, en particular el desplazamiento cuadrático medio exhibe transporte balístico en general, sin embargo se observa difusión normal en el caso de transiciones recíprocas.

Espectro, eigenestados y propiedades de transporte en sistemas PT-simétricos sencillos

En 1997 Carl Bender y Stefan Boettcher demostraron que los hamiltonianos no hermitianos que obedecen la simetría de paridad-tiempo (PT) pueden presentar un espectro real. A partir de este hecho, la simetría PT se ha establecido como un campo de la física que ha generado un especial interés por los muchos fenómenos físicos relacionados con ella. Sin embargo, uno de los aspectos menos explorados de estos sistemas son sus propiedades de transporte, siendo las pocas referencias a este tema limitadas a modelos tipo tight binding y en menor medida a pozos de potencial, donde se ha reportado que el transporte de la densidad de probabilidad en la fase PT-simétrica es eficiente, mientras que la ruptura en la simetría PT hace que el sistema exhiba acumulación o pérdida de probabilidad. En este trabajo obtenemos y caracterizamos el espectro y los estados estacionarios de sistemas tipo pozo de potencial PT-simétrico y analizamos sus flujos de densidad de probabilidad y densidad de energía.

Estructura interna y mecanismo de autopropulsión de caminantes magnéticos en dispersiones mgnetoreológicas

Las dispersiones magnetoreológicas están compuestas de partículas paramagnéticas de tamaño micrométrico, dispersas en un fluido inerte. La aplicación de un campo magnético sobre estas dispersiones induce un momento magnético en las partículas, y como consecuencia, una interacción entre ellas, lo que lleva a la formación de aglomerados de estructura fibrosa. Mediante la aplicación de un campo magnético rotante, dichos aglomerados se convierten en objetos autopropulsados, es decir, caminantes magnéticos, con la capacidad de transportarse a través de redes complejas de canales. En este trabajo investigamos las característica de la estructura interna de los caminantes magnéticos y su mecanismo de propulsión, bajo diferentes condiciones de campo aplicado y confinamiento.

Modelado de olas epidémicas de contagio usando modelos de partículas activas Brownianas

El entendimiento de la dinámica de contagio o propagación de una enfermedad, tal como se ha visto recientemente con la pandemia derivada del virus Sars Cov-2 (COVID-19), se ha vuelto una pieza fundamental para reducir su propagación y por lo tanto reducir la enfermedad y en consecuencia posibles muertes derivadas del virus. Ante esta motivación, el presente proyecto tiene como objetivo dar una alternativa a los modelos estadísticos clásicos como el SI, dando mayores grados de libertad a los posibles parámetros asociados al contagio dentro de la dinámica de la infección, como el rango espacial del contagio, el uso de máscaras, el confinamiento de la población, etc. Esta alternativa consiste en la modelización de la población como partículas brownianas activas (ABP) sobre un área fija, como una plaza, un aula, un teatro, etc. Para describir el comportamiento de la propagación de la infección por un virus, estudiamos de manera sistemática la dinámica de contagio en función de parámetros como la relación entre el movimiento de las personas y la densidad de los individuos en cierta área, así como la introducción de un tiempo de recuperación de la infección, lo que provoca la aparición de olas de infección apreciadas por ejemplo, en la reciente pandemia. A la fecha no hay modelo analítico capaz de reproducir olas de contagio, por lo cual el tener una herramienta capaz de replicar lo más fielmente una pandemia puede servir de base científica para la aplicación de políticas públicas y protocolos ciudadanos para la protección de la población. Así como el punto de partida para desarrollar un software o aplicación para la prevención del contagio.

Propagación de campos electromagnéticos en medios aleatorios estratificados con simetría radial

Se analiza la propagación de campos electromagnéticos en dispositivos desordenados con simetría esférica. Consideramos un modelo constituido por bicapas formadas por dos monocapas de dieléctricos distintos y espesores aleatorios. Por medio de la técnica de las matrices de transferencia se determina analíticamente la longitud de localización para ondas electromagnéticas monocromáticas y se obtiene numéricamente el coeficiente de transmisión en función de la frecuencia para dispositivos con un número arbitrario de bicapas. Se muestra además cómo es posible modular las propiedades de transporte sirviéndose de correlaciones espaciales del desorden. Se discuten las aplicaciones de este modelo al estudio de la propagación de ondas electromagnéticas en metamateriales, cristales fotónicos y otros tipos de materiales estratificados.

Entendimiento fundamental de los materiales sólidos amorfos: un espectacular logro de la comunidad mexicana de física estadística

Desde hace más de un siglo, los físicos sabemos que los estados de equilibrio de la materia (gases, líquidos, sólidos cristalinos) maximizan la entropía, es decir, son soluciones de la ecuación dS=0 (complementada con la expresión de Boltzmann S=kB Ln W). Resolviendo esta ecuación para todo posible Hamiltoniano, permitiría enlistar el catálogo universal de los posibles estados de equilibrio de la materia. Este catálogo, sin embargo, no contendría a los estados de la materia con la que los seres humanos interactuamos mas intensa y cotidianamente. Los extremadamente comunes materiales sólidos amorfos, como los vidrios, los geles, etc, constituyen un segundo catálogo de estados de la materia. Identificar los principios fundamentales y las ecuaciones de la física que describen a estos estados amorfos de no-equilibrio, ha constituido una de las fronteras más misteriosas de la física. En esta plática describiremos cómo la comunidad mexicana de física estadística ha logrado descifrar este misterio.

Entendiendo y controlando el auto ensamble: de suspensiones de nanopartículas en cristales líquidos a cápsides virales

En años recientes, hemos realizado investigaciones sobre auto ensamble de cristales líquidos, nanopartículas y cápsides virales. Para ello, hemos recurrido principalmente a métodos teóricos y computacionales propios de la física estadística y la termodinámica, manteniendo una colaboración estrecha con la contraparte experimental de nuestras investigaciones. Ejemplificaremos el uso de métodos de dinámica molecular y teoría del continuo para obtener control sobre las propiedades estructurales, ópticas y de flujo de cristales líquidos (por medio de transiciones de fase, confinamiento y presión acústica). Adicionalmente, mostraremos cómo aplicar dinámica molecular y modelos cinéticos para estudiar el ensamble de la cápside del virus VIH-1, en particular la forma en que este virus captura selectivamente su genoma de RNA a medida que ensambla su cápside, a pesar de condiciones adversas de concentración y de carecer de la afinidad termodinámica necesaria para que la captura ocurra bajo condiciones de equilibrio termodinámico. Las predicciones de estos modelos son susceptibles de probarse experimentalmente y apuntan a cómo interferir con la formación de viriones del VIH-1

Código de Dinámica Molecular para la simulación de partículas cúbicas granulares en un sistema cuasi-2D

En este trabajo presentamos un código de Dinámica Molecular para simular el comportamiento de un sistema compuesto de partículas cúbicas en un dominio cuasibidimensional. Cada partícula se modela individualmente como un sistema de 8 esferas unidas por 12 cilindros. Para considerar las colisiones entre cubos se toman en cuenta las interacciones esfera-esfera, esfera-cilindro, cilindro-cilindro y esfera-cara. En cada una de estas interacciones, las fuerzas normales se calculan con el modelo spring-dashpot hookeano, mientras que las fuerzas tangenciales se calculan con el modelo de Cundall y Strack. Las simulaciones obtenidas muestran una excelente concordancia con experimentos cuasi-2D realizados con partículas cúbicas reales. En ambos casos, en experimentos y simulaciones, se encuentra que las partículas siguen una dinámica muy similar a la browniana, tanto en la distribución de velocidades, como en el desplazamiento cuadrático medio. El algoritmo permite estudiar más casos, incluyendo sistemas concentrados (cristales cúbicos) o incluso se puede extender a sistemas tridimensionales.

Autoensamblado de patchy particles en superficies curvas

En los últimos años, los avances en las distintas técnicas de síntesis de partículas anisótropas han sido muy significativos, y esto se debe a sus propiedades inusuales que han generado una revolución en la creación de nuevos materiales. Las partículas con anisotropía superficial (patchy particles) en todas sus variantes (Janus, Triblock Janus, Triblock Janus Inverso, etc.) presentan un gran interés tecnológico debido a la capacidad de auto-ensamblarse y generar estructuras con propiedades muy específicas. En esta charla, mostramos los resultados del autoensamblado de patchy particles, (el autoensamblado es la capacidad que tienen estos sistemas de generar estructuras bien organizadas sin la intervención de algún agente interno) sobre una superficie esférica bajo ciertas condiciones termodinámicas, utilizando simulaciones moleculares. En este trabajo mostramos los resultados de dos casos particulares: partículas tipo Janus y Triblock Janus con distintos cubrimientos. Para la obtención de los resultados, hemos diseñado un nuevo potencial anisótropo continuo que lleva por nombre The Generalized Continuos Multiple Step (GCMS); este potencial es una alternativa para llevar a cabos simulaciones de dinámica molecular, ya que los reportados en la literatura se basan en el potencial llamado Kern-Frenkel, el cual es un potencial discontinuo que se utiliza en simulaciones de Monte Carlo. El potencial GCMS es un potencial continuo, sus parámetros de energía y alcance nos permiten modelar partículas esféricas con anisotropía superficial como los son: partículas Janus, Triblock Janus, Triblock Janus Inverso, etc. Los resultados obtenidos de este trabajo son muy novedosos, ya que se pueden aplicar en distintas áreas como en la ingeniería de materiales, la electrónica, la biotecnología, medicina y la industria farmacéutica.

La flecha del tiempo a lo largo de 5 siglos de música clásica

Sucesión, continuidad, direccionalidad y narrativa en composiciones musicales han sido discutidas en forma recurrente, entre otros, por músicos y musicólogos. En esta presentación se abordan estos temas, por compositor y periodo musical, a partir de criterios cuantitativos emanados de un estudio de propiedades estadísticas de cerca de 9000 partituras de música clásica desde el renacimiento hasta inicios del siglo XX. Vistas como series musicales, se determinan rasgos de no linealidad, asimetría, escalamiento e irreversibilidad. El estudio pone de manifiesto relaciones entre esos rasgos, así como la predominancia del comportamiento irreversible en las composiciones a lo largo de los distintos periodos musicales La flecha del tiempo se determina por medio de la irreversibilidad estadística, calculada en términos de producción de entropía, en redes construidas por medio de horizontes de visibilidad, a partir de las partituras. El análisis permite explorar el proceso de composición en términos termodinámica fuera de equilibrio. También se sondean relaciones entre direccionalidad, disipación y no linealidad con percepción y apreciación musical. Nuestro estudio se basa en el comportamiento melódico, quedando abierto su integración a tratamientos sobre armonía y ritmo. Adicionalmente se presentarán consideraciones sobre aleatoriedad y determinismo en las partituras.

Contracción de Fuerzas Desnudas: Un Estudio de las interacciones de Vaciado en Sistemas Coloidales a Concentración Finita

Las interacciones efectivas son fundamentales en el campo de la materia blanda y los sistemas complejos; y muchos fenómenos físicos tienen lugar en diferentes sistemas termodinámicos debido a tales interacciones. Las fuerzas de vaciado son un ejemplo muy particular de interacciones efectivas, siendo de origen entrópico más que energético. Estas fuerzas son fundamentales para determinar el comportamiento de una gran cantidad de materiales y dispersiones coloidales, y se han utilizado para la manipulación de sistemas cuyos estados termodinámicos están en equilibrio y fuera de él. Se comprende bien la naturaleza efectiva y el origen entrópico de estas fuerzas efectivas; sin embargo, la mayoría de los enfoques teóricos y también las simulaciones moleculares, sólo funcionan cuantitativamente en sistemas muy diluidos, ya que las grandes asimetrías de tamaño y las altas concentraciones de partículas son difíciles de abordar. Los enfoques existentes para integrar los grados de libertad de las especies depletadas pueden fallar en estas condiciones físicas extremas. En este contexto, el principal objetivo de esta contribución es mostrar una nueva formulación física general para obtener fuerzas y potenciales efectivos. Mostramos que la contracción de las fuerzas desnudas determina de forma única las interacciones de vaciado. Nuestra formulación se prueba mediante el estudio de las fuerzas de vaciado en mezclas coloidales a concentración finita y situaciones lejanas al límite diluido, los resultados se comparan con resultados que provienen de la teoría de ecuaciones integrales. Nuestros resultados abren la posibilidad de encontrar una ruta eficiente para determinar las interacciones efectivas incluso en condiciones termodinámicas de no equilibrio.

Propiedades reológicas de un fluido coloidal bajo esfuerzo cortante uniforme

En este trabajo investigamos la difusión y viscosidad de un fluido monodisperso de partículas brownianas esféricas bajo esfuerzo cortante uniforme. Presentamos los resultados de simulaciones numéricas para la función de dispersión intermedia y el tensor de autodifusión en el límite estacionario para varias concentraciones de partículas, haciendo uso de una ecuación tipo SLLOD para asegurar que el sistema se mantenga a temperatura constante. Entre los sistemas que presentamos incluimos partículas que interactúan repulsivamente según un potencial WCA y un segundo caso siguiendo un potencial tipo Yukawa.

Isotermas de adsorción de un colorante aniónico sobre dióxido de titanio

El dióxido de titanio (TiO$_2$) es un material fotocatalítico que mediante un mecanismo fisicoquímico acelera la degradación de contaminantes orgánicos. Cuando se le hace incidir luz de 3.2 eV de energía el TiO$_2$ se fotoactiva y es capaz de catalizar la degradación de diversos contaminantes. Sin embargo, en este trabajo, se estudia el TiO$_2$ como un material adsorbente en lugar de su función tradicional como fotocatalizador ya que se cree que inducir una máxima adsorción del colorante sobre el fotocatalizador mejora su degradación fotocatalítica pues hay más colorante disponible para la reacción. En este trabajo se presenta el análisis estadístico de experimentos de adsorción del colorante naranja ácido 7, a diferentes concentraciones iniciales, sobre TiO$_2$ a pH 1 [1]. Se aplicaron ajustes lineales y no lineales para estudiar el equilibrio del proceso, usando isotermas de adsorción típicas como la de Langmuir y Freundlich. Se observa que el porcentaje de adsorción en el equilibrio se incrementa inicialmente para posteriormente disminuir cuando se aumenta la masa de fotocatalizador El parámetro de Langmuir $1/k$ (que representa la concentración de colorante a la que se llega a la mitad de la saturación) tiene el comportamiento opuesto al porcentaje de adsorción (al aumentar la masa de fotocatalizador inicialmente disminuye y posteriormente se incrementa). [1] Tesis de doctorado de Araceli Arteaga Jiménez. IPN-CICATA-Querétaro (julio 2023).

Efecto de un electrolíto en la temperatura de punto de nube de Triton X-100 en presencia de un colorante aniónico

Cuando se incrementa la temperatura de una solución micelar por arriba de la llamada “temperatura de punto de nube” se presenta una separación del sistema en dos fases inmiscibles en equilibrio: una fase coacervada rica en micelas aglomeradas y una fase pobre en surfactante. Este fenómeno físico es utilizado en el método de extracción de contaminantes con surfactantes en su punto de nube. Las micelas de surfactantes absorben compuestos (tales como colorantes orgánicos) en su núcleo interno llevando al fenómeno de solubilización. En la transición de punto de nube, gran parte del colorante queda confinada en la fase coacervada, lo que permite la remoción. Los surfactantes no iónicos tienden a presentar una menor solubilidad a temperaturas elevadas por lo que es común usarlos en este método. En este trabajo se emplea como contaminante el colorante aniónico naranja ácido 7 (NA7) y Triton X-100 como surfactante no iónico. Se estudia el efecto de añadir una solución de cloruro de sodio (NaCl) a la solución colorante-surfactante en su temperatura de punto de nube. Se observa que la concentración de colorante es un factor más significativo en la temperatura del punto de nube que la concentración de sal o la de surfactante.

Desacoplamiento de las difusiones rotacional y traslacional de partículas elipsoidales en un sistema de bidimensional de cubos

Estudiamos el movimiento de una partícula elipsoidal inmersa en un sistema granular cuasi-2D de cubos bajo vibraciones mecánicas. En este sistema la temperatura efectiva del sistema la caracterizamos por medio de la concentración de las partículas como en otros sistemas granulares y coloidales. Estudiamos los coeficientes de difusión traslacional y rotacional a diferentes temperaturas efectivas. El sistema experimenta diferentes configuraciones, desde configuraciones desordenadas como en un gas, hasta configuraciones ordenadas donde los cubos se encuentran dinámicamente arrestados. Determinamos los coeficientes de difusión a través de mediciones del desplazamiento cuadrático medio tanto traslacional como del rotacional. Hemos encontrado que en el régimen de altas temperaturas, los coeficientes de traslación y de rotación están acoplados, esto es la razón entre ellos es constante al cambiar la temperatura. En contraste, en el régimen de bajas temperaturas, cuando el sistema está cerca de la solidificación, los coeficientes de difusión se desacoplan. Determinamos el papel que juega la relación de aspecto de la elipse y su tamaño sobre el acoplamiento de los coeficientes de difusión. Argumentamos que nuestro sistema y sus resultados modelan la fenomenología observada en sistemas coloidales cuasi- 2D. En el caso del acoplamiento de las difusiones traslacional y rotacional, en sistemas coloidales no se tienen resultados concluyentes porque es difícil de controlar la relación de aspecto de las partículas, en cambio en nuestro sistema si se puede controlar fácilmente este parámetro. Así, nuestros resultados contribuyen a complementar y extender resultados de sistemas coloidales.

Descripción teórica de la mezcla coloide-polímero desde una perspectiva fuera del equilibrio termodinámico

La mezcla coloide-polímero es de gran importancia debido a que está involucrada en diversas áreas del sector industrial como pinturas y lácteos [1,2]. Actualmente se cuenta con conocimiento experimental acerca de los cambios de fase de esta mezcla, mismos que han sido estudiados mediante teorías como el modelo de sitio de interacción de referencia de polímero (PRISM), modelo central gaussiano (GCM) o la teoría funcional de densidad (DFT) que han tenido un éxito limitado [3]. Es por esta razón que en el presente póster se muestra una descripción teórica de los cambios de fase de la mezcla coloide polímero, en particular la transición a gel o a vidrio. Para lograrlo se partió de la teoría de la ecuación generalizada de Langevin auto consistente en su extensión fuera de equilibrio (NE-SCGLE), la cual parte de la teoría de fluctuaciones de Onsager-Machlup, así como de métodos computacionales necesarios para resolver el sistema de ecuaciones involucrado. Se encontró que para un sistema conformado por coloide con fracción de volumen $\varphi_{c}$ en el rango [0.01, 0.6] y polímero no absorbente con fracción de volumen $\varphi_{p}$ en el rango [0.01, 8] y radio de giro $\xi$ 0.1 la viscosidad $\eta *$ varía ente $10^{0}$ y $10^{3}$. Se observó que la viscosidad máxima del sistema fue de $5.87\times 10^{3}$, donde $\phi_{c} = 0.566$ y $\phi_{p} = 0.025$. Estos resultados resultan útiles en el avance en la descripción de la materia condensada, así como en su estudio y producción, así como una visualización del fenómeno de desmezclado. Referencias: 1. Gawai, K. M., Mudgal, S. P., & Prajapati, J. B. (2017). Chapter 3 - Stabilizers, Colorants, and Exopolysaccharides in Yogurt. In N. P. Shah (Ed.), Yogurt in Health and Disease Prevention (pp. 49–68). 2. Rheology Modifiers, Thickeners and Gels. (2010). In Colloids in Paints (pp. 193–209). doi:10.1002/9783527631179.ch8 3. Lekkerkerker, H. & Tuinier, R. (2011). Colloids and the Depletion Interaction. Springer Dordrecht.

Termofinanzas y la predicción de los precios de la canasta básica

En este trabajo, presentamos un enfoque distinto para modelar el comportamiento de los precios de la canasta básica, utilizando la ecuación de difusión. Este modelo matemático, ampliamente utilizado en física para describir la distribución de temperatura en un medio, puede ser adaptado para entender cómo varían los precios en una economía y cómo se distribuyen a lo largo del tiempo y el espacio. La idea central de esta propuesta es equiparar el precio de la canasta básica a la temperatura en el modelo de propagación de calor. En este contexto, el coeficiente de dispersión en la ecuación de difusión, que en la física representa la conductividad térmica, se interpreta como un equivalente a la inflación en términos económicos. De esta forma, la difusión del calor a través de un medio se asemeja a la forma en que los precios se propagan y fluctúan en una economía.

¿Hielo super calentado o agua sobreenfirada?

En este trabajo se estudia experimentalmente el "agua" sobreenfriada como un fenómeno de transición de fases, líquido-sólido. Se discuten las condiciones suficientes para su obtención y la posible existencia de metafases. Éstas las suponemos evidenciadas por cambios abruptos ("hombros") en diagramas T-t (Temperatura-tiempo) durante el proceso de transición.

Modelación y experimentación para el análisis del comportamiento de un colector solar de tubos evacuados para distintos flujos másicos e irradiancias

En la presente investigación se obtuvo una base de datos sobre temperatura e irradiancia que permita determinar el flujo másico optimo que se debe implementar en un colector solar para optimizar el sistema y así incrementar la eficiencia energética que este pudiera alcanzar. Para esto, se realizó una evaluación del desempeño energético de un colector solar de tubos evacuados, utilizando agua como fluido de trabajo, enfocado en la variación del flujo másico. Esto al considerar los valores de irradiancia que se alcanzan diariamente, así como un gradiente de temperatura entre la entrada y la salida, especificando el rango de temperatura que se busque elevar para el calentamiento de agua, teniendo así un clasificación de flujo según la temperatura de salida deseada. Para complementar este estudio se realizó una simulación computacional, análisis estadístico y el estudio del fenómeno físico para la representación y obtención de una formulación matemática para el flujo másico en función de la irradiancia y un gradiente de temperatura en específico.

Caracterización del proceso de descomposición espinodal de una mezcla ternaria líquida-polimérica

Se estudió la descomposición en el punto crítico de la mezcla binaria de lutidina-agua con un agregado de polimero a distintas concentraciones. Capturando con una camara CCD el patrón de luz obtenido al hacer interactuar un laser con la muestra y calculando la correlación temporal de las fluctuaciones de la intesidad, haciendo uso de análisis de imagenes. La técnica ultilizada demostró ser de coste bajo y fácil implementación con aplicaciones variadas incluyendo en Diffusing wave spectroscopy (DWS)

Simulación y experimento de partículas en campos de luz: confinamiento no trivial

Este trabajo presenta simulaciones realizadas con el objetivo de analizar los resultados experimentales del confinamiento de partículas coloidales en canales rectangulares creados por medio de pinzas ópticas holográficas. Los resultados revelaron una segunda región difusiva en el desplazamiento cuadrático medio de la partícula cuando se aplicó un ángulo de inclinación en el canal, adicional a la difusión confinada normal. Para comprender este fenómeno, se realizaron simulaciones de una partícula browniana confinada, estudiando su desplazamiento cuadrático medio y su difusión, tanto en canales rectos como inclinados, para estudiar la naturaleza de la segunda región difusiva en su desplazamiento cuadrático medio. Se exploró si esta segunda región difusiva surge únicamente de la aplicación de una rotación, mediante la utilización de una matriz de rotación para transformar la trayectoria de la partícula generada en un canal sin inclinación, o si depende de la generación de la trayectoria en un canal ya inclinado. Nuestros resultados permitirán una interpretación correcta de los experimentos a la luz de las teorías actuales de difusión confinada.

Cocina Eco-Amigable

En este proyecto, diseñamos y construimos un horno solar automatizado utilizando materiales desechables con el objetivo de demostrar una alternativa práctica y accesible para cocinar alimentos utilizando energía solar. Además de los beneficios de sostenibilidad y accesibilidad, la automatización añade una capa de conveniencia y eficiencia al proceso de cocción. - El diseño usa una caja de cartón grande como base estructural y cubre al interior con papel de aluminio para reflejar la luz solar. - Se cubre de una capa de aislamiento para mejorar la retención de calor en el interior del horno. - Se construyó un mecanismo de seguimiento solar utilizando un pequeño motor eléctrico alimentado por un panel solar. - se coloca un recipiente resistente al calor a dentro de una bolsa de plástico transparente para crear un invernadero alrededor de los alimentos - El horno solar automatizado sería eficaz en la captación y retención de calor, alcanzando temperaturas adecuadas para cocinar alimentos de manera segura y eficiente.No daña el medio ambiente, ya que no requiere otro tipo de energía mas que la solar. - El mecanismo de seguimiento solar permite que el reflector solar se ajustara automáticamente para seguir el movimiento del sol durante el día, maximizando así la captación de luz solar. - La utilización de materiales desechables y un diseño simple y económico hace que el proyecto sea accesible para personas con recursos limitados. - La automatización del horno solar añade una capa de eficiencia y comodidad al proceso de cocción, manteniendo al mismo tiempo los beneficios de sostenibilidad y accesibilidad de la versión anterior del proyecto. - Este enfoque innovador demuestra el potencial de la física y la ingeniería para proporcionar soluciones prácticas a los desafíos ambientales y sociales.

Modelación y Simulación de un Intercambiador de Calor Sólido-Sólido

Este proyecto explora la posibilidad de un Intercambiador de Calor Sólido-Sólido, modelándolo y simulándolo en el software "COMSOL Multiphysics". Su propósito es utilizar la energía térmica que normalmente se desperdicia en procesos industriales, como carpintería metálica y hornos, para reducir los costos y su impacto ambiental negativo. Es un intercambiador de calor a contraflujo que utiliza transporte neumático de fase densa para mover los sólidos. Este modelo utiliza la mezcla de flujo laminar y transferencia de calor en módulos de fluidos. Para maximizar la transferencia de calor, la ecuación de calor se optimiza mediante métodos de programación lineal. Utilizando los parámetros optimizados, se eligen combinaciones de materiales que se ajustan a los parámetros dados para crear el modelo final.

Movimiento activo confinado por un potencial armónico y sujeto a fluctuaciones térmicas

Se presenta un análisis teórico del movimiento “run-and-tumble” de partículas activas confinadas por un potencial armónico y sujetas a fluctuaciones térmicas. Ambos efectos confabulan de un modo no trivial y dificultan la obtención de resultados analíticos exactos. En este trabajo se expone un método de solución que da lugar a la obtención de resultados analíticos exactos que son comparados con simulaciones numéricas y con resultados obtenidos en la literatura usando métodos de teoría de campo.

Estudio de la termodinámica de agujeros negros empleando termodinámica geométrica

Recientemente se ha descubierto una conexión íntima entre la termodinámica y la geometría Riemanniana. En el contexto geométrico, es posible construir una variedad Riemanniana mediante las variables termodinámicas, de manera que la definición de un tensor métrico en este espacio es plausible. A partir de dicho tensor métrico es posible obtener tensores tales como el tensor de curvatura de Riemann, el tensor de Ricci, y otras cantidades derivadas de éstos como el escalar de curvatura de Ricci. En particular, este último parece poseer información termodinámica relevante del sistema, por ejemplo, si el escalar de curvatura es cero, esto indica la ausencia de interacciones en el sistema, además, el signo del escalar determina el tipo de interacción, atractiva o repulsiva. El escalar de curvatura también brinda información sobre las transiciones de fase y puntos críticos en el sistema, por ejemplo el escalar diverge en un punto crítico. En este trabajo emplearemos las herramientas de la termodinámica geométrica mencionadas anteriormente para describir puntos críticos y transiciones de fase para diferentes soluciones de agujero negro tales como Reissner-Nordström, Kerr, Kerr Newmann y Taub-NUT.

Geometría termodinámica y curvas de coexistencia de ferrofluidos

Se estudia la Geometría Termodinámica (TG) para una ecuación de estado particular de un ferrofluido. El método de 𝑅-crossing de TG se aplica para reproducir las curvas de coexistencia relacionadas con las fases densa y diluida del ferrofluido en los límites de campo magnético cero y campo magnético infinito. Para ambos límites, cada fase se modela mediante una ecuación de estado separada. El diagrama de fases del fluido no tiene un punto crítico pero las fases densa y diluida están claramente separadas por curvas de coexistencia. En el marco de TG, cada fase está representada por un tensor métrico particular y, por tanto, se obtienen dos escalares de curvatura diferentes. Se verifica que las curvas de coexistencia se pueden reproducir con precisión con una versión modificada del método de 𝑅-crossing de TG, es decir, utilizando la igualdad entre las dos curvaturas correspondientes a las dos fases densa y diluida separadas.

Influencia de la Interacción Fluido-Pared en las Transiciones de Fase de Fluidos Confinados

En este trabajo se estudiaron fluidos simples de Lennard-Jones confinados en poros tipo hendidura mediante simulaciones Monte Carlo para analizar la transición vapor-líquido, utilizando paredes con interacciones débiles y muy atractivas. Se simularon varias fuerzas potenciales fluido-pared y se obtuvieron transiciones de presión a diferentes temperaturas. Estos análisis nos permitieron describir el comportamiento de la presión respecto a la temperatura. Para las interacciones débiles fluido-pared, la presión de transición vapor-líquido aumenta con la temperatura. Conforme las interacciones fluido-pared se vuelven moderadamente atractivas, la presión de transición comienza a disminuir con la temperatura. Finalmente, cuando las interacciones fluido-pared son altamente atractivas, la presión de transición disminuye aún más con la temperatura, resultando en una pendiente negativa de la línea de coexistencia en el diagrama de fase P-T. También se describieron las diferencias en las energías cinéticas y potenciales, y las entalpías de adsorción. Para las interacciones débiles, la diferencia de energía disminuye y la entalpía de adsorción es negativa; mientras que para las interacciones altamente atractivas, la diferencia de energías aumenta y la entalpía es positiva. Por lo tanto, pudimos describir el impacto de las interacciones fluido-pared en el comportamiento de fase de los fluidos confinados. Manipulando la fuerza de estas interacciones, es posible controlar las condiciones de las transiciones de fase, lo cual es crucial para aplicaciones en áreas como la adsorción, la catálisis y el diseño de materiales con propiedades específicas de retención y liberación de fluidos.

Estudio de las fases ordenadas de mesógenos cuasi-esféricos aplicando la teoría de aproximación no-conformal (ANC)

Los cristales líquidos son materiales con diversas propiedades térmicas, eléctricas y ópticas, cuyo comportamiento estructural y dinámico ha sido modelado mediante varias representaciones, entre ellas el modelo de Gay-Berne. Este modelo, ampliamente citado, describe interacciones moleculares anisotrópicas usando parámetros de longitud y energía, permitiendo estudiar diagramas de fase y dinámicas moleculares. Sin embargo, el modelo de Gay-Berne es computacionalmente exigente debido a la complejidad en la evaluación de las interacciones. Por ello, se han desarrollado modelos simplificados, como el de Hess-Su, que mantienen la anisotropía de energía sin abordar directamente la anisotropía de longitud. Este modelo captura fases nemáticas y defectos topológicos con menor demanda computacional. En este trabajo, se utilizará el modelo de Hess-Su para explorar la estabilidad de la fase nemática al modificar el potencial de interacción mediante la teoría No Conformal Aproximada (ANC), que ajusta la suavidad del potencial. El objetivo es evaluar cómo la modulación de la forma del potencial de LJ afecta la estabilidad del orden nemático, identificando un sistema simple que capture el comportamiento líquido cristalino sin requerir el alto costo computacional del modelo de Gay-Berne.

Optimización de un convertidor de energía lineal bajo algunos regímenes de compromiso

Uno de los objetivos y herramientas de la Termodinámica Irreversible es el estudio de la conversión de energía. Este desempeño energético de los convertidores de energía se puede analizar usando la producción de entropía, para esto, se definen las funciones que lo caracterizan: disipación, potencia de salida y eficiencia. Aquí, presentamos un convertidor de energía lineal isotérmico y encontramos que, su desempeño energético obedece regímenes de operación consistentes con condiciones de frontera, que implican relaciones entre su diseño y su operación. Los puntos de operación óptima se obtienen de funciones objetivo independientes del modelo. Además, de acuerdo con la 2a ley de la Termodinámica, los convertidores de energía reales podrían operar en condiciones sociales y ambientales de manera que logren generar potencia, ahorrando insumos y disminuyendo la contaminación consustancial a la conversión. Por esta razón, proponemos funciones “compromiso” que nos permitan encontrar puntos de operación óptimos del convertidor que, aseguren un balance entre su eficiencia y su potencia de salida [$C_{P-\eta}\left(x,q\right)$], o un balance entre su potencia de salida y su disipación [$C_{P-\Phi}\left(x,q\right)$], con $x$ el cociente de fuerzas generalizadas de Onsager y $q$ el parámetro de acoplamiento. Así, los extremos de tales funciones nos permiten establecer los valores de las variables de proceso que posibilitan la operación de interés. Esto permite estudiar la energética obtenida bajo estos nuevos criterios, y compararla con la energética asociada a otros criterios de optimización planteados por otros autores. Finalmente, sugerimos posibles aplicaciones de estos resultados, para la descripción de algunos fenómenos de conversión de energía observados en la naturaleza.

Brecha energética y temperatura crítica para una mezcla de bosones y fermiones distribuidos en multicapas

Utilizando el formalismo Bosón-Fermi ́on (BF) de la superconductividad [1-2] para una mezcla gaseosa de fermiones (electrones y/o huecos) y bosones compuestos (pares de electrones y/o pares de huecos) distribuidos en una estructura multicapas parecida a la de los cupratos superconductores, reportamos la brecha energética como función de la temperatura y la temperatura crítica. Nuestros resultados se comparan con valores experimentales de los superconductores YBCO. Las tres ecuaciones trascendentales que resultan del formalismo BF de los pares de Cooper de electrones (2eCPs), de los pares de Cooper de huecos (2hCPs) y la ecuación de número, todas dependientes de la temperatura, forman un sistema de ecuaciones acopladas que resolvemos numéricamente con un programa en lenguaje Python que desarrollamos desde cero. 1. V.V. Tolmachev, Physics Letters A, 266 (2000) 400-408 2. M. de Llano and V.V. Tolmachev, Phys. A 317 (2003) 546-564

Estudio experimental de las propiedades reológicas de una mermelada artesanal de Xoconostle

La presente investigación se centra en un estudio experimental para comprender las propiedades reológicas de la mermelada artesanal de frutos del desierto, especialmente de Xoconostle, centrándose particularmente en la viscosidad y la formación de gel. Se reconoce que estas propiedades influyen directamente en la experiencia sensorial del consumidor, determinando aspectos como la textura, el sabor y la sensación al momento de consumirla, y que están intrínsecamente ligadas a la presencia y actividad de la pectina presente en la fruta la cual actúa como espesante y estabilizante en las mermeladas. La comprensión del papel crucial de la pectina en la viscosidad y estructura de la mermelada guiará el desarrollo de estrategias efectivas para la formulación y producción de estos productos alimenticios así como para la generación de conocimiento científico sobre la compleja dinámica detrás de la formación del gel. También presenta una oportunidad invaluable para brindar una retribución social significativa a comunidades rurales, como las de los municipios de Coxcatlán y Caltepec en el sur del estado de Puebla con quienes tenemos colaboración y buscamos promover el empoderamiento local en prácticas innovadoras de producción alimentaria. Este enfoque no solo fortalece la economía local y fomenta la autosuficiencia, sino que también preserva y enriquece las tradiciones culinarias y agrícolas arraigadas en estas regiones, garantizando un impacto social positivo y sostenible a largo plazo.

Lipid Self-Assembly: A Coarse-Grained Perspective

An artificial cell, also known as a synthetic or minimal cell, is a specially engineered particle that replicates one or more functions of a biological cell. These cells are typically composed of biological or polymeric membranes that encase biologically active substances In this study, we have employed a coarse-grained model to represent a suspension of lipids using a mesoscopic approach called Dissipative Particle Dynamics (DPD). In this model, each lipid is formed by beads, with each bead representing a segment of the real molecule (DMPC). We have systematically investigated different properties related to the self-assembly of lipids. Specifically, we have studied the influence of density and the bending potential between beads on the formation of various lipid structures. Therefore, the results obtained here provide valuable insights into the self-assembly mechanisms and properties of these lipid structures. With this information, we can better understand the main mechanisms driving vesicle self-assembly.

Estudio del control de las variables de temperatura, presión, humedad y volumen en la optimización de los procesos de cocción y destilación del agave mezcalero en Tepexi Puebla

La producción del mezcal ancestral en las regiones de Tecali Puebla incluye el cultivo de agaves, la jima, la cocción y destilación. El proceso de cocción se realiza en hornos que son hoyos de barro bajo tierra con cargas de leña que alcanza cientos de grados centígrados por varias horas o incluso días. Posteriormente, los agaves cocidos se proceden a triturarlos. Así el agave triturado se deja fermentar para posteriormente pasar a la destilación que se realiza con fuego directo en olla de barro a base de leños. Todo el proceso es empírico sin información concreta al respecto. En este trabajo se reporta el estudio experimental de las variables temperatura, presión, humedad y volumen presentes en el proceso, y que, con la ayuda de termopares, sensores y tarjetas de adquisición, se correlacionan las variables para su estudio bajo un sistema termodinámico cerrado.

Calculo de propiedades termodinámicas para trímeros usando el potencial de pozo-triangular

Por medio del potencial de pozo triangular se realizó las simulaciones moleculares para moléculas formadas por la unión de tres partículas llamadas trímeros en los cuales se fue variando el ángulo 60, 90, 120 y 180 grados. Se obtuvo sus propiedades termodinámicas características de cada sistema debido a su forma geométrica y la interacción del potencial intermolecular así como sus respectivos diagramas de fase, su función de distribución radial para poder saber como están distribuidas las partículas en la fase sólida y su patrón de difracción que muestra de forma visible si se tiene un arreglo ordenada o desordenado. También se calculó propiedades de transporte como lo es la difusión de cada sistema. Las simulaciones se realizaron con dinámica molecular para ensambles NVT y NPT. Los parámetros que se usaron para el potencial en los cuatro sistemas fueron $\sigma=1.0$, $\epsilon=1.0$, $\lambda=2.0$. El potencial de pozo-triangular se va a representar por medio de un potencial continuo.

Diseño y construcción de una cámara de análisis de gases de postcombustión utilizando la plataforma arduino y diseño asistido por computadora

En la práctica, la determinación de la formula empírica de un compuesto químico orgánico a través de una reacción de combustión, se determina empleando técnicas altamente sofisticadas y costosas como el análisis elemental, lo que dificulta la determinación de la formula empírica de compuestos químicos orgánicos. Por lo anterior, es necesario crear nuevas estrategias para su determinación. En el presente trabajo de investigación se propone el diseño y construcción de una cámara de gases de postcombustión compatible con un calorímetro de bomba estática, con la finalidad de realizar el análisis de los gases producto de una reacción de combustión, obteniendo así las concentraciones de cada compuesto. Para ello se emplearon sensores de gases compatibles con la plataforma Arduino, análisis de datos y diseño asistido por computadora.

Un estudio de la dinámica de dipolos magnéticos activos en campos externos utilizando Hexbugs

Investigamos el comportamiento de los dipolos magnéticos cuando están sometidos a campos magnéticos externos, utilizando Hexbugs como modelos experimentales[1]. Los Hexbugs son pequeños robots con vibración que se mueven de manera aleatoria y son utilizados para simular la dinámica de partículas activas. Utilizamos Hexbugs equipados con pequeños imanes para simular dipolos magnéticos activos. Se monitorizó el comportamiento de los dipolos magnéticos en presencia y ausencia de campos magnéticos externos, observando los patrones de movimiento y configuración. Sin campo externo estos dipolos magnéticos se movieron de manera aleatoria, pero se alinearon y formaron estructuras temporales debido a la interacción magnética entre los dipolos magnéticos. La presencia del campo ordenó el movimiento de estos dipolos activos, provocando una mayor alineación en la dirección del campo y se observaron patrones más definidos. La aplicación de un campo magnético externo puede controlar y dirigir el comportamiento de estos dipolos, lo que permite el diseño de sistemas de partículas activas controlables en la micro y nano escala. [1] DiBari et al., “Using HexbugsTM to model gas pressure and electric conduction: A pandemic inspired distance lab”, Am. J. Phys. 90(11), 817-825(2022).

Danza de burbujas en una superficie líquida

En este trabajo se reporta la generación de burbujas esféricas en un líquido a través de una onda sonora. Estas se encuentran sobre la superficie. Este sistema nos permite observar el fenómeno de difusión confinada a canales y superficies. Las burbujas se generan con una bocina a una frecuencia constante. Estas pueden tener diferentes tipos de movimiento que pueden ser por ejemplo ordenado y caótico. Estudiamos este efecto con varios líquidos de diferentes densidades y para diferentes frecuencias de la onda sonora.

Simulación de una danza de burbujas confinadas a la superficie de un fluido

Reportamos la simulación de un sistema experimental de burbujas que se generan con ondas sonoras las cuales están confinadas a un canal sobre la superficie de un líquido. Para hacer esto, realizamos una simulación Browniana de un conjunto de discos duros en un potencial externo de tal manera que las partículas se confinan a un conjunto de canales. Analizamos las distribuciones de las partículas en los canales y comparamos las simulaciones con el sistema experimental.

¿Las redes neuronales sueñan con modelos magnéticos?

Aunque hay reportes de que una red generativa antagónica (GAN, por sus siglas en inglés) es capaz de generar configuraciones de spines análogas a las que se obtienen de un modelo de Ising bidimensional y que además reproducen la magnetización y energía promedio (arXiv:1710.04987) del modelo original, en este trabajo calcularemos las funciones de correlación de dos puntos para las configuraciones generadas por la red neuronal y las compararemos con las funciones de correlación de las simulaciones del modelo de Ising que se usaron para entrenar a la red. De esta manera seremos capaces de analizar que tan exitosa es la GAN para reproducir las correlaciones estadísticas que ocurren a diferentes escalas para este modelo además de las cantidades macroscópicas ya reportadas.

Difusión en mezclas acuosas sobresaturadas a bajas temperaturas: Relajaciones $\alpha$ y $\beta$

A partir de la similitud entre el comportamiento de la relajación viscosa entre las soluciones acuosas sobresaturadas y los líquidos sobreenfriados en la vecindad de la transición vítrea, se propone describir la intensificación del coeficiente de difusión de trazadores estos sistemas binarios a través del rompimiento de la relación de Stokes Einstein.

Estudio de telas dopadas con tungsteno para el aprovechamiento de energías renovables

Hoy en día, las energías renovables son de vital importancia, ya que son una fuente inagotable y se tiene la oportunidad de desarrollar tecnologías renovables para la transición energética. La energía solar junto con la eólica son protagonistas de la transición energética actual. En el presente trabajo se estudia experimentalmente telas de algodón dopadas con tungsteno, midiendo relativamente la potencia emitida por unidad de área, cuando la tela se somete a un calentamiento mediante la lámpara de Stefan-Boltzmann a distintas temperaturas. Con los datos obtenidos experimentalmente, se comprueba si la potencia radiada es realmente proporcional a la cuarta potencia de la temperatura. Este estudio previo nos permite visualizar el potencial de aprovechamiento en telas copadas con tungsteno para el aprovechamiento de energías renovables. Se presenta el formalismo teórico y resultados experimentales.

Study of Li and Zn Batteries with DES as Electrolytes

In this research we explore the main properties of particular Deep Eutectic Solvents (DES) doped with Lithium and Zinc ions. Such systems are good candidates of novel designs for batteries. Molecular dynamics simulations of such systems were performed to probe the main thermodynamic and transport properties. DES based on Choline Chloride + Ethylene Glycol and Choline Chloride + Urea, were combined with Lithium and Zinc at diverse concentrations. We aim to obtain physical insights about the molecular mechanisms involved in the efficiency of the mentioned systems in ionic transport. We mainly studied the mean square displacements (MSD's) and radial distribution functions (RDF's), in order to obtain the dynamical and structural properties of the systems of interest. We observe an increased diffusivity of the lithium ion when DES are used instead of ionic liquids, offering the possibility of designing new and better electrolytes.

"Modelo Pachwork para dinámica heterogénea de líquidos subenfriados"

En esta investigación estudiamos las heterogeneidades espaciales a través de un modelo patchwork de un líquido subenfriado, donde los átomos se modelan como esferas duras. Se implementa un modelo de mosaico o mosaico para introducir desviaciones de la densidad de partículas locales alrededor del valor global. Se utiliza un criterio de detención dinámica obtenido a partir de las soluciones estacionarias de la teoría NE-SCGLE (Ecuación de Lagevin generalizada autoconsistente sin equilibrio) para distinguir entre parches detenidos (de tipo sólido) y no detenidos (de tipo líquido). Observamos relaciones interesantes entre la densidad aparente y el número promedio de parches detenidos. Como era de esperar, el número de parches detenidos crece con el aumento de la densidad aparente. Incluso en la densidad aparente ideal de transición vítrea, observamos parches no detenidos que podrían ser precursores de relajaciones generales en los vidrios.

Costo nivelado de energía en unidades de almacenamiento de energía térmica por calor latente

La alta intermitencia de la energía solar representa un problema crítico en la cadena de suministro de energía eléctrica y puede representar un peligro para la estabilidad del sistema eléctrico nacional (SEN) ya que, en los períodos de baja irradiancia solar, el centro nacional de control de energía (CENACE) debe gestionar el respaldo de forma casi instantánea. En las plantas termo-solares, el problema de intermitencia es mitigado a través de unidades de almacenamiento de energía térmica (unidades AET) que constituyen el respaldo para gestionar el suministro de energía termoeléctrica en cualquier momento del día y bajo una demanda del 100%. En este trabajo se propone un tipo de unidad de almacenamiento de energía térmica por calor latente, basado en un compuesto de micro-encapsulados de sales solares como materiales de cambio de fase (MCF) en una matriz de concreto. Contrario a lo que se piensa en MCF confinados, donde el calor latente disminuye con la presión relativa, se encontró que hay una mejora en la densidad de energía volumétrica y gravimétrica del micro-encapsulado. El aumento en la densidad de energía de un MCF confinado, se explica por el aumento en la densidad de calor sensible, producido por la compresibilidad isotérmica de las fases. En aplicaciones de alta temperatura, la densidad de calor sensible domina sobre la densidad de energía absorbida por calor latente. Actualmente, la mayoría de los modelos de PCM confinados asumen fases incompresibles, donde la pérdida de calor sensible bajo confinamiento implica una disminución en la densidad de energía térmica absorbida. El modelo propuesto consiste en un conjunto de ecuaciones para fases compresibles, mediante el cual, se estima el espectro de densidades de energía térmica en los rangos de temperatura de operación de la planta. Finalmente, a través del espectro de energía obtenido, se estiman los costos nivelados de energía de los respaldos basados en MCF para 3, 6, 9 y 12 horas de almacenamiento.

Mezcla fluida de esferas duras polares

Se analiza un fluido inhomogeneo que se encuentra formando una región interfacial de forma esférica, la cual esta formada por moléculas de distintas especies; modeladas como esferas duras, las cuales tienen asociado un momento dipolar en el centro de la misma. Se utiiza la teoría de funcionales de la densidad, de la cual se deriva el tensor de esfuerzos, de allí se calcula el gran potencial del sistema. Para obtener resultados que se puedan comparar, se considera que el fluido es diluido,de manera que el perfil de densidad se puede desarrollar en potencias de las curvaturas principales. Se identifican las propiedades de la superficie y se observa que los resultados son consistentes con el caso de un solo componente.

Cálculo de paramentos de escalamiento para polímeros no ideales con métodos no convencionales

En el presente trabajo se calculó numéricamente el escalamiento del radio de giro con el grado de polimerización usando un camino aleatorio y la restricción del volumen excluido para modelar un polímero no ideal. Usando un algoritmo de machine learning se calculó el mismo escalamiento para posteriormente comparar, tanto los resultados como el coste computacional.

Predicting adsorption isotherms using a two-dimensional version of the statistical associating fluid theory for fluids interacting via a Mie pair potential

This work introduces a molecular thermodynamic approach to describe the adsorption of both non-associating and associating fluid chains onto carbonaceous materials. The theoretical framework is based on the two-dimensional version of the Statistical Associating Fluid Theory for chain molecules interacting via a Mie pair potential [Mol. Phys. 117, 3770, (2019)] (SAFT-VR Mie 2D). Validation of the theoretical approach is performed through Gibbs ensemble Monte Carlo simulations, demonstrating a good agreement with the theoretical predictions. Finally, the developed approach is applied to predict adsorption isotherms of carbon dioxide, methane, nitrogen, sulfur dioxide, water, and methanol onto carbonaceous materials such as dry coal.

Towards the description of the complete phase diagram for a two-dimensional square-shoulder pair potential

In this paper, the complete phase diagram for a modified two-dimensional version of the square-shoulder pair potential model proposed by Almudallal [J. Chem. Phys. 137, 034507 (2012)] have been investigated. Molecular Dynamics simulations in the canonical and isothermal-isobaric ensembles, using a continuous version of the modified square-shoulder pair potential model, were employed to explore different phase coexistence phenomena. Initially, we constructed the complete phase diagram of the square-shoulder pair potential model proposed by Almudallal, revealing differences in the re-entrant liquid-vapor part of the orthobaric curve and in the high-density region. Subsequently, we investigated a modified version of the Almudallal pair potential, where we observed the formation of several new network phases, including the low and high-density triangular phases, deformed honeycomb phase, and random tiling 12-fold and 18-fold dodecagonal phases. These findings highlight the potential of Molecular Dynamics simulations with a continuous version of discrete pair potential for predicting complex phases in two-dimensional pair potentials and describing complete phase diagrams with a rich variety of phases.

Molecular Dynamics simulations and discrete perturbation theory for systems interacting via the parabolic-well pair potential

In this work, we performed Molecular Dynamics (MD) simulations to investigate the thermodynamic properties, including vapor pressures, critical points, pressure, excess energy, and vapor-liquid equilibrium, for a continuous version of the parabolic-well (PW) pair potential within the attractive range of 1.5 $ \leq \lambda \leq 3.0$. In addition to conducting extensive MD simulations, we have developed an analytical equation of state for the Helmholtz free energy of particles interacting via the PW pair potential. This development was accomplished within the framework of discrete perturbation theory, involving discrete steps to accurately represent the general shape of the PW potential. Remarkably, our theoretical approach based on discrete perturbation theory demonstrates excellent agreement with MD simulations across a wide range of densities, temperatures, and pressures for the PW pair potential. Our findings demonstrate that PW fluids, characterized by long-range attractive interactions, deviate from the principle of corresponding states. However, for short-range attractive interactions, the fluids moderately follow the Ising universality class. Finally, the integration of discrete perturbation theory with MD simulations proves to be an efficient method for exploring the behavior of molecular fluids and colloidal systems.

Thermodynamic and transport properties of square-well fluids from Molecular Dynamics

Thermodynamic and transport properties of particles interacting via the square-well potential in the range of 1.4 ≤ λ ≤ 2.6 have been studied using Molecular Dynamics (MD) simulations. We present thermodynamic properties such as vapor-liquid coexistence, vapor pressures, and densities for different values of the attractive range potential. Good agreement is observed between our theoretical approach and Monte Carlo computer simulations in a wide range of densities, temperatures, and pressures. Additionally, we show MD simulation results for transport properties, including viscosity as a function of density, temperature, and the variable range of the potential. Our results for transport properties are in excellent agreement with both Monte Carlo and MD simulation data reported in the literature. The MD technique employed here can enhance our understanding of these systems using a straightforward approach and contribute to the development of accurate and predictive models for real fluids.

Implementación de DInamica Molecular para el Estudio de Proteínas Ligadoras a Ácidos Grasos

En este estudio, se realizaron simulaciones de dinámica molecular (MD) para investigar las interacciones entre la proteína 4 fijadora de ácidos grasos (FABP4) y dos ácidos grasos importantes, palmítico y linoleico. FABP4 es una proteína transportadora de ácidos grasos que desempeña un papel crucial en el metabolismo de los lípidos y ha sido implicada en diversas enfermedades metabólicas. El paquete de simulación GROMACS se utilizó junto con el campo de fuerza AMBER94 para describir con precisión las interacciones a nivel atómico. Se observa un cambio conformacional en la proteína FABP4 en presencia de altas concentraciones de ácidos grasos.

Formación de patrones en sistemas fuera de equilibrio, con dominios irregulares y efectos de cooperatividad

El cáncer es una enfermedad compleja que se caracteriza por el crecimiento incontrolado de células anormales. Este crecimiento involucra la interacción entre las células cancerígenas, sanas e inmunitarias del cuerpo humano. En este trabajo modelamos un entorno biológico en el que interactúan estas tres especies principales. Las células de cáncer compiten por recursos y espacio con las células sanas. Por otro lado, el sistema inmune juega un papel activo en la caza de células cancerígenas, trabajando en cooperación con las células sanas. Estas interacciones se incorporaron en un modelo de dinámica de poblaciones en ecuaciones diferenciales parciales con crecimiento tipo logístico o con efecto Allee (denotando cooperación o competencia entre células del mismo tipo) y dependencia espacial. Al analizar las ecuaciones de la dinámica encontramos que son análogas a las de la dinámica de sistemas de reacción-difusión, difiriendo por unos pocos términos adicionales que garantizan la existencia de una energía libre. En este trabajo contrastamos la dinámica de ambos modelos, resaltando los efectos de dichos términos adicionales sobre la formación de patrones espaciales, dinamismo temporal y el control obtenido al variar los parámetros que modelan las tasas de crecimiento y depredación (imitando los efectos de ciertos tipos de terapias). La comprensión detallada de las interacciones entre el cáncer, las células sanas y el sistema inmune tiene implicaciones significativas para el tratamiento de este padecimiento. Por ejemplo, para ayudar a evaluar la efectividad de diferentes estrategias de inmunoterapia, que buscan potenciar la capacidad del sistema inmune para combatir el cáncer. Además, puede apoyar el desarrollo de tratamientos combinados que utilicen tanto terapias dirigidas a las células cancerosas como intervenciones que modifiquen el entorno inmunológico para favorecer la eliminación del tumor.

Simulación del Proceso de Sedimentación en Sistemas Coloides Activos mediante Dinámica Browniana

En este estudio se empleará Dinámica Browniana (DB) para modelar sistemas coloidales que presentan autopropulsión, es decir, materia activa. Estos sistemas de partículas coloidales pueden encontrarse en un régimen diluido y monodisperso, lo que permite su análisis dinámico en la escala de tiempo browniano. El campo gravitacional influye significativamente en la dinámica traslacional y rotacional de las partículas, condicionando el proceso de sedimentación. Este proceso puede verse interrumpido o acelerado debido a la actividad inherente de las partículas coloidales. A través de la Dinámica Browniana, se puede determinar el desplazamiento cuadrático medio traslacional y rotacional, proporcionando una comprensión detallada del comportamiento difusivo de estas partículas. Este enfoque permitirá explorar cómo la autopropulsión de las partículas coloidales afecta la sedimentación y otros fenómenos dinámicos, proporcionando una visión más completa de los mecanismos subyacentes en sistemas de materia activa.

Dinámica Browniana de Partículas Coloidales con Momento Magnético bajo un Campo Magnético Oscilante

En este estudio se desarrollará un modelo basado en Dinámica Browniana para investigar el comportamiento de un sistema de partículas coloidales con momento magnético, operando en el régimen de tiempo difusivo, en condiciones de dilución y monodispersión. A este sistema se le aplicará un campo magnético oscilante. Durante la aplicación del campo magnético, la dinámica orientacional de las partículas juega un papel crucial. El momento magnético de las partículas coloidales interactúa con el campo externo aplicado, tendiendo a configuraciones de energía mínima. Este fenómeno induce una fase nemática, caracterizada por un ordenamiento específico de las partículas. El proceso de ordenamiento se observa predominantemente a bajas frecuencias del campo magnético oscilante, donde las partículas pueden seguir la variación del campo y alcanzar la fase nemática. En contraste, a frecuencias más altas, el sistema no logra ordenarse debido a la rápida tasa de cambio del campo magnético, que impide que las partículas ajusten su orientación de manera efectiva. Este trabajo permitirá comprender mejor los mecanismos de interacción entre partículas coloidales magnéticas y campos externos, así como las condiciones que favorecen el ordenamiento en fases nemáticas inducidas por campos magnéticos oscilantes.

Study of the transport properties of ILs and DES using molecular dynamics simulation

In this research we compared the transport properties (diffusion) of Ionic Liquids (ILs) and Deep Eutectic Solvents (DES). The main aim is to demonstrate the influence of molecular rigidity of cation and hydrogen bond donor (HBD) on these properties. We performed a series of all-atom molecular dynamics (MD) simulations for Choline Chlorine (CHL) and Ethyl- Methyl-Imidazolium (EMI) as ILs and their mixture with ethylene-glycol (ETG) and urea (UR) as DES to different temperatures and concentrations. We found that molecular rigidity has effect on diffusion of each component in the liquid, specially on DES , where the aparition of a quadrupole in the ETG molecule improve the mobility of anions.

Escalamiento de la energía libre en el modelo de ondas capilares, para gravedad tendiendo a cero

Se analiza un fluido inhomogéneo que se encuentra formando una interfaz plana, en presencia de gravedad tendiendo a cero. Usando la teoría de funcionales de la densidad de fluidos inhomogéneos, considerando predicciones previas que sugieren que en este límite la interfaz presenta fluctuaciones de largo alcance. El modelo de ondas capilares puede ser extendido a un modelo de tipo Landau Ginzburg Wilson, mediante el cual se puede realizar el calculo del grupo de r normalización. Se encuentra que la energía libre tiene una contribución singular, la cual se escala en potencias de la gravedad, lo cual esta de acuerdo con la predicción de los fenómenos críticos usuales.

Estudio de la dinámica de partículas dentro de un baño térmico granular

En este trabajo modelamos la dinámica cerca de la transición vítrea con sistemas macroscópicos. Debido a que es complicado seguir la dinámica de las moléculas cerca de la transición vítrea empleamos sistemas macroscópicos para modelar este fenómeno. La teoría nos dice que la difusión traslacional y rotacional son inversamente proporcionales a la viscosidad del medio y que la relación DT/DR debe ser una constante, sin embargo experimentalmente se ha observado, utilizando varios sistemas, que esta relación no es constante y que existe un desacoplamiento, sin embargo esta observación parece depender del sistema, por lo que aún no es contundente. En este trabajo utilizamos sistemas granulares magnéticos y sistemas granulares mecánicos con partículas trazadoras para observar y analizar la dinámica al enfriar el sistema.