Synthesis and characterization of hydrogels based on gelatinglutaraldehyde and graphene oxide for encapsulation of kluyveromyces lactis: modelling test in comsol multiphysics using finite element methods
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Resumen
Se han propuesto varios enfoques para determinar las propiedades de diferentes materiales poliméricos basados en el análisis adimensional y el concepto de una cepa representativa. En el caso de este trabajo, se hizo uso de simulaciones a través de Comsol Multiphysics para determinar y mejorar las propiedades mecánicas y térmicas de los hidrogeles. Los resultados muestran que con un conjunto único de cuatro propiedades clave (el módulo de Young, la relación de Poisson, la densidad y el contenido de agua), es posible determinar el comportamiento del material cuando se aplica una fuerza de carga. Entre los resultados más significativos, están el módulo de Young con un valor de 4748.200 Pa, un módulo de cizallamiento de 2121.874 Pa, y un coeficiente de Poisson de 0,119. En el caso de la prueba de esfuerzo y tensión, los valores máximos fueron 11807.700 Pa y 2.381 correspondientemente. Finalmente, se obtuvo una dureza Brinell de 0,358 ???????? ????????2 utilizando un indentador de 2,5 mm y una fuerza de carga de 1 kilopond durante 15 segundos (2,5 / 1/15). Por otra parte, utilizando el módulo de Young es posible observar deformaciones en los hidrogeles debido al intercambio de calor. Los resultados de cada ensayo térmico mostraron que el intercambio de calor no es significativo en las deformaciones, tensiones, esfuerzos o desplazamientos en comparación con los valores obtenidos en los ensayos mecánicos. De los resultados encontrados se puede afirmar que la aplicación de óxido de grafeno contribuye a mejorar la reticulación, la resistencia y las propiedades térmicas del material, y que el uso de software de simulación de EF da una aproximación correcta a los parámetros físicos
Resumen
Various approaches have been proposed to determine the material properties of different polymers based on dimensionless analysis and the concept of a representative strain. In this work, simulations via Comsol Multiphysics were carried out to determine and improve hydrogels? mechanical and thermal properties. The results show that with a unique set of four key material properties (Young's modulus, Poisson's ratio, density, and water content), it is possible to determine the material's behavior when a load force is applied. Among the most significant results, are Young's modulus with a value of 4748.200 Pa, a shear modulus of 2121.874 Pa, and a Poisson coefficient of 0.119. In the case of the stress and strain test, the maximum values were 11807.700 Pa and 2.381 correspondingly. Finally, a Brinell hardness of 0.358 ????????/????????2 was obtained using and indenter of 2.5 mm and a load force of 1 kilopond for 15 seconds (2.5 / 1/15). In other hand, using the Young?s modulus is possible to observe deformations on hydrogels due to heat exchange. Results for every thermal test showed that heat exchanging is not significant on deformations, tensions, stress or displacements compared with values obtained for mechanical tests. From the results found, it can be stated that the implementation of graphene oxide contributes to improve the crosslinking, resistance and thermal properties of the material and that the use of simulated FE software does give a correct approximation to the physical parameters