1 20 3 https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20784/Ingenierias_2013_Ano_16_No_61_Octubre-Diciembre.pdf 2c59cb4d8ad2b0fcf06b028478c5ff91 PDF Text Text 61 ISSN 1405-0676 Bacteria magnetotáctica Laboratorios en ingeniería Eliminación de contaminantes Resistencia química de hormigones OCTUBRE - DICIEMBRE 2013, Año XVI, No. 61 REVISTA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA DE LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN �Contenido Octubre-Diciembre de 2013, Año XVI, No. 61 61 2 Directorio 3 Editorial: La importancia de los laboratorios en la enseñanza de la ingeniería María Idalia Gómez de la Fuente 6 Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria magnetotáctica Carlos Luna Criado, Raquel Mendoza Reséndez 17 Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación de contaminantes orgánicos de agua Diana Berenice Hernández Urésti, Azael Martínez de la Cruz 27 Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique Sandra Pinzón Galvis 38 Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias de coque de petróleo Rodrigo Puente Ornelas, Carlos Javier Lizcano Zulaica, Tushar Kanty Das Roy, Guadalupe Alan Castillo Rodríguez, Bertha Alicia Vázquez Méndez 48 Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidrio-poliéster como cargas en concreto polimérico Rodolfo Morales Ibarra, Elsa Abigail Duncan Flores, Saida Mayela García Montes, Alma Gisela Martínez Arellano, Juan Francisco Barrón Garanados, Denisse Arantxa Cepeda Mújica 54 Eventos y reconocimientos 57 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 61 Acuse de recibo 62 Colaboradores 65 Información para colaboradores Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 1 �Ingenierías, Año XVI, N° 61, octubrediciembre 2013. Es una publicación trimestral, editada por la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Domicilio de la Publicación: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Telefono: +52 (81) 83294020 Ext. 5854, Fax +52 81 83320904. Editor responsable: Dr. Juan Antonio Aguilar Garib. Reserva de derechos al uso exclusivo No. 04-2011-101411064600-102, ISSN: 1405-0676. Número de certificado de licitud de título y contenido: 15,525, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Registro de marca ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial: En trámite. Impresa por: Desarrollo Litográfico, S.A. de C.V., M. M. del Llano 924 Ote., Centro, Monterrey, N.L., México, C.P. 64000. Fecha de terminación de impresión: 15 de octubre de 2013. Tiraje: 800 ejemplares. Distribuido por: Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Prohibida su reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor. Impreso en México Todos los derechos reservados © Copyright 2013 revistaingenierias@uanl.mx DIRECTORIO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Dr. Jesús Ancer Rodríguez Rector M.E.C. Rogelio G. Garza Rivera Secretario General Dr. Juan Manuel Alcocer González Secretario Académico Lic. Rogelio Villarreal Elizondo Secretario de Extensión y Cultura Dr. Celso José Garza Acuña Director de Publicaciones FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA M.C. Esteban Báez Villarreal Director Dr. Juan Antonio Aguilar Garib Editor responsable y director de la revista Ingenierías Lic. Julio César Méndez Cavazos Redacción Gregoria Torres Garay M.C. Jesús G. Puente Córdova Melody Lizeth Cortés Gonzaléz Tipografía y formación Dr. César Guerra Torres Indización M.A. José Luis Martínez Mendoza Diseño M.C. Jesús E. Escamilla Isla Fotografía Ing. Cosme D. Cavazos Martínez Ing. Dagoberto Salas Zendejo Webmaster René de la Fuente Franco Impresor CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Mauricio Cabrera Ríos, Puerto Rico. UPRM / Prof. Ruth Kiminami, Brasil. UFSC, San Pablo / Dr. Juan Jorge Martínez Vega, Francia. Universidad de Toulouse III / Dr. Juan Miguel Sánchez, USA. UT-Austin / Dr. Samir Nagi Yousri Gerges, Brasil. UFSC, Florianopolis / Dr. Zarel Valdez Nava, Francia. UPS-INPT-LAPLACE-CNRS CONSEJO EDITORIAL MÉXICO Dr. Óscar L. Chacón Mondragón, FIME-UANL / M.C. Fernando Javier Elizondo Garza, FIME-UANL / Dr. Jesús González Hernández, CIMAV / Dr. Moisés Hinojosa Rivera, FIME-UANL / Dr. Benjamín Limón Rodríguez, FIC-UANL / Dr. José Rubén Morones Ibarra, FCFM-UANL / Dr. Ubaldo Ortiz Méndez, FIME-UANL / Dr. Miguel Ángel Palomo González, FCQ-UANL / M.I.A. Roberto Rebolloso Gallardo, FFYL-UANL / Dr. Ernesto Vázquez Martínez, FIME-UANL COMITÉ TÉCNICO Dr. Efraín Alcorta García, FIME-UANL / Dr. Rafael Colás Ortiz, FIME-UANL / Dr. Jesús De León Morales, FIME-UANL / Dr. Virgilio A. González González, FIME-UANL / Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar, FIME-UANL / Dra. Oxana Vasilievna Karissova, FCFM-UANL / Dr. Azael Martínez De la Cruz, FIME-UANL / Dr. Enrique López Cuellar, FIMEUANL / Dr. Martín Edgar Reyes Melo, FIME-UANL / Dr. Roger Z. Ríos Mercado, FIME-UANL / Dr. Juan Ángel Rodríguez Liñan, FIME-UANL / Dr. Félix Sánchez De Jesús, ICBI-UAEH 2 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 �Editorial: La importancia de los laboratorios en la enseñanza de la ingeniería Dra. María Idalia Gómez de la Fuente Editora de la revista Química Hoy Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas Idalia.Gomezd@uanl.edu.mx En la actualidad comienza a darse una corriente que afirma que el proceso enseñanza-aprendizaje se puede generar de manera virtual a través de programas en que se desarrollan actividades no presenciales. Es indudable que las nuevas tecnologías de la información y comunicación (TIC) ofrecen una oportunidad importante para que cada vez sea más común que haya seminarios, diplomados o cátedras en línea. La popularidad de las TIC influye en que se esté modificando la estructura básica de los cursos científicos y sus prácticas de laboratorio, y en la actualidad es común tener “prácticas demostrativas”, incluso mediante el uso de sitios web, por ejemplo youtube. Si nos enfocamos en el área de las ciencias de la ingeniería, podemos encontrar videos demostrativos de ensayos mecánicos de tensión, compresión y dureza, entre otros. Pero, ¿cómo se puede asegurar que el alumno adquirió la competencia o el conocimiento esperado? o bien, ahora con el enfoque curricular de la enseñanza por competencias, ¿realmente adquiere el alumno las competencias de una unidad de aprendizaje, sin hacer uso de la experiencia presencial que involucra el desarrollar una práctica de laboratorio? No hay manera de sustituir completamente las experiencias que se desarrollan en el laboratorio con actividades no presenciales, ya que cuando un alumno realiza una práctica, en primer lugar aprende a integrarse a un equipo de trabajo, aplicando sus competencias de socialización, el respeto a sus compañeros y la responsabilidad de entregar resultados individuales que serán parte del resultado del equipo. Estas competencias serán indispensables para el éxito del futuro profesional de las ciencias de la ingeniería, pues al tratar de resolver un problema en planta deberá colaborar en equipo con el técnico, el obrero o el encargado del laboratorio para lograr la resolución del problema. En segundo lugar, se da de manera natural la enseñanza por pares, pues son los mismos alumnos los que se explican entre ellos el fenómeno observado y lo discuten. Este modelo de aprendizaje, es la base del modelo constructivista, el cual define al proceso enseñanza-aprendizaje como la organización de métodos de apoyo que permitan a los alumnos construir su propio saber. Entonces, la discusión por pares, permite el realizar preguntas (exponer dudas) que frente al profesor no se harían, debido a que quizás el alumno considere que su pregunta no sea interesante, pero a su compañero sí se la formula, porque es su igual existe Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 3 �La importancia de los laboratorios en la enseñanza de la ingeniería / María Idalia Gómez de la Fuente. un clima de confianza, de apertura. Estas mismas experiencias le permitirán al futuro ingeniero, llamar a algún colega para consultarlo sobre la mejor forma de resolver un problema. En tercer lugar el conocimiento adquirido se integra de manera natural al cúmulo de conocimientos previos, dando pie al método de enseñanza de la escuela filosófica de René Descartes, de la cual podemos mencionar una de sus características, el método deductivo: A partir de las ideas y principios innatos que son elaborados por el entendimiento, se desarrolla deductivamente todo el conocimiento. Por otro lado, las actividades no presenciales sugieren que el proceso de aprendizaje se efectúe mediante la autoguía o la ayuda de un “facilitador” cuya presencia virtual le impide interactuar directamente con los alumnos, perdiendo la oportunidad de detectar las deficiencias de éstos, ya que los alumnos se dirigen a él sólo cuando tienen dudas que se atrevan a expresar, además de que se dificulta la transmisión de consejos y la compartición de experiencias porque no hay comunicación en vivo, ni con el facilitador ni con otros compañeros. La presencia de un profesor en el laboratorio es sumamente importante, pues es el guía, el que domina la ciencia a enseñar, y el que responde de manera asertiva a las dudas, independientemente de que los alumnos las expresen o no. El profesor es quien se asegura de que los alumnos dedican tiempo suficiente y de calidad a las prácticas, y promueve la integración del nuevo conocimiento en el quehacer del futuro profesional de la ingeniería. Para esto resulta más que obvio que las competencias académicas del profesor en el laboratorio deberán ser amplias, además de identificarse por tener una actitud positiva de la práctica experimental, que genere en sus estudiantes expectativas de éxito en el aprendizaje y en el crecimiento personal y con una amplia disposición de atención a los requerimientos del grupo. Las actividades mencionadas sólo pueden ser llevadas a cabo de manera presencial y es por eso que numerosos programas de estudio en el mundo que ofrecen cursos virtuales, aun exigen que los alumnos desarrollen actividades presenciales en aulas y laboratorios. Las habilidades y capacidades que obtienen de este modo son fundamentales en el desenvolvimiento profesional de los ingenieros, especialmente en el trabajo para los desarrollos tecnológicos, aunque no se limita a ellos, pues labores de supervisión efectiva y solución de problemas de campo aprovechan intensivamente lo aprendido con este tipo de formación. A continuación cito algunos ejemplos de éxito que no habrían sido posibles si los protagonistas no hubieran tenido una formación teórica y práctica. Intencionalmente están narrados de la manera típica en que se suelen presentar los inventos y descubrimientos, en la que incluso se llega a atribuir mayor peso a la buena suerte que al trabajo arduo, pero esperando que el lector aprecie que es la formación de los ingenieros la que llevó a los desarrollos tecnológicos correspondientes en estos ejemplos. • El ingeniero Percy Lebaron Spencer descubrió el efecto de las microondas en los alimentos de una forma inesperada. Spencer estaba probando un tubo de vacío, denominado magnetrón, el cual se utilizaba en ese entonces en la fabricación de radares. Al estar trabajando, descubrió que un chocolate que traía en la bolsa se había derretido. Intrigado, probó colocando unas semillas de maíz 4 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 �La importancia de los laboratorios en la enseñanza de la ingeniería / María Idalia Gómez de la Fuente. cerca del tubo, y las observó agitarse y estallar en forma de palomitas. Spencer repitió el experimento con un huevo, el cual estalló ante sus ojos. El ingeniero dedujo que el calentamiento de los alimentos se debía a la exposición de la energía electromagnética en la frecuencia de las microondas, y así, creó el primer horno que revolucionó la industria de los alimentos desde 1947. • El químico Roy J. Plunkett estaba trabajando en 1938 para la empresa DuPont en una forma para producir un nuevo refrigerante. En uno de sus experimentos encontró un residuo de polvo blanco en una válvula. Al probar esta sustancia en reacción con otras, descubrió que era inerte a todas las bases y ácidos conocidos. La empresa se interesó en el hallazgo de Plunkett y lo registró como parte de sus polímeros como politetrafluoroetileno (PFTE), aunque es conocido popularmente por su nombre comercial, Teflón. Esta sustancia es muy reconocida por sus aplicaciones en los utensilios de cocina, pero también se le han dado múltiples aplicaciones industriales y comerciales, como en la manufactura de farmacéuticos y de semiconductores entre otros. • El marcapasos fue creado por el ingeniero Wilson Greatbach, quien estaba trabajando en un sistema para registrar los latidos del corazón. Pero un error al elegir un componente produjo un fenómeno nuevo: una emisión rítmica de impulsos eléctricos. El genio de Greatbatch pudo darse cuenta de que ese patrón podía identificarse con el de un corazón, tras recordar las charlas con algunos médicos en las que estos le explicaban que en el fondo el corazón es un motor que se alimentaba con electricidad, puso manos a la obra hasta que consiguió el primer marcapasos implantable. Éste se probó con éxito en perros en 1958 y lo patentó en 1962. En los ejemplos anteriores podemos identificar tres características: la práctica experimental real, la duda sobre los resultados obtenidos y la deducción; habilidades y capacidades desarrolladas indudablemente en los laboratorios de ciencias e ingeniería. Otra forma de enfatizar la importancia que tienen las prácticas de laboratorio en el medio laboral se puede dar en la famosa experiencia que los empleadores suelen exigir a los candidatos a contratación. La primera experiencia, que es en sí la combinación de conocimientos y competencias, de campo, puede provenir de la escuela, no es raro que sus laboratorios cuenten con equipos similares, y muchas veces superiores, a los que se encuentran en las empresas. Estos equipos están dedicados a la enseñanza por lo que los estudiantes tienen la oportunidad de conocerlos y trabajar con ellos durante sus estudios. El campo del trabajo es una forma de laboratorio que es altamente valorado, los estudiantes buscan hacer prácticas y los empleadores prefieren a personas con experiencia, es decir que hayan trabajado presencialmente. En sentido estricto, las prácticas de laboratorio contribuyen a que los egresados cuenten con alguna experiencia aunque aún no hayan tenido su primer empleo, y ya que se entiende que tanto los académicos y alumnos, como los empleadores valoran la experiencia, entonces no hay duda de que sin dejar de considerar las bondades de las TIC, cualquier propuesta de actualización de los programas educativos en las ingenierías deberá continuar reforzando la necesidad del trabajo presencial en los laboratorios. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 5 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria magnetotáctica Carlos Luna Criado*, Raquel Mendoza-Reséndez** *Facultad de Ciencias Físico Matemáticas-UANL **FIME-UANL carlos.lunacd@uanl.edu.mx, raquel.mendozars@uanl.edu.mx RESUMEN En esta investigación se proponen y analizan algunas estrategias de síntesis para la preparación de nanoelipsoides magnéticos uniformes con microestructuras diseñadas, que presentan claras similitudes con el arreglo de los magnetosomas (pequeños nanocristales magnéticos) biomineralizados por la bacteria magnetotáctica. Dadas sus propiedades magnéticas duras a temperatura ambiente, el material resultante puede emplearse como imanes permanentes nanoscópicos en campos tan diversos como el registro de información de alta densidad, biosensores y bioseparadores magnéticos, y en terapias basadas en el suministro de fármacos y/o tratamientos de hipertermia localizados. PALABRAS CLAVE Nanoelipsoides, nanoestructuras magnéticas, cadenas de monodominios magnéticos, bacteria magnetotáctica. ABSTRACT In the present contribution, we propose and analyze some synthetic strategies for the preparation of uniform magnetic nanoellipsoids with tailored microstructures that exhibit similarities to the arrangement of the magnetosomes (small magnetic nanocrystals) biomineralized by magnetotactic bacteria. Given their hard magnetic properties at room temperature, the resulting nanoellipsoids can be used as permanent nanomagnets in a large variety of technological fields, including information recording media, magnetic bioseparators and biosensors, localized hyperthermia therapies and drug delivery. KEYWORDS Nanoellipsoids, magnetic nanostructures, chains of magnetic monodomains, magnetotactic bacteria. INTRODUCCIÓN Las nanoestructuras magnéticas con morfologías anisótropas son de gran interés científico y tecnológico. Su estudio nos ofrece oportunidades excepcionales para identificar y entender principios fundamentales de la física del magnetismo, asociados a fenómenos tales como los de la anisotropía magnética y el transporte eficiente de electrones polarizados. Por otra parte, el alcance tecnológico de estos 6 Artículo basado en el trabajo “Nanoelipsoides de Fe y FeCo con Microestructuras Diseñadas Bioinspiradas en la Bacteria Magnetotáctica: Síntesis y Estudios Magnéticos”, el cual obtuvo el Premio de Investigación UANL 2013, en la categoría de Ciencias Exactas, otorgado en la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la UANL, celebrada el 29 de agosto de 2013. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. fenómenos es todavía difícil de imaginar, dando lugar a áreas aplicadas, todavía en construcción, tan promisorias como el registro magnético de información, tratamientos terapéuticos asistidos mediante campos magnéticos, el diseño de nuevos transductores y la emergente espintrónica, que está revolucionando el modo de almacenar y procesar la información. Cabe destacar que, hasta hace poco, las investigaciones de las nanoestructuras magnéticas con morfologías anisótropas han avanzado relativamente poco en comparación con las de otros materiales de baja dimensionalidad, debido principalmente a que los materiales magnéticos suelen presentar hábitos de crecimiento isótropos. Es por ello que hay pocas técnicas y protocolos disponibles que han permitido obtener nanoestructuras magnéticas con morfologías alargadas de forma controlada. Algunas de ellas están basadas en técnicas de litografía,1 de electro-hilado2 o bien implican el uso de plantillas nanotexturadas o nanoporosas.3 Estas limitaciones conllevan que varios problemas fundamentales y aplicados concernientes a los sistemas de baja dimensionalidad magnéticos estén dentro de los retos de la ciencia moderna. Entre las nanoestructuras magnéticas unidimensionales, tales como nanoalambres y nanotubos, las cadenas de nanopartículas magnéticas monodominio merecen una atención especial, ya que son fundamentales para el estudio de interacciones magnéticas entre partículas monodominio y la comprensión de los procesos de la inversión de la magnetización en nanopartículas con morfologías alargadas.4,5 Es por ello que es necesario disponer de modelos experimentales apropiados para el estudio de nanocadenas magnéticas, contrastando y complementando diversos modelos micromagnéticos. Es interesante señalar al respecto que los nanocristales magnéticos biomineralizados intracelularmente por un tipo de bacterias microaerófilas, denominadas bacterias magnetotácticas, presentan excelentes cualidades para el estudio fundamental y la aplicación tecnológica de nanopartículas magnéticas. Estos nanocristales biomineralizados se conocen con el término magnetosomas, y por lo general se ensamblan en el interior de la bacteria en una o más cadenas lineales con sus ejes de fácil imanación orientados a lo largo del eje de la cadena.6,7 Estas nanopartículas son nanocristales ferrimagnéticos de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 magnetita (Fe3O4) o greigita (Fe3S4).6,7 Sus tamaños son típicamente de 35 a 100 nm, los cuales se encuentran dentro del rango del tamaño de partículas monodominio para estos materiales, y por encima del tamaño crítico superparamagnético a temperatura ambiente. Todas estas características están diseñadas biológicamente para proporcionar un momento magnético permanente a cada bacteria, que le permite orientarse y moverse paralelamente con las líneas del campo geomagnético.6,7 Desafortunadamente, las dificultades para lograr un cultivo masivo de las bacterias magnetotácticas obstaculizan su explotación científica y comercial.7 Por estas razones, el desarrollo de rutas sintéticas para preparar cadenas de nanocristales magnéticos análogos a los magnetosomas es un objetivo de gran relevancia. Este reto nos motivó recientemente8-11 a revisar algunos métodos de preparación sintéticos de nanoestructuras aplicando nuevos enfoques y estrategias, para obtener nanopartículas elipsoidales de Fe y de FeCo que presentan microestructuras diseñadas muy peculiares, similares a las cadenas de magnetosomas de las bacterias magnetotácticas. El método empleado se basa en los resultados previos encontrados en la reducción con hidrógeno de nanopartículas de hematites.12-14 En la contribución presente se describen y analizan los fundamentos de dichas metodologías, y se muestra como aplicando las estrategias propuestas se logró controlar de manera flexible la composición y la elongación de los nanoelipsoides de Fe y de FeCo, la orientación de los cristalitos monodominio magnéticos (con las direcciones <110> ó <001> aproximadamente orientadas a lo largo del eje longitudinal del nanoelipsoide), su tamaño (de 32 a 16 nm) y el tipo de sus arreglos en cadenas simples o cadenas dobles. TÉCNICAS EXPERIMENTALES Reactivos químicos empleados En la síntesis de las muestras se utilizaron los siguientes reactivos tal como se recibieron: perclorato de hierro (III) (Fe(ClO4)3, >98%, Fluka), urea (>99%, Merck), fosfato dihidrogenado de sodio (NaH2PO4,> 97%, Fluka), hidróxido de amonio (NH4OH, 99.99+%, Sigma-Aldrich), nitrato de itrio (Y(NO3)3 6H2O, 99.9%, Aldrich) y nitrato de cobalto 7 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. (Co(NO3)2 6H2O, >99%, Merck). El agua añadida en todos los experimentos se destiló tres veces. Síntesis de las partículas de hematites precursoras Para preparar las muestras de hematites (α-Fe2O3) con relación axial (i.e. la relación entre la longitud de las partículas y su anchura) controlable, se calentaron en un horno a 98°C soluciones acuosas con perclorato de hierro (III) 0.1 M, urea 0.1 M y una concentración variable (0, 3.5, 4.5 o 5.5 mmol dm-3) de fosfato dihidrogenado de sodio. En este proceso, las soluciones se mantuvieron inalteradas en tubos de ensayo cerrados durante 48 horas. Después de enfriar la mezcla resultante a temperatura ambiente, se separó el sólido precipitado de la solución madre mediante centrifugación, y se purificó varias veces con agua. Finalmente, se secó el polvo obtenido a 50°C en una estufa de secado. Las muestras resultantes se identificaron de acuerdo a la concentración de fosfato empleada: H-0mM, H3.5mM, H-4.5mM y H-5.5mM, respectivamente. Reducción térmica de las partículas de hematites a hierro metálico (α-Fe) Para obtener partículas de hierro constituidas por nanocristales monodominio alineados en cadenas, las muestras de hematites precursoras (H-3.5mM, H-4.5mM y H-5.5mM) se redujeron a α-Fe mediante tratamientos térmicos bajo un flujo continuo de gas hidrógeno (99,99%) de 40 l/h a 400°C. El tiempo de reducción en la mayoría de los experimentos fue de 4 horas. No obstante, se hicieron algunos experimentos con tiempos de reducción menores (1 ó 2 horas) con la finalidad de obtener mayor información acerca del proceso de reducción. Después de estos tratamientos térmicos, la fuente de calentamiento se retiró y las muestras se dejaron enfriar a temperatura ambiente. Posteriormente, con el fin de pasivar la superficie de las partículas de α-Fe y evitar una oxidación posterior de la muestra al ponerla en contacto con el aire, se hizo incidir sobre las muestras gas N2 previamente burbujeado en un matraz que contenía etanol. Las muestras resultantes obtenidas con tiempos de reducción de 4h se identificaron con los nombres: Fe3.5mM, Fe-4.5mM y Fe-5.5mM, respectivamente. 8 Obtención de nanoelipsoides de FeCo Con el fin de obtener partículas de FeCo con morfología elipsoidal, los nanoelipsoides de hematites fueron recubiertos con una capa de cobalto antes de proceder al tratamiento térmico de reducción.10 Para ello, se dispersaron 5 mmol de partículas de hematites (muestra H-4.5mM) en 150 ml de agua destilada empleando un baño de ultrasonido. A continuación, se añadieron 50 ml de una solución acuosa de nitrato de cobalto con una relación molar [Co]/[Co+Fe] del 10%. Después, el pH de la solución se ajustó a 10 con una solución de NH4OH y la muestra se mantuvo bajo agitación durante 1 h. A continuación, se separaron las partículas por centrifugación, se purificaron con agua destilada y se secaron a 50°C durante 12 horas. La reducción de esta muestra se llevó a cabo en dos etapas. En la primera etapa, la muestra de hematites recubierta con cobalto se calentó a 200°C en vacío durante 3 horas, y después se redujo a una ferrita en una atmósfera de hidrógeno a 360°C. Posteriormente, esta muestra se recubrió con una cantidad adicional del 20% molar de cobalto para obtener nanoelipsoides finales de Fe70Co30. A continuación, los nanoelipsoides recubiertos se redujeron a la fase metálica por medio de calentamiento a 400°C durante 4 horas en presencia de un flujo de hidrógeno de 40 l/h. Luego, la muestra se enfrió a temperatura ambiente bajo atmósfera de H2. Finalmente, se hizo pasar a través de la muestra gas N2 humedecido con etanol con el fin de oxidar moderadamente la superficie de los nanoelipsoides para estabilizarlos. La muestra final fue identificada como FeCo-4.5mM. Nanoelipsoides de hierro recubiertos con itrio Para recubrir los nanoelipsoides de hematites con un compuesto de itrio nos inspiramos en el método descrito por Aiken y Matijevic.15,16 Brevemente, se dispersaron 50 mg de nanoelipsoides de hematites (muestra H-4.5mM) en 30 ml de agua destilada empleando un baño de ultrasonido durante 5 minutos. A continuación, se añadieron a la dispersión de partículas 50 ml de una solución acuosa de nitrato de itrio con 1.8 M de urea en agitación mecánica durante 15 minutos. En estos experimentos, el porcentaje molar de itrio Y/(Y+Fe) se ajustó a 2, 4 y 6. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. Posteriormente, la solución resultante se mantuvo en tubos de ensayo cerrados y se envejeció en un horno durante 2 horas a 90°C. Por último, las partículas fueron recuperadas por centrifugación y lavadas varias veces con agua destilada. La recolección del precipitado se realizó por filtración y se secó a 50°C en una estufa de secado. Posteriormente, estos nanoelipsoides fueron reducidos a su estado metálico mediante tratamientos térmicos bajo un flujo continuo de gas hidrógeno (99,99%) a 500°C. Las muestras obtenidas se identificaron con los nombres: Fe-4.5mM@Y2%, Fe-4.5mM@Y4% y Fe-4.5mM@Y6%, respectivamente. Técnicas de caracterización Se realizaron mediciones de difracción de rayos X (DRX) para identificar las fases presentes en las muestras utilizando un difractómetro Siemens D5000 con radiación Kα de Cu. Las longitudes de coherencia promedio (LCP) perpendiculares a los planos cristalográficos de las muestras (determinados mediante los índices de Miller h, k y l) se denotaron con Dhkl y se calcularon a partir de la anchura a media altura (FWHM) del pico de la reflexión correspondiente utilizando la ecuación de Scherrer:17 Dhkl = 0.9λ β Cosθd (1) donde λ es la longitud de onda de los rayos X, β es el ancho del pico de difracción y θd es el ángulo de difracción. El tamaño y forma de las partículas fueron examinados por microscopía electrónica de transmisión (MET) utilizando un microscopio FEI-TITAN 80-300 kV operando a 300 kV. Las muestras fueron depositadas sobre rejillas de cobre tipo “lacey-carbon”. Durante los estudios de MET no hubo evidencia de transformaciones estructurales o químicas de las muestras. Los valores promedio y desviación estándar de la longitud y anchura de las partículas se determinaron mediante un análisis estadístico de las dimensiones observadas en las micrografías MET de más de 100 partículas. La media y desviación estándar de la relación axial se determinó a partir de los valores obtenidos para cada partícula. Para obtener más información acerca de la microestructura de las partículas se utilizó difracción de electrones de área seleccionada (DEAS) y Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 microscopía electrónica de transmisión de alta resolución. Las imágenes de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución fueron analizadas haciendo transformadas rápidas de Fourier (FFT) con el programa informático Digital Micrograph 3.11.1 (Gatan software, Inc). Los elementos presentes en las muestras se determinaron mediante espectrometría de emisión atómica con inducción de plasma acoplado (ICP-AES, Perkin-Elmer 5500), y en partículas individuales se llevaron a cabo análisis de espectrometría de energía dispersiva (EED). Las propiedades magnéticas de las partículas se estudiaron con un magnetómetro de muestra vibrante SQUID-VSM (Quantum Design). Las curvas de histéresis magnética se midieron con un campo máximo aplicado de 3T a temperatura ambiente. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Caracterización de las nanoestructuras de hematites precursoras Para obtener nanoelipsoides magnéticos se sintetizaron, primeramente, nanoestructuras de hematites (α-Fe2O3) alargadas mediante la hidrólisis de soluciones de hierro (III) inducida térmicamente en presencia de urea e iones fosfato. Estas nanoestructuras, a diferencia de las nanoestructuras de hierro metálico y las aleaciones de FexCo100-x, pueden crecer con una gran variedad de morfologías anisótropas que dependen fuertemente de las condiciones de síntesis, tales como la presencia de agentes surfactantes. La figura 1a muestra los patrones de difracción de las nanoestructuras precursoras sintetizadas en presencia de diferentes concentraciones de fosfato dihidrogenado. Dichos patrones corresponden a una única fase cristalina consistente con la estructura tipo corundum de la hematites (Joint Committee on Powder Diffraction Standards fichero No. 33-0664). Las imágenes de MET (ver figura 2) mostraron que la presencia de pequeñas concentraciones de fosfato de sodio en el medio de reacción modificaron substancialmente la morfología y uniformidad de las nanoestructuras de hematite. De esta forma, se encontró que la uniformidad y la relación axial de las partículas de hematites aumentó con el incremento de la relación de concentraciones entre iones fosfato y Fe+3 (ver figuras 1b y 2a-d). Este cambio de 9 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. Fig. 1. a) Patrones de DRX de las muestras H-0mM, H4.5mM y H-5.5mM. b) Dependencias de la relación axial y los valores de D104 de las muestras de hematites en función de la relación de concentraciones [PO4-3]/[Fe+3] empleada en su síntesis. Fig. 2. Micrografías de MET de las muestras de hematites sintetizadas a) en ausencia de iones fosfato y con concentraciones de NaH2PO4 de b) 3.5, c) 4.5 y d) 5.5 mmol dm-3. 10 morfología, de partículas equiaxiales a nanoelipsoides, también se evidenció con el cambio de la relación de intensidades de los picos de DRX correspondientes a los planos (104) y (110), ver figura 1a. Las imágenes MET de campo brillante y campo oscuro de los nanoelipsoides de hematites (figuras 3a y b) mostraron que los nanoelipsoides de αFe2O3 tienen una estructura interior constituida por cientos de nanopartículas primarias ensambladas con diámetros en torno a un orden de magnitud menor que la anchura de los nanoelipsoides. Por otra parte, las imágenes de MET de alta resolución revelaron que estas nanopartículas primarias son monocristales que están altamente orientados con la dirección <001> dirigida a lo largo del eje del nanoelipsoide. Como ejemplo ilustrativo, la figura 3c muestra una imagen de MET de alta resolución cuya transformada rápida de Fourier es presentada en la figura 3d. El patrón observado en esta última imagen está constituido por puntos ligeramente alargados (formando pequeños arcos) que pueden indexarse en el eje de zona [1-10] de la hematites. Esto confirma que los nanocristales de α-Fe2O3 comparten la misma orientación dentro del nanoelipsoide. Por otra parte, se observa que la dirección cristalográfica [006] cae a lo largo del eje largo del nanoelipsoide. Otra evidencia de la alta orientación de los nanocristales es que las longitudes de coherencia promedio, D104 (figura 1b), presentan valores más próximos al ancho de los nanoelipsoides que al tamaño de los nanocristales. Estos resultados sugieren que el mecanismo de formación de los nanoelipsoides de α-Fe2O3 se basa en la agregación espontánea de nanopartículas monocristalinas primarias de hematites para formar estructuras ordenadas con morfología elipsoidal. Para verificar esta hipótesis, se tomaron alícuotas del medio de reacción a diferentes tiempos y se examinaron por MET. En la figura 4a se muestra una imagen de MET obtenida para una alícuota extraída transcurridas 30 horas de reacción en el experimento H-4.5 mM. En esta imagen se observan claramente nanopartículas primarias que tienden a agregarse en estructuras nanoelipsoidales. La relación entre la relación axial de los nanoelipsoides y la concentración relativa de aniones PO4-3 (ver figuras 1b y 2a-d), así como la alta orientación de los nanocristales de α-Fe2O3 dentro de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. Fig. 3. Imágenes MET de a) campo brillante y b) de campo oscuro de una partícula de la muestra H-4.5mM. c) Micrografía MET de alta resolución de la partícula estudiada en la imagen anterior. La dirección del eje largo de la partícula está resaltada con una flecha doble. d) Transformada rápida de Fourier de la imagen c. Los puntos de este patrón han sido indexados al eje de zona [1-10] de la hematites. las nanoarquitecturas elipsoidales, son consecuencias de la adsorción preferencial de los aniones PO4-3 por las caras superficiales paralelas al eje c de la hematites. Esta adsorción selectiva puede explicarse teniendo en cuenta las relaciones estereoquímicas entre los aniones PO4-3 y los huecos que presenta la estructura de la hematites en las mencionadas caras (ver fig. 4b).18 De este modo, esta adsorción selectiva provee una cierta distribución de cargas eléctricas en la superficie de los nanocristales, la cual introduce nuevas interacciones anisótropas en el sistema que determinan la dirección [001] como la dirección preferencial para la agregación de los nanocristales, favoreciendo la formación de nanoarquitecturas con una morfología alargada (ver esquema representativo en figura 4c). Caracterización de los nanoelipsoides de α-Fe Los patrones de DRX de las muestras obtenidas después del tratamiento térmico (ver por ejemplo patrón de la muestra Fe-4.5mM en la figura 5) pueden indexarse considerando una única fase cristalina de hierro metálico (Joint Committee on Powder Diffraction Standards fichero No. 06-696). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 Fig. 4. a) Micrografía de MET de una alícuota extraída transcurridas 30 horas de reacción en el experimento H4.5mM. b) Representación esquemática de la adsorción selectiva de aniones PO4-3 por las caras paralelas al eje c de la hematites. c) Representación idealizada del proceso de auto-ensamblaje de nanocristales de hematites en una nanoarquitectura con forma elipsoidal. Es importante destacar que los valores de D110 fueron los mismos, dentro del error experimental, para las muestras Fe-3.5mM, Fe-4.5mM y Fe-5.5mM, siendo próximos a 30 nm. Los estudios por MET mostraron que la uniformidad y morfología de las partículas no experimentaron cambios significativos después de aplicar los tratamientos térmicos reductores (ver figuras 6a y b), sin embargo, se observó que las dimensiones de los nanoelipsoides se redujeron ligeramente. Las imágenes de altos aumentos de MET (figura 6b y c) indicaron que, con el tratamiento térmico en presencia de flujos de hidrógeno, los nanoelipsoides de hematites no solo experimentaron una transformación cristaloquímica, sino que también aumentó el tamaño de los cristalitos. De este modo, en estas imágenes se observa que los nanoelipsoides están constituidos por sub-unidades con un núcleo oscuro de unos 30 nm de diámetro recubierto por una capa de pocos nm, asociada a la superficie de óxido formada durante el proceso controlado de pasivación, la cual aparece con un tono más claro. 11 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. Fig. 5. Patrones de DRX de las muestras H-4.5mM, Fe4.5mM, FeCo-4.5mM y Fe-4.5mM@Y6%. Este óxido no fue detectado por difracción de rayos X (figura 5), probablemente debido a su pequeño tamaño de cristal. La distribución de las subunidades en el interior de los nanoelipsoides dependió de las dimensiones de los nanoelipsoides de hematites iniciales y el tiempo de reducción, tal como se estudió con detalle en las referencias 8 y 10. En particular, se encontró que los nanoelipsoides después de un tratamiento térmico de 1 ó 2 horas, solo presentaron una cadena de sub-unidades alineadas. Esta estructura de una sola cadena de cristales se observó también en los nanoelipsoides de la muestra Fe-5.5mM. En cambio, los nanoelipsoides de las muestras Fe-3.5mM y Fe-4.5mM exhibieron una peculiar estructura formada por una sub-unidad en cada punta de la partícula y dos cadenas lineales de sub-unidades en el centro de la partícula (ver figuras 6b y c). A este tipo de arreglo lo llamamos cadenas dobles frustradas. En la figura 7a se muestra una representación esquemática de estos cambios. Caracterización de los nanoelipsoides de FexCo100-x Tal como se demostró en otros trabajos,10,12 es factible modificar la composición de los 12 Fig. 6. a), b) y c) Imágenes de MET de la muestra Fe4.5mM. En la imagen c, algunos núcleos metálicos están resaltados con líneas discontinuas. d) Imagen de MET de la muestra FeCo-4.5mM. e) Micrografía de MET de alta resolución de un nanoelipsoide de FeCo-4.5mM. f) Transformada rápida de Fourier de la imagen e. nanoelipsoides y obtener nanoelipsoides de FexCo100-x (0 ≤ x ≤ 30) recubriendo las nanopartículas de hematites iniciales con una capa de óxido de cobalto. Al reducir estos nanoelipsoides con el tratamiento térmico en atmósferas de hidrógeno, el cobalto se difunde dentro de la partícula obteniendo nanoaleaciones de FexCo100-x. Esto es posible dado que el radio de los átomos de Co es muy próximo al de los átomos de Fe. La figura 7b muestra una representación esquemática de este proceso. Los nanoelipsoides de FexCo100-x presentaron las mismas características estructurales que los nanoelipsodes de α-Fe. De este modo, presentaron núcleos metálicos monocristalinos, con una estructura cúbica centrada en el cuerpo (bcc, por sus siglas en inglés), recubiertos por una capa de óxido. En la figura 6d se presenta una imagen de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. MET de bajos aumentos de la muestra FeCo-4.5mM, donde se puede observar la uniformidad de estos nanoelipsoides. En la figura 6e se muestra una imagen MET de alta resolución de un nanoelipsoide de Fe70Co30. La transformada rápida de Fourier de esta imagen (figura 6f) muestra un patrón de puntos que pueden indexarse con el eje de zona [100] de una aleación FexCo100-x con estructura bcc. De las imágenes 6e y f podemos concluir que la dirección [011] (que es la dirección del eje magnético medio para un cristal αFe con anisotropía magnetocristalina predominante) cae a lo largo del eje del nanoelipsoide. Además, se detectaron puntos de difracción que se pueden asociar al eje de zona [110] de una ferrita, asociada a la capa superficial de óxido protectora, siendo la dirección <100> coincidente con la dirección <001> del Fe70Co30. Fig. 7. Representaciones esquemáticas de las transformaciones estructurales y de composición observadas: a) durante el proceso de reducción de nanoelipsoides de hematites, b) durante el proceso de reducción de nanoelipsoides de hematites recubiertas con cobalto, y c) durante el proceso de reducción de nanoelipsoides de hematites recubiertos con itrio. Nuevas estrategias para el diseño de la microestructura de nanoelipsoides de α-Fe y FexCo100-x Los estudios presentados en la sección anterior han demostrado que los nanoelipsoides obtenidos presentan el gran atractivo de combinar una morfología elipsoidal con una microestructura constituida por cadenas de nanocristales magnéticos alineados, Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 mostrando claras semejanzas con los magnetosomas de la bacteria magnetotáctica. Esto los convierte en excelentes modelos experimentales útiles para la contrastación y complementación de diversos modelos teóricos micromagnéticos.8,10 No obstante, con los protocolos descritos no se logró controlar ni el tamaño de los cristalitos metálicos ni su orientación dentro del nanoelipsoide, siendo ambos parámetros determinantes en las propiedades físicas de los nanoelipsoides. Es por ello que buscamos nuevas estrategias que mejoraran nuestra capacidad de controlar la microestructura de los nanoelipsoides. Con este fin, se trató de modular el crecimiento de los nanocristales durante el proceso de reducción mediante la introducción de tensiones internas adicionales dentro de los nanoelipsoides. Para ello, se recubrieron los nanoelipsoides de hematites iniciales con compuestos cuyos coeficientes de dilatación térmica lineal son diferentes a las fases en las que se transforma el nanoelipsoide durante el tratamiento térmico (magnetita y α-Fe). De este modo, estos recubrimientos generan tensiones internas transversales producidas por las diferencias en la expansión térmica entre el nanoelipsoide y su recubrimiento durante el proceso de reducción con tratamientos térmicos en atmósferas de hidrógeno.10 En este protocolo, el espesor y la naturaleza del recubrimiento son factores de control de las propiedades microestructurales de los nanoelipsoides finales.9 En el trabajo presente mostraremos los resultados obtenidos empleando recubrimientos de óxido de itrio. El itrio no se difunde al interior de las partículas, permaneciendo principalmente en la superficie del nanoelipsoide después del proceso de reducción térmica, tal como demostramos mediante caracterizaciones de XPS y otras técnicas analíticas en la referencia 10. No obstante, la presencia de estos recubrimientos no se detectó por difracción de rayos X debido a su naturaleza amorfa. Estos recubrimientos tuvieron una fuerte influencia en el tamaño de los monocristales metálicos de los nanoelipsoides finales. En la figura 8f se muestra el valor de la longitud de coherencia promedio D110 de los nanoelipsoides tratados térmicamente en función de la relación molar [Y]/[Y+Fe]. De esta dependencia se puede deducir que el tamaño de los núcleos de los nanoelipsoides disminuye significativamente según aumenta el espesor del recubrimiento. 13 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. Por otra parte, los análisis realizados mediante difracción de electrones y MET de alta resolución indicaron que los recubrimientos también tuvieron una influencia en la orientación de los cristales metálicos y el tipo de arreglo que forman. Como ejemplo ilustrativo, mostraremos el caso de una muestra de nanoelipsoides de hierro recubiertos con itrio con una relación molar [Y]/[Y+Fe] del 6% (figura 8a). En la mayoría de estos nanoelipsoides, no se evidenció una estructura tipo cadenas dobles frustradas, sino que los nanocristales de Fe aparecieron alineados en solo una cadena recubiertos por un material amorfo, tal como se puede observar en las figuras 8b y c. La figura 8d muestra una imagen de MET de alta resolución de uno de los núcleos de hierro metálico de un nanoelipsoide de la muestra Fe-4.5mM@Y6%. En ella se observan franjas reticulares que pueden asociarse a la estructura bcc del hierro proyectada a lo largo de la dirección <100> (véase también la imagen de FFT correspondiente en la figura 8e). Fig 8. a), b) y c) Micrografías de MET de la muestra Fe-4.5mM@Y6%. d) Imagen de MET de alta resolución correspondiente a la región resaltada en la imagen c) con un cuadro discontinuo. e) Transformada rápida de Fourier de la imagen d. f) Dependencia de las longitudes de coherencia D110 de los nanoelipsoides de α-Fe en función de la cantidad de itrio en sus recubrimientos. 14 Además, se encontró que la dirección <001> (es decir, la dirección del eje de fácil magnetización para un cristal α-Fe con anisotropía magnetocristalina predominante) es aproximadamente paralela al eje largo del nanoelipsoide. Estas mismas características la presentaron el resto de los núcleos de este nanoelipsoide. Propiedades magnéticas de los nanoelipsoides de α-Fe y de Fe x Co 100-x , y su potencial tecnológico La peculiar microestructura de los nanoelipsoides obtenidos, constituida por nanocristales magnéticos alineados en cadenas, y el alto nivel de control que nos aportan los métodos de preparación propuestos sobre el tamaño, tipo de arreglo y orientación de los nanocristales dentro de los nanoelipsoides, convierten a este sistema de partículas en un excelente modelo experimental útil para la contrastación y complementación de diversos modelos teóricos micromagnéticos 8,10, el estudio de los efectos de las interacciones dipolares en un sistema de nanopartículas8 y el estudio de la competencia de diversas fuentes de anisotropía en partículas alargadas.11 Es importante resaltar que el tamaño de los núcleos metálicos de los nanoelipsoides es menor que el tamaño crítico monodominio esperado para nanopartículas de α-Fe y de FeCo,19 por lo que es esperable que éstos núcleos sean monodominios magnéticos. Esta hipótesis fue corroborada en las referencias 8 y 10 realizando diversos estudios magnéticos. La figura 9 muestra los ciclos de histéresis medidos a temperatura ambiente de algunas de las muestras estudiadas en la contribución presente. En estas curvas se observa que estas muestras presentan valores altos de campo coercitivo, magnetización remanente e imanación de saturación debido a su anisotropía de forma. Estos valores varían dependiendo del tamaño de los núcleos, el tipo de alineamiento de los núcleos (cadenas simples o dobles frustradas) arreglo y su composición.10 En relación con estas propiedades, es importante destacar que los valores del campo coercitivo encontrados son considerablemente más grandes que el campo coercitivo máximo esperado para una partícula monodominio de α-Fe con una anisotropía magnetocristalina predominante (2K1/MS ≈ 560 Oe, Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. tratamientos térmicos localizados se basarían en que los nanoelipsoides disipan energía en forma de calor cuando se encuentran en el seno de un campo magnético alterno por medio de la rotación de su momento magnético (relajación de Néel) y la rotación de los nanelipsoides producida por el torque ejercido por el campo aplicado (relajación browniana). Fig. 9. Ciclos de histéresis obtenidos para las muestras Fe-4.5mM, FeCo-4.5mM y Fe-4.5mM@Y6% a temperatura ambiente. donde K 1 es la constante de anisotropía 20), y notablemente mayor que los valores observados experimentalmente en nanopartículas de hierro con un diámetro alrededor de 30 nm a temperatura ambiente. 21 Esto sugiere que la anisotropía de forma es la fuente de anisotropía predominante en el sistema a temperatura ambiente. Por otra parte, estos valores se incrementan considerablemente si la temperatura de medición se reduce a pocos grados Kelvin,8,11 lo cual es esperable para un arreglo de cristales ferromagnéticos con tamaños de pocas decenas de nanómetros. Las propiedades magnéticas duras de nuestro sistema de nanopartículas implican elevadas pérdidas de energía durante su histéresis, factor que junto a las reducidas dimensiones de los nanoelipsoides los hacen muy atractivos para su uso como material base para el diseño de medios flexibles de almacenamiento de información o de energía. Por otro lado, podrían presentar un futuro prometedor en diversas aplicaciones dentro del área biomédica. Por ejemplo, se podrían emplear en el diseño de biosensores y bioseparadores basados en el reconocimiento, anclaje y recolección magnética de biomoléculas y agentes patógenos. Asimismo, los nanoelipsoides magnéticos podrían emplearse en terapias de tumores cancerígenos transportando fármacos antineoplásicos y a su vez emplearse como diminutos centros de irradiación de calor (42-55°C) para destruir selectivamente células cancerígenas sin dañar a los tejidos sanos adyacentes. Estos Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 CONCLUSIONES En la contribución presente se han establecido procedimientos de preparación de nanoelipsoides de Fe y FeCo con una microestructura constituida por nanocristales monodominio alineados con la misma orientación formando una o dos cadenas dentro de los nanoelipsoides, de forma similar a como aparecen alineados los magnetosomas de la bacteria magnetotáctica. Las técnicas desarrolladas permiten modificar de forma controlada y reproducible la composición y la elongación de los nanoelipsoides magnéticos, la orientación de los nanocristales, su tamaño y el tipo de sus arreglos. Esto conduce a su vez a la modulación de sus propiedades magnéticas, las cuales se caracterizan por sus altos valores de coercitividad, magnetización remanente y de magnetización de saturación debido a que presentan una alta anisotropía magnética gobernada principalmente por su morfología alargada. Estas propiedades magnéticas duras, adaptables a las necesidades específicas de una aplicación determinada, proveen a estos nanoelipsoides de un gran potencial tecnológico. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al M. C. Enrique Díaz Barriga su excelente ayuda técnica en el MET. Asimismo, agradecen al Dr. Carlos J. Serna y a la Dra. M. Puerto Morales sus valiosos comentarios. Esta investigación fue financiada por CONACYT con los proyectos CB84478 y CB83468, y la UANL con el proyecto Paicyt2009-IT 147-09. REFERENCIAS 1. T.-K. Chung, S. Keller, G. P. Carman. Electricfield-induced reversible magnetic single-domain evolution in a magnetoelectric thin film. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 132501. 15 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. 2. H. Wu, R. Zhang, X. Liu, D. Lin, W. Pan. Electrospinning of Fe, Co, and Ni Nanofibers: Synthesis, Assembly, and Magnetic Properties. Chem. Mater. 2007, 19, 3506-3511. 3. V. M. Prida, K. R. Pirota, D. Navas, A. Asenjo, M. Hernández-Vélez, M. Vázquez. Self-Organized Magnetic Nanowire Arrays Based on Alumina and Titania Templates. J. Nanosci. Nanotechnol. 2007, 7, 272-285. 4. I. S. Jacobs, C. P. Bean. An Approach to Elongated Fine-Particle Magnets. Phys. Rev. 1955, 100, 1060-1067. 5. L. Zhang y A. Manthiram. Experimental study of ferromagnetic chains composed of nanosize Fe spheres. Phys. Rev. B 1996, 54, 3462-3467. 6. R. E. Dunin-Borkowski, M. R. McCartney, R. B. Frankel, D. A. Bazylinski, M. Pósfai, P. R. Buseck. Magnetic microstructure of magnetotactic bacteria by electron holography. Science 1998, 282, 1868-1870. 7. D. Schüler. Formation of magnetosomes in magnetotactic bacteria. J. Molec. Microbiol. Biotechnol. 1999, 1, 79-86. 8. Carlos Luna Criado, Raquel Mendoza Reséndez. Estudio del mecanismo de inversión de la magnetización en nanoelipsoides de Fe con microestructuras diseñadas, bioinspiradas en la bacteria magnetotáctica. CiENCiAUANL 2013 (aceptado). 9. Raquel Mendoza Reséndez, Carlos Luna Criado. Método de control de las propiedades microestructurales y magnéticas de partículas elipsoidales mediante la modulación de sus tensiones internas a través de recubrimientos con una relación de sus coeficientes de expansión térmica. Patente MX/a/2013/005103. 10. R. Mendoza-Reséndez, C. Luna, E. D. BarrigaCastro, P. Bonville y C. J. Serna. Control of Crystallite Orientation and Size in Fe and FeCo Nanoneedles. Nanotechnology 2012, 23, 225601. 11. R. Mendoza-Reséndez, C. Luna. Shape 16 Anisotropy and Exchange Bias in Magnetic Flattened Nanospindles with Metallic/oxide Core/Shell Structures. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 2012, 12, 7577-7581. 12. Raquel Mendoza-Reséndez, Raul Pozas, M. Puerto Morales, Pierre Bonville, Manuel Ocaña, Carlos J. Serna. FeCo magnetic nanoneedles obtained by Co-coating haematite. Nanotechnology 2005, 16, 647–654 13. R. Mendoza-Reséndez, O. Bomati-Miguel, M. P. Morales, P. Bonville, C. J. Serna. Microstructural characterization of ellipsoidal iron metal nanoparticles. Nanotechnology 2004, 15, S254S258. 14. R. Mendoza-Reséndez, M. P. Morales, C. J. Serna. Reduction mechanism of uniform iron oxide nanoparticles to metal used as recording media. Mater. Sci. Eng. C 2003, 23, 1139-1142. 15. B. Aiken, E. Matijevic. Preparation and properties of uniform coated inorganic colloidal particles. IV. Yttrium basic carbonate and yttrium oxide on hematite. J. Colloid and Interface Sci. 1988, 126, 645-649. 16. E. Matijevic. Preparation and properties of uniform size colloids. Chem. Mater. 1993, 5, 412-426. 17. B. D. Cullity, S. R. Stock. Elements of X-ray diffraction. Prentice may: New Jersey. 2001. 18. V. Barron, M. Herruzo, J. Torrent. Phosphate Adsorption by Aluminous Hematites of Different Shapes. Soil. Sci. Soc. Am. Proc. 1988, 52, 647651. 19. A. Aharoni. Angular dependence of nucleation by curling in a prolate spheroid. J. Appl. Phys. 1997, 82, 1281-1287. 20. C. Kittel. Physical theory of ferromagnetic domains. Rev. Mod. Phys. 1949, 21, 541-583. 21. R. Fernández-Pacheco, M. Arruebo C. Marquina, R. Ibarra, J. Arbiol and J. Santamaría. Highly magnetic silica-coated iron nanoparticles prepared by the arc-discharge method. Nanotechnology 2006, 17, 1188-1192. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación de contaminantes orgánicos de agua Diana Berenice Hernández Urésti, Azael Martínez-de la Cruz CIIDIT-FIME-UANL azael70@gmail.com RESUMEN El molibdato de plomo (PbMoO4) fue sintetizado en forma de polvo mediante cinco rutas de síntesis (reacción en estado sólido-SS, coprecipitación-Cop, hidrotermalH60, sonoquímica-Sono y por radiación con microondas-MW). Las muestras resultantes fueron caracterizadas por técnicas experimentales convencionales. La actividad fotocatalítica de PbMoO4 fue evaluada bajo irradiación UV en la reacción de degradación de rodamina B (RhB), índigo carmín (IC), naranja G (OG) y naranja de metilo (MO). En general, la actividad de las muestras preparadas siguió la secuencia MW > Sono > H60 > Copp > SS mostrando una importante correlación con la ruta de síntesis del material. Esta situación fue asociada con las propiedades texturales y morfológicas del óxido. Bajo condiciones ácidas, para el caso de RhB, IC y OG, las soluciones fueron rápidamente decoloradas. El análisis de carbón orgánico total (TOC) de las soluciones irradiadas de los colorantes reveló que un alto grado de mineralización de los compuestos orgánicos es posible por acción de PbMoO4 luego de 96 h de radiación UV. PALABRAS CLAVE Fotocatálisis heterogénea, PbMoO4, molibdato, colorantes orgánicos Artículo basado en el trabajo “Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación de contaminantes orgánicos de agua”, el cual obtuvo el Premio de Investigación UANL 2013, en la categoría de Ingeniería y Tecnología, otorgado en la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la UANL, celebrada el 29 de agosto de 2013. ABSTRACT Lead molybdate powder (PbMoO4) was successfully synthesized by using five routes of synthesis (solid state reaction-SS, coprecipitation-Cop, hydrothermalH60, sonochemistry-Sono and microwave irradiation-MW). The resulting samples were characterized by conventional experimental techniques. The photocatalytic activity of PbMoO4 samples was evaluated under UV irradiation for the degradation reaction of rhodamine B (RhB), indigo carmine (IC), orange G (OG), and methyl orange (MO). In general, the activity of samples synthesised follows the sequence MW > Sono > H60 > Copp > SS showing a strong correlation with the route of synthesis. This fact was associated with the textural and morphological properties of oxide. The bleaching of the organic dye solutions over PbMoO4 photocatalyst was quickly reached for RhB, IC, and OG under acidic conditions. Total organic carbon (TOC) analysis of samples irradiated revealed that mineralization of organic dyes by the action of PbMoO4 is feasible after 96 h of UV irradiation. KEYWORDS Heterogeneous photocatalysis, PbMoO4, molybdate, organic dyes Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 17 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. INTRODUCCIÓN La búsqueda de nuevas tecnologías de oxidación para la purificación de agua que resulten eficientes y económicamente factibles a escalas industriales se ha centrado en el uso de la energía solar como fuente energética. Una de las aplicaciones fotoquímicas que ha despertado más interés en las últimas décadas entre la comunidad científica internacional es la fotocatálisis heterogénea. Debido a que la velocidad de recombinación hueco-electrón en el seno del semiconductor es muy superior a la velocidad de oxidación-reducción de especies contaminantes en su superficie, es indispensable establecer condiciones experimentales para promover esta separación y hacer ineficiente el proceso de recombinación de cargas. Lo anterior puede realizarse, bien mediante la modificación estructural/electrónica del semiconductor, o bien mediante la variación del medio de reacción. El material semiconductor por excelencia utilizado como fotocatalizador es el TiO 2 en su forma cristalina de anatasa debido a su alta actividad catalítica bajo radiación ultravioleta, alta inercia ante procesos de fotocorrosión y bajo costo. Diversos trabajos han sido realizados con el fin de desarrollar fotocatalizadores con alta eficiencia en la región visible del espectro solar, como ejemplo basta mencionar a los óxidos In1-xNixTaO4, CaIn2O4, InVO4 y Bi2MoO6.1-5 Desde el punto de vista tecnológico, la fotocatálisis heterogénea se encuentra actualmente en una fase temprana de investigación y desarrollo tecnológico. No obstante, existen dispositivos comerciales que operando bajo este principio son utilizados para la purificación de aire, principalmente en la eliminación de óxidos de nitrógeno (NOx) y de compuestos orgánicos volátiles (VOC´s) presentes en interiores de oficinas, casas y automóviles. Asimismo, el desarrollo comercial de superficies autolimpiantes como ventanas y piezas cerámicas, así como cubiertas de focos de alumbrado que operan por la presencia de un fotocatalizador es una realidad.6 Aunque notables avances se han reportado en el empleo de la fotocatálisis heterogénea para la remoción de contaminantes en medio acuoso, el camino a recorrer para su aplicación en grado masivo de volumen y empleo de radiación solar aún es largo. 18 Entre los principales problemas a los que se enfrenta la aplicación de la fotocatálisis heterogénea en medio acuoso se encuentran la dificultad en el manejo de grandes volúmenes de agua, un proceso efectivo de separación del fotocatalizador del medio una vez concluido el proceso, así como la necesidad de aumentar la eficiencia fotocatalítica del semiconductor preparado. En contraparte, el uso de esta herramienta tecnológica presenta la ventaja de requerir una fuente de energía gratuita e inagotable como lo es la energía solar, el tratarse de un proceso no selectivo para la oxidación y mineralización de prácticamente cualquier compuesto orgánico, así como su aplicación en niveles de concentración de contaminantes donde otras técnicas son inoperantes. En las reacciones fotocatalíticas existen factores que pueden influir de manera positiva o negativa para que éstas se puedan llevar a cabo de manera eficiente. Es precisamente objeto de estudio de la presente investigación el atender a estos factores para la consecución y desarrollo de un fotocatalizador con alta eficiencia en procesos de remoción de contaminantes en medio acuoso. La presente propuesta incluye la selección de un semiconductor (PbMoO4) y la modificación de sus propiedades fisicoquímicas para potenciar su actividad fotocatalítica en reacciones de degradación de colorantes orgánicos. Lo anterior mediante el empleo de diversas rutas de síntesis química que emplean diferentes condiciones de tratamiento térmico/enfriamiento para la preparación de óxidos semiconductores con propiedades morfológicas y texturales diferentes que incidan en la actividad fotocatalítica del material. EXPERIMENTACIÓN El material PbMoO4 fue preparado en forma policristalina mediante diferentes métodos: reacción en estado sólido (SS), coprecipitación (Cop), hidrotermal (H60), sonoquímica (Sono) y radiación con microondas (MW). Para la preparación del molibdato por el método de reacción en estado sólido se pesaron cantidades en relación estequiométrica apropiada del óxido MoO3 y la sal Pb(NO3)2, se homogeneizaron y la mezcla reactiva se compactó en forma de pastilla por medio de una prensa mecánica. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. Las pastillas fueron calcinadas a 950˚C en un horno eléctrico durante 72 horas. Posteriormente la muestra fue enfriada a temperatura ambiente. Para la síntesis por coprecipitación se utilizaron como precursores Pb(NO3)2 y (NH4)6Mo7O24•4H2O. A partir de dichas sales, se prepararon dos soluciones acuosas. La solución de Pb(NO3)2 fue vertida lentamente gota a gota en la solución de (NH4)6Mo7O24•4H2O manteniendo una agitación vigorosa y originando una suspensión de color blanco. Se ajustó a pH= 11 utilizando NH4OH, manteniendo la suspensión en agitación durante 30 minutos adicionales. Una vez formado el precipitado, éste fue separado por filtración. En la preparación de PbMoO4 mediante el método hidrotermal se utilizaron como reactivos H2MoO4 y Pb(NO3)2, los cuales fueron disueltos en 75 mL de agua desionizada. Posteriormente, la disolución se mantuvo en agitación vigorosa dentro de un baño de ultrasonido y se ajustó a pH= 11 por adición de NH4OH. La suspensión se transfirió a una autoclave de acero inoxidable. El proceso hidrotermal se realizó a 60˚C con una velocidad de calentamiento de 2˚C. min-1 durante 10 minutos. Transcurrido este tiempo, se realizaron varios lavados con agua desionizada al precipitado resultante con el fin de neutralizar el pH (~7) y después se procedió a la evaporación del solvente a 70˚C. En la síntesis del método por sonoquímica se partió de los reactivos H2MoO4 y Pb(NO3)2 y se siguió el procedimiento experimental descrito a detalle previamente.7 Para la preparación de la muestra por radiación con microondas se vertieron 15 mL de etilenglicol anhídrido en un vaso de precipitado y fueron añadidos 5 mmoles de H2MoO4 y de Pb(NO3)2 con agitación constante y se ajustó a pH= 11 utilizando NH4OH. La dispersión de color blanca fue transferida a un equipo de microondas para someterla a un calentamiento mediante la aplicación del 50% de la potencia del horno de 120W durante 20 minutos. Posteriormente, el sólido obtenido fue separado por filtración. La caracterización estructural del óxido PbMoO4 fue realizada por difracción de rayos-X en polvo (DRX) usando un difractómetro Bruker Advanced X-Ray Solution D8 con radiación Kα del Cu (λ= 1.5418 Å). Las mediciones se realizaron en Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 un intervalo 2θ de 10° a 60° con un tamaño de paso de 0.05° y un tiempo de 0.05 segundos por cada paso. La banda de energía prohibida (Eg) se determinó mediante espectroscopia de reflectancia difusa (DRS) utilizando un espectrofotómetro Perkin Elmer Precisely Lambda 35 UV/Vis con esfera de integración. El área superficial de los fotocatalizadores fue determinada mediante fisisorción de nitrógeno (método BET) utilizando un analizador Bel-Japan Minisorp II. La morfología de las muestras fue analizada mediante la técnica de microscopía electrónica de barrido (SEM) utilizando un microscopio FEI Nova Nano SEM de bajo vacío con un voltaje máximo de aceleración de 3 kV. Las reacciones de degradación fotocatalítica se llevaron a cabo en un reactor de inmersión de borosilicato con chaqueta de enfriamiento para mantener la temperatura de reacción en 25°C± 1°C. Como fuente de radiación UV fue utilizada una lámpara heterocromática de Xe de 10,000 K. La intensidad de la radiación UV fue de 1,380 μW.cm-2. La actividad fotocatalítica de PbMoO4 se evaluó en la reacción de degradación de los colorantes orgánicos rodamina B (RhB), índigo carmín (IC), naranja G (OG) y naranja de metilo (MO) en solución acuosa, véase figura 1. En un vaso de precipitado se agregaron 200 mL de una solución del colorante orgánico que contenía 200 mg de PbMoO4 y posteriormente se transfirió a un baño de ultrasonido para la eliminación de agregados. Considerando el coeficiente de absorción molar de cada colorante, las concentraciones iniciales fueron 5, 30, 20, y 20 mg. L-1 para RhB, IC, OG y MO, respectivamente. A fin de asegurar que Fig. 1. Estructura molecular de colorantes de distintas familias de compuestos orgánicos. 19 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. el equilibrio de adsorción-desorción del colorante en la superficie de catalizador se hubiera alcanzado la solución se mantuvo en reposo en la oscuridad por 1 h. Después de este tiempo, la lámpara se encendió. Durante la reacción, las muestras se tomaron del reactor a diferentes intervalos de tiempo y luego se analizaron mediante un análisis colorimétrico tomando como referencia el máximo de absorción de cada colorante para determinar su concentración. Se llevaron a cabo experimentos en condiciones ácidas y básicas a pH= 4 y 10 añadiendo HNO3 ó NH4OH, respectivamente. El grado de mineralización fue seguido mediante el análisis del contenido de carbón orgánico total (TOC) de las soluciones con diferentes tiempos de irradiación. Se utilizaron 250 mL de la solución del colorante (50 mg.L-1 para RhB, OG y MO; y 100 mg.L-1 para IC) conteniendo 250 mg de fotocatalizador. Las muestras irradiadas se analizaron en un analizador de TOC Shimadzu VSCN8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las muestras obtenidas por los diferentes métodos de síntesis fueron caracterizadas estructuralmente mediante difracción de rayos-X en polvo. Los difractogramas obtenidos mostraron la presencia de la fase tetragonal de PbMoO4 sin la presencia de impurezas de acuerdo a la tarjeta JCPDS No. 01-0714910, como se muestra en la figura 2. En particular, la muestra PbMoO4 (MW) presentó la mayor cristalinidad como lo demuestra su Fig. 2. Difractogramas de PbMoO4 obtenidos mediante el método de reacción en estado sólido (SS), coprecipitación (Copp), hidrotermal (H60), sonoquímica (Sono) y radiación con microondas (MW). 20 difractograma con líneas de difracción bien definidas y altas intensidades. La energía de banda prohibida se obtuvo mediante los espectros de reflectancia difusa (DRS), y los valores son mostrados en la tabla I. Todas las muestras obtenidas presentaron un valor de Eg mayor a 3 eV lo cual define que son fotocatalizadores que pueden ser activados mediante radiación UV. Para determinar el área superficial de los materiales sintetizados se realizaron análisis de fisisorción de nitrógeno utilizando el método BET, véase tabla I. La muestra PbMoO4 (SS) fue la que exhibió el menor valor de área debido a que la alta temperatura de síntesis promovió un proceso de crecimiento de partícula mediante un mecanismo de sinterización. Cuando el PbMoO4 fue sintetizado por el resto de los métodos de síntesis, el área superficial del material se incrementó en aproximadamente un orden de magnitud, alcanzando un valor máximo de 5.98 m2.g-1 para PbMoO4 (Sono). Tabla I. Propiedades físicas de PbMoO4 preparado por diferentes métodos de síntesis. Método de Síntesis Temperatura Energía Área de calcinación de banda superficial (°C) prohibida (eV) (m2.g-1) Estado sólido (SS) 950 3.10 0.20 Coprecipitación (Copp) 350 3.16 1.18 Hidrotermal (H60) 70 3.09 2.71 Sonoquímica (Sono) 70 3.19 5.98 Microondas (MW) 70 3.17 2.52 La figura 3 muestra algunas imágenes de SEM representativas de la morfología de las muestras preparadas. De acuerdo al análisis por SEM la muestra (SS) no presentó una morfología definida en particular, con ausencia de aglomerados y de tamaños superiores a 2 μm (3a). La fase obtenida mediante el método de coprecipitación presentó una morfología irregular tipo oval en sus partículas con un tamaño menor al observado para PbMoO4 (SS), del orden de 350 nm (3b). La muestra obtenida mediante el método hidrotermal presentó una morfología de sus partículas en forma octaédrica Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. Fig. 3. Micrografías SEM de las muestras de PbMoO4 (SS) (a), PbMoO4 (Copp) (b), PbMoO4 (H60) (c), PbMoO4 (Sono) (d) y PbMoO4 (MW) (e). o de bipirámide con tamaño de 150-300 nm (3c). Esta morfología es ocasionada por la temperatura y la presión utilizada en el reactor hidrotermal, ya que es capaz de promover el mecanismo de nucleación, agregación y recristalización. En el proceso de coalescencia se incrementó la concentración de partículas, que durante su crecimiento probablemente causó la formación de defectos superficiales en sus caras.8 Las partículas presentaron una orientación preferencial al plano cristalográfico [001], ya que los cristales tendieron a formarse con una mayor velocidad de crecimiento en esa dirección.9 Las partículas obtenidas mediante el método de sonoquímica mostraron una morfología semiesférica utilizando como medio dispersante etilenglicol (EG) (3d). Los efectos físicos del ultrasonido como la cavitación originaron núcleos limitados durante la etapa de crecimiento de las partículas, debido al tiempo de duración de los colapsos de implosión de las burbujas en el líquido (> 1ns). Dicha implosión ocasionó una distribución homogénea en el tamaño de cristal y tamaño de partícula, disminuyendo la formación de aglomerados y obteniendo una morfología definida. La muestra de PbMoO4 (MW) está formada por partículas con una morfología en forma ovalada Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 (3e). La radiación con microondas produjo un calentamiento muy rápido de toda la suspensión que favoreció la nucleación de los cristales alcanzando una distribución de tamaño de partícula homogénea. El EG absorbe las ondas de alta frecuencia, al formarse la fase PbMoO4 también absorbió las microondas produciendo partículas de tamaño homogéneo mediante el mecanismo de Ostwald Ripening.10 En este mecanismo, los centros de nucleación se aglomeran y disuelven generando pequeñas partículas, donde los aglomerados grandes crecen a partir de los aglomerados de partículas más pequeñas, que se disuelven y desaparecen. En la figura 4 se resumen los resultados obtenidos para la degradación de los cuatro colorantes orgánicos utilizando como fotocatalizador PbMoO4 sintetizado por reacción en estado sólido, co-precipitación, hidrotermal, sonoquímica y microondas bajo condiciones ácidas de pH= 4. Dado que los tiempos de vida media obtenidos para naranja de metilo fueron considerablemente grandes con respecto a los del resto de los colorantes, los datos de t1/2 para este colorante fueron divididos entre 2 para ser representados y ser mejor visualizados en la figura 4. Independientemente del método de síntesis, la actividad fotocatalítica de PbMoO 4 para la 21 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. Fig. 4. Tiempo de vida media de los colorantes rodamina B (RhB), índigo carmín (IC), naranja G (OG) y naranja de metilo (MO) utilizando PbMoO4 sintetizado por 5 rutas de síntesis. (*MO = tiempo de vida media dividido entre 2 para una mejor visualización de la figura). degradación de los colorantes fue en la dirección IC > RhB > OG > MO. Este hecho es aún más notable dado que el IC fue el colorante utilizado a una mayor concentración inicial en los experimentos (30 ppm) con respecto a OG y MO (20 ppm) y aún más que con respecto a RhB (5 ppm). La dificultad para degradar OG y MO se puede asociar con la presencia de grupos funcionales azo (-N=N-) en sus respectivas estructuras moleculares, como se muestra en la figura 1. De acuerdo con reportes previos,11 la fotodegradación de un colorante azo está asociada con el rompimiento del enlace -N=Nen una etapa inicial de la reacción. No obstante, este proceso es complicado debido a que la energía promedio del enlace azo es cercano a 420 kJ mol-1, considerablemente mayor al valor de energía de 286 kJ mol-1 requerido para la ruptura del enlace -N-C- en las sucesivas de-etilaciones en el caso de la RhB. Aún bajo esta circunstancia, es a destacar la diferencia en la dificultad de degradar las moléculas de los dos colorantes azo. En este sentido, la presencia de un grupo hidroxi- ligado a un anillo aromático en la molécula de OG puede constituir un punto de ataque para un ataque más efectivo al anillo aromático y su posterior apertura. Por su parte, la mayor velocidad en la degradación de la molécula de IC con respecto a RhB puede correlacionarse con la apertura del anillo aromático en la etapa temprana de la degradación, a diferencia de RhB donde la etapa inicial está dominada por la de-etilación de su molécula. El análisis de los espectros de absorción de ambos colorantes parece soportar esta hipótesis (figura 5), aunque es necesario a futuro un análisis de cromatografía de líquidos acoplado a masas para 22 Fig. 5. Espectros de absorción característico de los colorantes rodamina B (a) e índigo carmín (b) bajo condiciones ácidas en el curso de su degradación en presencia de PbMoO4 (MW). la identificación de intermediarios de reacción y corroborar lo anterior. Analizando la figura 4 desde el punto de vista del método de síntesis, en términos generales para los cuatro colorantes analizados, la actividad de PbMoO4 fue en la dirección de MW > Sono > H60 > Copp > SS. La única excepción a esta secuencia fue la degradación de RhB por PbMoO4 (Sono), donde se observó un descenso notable en la actividad fotocatalítica que no pudo ser justificada con la información experimental disponible. Las condiciones experimentales de la síntesis de PbMoO4 por reacción en estado sólido (SS) impiden que la reacción entre reactivos se dé de manera completa, esto debido a que el crecimiento de la capa del producto entre los dos reactivos elimina la Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. interfase reactivo-reactivo obligando a la migración de las especies móviles a recorrer más distancias a través de la estructura cristalina del producto a medida que transcurre el tiempo de reacción. Lo anterior da como resultado un material de naturaleza heterogénea, aunque es importante señalar que por difracción de rayos-X no fue observada la presencia de impurezas (al nivel de resolución de la técnica). Adicionalmente, la alta temperatura empleada durante la síntesis de PbMoO4 produce partículas de tamaño del orden de los 10-50 μm (análisis SEM) lo que conlleva a obtener un material con área superficial muy baja. Por último, el tamaño grande de partícula obtenido para PbMoO4 (SS) dificulta conseguir una buena dispersión en la solución del colorante lo que sin duda afecta el área del fotocatalizador expuesta a la radiación. Por su parte, el método de co-precipitación es susceptible a la obtención de materiales heterogéneos dada la dificultad de la precipitación estequiométrica de las especies participantes al 100%. Esta condición puede afectar ligeramente la estequiometría del óxido y ser la causa de una menor actividad fotocatalítica. Las muestras de PbMoO4 con mayor actividad fotocatalítica (MW>Sono>H60) tienen la característica en común de haber sido preparadas en un medio líquido de reacción, situación que favorece reacciones completas y la obtención de materiales más homogéneos. De las tres muestras mencionadas, H60 fue obtenida sin un tratamiento térmico posterior a la reacción hidrotermal llevada a cabo a 60ºC. Lo anterior conduce a la obtención de un material con baja cristalinidad debido a la temperatura empleada durante su síntesis. La baja cristalinidad puede ser un factor negativo en el proceso fotocatalítco debido a que los defectos en el material pueden actuar como centros de recombinación de cargas. La formación de PbMoO4 (MW) y PbMoO4 (Sono) fue llevada a cabo a temperaturas de reacción locales difíciles de determinar por técnicas convencionales. No obstante, en ambos casos, por la naturaleza de ambos métodos se estiman temperaturas locales altas por lapsos de tiempo cortos, así como procesos de enfriamiento muy rápidos. Estos factores pueden promover un material con alta cristalinidad, con una baja concentración de defectos que ayude a evitar la indeseable recombinación de cargas durante el proceso fotocatalítico. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 Para ambas muestras, MW y Sono, el análisis por SEM reveló la presencia de partículas pequeñas y discretas, poco propensas a la aglomeración, lo que sin duda facilita una mejor dispersión del fotocatalizador en la solución del colorante y una mayor área de exposición a la radiación de la lámpara. En este punto es importante remarcar la diferencia existente entre el área expuesta de un catalizador y la de un fotocatalizador. En el primer caso existe una relación directamente proporcional entre área superficial y concentración de sitios activos en la superficie del catalizador, mientras que para un fotocatalizador es necesario que exista una buena iluminación, en la mayor parte del tiempo, en todos los sitios para hacerlos activos al proceso. La eficiencia en el aprovechamiento de la irradiación que incide sobre las partículas del fotocatalizador depende principalmente de la morfología y el tamaño de las partículas irradiadas, en relación con la longitud de onda y la distancia a la partícula. Estos factores pueden operar para determinar las diferentes actividades fotocatalíticas observadas entre PbMoO 4 (MW) y PbMoO 4 (Sono). Las partículas PbMoO 4 (Sono) son las de menor tamaño con una morfología semiesférica pero presentan a su vez más aglomerados que PbMoO4 (MW). Las partículas de PbMoO4 (MW) son partículas de tamaño intermedio, con una distribución homogénea y morfología ovalada, dichas propiedades físicas podrían estar operando para aumentar la intensidad de la luz dispersa. Así, una mejor dispersión de la radiación por parte de las partículas de PbMoO4 (MW) produce una mayor iluminación en promedio de las partículas del óxido, situación que podría permitir la optimización de la radiación incidente para el proceso fotocatalítico para esta muestra. Se realizaron experimentos consecutivos de degradación de IC utilizando de manera representativa al fotocatalizador PbMoO4 (H60), con la finalidad de determinar la estabilidad del fotocatalizador ante sucesivos ciclos de uso. La figura 6 muestra la estabilidad de PbMoO 4 (H60) para 4 usos consecutivos del fotocatalizador en la degradación de IC, como se desprende del perfil de las curvas y del hecho que se mantuvo la eficiencia del mismo 23 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. para alcanzar un t1/2 de 16 min. Posteriormente se analizó el fotocatalizador por difracción de rayos-X antes y después de su uso durante cuatro ciclos, como es mostrado en la figura 6b y 6c, confirmándose nuevamente la estabilidad de PbMoO4. Finalmente, se determinó la lixiviación de iones de Pb del catalizador PbMoO4 durante la reacción fotocatalítica mediante la espectroscopía de absorción atómica. El análisis de la solución acuosa separada del fotocatalizador mediante centrifugación reveló que la concentración de iones de Pb es menor a 0.10 mg.L-1 (límite de detección del equipo) después de 4 horas de irradiación, lo cual satisface el estándar de descarga industrial de aguas residuales TCVN 5945. La decoloración total de la solución del colorante orgánico no indica su descomposición a intermediarios no tóxicos, menos aún su mineralización total. Como es bien sabido, la decoloración indica la destrucción de los grupos cromóforos, que son la parte de la molécula capaz de absorber luz visible para emitir diversos colores pero no da indicios del grado de conversión de la molécula compleja del colorante Fig. 6. Pruebas de estabilidad en la degradación fotocatalítica del índigo carmín utilizando como fotocatalizador PbMoO4 (H60). 24 a CO2, H2O y otras especies iónicas solubles. Para este propósito se realizó un análisis de carbón orgánico total (TOC) a muestras de colorante expuestas a diferentes tiempos de irradiación UV en presencia de PbMoO4, véase la figura 7. Como una tendencia natural del sistema, la degradación de RhB por los cuatro fotocatalizadores exhibió un alto grado de mineralización durante las primeras 24 h de irradiación de la dispersión con luz UV, para posteriormente estabilizar el TOC durante las siguientes 72 h. Este fenómeno puede ser explicado por la formación de intermediarios en las reacciones iniciales que producen la decoloración de la solución, pero cuya naturaleza recalcitrante frena el proceso de mineralización. En los colorantes IC y OG se observó un comportamiento similar al detallado para el caso de RhB, donde la mayor mineralización se alcanzó durante las primeras 24 h de irradiación UV, hasta obtener subproductos recalcitrantes los cuales frenaron la mineralización en etapas intermedias de la mineralización del colorante. Cabe mencionar que para las muestras PbMoO4 (Copp) y PbMoO4 (Sono) la mineralización de OG no fue detenida del todo a las 24 horas de irradiación UV observándose un ligero descenso en la concentración para tiempos posteriores. Los resultados obtenidos para la mineralización de MO merecen mención aparte, y fueron caracterizados por dos comportamientos bien definidos. En un tipo de comportamiento, la mineralización del colorante se hizo de manera gradual y con un pequeño grado de conversión a lo largo de las 96 h del experimento cuando se utilizaron como fotocatalizadores PbMoO4 (Copp) y PbMoO4 (Sono). Lo anterior indica el grado recalcitrante del colorante, así como de los intermediarios primarios formados, situación que está acorde con lo observado durante los experimentos de decoloración de MO. En un segundo tipo de comportamiento, observado en PbMoO4 (H60) y PbMoO4 (MW), la mineralización se conduce de manera lenta y similar a la observada para el otro par de fotocatalizadores, pero variando abruptamente después de 72 h. Esto no sólo indica un mayor grado de conversión de MO para PbMoO4 (H60) y PbMoO4 (MW), sino una mayor velocidad de reacción. Lo anterior puede prever un comportamiento similar para PbMoO4 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. (Copp) y PbMoO4 (Sono) para más allá de las 96 h de irradiación UV. No obstante, el descenso abrupto a las 72 h en la mineralización de MO por PbMoO4 (H60) y PbMoO4 (MW) se ve nuevamente frenado para tiempos más largos debido a la oxidación a compuestos más estables. Fig. 7. Contenido en carbón orgánico total (TOC) de los contaminantes orgánicos utilizando PbMoO4 como fotocatalizador obtenido mediante coprecipitación (a), hidrotermal (b), sonoquímica (c) y radiación de microondas (d). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 CONCLUSIONES En el presente trabajo de investigación se propone al óxido semiconductor PbMoO4 como potencial fotocatalizador en la reacción de fotodegradación de colorantes orgánicos en medio acuoso bajo radiación UV. Partiendo de la hipótesis de que la modificación de las propiedades fisicoquímicas del óxido puede potenciar su capacidad como fotocatalizador, se han propuesto 5 métodos de síntesis para revisar esta posibilidad. Los resultados mostraron una notable diferencia en la actividad de PbMoO4 en función del método de síntesis, observándose que la actividad fotocatalítica sigue la dirección MW > Sono > H60 > Copp > SS. La naturaleza de los métodos de síntesis, y por ende el tipo de material que produjeron (homogeneidad del material, tamaño de partícula, área superficial, morfología) son los factores que determinaron este orden de actividad fotocatalítca. Los mejores resultados mostraron la capacidad de la muestra MW para reducir el tiempo de vida media de los colorantes rodamina B, índigo carmín y naranja G de 100, 87 y 223 min hasta sólo 7 min en los tres casos. Por un lado, esto muestra la versatilidad de PbMoO4 para actuar efectivamente ante diferentes familias de compuestos orgánicos; y por otro lado, la efectividad del fotocatalizador al reducir el t1/2 a valores más que competitivos para pensar en una potencial aplicación tecnológica. Independientemente del método de síntesis, la actividad fotocatalítica de PbMoO 4 para la degradación de los colorantes fue en la dirección IC > RhB > OG > MO. La dificultad para degradar OG y MO se puede asociar con la presencia de grupos funcionales azo (-N=N-) en sus respectivas estructuras moleculares y con la formación de compuestos intermediarios estables en el curso de la reacción. El grado de mineralización alcanzado para los cuatro colorantes estudiados, así como la estabilidad 25 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. del fotocatalizador ante sucesivos ciclos de uso y su insolubilidad en el medio de reacción son factores que justifican su potencial aplicación en procesos de purificación de agua. A la luz de los resultados obtenidos, como trabajo futuro se vislumbra buscar las condiciones experimentales para preparar PbMoO4 en forma de película delgada y evaluar su actividad ante un mayor espectro de especies orgánicas contaminantes (fármacos, insecticidas y plaguicidas) en aras de encaminar la posible aplicación comercial del semiconductor. REFERENCIAS 1. R. Jain, M. Mathur, S. Sikarwar, A. Mittal, Removal of the hazardous dye rhodamine B through photocatalytic and adsorption treatments, J. Environmental Management 85 (2007) 956. 2. Z. G. Zou, J. H. Ye, K. Sayama, H. Arakawa, Direct splitting of water under visible light irradiation with an oxide semiconductor photocatalyst, Nature 414 (2001) 625. 3. J. W. Tang, Z. G. Zou, J. H. Ye,Effects of Substituting Sr 2+ and Ba 2+ for Ca 2+ on the structural properties and photocatalytic behaviors of CaIn2O4, Chem. Mater. 16 (2004) 1644. 4. Z. Zou, J. Ye, K. Sayama, H. Arakawa, Photocatalytic and photophysical properties of a novel series of solid photocatalysts, Bi2MNbO7 (M=Al3+, Ga3+ and In3+), Chem. Phys. Lett. 333 (2001) 57. 5. H. Kato, M. Hori, R. Konta, Y. Shimodaira, A. Kudo, Construction of Z-scheme Type 26 heterogeneous photocatalysis systems for water pplitting into H 2 and O 2 under visible light irradiation, Chem. Lett. 33 (2004) 1348. 6. Q. Xu, D. V. Wellia, M. Alam Sk, K. H. Lim, J. S. C. Loo, D. W. Liao, R. Amal, T. T. Y. Tan, Superhydrophilicity-assisted preparation of transparent and visible light activated N-doped titania film, Nanoscale 2 (2010) 1122. 7. Y.G. Lee, J.W. Park, J.H. Kim, B.R. Min, J. Jurng, J. Kim, T.G. Lee, Comparison of mercury removal efficiency from a simulated exhaust gas by several types of TiO2 under various light sources, Chem. Lett. 33 (2004) 36. 8. J.C. Sczancoski, L.S. Cavalcante, M.R. Joya, P.S. Pizani, J.A. Varela, E. Longo, M.S. Li, J.A. Andrés, Morphology and blue photoluminescence emission of PbMoO4 processed in conventional hydrothermal, J. Phys. Chem. C 113 (2009) 5812. 9. W.S.J. Liu, B. Hu, J.Y. Gong, S.H. Yu, Novel anatase TiO 2 boxes and tree-like structures assembled by hollow tubes: D,L-malic acidassisted hydrothermal synthesis, growth mechanism, and photocatalytic properties, Cryst. Growth Des. 9 (2009) 1511. 10. M.A. Mahmood, S. Baruah, J. Dutta, Enhanced visible light photocatalysis by manganese doping or rapid crystallization with ZnO nanoparticles, Materials Chemistry and Physics, 130 (2011) 531. 11. M. Stylidi, D.I. Kondarides, X.E. Verykios, Pathways of solar light-induced photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous TiO2 suspensions, Appl. Catal. B: Environ. 40 (2003) 271. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique Sandra Pinzón Galvis Profesora Titular, Universidad Piloto de Colombia – Seccional Alto Magdalena, Girardot sapiga10@hotmail.com RESUMEN El empleo de fibras naturales en el refuerzo del concreto es poco común tanto aún más que los concretos fibro-reforzados con fibra de fique. En este trabajo se busca encontrar materiales alternativos que mitiguen el impacto ambiental por considerarse un subproducto de la industria fiquera llamado residuo o estopa; análizar el efecto producido por la adición de la fibra de fique a la resistencia a compresión y flexión del concreto y dar una aplicación acorde a los resultados obtenidos en los ensayos. PALABRAS CLAVE Cemento Portland, fibra de fique, resistencia a compresión, resistencia a flexión. ABSTRACT The use of natural fibers in concrete reinforcement is rare even more than fiber-reinforced concrete with sisal fiber. The aim of this work is find alternative materials that mitigate the environmental impact by using a byproduct of the fique industry called residue or tow; to analyze the effect produced by the addition of sisal fiber to compressive and bend strength of concrete; and give an application according to the results obtained from the tests. KEYWORDS Portland cement, sisal fiber, compressive strength, flexural strength. INTRODUCCIÓN Hoy en día se ha desarrollado aún más la posibilidad de obtener nuevas alternativas pensando en lo ambiental y en lo natural incentivando el desarrollo social y económico reduciendo costos en los procesos para así garantizar sostenibilidad a las generaciones futuras. Uno de los elementos que perdura en el tiempo y no permite cambios drásticos en sus cuatro componentes principales, agregado fino (arena), agregado grueso (piedras gradadas), agua y material aglutinante (cemento Portland) conformando el material estructural más extraordinario y utilizado en el mundo de la construcción, el concreto u hormigón, con una serie de propiedades mecánicas como lo es su alta resistencia a la compresión, dureza, manejabilidad a la aplicación, y no tan buen comportamiento Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 27 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis a la flexión, por poseer limitaciones como una alta fragilidad, baja capacidad de deformación o arqueamiento antes de las fisuras y rompimiento en las vigas. Una opción adoptable para superar estas restricciones es la implementación, introducción y preparación de fibras al concreto: fibras sintéticas, fibras de asbesto, fibras de vidrio y las fibras de acero en la construcción civil con el propósito de disminuir la fragilidad que singulariza a este material y exponiendo una resistencia secundaria seguida a las fisuras por medio de la unión de las fibras con la matriz del concreto. Cada vez toma más fuerza la idea de utilizar concretos reforzados con fibras ya sean metálicas, sintéticas o naturales, como la del caso de la fibra de fique usándose como insumo para la elaboración del concreto y morteros. En Colombia, por ser un país productor e impulsor del sector fiquero, se toma la decisión de hallarle mayor utilidad a este material en la industria de la construcción, puntualmente en la fabricación del concreto en diferentes estructuras y procesos constructivos; aprovechando la producción de la fibra sostenible y amigable con el medio ambiente por tratarse de cultivo e industrialización de bajo impacto ambiental, además de fomentar el crecimiento del campesinado colombiano, contribuyendo al desarrollo económico y social de los dos sectores involucrados. La utilización de fibras en la construcción no es nueva, pues nuestros antepasados usaban paja y pasto en el barro para mayor adherencia ya fuera en los muros o en mismo bloque de arcilla, en este caso se analiza y evalúa el comportamiento del concreto con la adición de la fibra de fique, para saber si aporta favorablemente a las propiedades de compresión y flexión del concreto, la adición de fibra de fique y en efecto encontrar un uso específico de acuerdo a los resultados obtenidos, teniendo en cuenta las características de los concretos: economía, resistencia, durabilidad y fácil aplicación. MATERIALES Y MÉTODOS Localización El trabajo de investigación se realizó en los laboratorios de la Universidad Piloto de Colombia – Seccional Alto Magdalena, a una temperatura aproximada de 33 ºC. 28 Materiales El fique es una planta nativa de la América tropical, especialmente de la región andina de Colombia y Venezuela, luego se fue expandiendo hacia las Antillas y hacia la costa oriental del Brasil. Esta planta pertenece al género Furcraea de donde comprenden cerca de 20 especies diferentes de donde se extrae de sus hojas fibra textil conocida popularmente como fique. Biológicamente es distinta del género Agave con la que suele confundirse frecuentemente.1 El Fique (Fourcroiaspp.), es una planta grande, de tallo erguido, su altura varía entre 2 y 7 m, densamente poblado de hojas de color verde, en forma radial, largas (1 a 3 m), angostas (10 y 20 cm), carnosas, puntiagudas, acanaladas, y dentado espinosas, en algunas variedades, presentando líneas o estrías tenues de unos 3 mm de largo (figura 1); Fig. 1. Planta de Fique. www.veoverde.com/2009/07/fibra-de-fique/ las plantas jóvenes consisten en un rosetón de hojas gruesas, carnosas de color verde azuloso, a medida que la planta crece, se desarrolla en la base un tronco corto que lleva de 75 a 100 hojas cuya longitud varía de 150 a 200 cm y su anchura de 15 a 20 cm en la parte más ancha cerca de la mitad, angostándose a 10 cm cerca de la base, la cual tiene un espesor de 6 a 8 cm. Su flor es de color blanco verdoso, llamada maguey o escapo, sólo florece una vez en su ciclo de vida y luego le sobreviene la muerte (magueciada). Las semillas germinan en la misma planta y sus propáguelos (bulbillos) caen ya formados al suelo por lo que se considera al fique una planta vivípara. 2 Pueden encontrarse plantas con más de 50 años de edad, pero su período típico de vida varía entre 10 y 20 años. Poseen gran cantidad de raíces que se Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis expanden y enraízan profundamente haciéndola una planta anti-erosiva. Su vida útil (producción de fibra, jugos, etc.) comienza entre los 3 y 6 años, dependiendo de las condiciones que enfrente.3 La fibra extraída apenas constituye un 4% máximo del peso total de la hoja. Esta fibra muestra propiedades mecánicas dadas en la tabla I,1 también constituye la estructura principal de las paredes celulares del tejido vegetal y está compuesta por celulosa, y algunas impurezas como ligninas y pigmentos (tabla II).1 Cada filamento está constituido por fibrillas elementales soldadas entre sí por una goma (lignina). Los extremos de las fibrillas se sobreponen para formar filamentos multicelulares a lo largo de la hoja y son éstos los que conforman la fibra de fique. Tabla I. Propiedades mecánicas de la fibra de fique. Propiedades Promedio Mínimo Máximo Resistencia a la tensión (MPa) 305.15 200.00 625.20 Módulo de elasticidad (Gpa) 7.52 5.50 25.50 Porcentaje de elongación a la fractura (%) 4.96 3.20 5.70 Tabla II. Composición química de la fibra de fique. Cenizas 2.60% Fibras 1.58% Pentosas 17.65% Lignina 12.00% Celulosa 62.70% La fibra de fique utilizada en la investigación fue adquirida en Rionegro (Antioquia), se cortó en fracciones de 6 cm (figura 2) tomando la recomendaciones del subgrupo de fibras de la Secretaria Técnica del Comité de Concreto del Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC). Con base en la experiencia internacional se categoriza el fique como macrofibra y se recomiendan longitudes variables entre 13 mm y 70 mm y proporciones comprendidas entre 9 y 18 kg/m3, se decide utilizar cuatro porcentajes de adición de fibra de fique, 0.5%, 1.0%, 1.5% y 2.0% del peso del agregado fino, encontrándose dentro de este rango. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 Fig. 2. Tamaño de la fibra de fique. El concreto se hizo a partir de mezclas especificadas para 14 MPa (2000 psi), 17.5 MPa (2500 psi), 21 MPa (3000 psi), 24.5 MPa (3500 psi) y 28 MPa (4000 psi). Los agregados utilizados en las distintas mezclas fueron adquiridos en la trituradora “Agregados Nacionales”, ubicada en el municipio del Guamo, Departamento del Tolima. Este material es extraído del río Saldaña y llevado a la planta, que es la encargada de efectuar su trituración. Teniendo los materiales listos para ser mezclados en una pasta homogénea, son vertidos a una mezcladora con capacidad para ½ bulto o 25 Kg de cemento (figura 3). Fig. 3. Mezcla del concreto y adición de fibra de fique. 29 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Una vez obtenida la mezcla y antes de ser vaciada en los cilindros se realiza la prueba del slump o asentamiento el cual se le hace a las mezclas que no contienen fibra de fique, el asentamiento resultante es de 7,5 cm. (figura 4). moldes de cilindros y vigas (figura 5), para realizar ensayos a compresión y a flexión, para así determinar la resistencia del concreto convencional y del concreto con adición de fibra de fique. Fig. 5. Concreto vaciado en moldes de cilindros y vigas La mezcla se vacía en moldes y se deja fraguar, los ensayos de resistencia a compresión se realizaron a 6 cilindros por cada diseño, 2 a los 7 días, 2 a los 21 días y 2 a los 28 días, por otra parte para los ensayos a flexión se realizaron 2 vigas por cada diseño a los 28 días. Los resultados obtenidos de los ensayos se promediaron para así determinar el resultado final. Culminadas las pruebas, se organizó la información obtenida para efectuar el análisis de los resultados y así concluir si en realidad la adición de fibra de fique mejora o no la resistencia y las propiedades mecánicas del concreto hidráulico. Etapa III. Después de los análisis de resultados y de la información se determinó un porcentaje óptimo con el cual se tomaron nuevas pruebas de resistencia a compresión y flexión a un solo diseño de mezcla para evaluar las propiedades mecánicas del concreto hidráulico con la nueva adición del porcentaje de fibra de fique. DISEÑO METODOLÓGICO Etapa I. Consiste en la recolección de información como antecedentes, teoría y proyectos relacionados con esta investigación. Luego se dispuso a buscar la obtención de los materiales para la elaboración de la mezcla, determinando el asentamiento, tamaño máximo y nominal del agregado, contenido de agua, cemento y los agregados de gruesos y finos, 4 para proseguir con la dosificación de fibra de fique a emplear y fabricar las muestras en forma de cilindros para la compresión y en forma de vigas para la flexión. Etapa II. En esta etapa se realizaron las pruebas de laboratorio donde se vació concreto convencional y concreto con adición de fibra de fique en diferentes porcentajes, reemplazando el agregado fino, en ANÁLISIS DE RESULTADOS Resistencia a la compresión En el laboratorio de estructuras de la Universidad Piloto de Colombia seccional Alto Magdalena se realizaron los ensayos a compresión y flexión de los modelos de concreto fabricados con y sin adición de fibra de fique. Las medidas de los cilindros es de 0.30 m de alto x 0.15 m de diámetro (figura 6). La resistencia que presentan las muestras de concreto con adición de fibra de fique para 14 MPa (2000 psi) tabla III, alcanzan su mayor valor en el fique al 1.0% en los períodos de 7, 21 y 28 días con respecto a los demás porcentajes de fique. El dato más alto se da en el período de los 28 días con 8.08 MPa (1154 psi) que corresponde a un 58%, con un 48% por debajo de diseño de mezcla y a un Fig. 4. Ensayo del slump o asentamiento. 30 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Fig. 6. Preparación de cilindros para ensayo a compresión. Tabla III. Resultados de los ensayos a compresión del concreto 14 MPa (2000 psi). Edad de curado 7 Días 21 Días 28 Días Resistencia Diseño %Alcanzado (PSI) MPa Concreto convencional 1061 7.42 53% Fique al 0.5% 366 2.56 18% Fique al 1.0% 856 6 43% Fique al 1.5% 143 1 7% Fique al 2.0% 121 0.847 6% Concreto convencional 1609 11.3 80% Fique al 0.5% 533 3.73 27% Fique al 1.0% 1030 7.21 51% Fique al 1.5% 189 1.32 9% Fique al 2.0% 250 1.75 12% Concreto convencional 2043 14.30 102% Fique al 0.5% 555 3.89 28% Fique al 1.0% 1154 8.08 58% Fique al 1.5% 205 1.44 10% Fique al 2.0% 260 1.82 13% 50% por debajo de la resistencia que presentó el concreto convencional a un total de 102%. Se destaca que los cilindros fallan en su mayoría en una forma diferente a la fractura presentada por los cilindros de concreto convencional, debido a que el fique se adhiere a la matriz haciendo que no sea explosiva su Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 deformación, al contrario de la falla de los cilindros de concreto convencional pues estos estallan y fallaron en un ángulo de 45° (figura 7). En segundo lugar, la muestra con adición de fique con mejor comportamiento a la compresión es el que tiene porcentaje del 0.5% alcanzando a los 28 días unos 3.89 MPa (555 psi) que corresponde a un 28% del diseño de mezcla. La adherencia de la fibra de fique ayuda a que la deformación de la muestra sea lenta y progresiva, con deformación en grietas verticales en los extremos del cilindro. Los especímenes con aditivo del 1.5% de fibra de fique con un alcance del 10% que corresponde a 1.75 MPa (250 psi) y 2.0% de fibra de fique con un alcance del 13% que corresponde a 1.82 MPa (260 psi) de fibra de fique presentaron las resistencias más bajas. Las deformaciones suceden en forma de esponja y no hay desprendimiento de matriz, pues la fibra impide que ocurra. En el caso del diseño de 17.5 MPa (2500 psi), tabla IV, el porcentaje de fibra de fique, que más se acerca al diseño es el de 0.5% dominando los tres períodos de 7, 21 y 28 días, con un 76% de resistencia que corresponde a 13.37 MPa (1910 psi) en el último período, con un 24% por debajo del diseño de mezcla y a un 51% por debajo de la resistencia de los especímenes de control alcanzando un valor de 22.16 MPa (3166 psi) equivalente al 127%. La falla de estos cilindros se presenta de forma similar a los especímenes de control en ángulo de 45°, sin presentar estallido repentino como lo es el caso de los especímenes de concreto convencional. 31 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Fig. 7. Rotura a compresión de concreto sin adición de fibra de fique (izquierda) y con adición de fibra de fique (derecha). Tabla IV. Resultados de los ensayo a compresión concreto 17.5 MPa (2500 psi). Tiempo de curado 7 Días 21 Días 28 Días Resistencia Diseño %Alcanzado (PSI) MPa Concreto convencional 2117 14.82 85% Fique al 0.5% 1369 9.6 55% Fique al 1.0% 800 5.6 32% Fique al 1.5% 758 5.31 30% Fique al 2.0% 92 0.64 4% Concreto convencional 2800 19.6 112% Fique al 0.5% 1692 11.84 68% Fique al 1.0% 964 6.75 39% Fique al 1.5% 761 5.33 30% Fique al 2.0% 106 0.74 4% Concreto convencional 3166 22.16 127% Fique al 0.5% 1910 13.37 76% Fique al 1.0% 1085 7.60 43% Fique al 1.5% 1531 10.42 61% Fique al 2.0% 89 0.62 4% Le sigue en resistencia el porcentaje del 1.5% con un 61% que equivale a 10.72 MPa (1531 psi) a los 28 días, pero estando por debajo en los períodos de 7 días y 21 días de la adición del 1.0%. La 32 deformación en el momento de la falla se presenta en forma de grietas en los extremos del cilindro, pues la fibra ayuda a que la matriz se deforme lenta y progresivamente. Le prosigue la resistencia de la adición de fibra de fique del 1.0% con un 43% que corresponde a 7.6 MPa (1085 psi.) El fallo ocurrió en forma diferente que la que se acostumbra observar con una adherencia considerable de la fibra de fique a la matriz del concreto. De último se encuentra la resistencia presentada por el porcentaje más alto de 2.0% que muestra un 4% en los tres períodos sin variación significativa en resistencia. En cuanto al fallo en la prensa hidráulica se da en forma de grietas tomando consistencia de esponja. En el caso de 21 MPa (tabla V) la resistencia que se acerca al diseño es la adición del 0.5% con un 67% que corresponde a 13.97 MPa (1995 psi), por debajo de un 33% del diseño de mezcla y por debajo de la resistencia presentada por los cilindros de control a un 55% que le correlaciona a unos 25.70 MPa (3671 psi). La falla en la prensa ocurre en ángulo de 45° muy similar a la falla en los cilindros de control, con una adherencia apenas perceptible por la fibra de fique a la matriz del concreto. Le sigue el porcentaje de adición de 1.0% con un 39% que equivale a 8.14 MPa (1163) psi de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Tabla V. Resultados de los ensayos a compresión concreto 21 MPa (3000 psi). Tiempo de curado 7 Días 21 Días 28 Días Resistencia Diseño %Alcanzado Tabla VI. Resultados de los ensayos a compresión concreto 24.5 MPa (3500 psi). Tiempo de curado Resistencia Diseño %Alcanzado (PSI) MPa Concreto convencional 2704 18.93 77% Fique al 0.5% 1083 7.6 31% Fique al 1.0% 193 1.35 6% 6% Fique al 1.5% 257 1.8 7% 4% Fique al 2.0% 250 1.75 7% 83% Concreto convencional 3446 24.12 98% Fique al 0.5% 1428 10 41% Fique al 1.0% 226 1.58 6% (PSI) MPa Concreto convencional 2490 17,43 Fique al 0.5% 1642 11,49 55% Fique al 1.0% 938 6,57 31% Fique al 1.5% 168 1,18 Fique al 2.0% 108 0,76 83% 7 Días Concreto convencional 2484 17,39 Fique al 0.5% 1995 13,97 66% Fique al 1.0% 1045 7,32 35% Fique al 1.5% 158 1,11 5% Fique al 1.5% 402 2.81 11% Fique al 2.0% 105 0,74 3% Fique al 2.0% 242 1.69 7% Concreto convencional 3671 25,70 122% Concreto convencional 3643 25.50 104% Fique al 0.5% 1995 13,97 67% Fique al 0.5% 1425 10 41% Fique al 1.0% 1163 8,14 39% Fique al 1.0% 210 1.47 6% Fique al 1.5% 187 1,31 6% Fique al 1.5% 454 3.18 13% Fique al 2.0% 117 0,82 4% Fique al 2.0% 282 2 8% resistencia a los 28 días, con un 61% debajo del diseño de mezcla y debajo de la resistencia de los especímenes de control a un 83%. Presentó la falla en forma diferente en sus extremos a la que por lo regular se observa en el concreto convencional, con una adherencia de la fibra de fique evidente, pues no deja que la matriz del concreto estalle como el concreto convencional. La adición de 1.5% y 2.0% genera resistencias muy bajas en los tres períodos. La cantidad de fibra de fique es suficiente para que falle en forma de esponja generando una resistencia irrisoria, la adherencia de la fibra la matriz del concreto, es alta ya que no deja que se desprenda del conjunto. La resistencia a compresión para el diseño de 24.5 MPa (3500 psi), tabla VI, que más se acerca es la de adición de fibra de fique de 0.5% con un 41% que corresponde a 10 MPa (1428 psi), situándose por debajo del diseño de mezcla a in 59% y debajo a un 63% de la resistencia presentada por los cilindros de control a un 104% que le corresponde a 25.5 MPa (3643 psi). La falla se da en forma de 45° en el Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 21 Días 28 Días tercio medio del espécimen con una adherencia de la fibra apenas apreciable para que la falla no estalle abruptamente. Para las adiciones restantes de un 1.0%, 1.5% y 2.0% las resistencias obtenidas en la prensa hidráulica son similares e irrisorias apenas superando el de 2.0% al de 1.5% en 5 puntos porcentuales y superando a de 1.0% en 7 puntos porcentuales. Las fallas se presentan de forma semejante con grietas en los extremos y adherencia de la fibra a la matriz del concreto haciendo que se torne esponjoso. En el diseño de mezcla para 28 MPa (4000 psi), tabla VII, es donde se alcanza mayor dato que le corresponde al porcentaje de 0.5% de adición de fique para un 77% con 21.46 MPa (3065 psi) de resistencia a los 28 días, poniéndose a un 23% del diseño de mezcla y a un 33% de la resistencia de las muestras de control que alcanzaron unos 110% con 30.93 MPa (4419 psi). Su comportamiento en la falla se da en forma de 45° con adherencia de fibra de fique en la matriz que permite que el concreto no estalle abruptamente. 33 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Tabla VII. Resultados de los ensayo a compresión concreto 28 MPa (4000 psi). Tiempo de curado 7 Días 21 Días 28 Días Resistencia Diseño %Alcanzado (PSI) MPa Concreto convencional 3060 21.42 76% Fique al 0.5% 2384 16.7 60% Fique al 1.0% 739 5.17 18% Fique al 1.5% 1061 7.43 27% Fique al 2.0% 228 1.60 6% Concreto convencional 4038 28.27 101% Fique al 0.5% 2900 20.3 72% Fique al 1.0% 115 0.81 29% Fique al 1.5% 502 3.51 13% Fique al 2.0% 465 3.26 12% Concreto convencional 4419 30.93 30,93 Fique al 0.5% 3065 21.46 77% Fique al 1.0% 1152 8.06 29% Fique al 1.5% 1219 8.53 30% Fique al 2.0% 542 3.79 14% Las muestras con aditivo al 1.0%, 1.5% y 2.0% no superan el 30% de resistencia comparados con el diseño de mezcla y teniendo cambios muy pequeños en los tres períodos evaluados, siendo el de 2.0% la resistencia más baja. Se presenta la falla en forma distinta como ha sucedido en casos anteriores para los porcentajes del 10% y 1.5% y de grietas en los extremos para el de 2.0% en forma de esponja, la adherencia es similar para las muestras mencionadas, pues la fibra no deja que la matriz del concreto se separe después de fallar. Después de observar el comportamiento de las pruebas y determinar que las muestras que más se acercan al diseño de 28 MPa (4000 psi) son los de menor porcentaje de adición de fique. Se tomó la decisión de hacer un nuevo ensayo, consistente en adicionar un 0.3% de fibra de fique a la pasta de concreto, arrojando pruebas muy satisfactorias, incluso superando el diseño de mezcla, pero por debajo de la resistencia de las muestras de control con excepción del período de los 7 días en donde 34 superó en 23.96 MPa (3423 psi) con un 10% más que la arrojada por el espécimen de control a ese período. Demostrando que en este caso, estos porcentajes de adición de fique, el concreto da una resistencia inicial excelente. A los 21 días alcanzó un 95% con 26.65 MPa (3807 psi) apenas con un 6% por debajo del concreto de control que presento 101% con 28.27 (4038 psi) y a los 28 días la resistencia llegó a 104% superando el diseño y apenas con un 6% por debajo de la resistencia mostrada por los cilindros de control. La falla es similar a los cilindros de control en forma de 45° y grietas verticales en el tercio medio, observándose adherencia de la fibra de fique con la matriz haciendo que el concreto no estalle de forma abrupta como es el caso de los cilindros con concreto convencional. RESISTENCIA A LA FLEXIÓN Se realizaron los ensayos de resistencia a la flexión de las muestras tomadas del concreto con y sin adición de fibra de fique. Las dimensiones de las vigas son 0.15 m x 0.15 m x 0.53 m (figura 8). Fig. 8. Rotura a flexión de concreto con adición de fibra de fique. Los datos arrojados por las pruebas en laboratorio para la flexión (tablas VIII a X), se destacan por mantenerse por debajo del 17% 2.36 MPa (11.6 Módulo de Rotura, M.R.) en los cinco diseños de mezcla, mientras que las muestras de concreto convencional superan el diseño de mezcla con un buen margen. Las vigas que alcanzaron la más alta resistencia son la de diseño de 14 MPa con un 17% 2.36 MPa (11.6 M.R), seguida por la viga de diseño de 28 MPa con un 16% (4.5 MPa) (16 M.R), siguiendo el diseño de17.5 MPa con 16% (2.9 MPa) (12.8 M.R) le sigue el diseño de 21 MPa Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Tabla VIII. Concreto convencional y concreto con adición de fibra de fique 28 MPa (4000 PSI). Tiempo de curado 7 Días 21 Días 28 Días Resistencia Diseño %Alcanzado (PSI) MPa Concreto convencional 3060 21.42 76% Fique al 0.3% 3423 23.96 86% Concreto convencional 4038 28.27 101% Fique al 0.3% 3807 26.65 95% 28 Días 4419 30.93 110% Fique al 0.3% 4152 29.06 104% Tabla IX. Concreto convencional y concreto con adición de fibra de fique (14 MPa (2000 psi), 17.5 MPa (2500 psi), 21 MPa (3000 psi), 24.5 MPa (3500 psi) y 28 MPa (4000 psi). Tiempo de curado Resistencia Diseño % F‘c MPa Alcanzado (psi) Concreto 14 MPa 29.1 2113 14,8 106% psi fique al 1.5% 11.6 2,36 17% 32.4 2625 18,4 105% fique al 1.5% 12.8 2,9 16% Concreto 21 MPa 38 3611 25,3 120% fique al 1.5% 9.3 215 Concreto 17.5 MPa 28 Días M.R. Concreto 24.5 MPa 337 410 1,51 41.5 4300 30.1 fique al 1.5% 8.3 Concreto 28 MPa 44.1 4871 34.1 fique al 1.5% 16 174 7% 123% 1,22 640 4,5 5% 122% 16% Tabla X. Concreto convencional y concreto con adición de fibra de fique 48 MPa (4000 psi). Tiempo de curado 28 Días Resistencia Diseño M.R. %Alcanzado F‘c MPa (psi) Concreto 28 44.1 4871 34.1 MPa 122% fique al 0.3% 110% 42 4412 31 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 con un 7% (1.51 MPa) (9.3 M.R) y en último lugar, la resistencia presentada por el diseño de 24.5 MPa con un 5% (1.22 MPa) (8.3 M.R). Las muestras en su totalidad fallaron en el tercio medio como las vigas de concreto convencional, la adherencia de la fibra de fique a la matriz de concreto es mínima ya que al fallar se desprende con facilidad quedando expuesta en forma de pelos en toda la sección transversal exhibida por la ruptura. De la misma manera que en las muestras para los ensayos a compresión, las vigas para la flexión de diseño de mezcla a 28 MPa, son los que poseen mejor comportamiento mecánico, en este caso alcanza un 17% (2.36 MPa) (11.6 M.R). Se tomó la decisión de hacer un nuevo ensayo con el mismo diseño a 28 MPa con modificación en la adición de fibra de fique en un porcentaje total de un 0.3% al igual que el ensayo a compresión, en donde presenta un excelente comportamiento, pues las vigas superan a los 28 días en un amplio margen al diseño, llegando a un 110% (31 MPa) (42 M.R), pero estando aún por debajo de la resistencia presentada por los especímenes control que alcanzó 122% para (34.1 MPa) (44.1 MR). La falla ocurre al igual que en las vigas de control en el tercio medio, la adherencia de la fibra de fique a la matriz del concreto es buena pero la fibra no es suficientemente fuerte para mitigar la fractura principal, sin embargo es suficiente para controlar que en la fractura no ocurra desprendimiento de la matriz del concreto. CONCLUSIONES Resistencia a compresión Se determinó mediante las pruebas realizadas en la investigación que un porcentaje óptimo para la adición de fibra de fique al concreto es de un valor cercano a 3.3 Kg/m3 de concreto o 0.3% de peso con respecto al agregado fino. Los contenidos de fibra de fique adicionados al concreto no causan ni producen mayor resistencia a la compresión en ninguna de las probetas, al contrario la resistencia presentada estuvo por debajo de la de los cilindros de concreto convencional, a excepción de los datos arrojados para el diseño de 28 MPa que con una adición de 0.3% de fibra de fique se obtuvo una resistencia de 29.06 MPa. 35 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Se evidenció que en el ensayo de falla en los cilindros con porcentajes de fibra de 1.5% y 2.0% no hubo rotura sino esponjamiento, mientras que en los de 0.3%, 0.5% y 1.0% si se produjo la rotura. Al incrementar porcentajes de fibra por encima de 0.5% se presentaron disminuciones considerables en la resistencia a la compresión y en su densidad haciéndolo más liviano y más susceptible a la falla. Ejemplo: para el diseño de 28 MPa con adición de 2.0%, la resistencia fue de 3.79 MPa con una densidad de 1755.66 Kg/m3 y para el porcentaje de 1.5% la resistencia fue de 8.53 MPa y su densidad fue de 1967.64 Kg/m3. Concluyéndose que entre más cantidad de fibra de fique se adicione a la mezcla menor será su resistencia. En algunas ocasiones el concreto con fibra de fique después de la falla, el cilindro continúa soportando la presión, deformándose lentamente hasta su aplastamiento sin desprendimiento de la matriz, dándole como una característica de flexibilidad pero controlando su fisuración. Este fenómeno se hace más evidente en las probetas con 2.0% y 1.5%, donde no se superó el 15% y el 61% respectivamente de la resistencia de diseño. La adición de fibra de fique al concreto por encima de 1.0% que equivale a unos 11 Kg/m3 de concreto, no tiene buena manejabilidad, haciendo que su aplicación en los moldes y en la obra sea tediosa. Lo anterior ocasionado por la gran cantidad de aire generado en la mezcla, lo que reduce la densidad del concreto. Resistencia a flexión Los contenidos de fibra de fique adicionados al concreto no causaron aumento en la resistencia a la flexión. La adición de 1.5%, redujo considerablemente el Módulo de Rotura. Para el caso de 14 MPa con un módulo de rotura de 29.1 Kg/cm2 el módulo de rotura con 1.5% de adición de fibra fue de 11.6 Kg/cm2. Sin embargo, con la adición de fibra de fique de 0.3%, la resistencia a la flexión alcanzo un valor para 28 MPa de diseño de 31 MPa correspondiente a 42 kg/cm2. Las fibras de fique le dan al concreto capacidad de cohesión, observándose que aun fracturada la viga, la fibra de fique sigue adherida a la matriz del concreto hasta que se separan los dos fragmentos de la viga por la acción de la presión. 36 Los concretos diseñados por esfuerzos a la flexión como sucede en la pavimentación de calles y vías, por recomendación de la PCA se encuentran entre 40 y 45 Kg/cm2 según la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO, Asociación Americana de Carreteras Estatales y Transportes Oficiales). El resultado de 42 Kg/cm2 obtenido con una cantidad de cemento de 421 Kg/m3 de concreto con una relación agua cemento de 0.48 deja ver que la adición de 0.3% de fibra de fique, para este caso permite trabajar concretos con módulos de rotura confiables. RECOMENDACIONES Se recomienda trabajar con cantidades iguales o inferiores a 3 Kg de fibra de fique por metro cúbico de concreto. También se aconseja que se trabaje con longitudes de fibra de fique entre 2 a 5 centímetros por su manejabilidad, para no correr el riesgo de que se adhieran las fibras entre sí. Para que la fibra de fique en el concreto funcione adecuadamente debe quedar distribuida homogéneamente. El uso de las fibras en el concreto con un porcentaje menor o igual a 0.3% de peso con respecto al agregado fino o 3.3 Kg/m3 de concreto, pueden sustituir parcialmente o reducir los aceros y mallas metálicas que cumplan la función de evitar fisuras. Se puede aplicar el concreto fibroreforzado en la construcción de losas, dinteles y vigas de mediana longitud no superiores a 3 metros, para controlar su fisuramiento pero sin llegar a prescindir de su refuerzo principal. La fibra de fique afectó la resistencia a la compresión y flexión en adiciones superiores a 0.5% con respecto al agregado fino, pero inferior a esta cantidad muestra un comportamiento aceptable en su resistencia a compresión y flexión, lo cual enseña que la utilización de la fibra natural en las construcciones es viable. REFERENCIAS 1. Pérez, Jorge. El fique, su taxonomía, cultivo y tecnología. Compañía de Empaques, Medellín, Colombia, 1974. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis 2. Mahecha Vega, Gilberto Emilio. Vegetación del territorio CAR: 450 especies de sus llanuras y montañas, Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca, 2004. 3. Guía ambiental para el sub sector fiquero, Ministerio del medio ambiente, Bogotá, Colombia, Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 p. 21, 2002. 4. Sánchez de Guzmán, Diego. Colección básica del concreto 4, Concretos y morteros manejo y colocación en obra, Bogota: Asociación Colombiana de Productores de Concreto, 2001. 37 �Comportamiento físicoquímico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias de coque de petróleo Rodrigo Puente OrnelasA,B, Carlos Javier Lizcano ZulaicaB, Tushar Kanty Das RoyB, Guadalupe Alan Castillo RodríguezB, Bertha Alicia Vázquez MéndezC Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica (CIIIA), FIME-UANL B Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CIDET), FIME-UANL C Centro de Investigación, Innovación y Desarrollo en las Ciencias y Adminisitrativas (CIIDECSA), FACPYA-UANL ropuor@gmail.com A RESUMEN En el presente trabajo se diseñaron y fabricaron hormigones refractarios de Al2O3-MgAl2O4 utilizando como aditivo una fibra de alcohol polivínilo, variando la granulometría y temperatura de sinterización. Se evaluaron algunas propiedades físicas como la resistencia a la compresión, módulo de ruptura en caliente, porosidad, así como la resistencia a la penetración por el coque de petróleo a 1650 y 1820ºC. Los resultados mostraron que la variación en la temperatura de sinterización y en la distribución granulométrica de los hormigones refractarios, promovió cambios significativos en las propiedades mecánicas obtenidas y en los niveles de penetración y corrosión de los refractarios en la interfaz con las cenizas generadas por el coque de petróleo. PALABRAS CLAVE Horno gasificador, coque de petróleo, corrosión, refractarios, propiedades físicas. ABSTRACT Refractory concretes based on Al2O3-MgAl2O4 with fiber of polyvinyl alcohol additive, particle size variation and sintering temperature were designed, manufactured and evaluated. Cold crushing strength, hot modulus of rupture, porosity and slag penetration resistance in contact with petroleum coke at 1650 and 1820 °C were obtained. The results showed that the variation effect on sintering temperature and particle size distribution in refractory concretes promote significant changes in final mechanical properties, slag penetration levels and corrosion in the refractory in contact with the ash generated by the petroleum coke. KEYWORDS Gasifiers furnance, petroleum coke, corrosion, refractories, physical properties. 38 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. INTRODUCCIÓN Las industrias siderúrgicas dependientes del gas natural se han visto afectadas por el constante incremento en el precio de adquisición de este combustible en los últimos años, lo cual ha repercutido significativamente en la rentabilidad de dichas industrias. Por lo tanto, se ha optado por buscar otras fuentes de gases combustibles entre las que destacan la utilización de la biomasa, el carbón y los residuos de coque de petróleo, mediante su proceso de gasificación. El proceso de gasificación llamado “syngas” para la conversión de materiales sólidos o líquidos en gases combustibles como H 2 y CO, es una tecnología que en los últimos años ha cobrado gran fuerza debido a su alta eficiencia, a la diversidad de combustibles que pueden emplearse y a la reducción de emisiones contaminantes al medio ambiente. En el proceso “syngas” intervienen un combustible y un agente gasificante (aire, oxígeno o vapor de agua) que reaccionan a temperaturas entre los 700 y 1600 °C. La energía contenida inicialmente en el combustible se transfiere a los productos primarios del proceso obteniendo la máxima conversión a gases combustibles (H 2, CO, H2S, amoniaco, metano) y algunos productos no deseados como alquitranes, hollín y cenizas.1-7 Para lograr un proceso de gasificación eficiente es indispensable utilizar materiales refractarios de alto desempeño en el revestimiento de los gasificadores puesto que presentan excelentes propiedades tales como altos puntos de fusión, resistencia al choque térmico y alta resistencia en contacto con medios agresivos. Es común que las fallas en los materiales refractarios sean causadas por fenómenos de corrosión/disolución o penetración de la escoria y posterior desprendimiento, éstas no sólo causarían el paro de los gasificadores, sino también de todos los procesos dependientes de éstos.8-14 Cuando se quema carbón/coque de petróleo se produce la precipitación de cenizas (impurezas contenidas en el material de alimentación) que contienen óxidos de Si, Fe, Al y Ca y niveles elevados de óxidos de K, Na, Mg, Ni y V, que varían con el tipo de material sólido utilizado. Estas cenizas impactan de manera drástica en la vida en servicio del material refractario ya que pueden penetrar a través de los poros y bordes de grano de la cara caliente del refractario propiciando Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 una disolución en sus fases y la posterior formación de fases de bajo punto de fusión y ulteriormente un debilitamiento en su microestructura.15 Los materiales refractarios elaborados con mullita, alúmina y aluminato de magnesio (espinela) se han sometido a ensayos de corrosión en gasificadores en los que se han observado interacciones químicas con el H2, H2S, CO y álcalis a temperaturas de 1000ºC por un lapso de 100 horas. Después de los experimentos, estos materiales presentaron degradaciones como corrosión, erosión y choque térmico, así como la presencia de fases de bajo punto de fusión con Na.16 Los refractarios monolíticos de alúmina y de magnesia sometidos a corrosión por escorias (composición nominal: 60-75% Na2CO3, 20-38% Na2SO4, 1-4% Na2S, y 1-4% Na2S2O3), en un rango de temperaturas entre 900-1000 °C, presentaron baja resistencia a la corrosión por estas escorias, en cambio los refractarios de alúmina-magnesia (espinela) mostraron una buena resistencia después de un lapso de 20 horas.17 Existen estudios post-mortem de corrosión18 en materiales de hormigones refractarios de alta alúmina con espinela de alúmina y magnesio tratados en la línea de escorias de cucharas de acería, que incluso determinaron el mecanismo de corrosión imperante durante este proceso utilizando un diagrama de equilibro de fases cuaternario. También se ha analizado el comportamiento a la corrosión de refractarios de alta alúmina adicionando espinela (MgAl2O4)19 frente a escorias de acería con altos índices de basicidad (CaO/Al2O3= 4.14 y 9.02), formulando los materiales en el sistema CaOAl2O3-MgO y utilizando como materia prima de Al2O3 diferentes materiales de partida como alúmina tabular, corindón electrofundido, alúmina calcinada, espinela sintética (MgAl2O4), magnesia calcinada a muerte, dolomita (Mg,Ca(CO3)2 y de cementos de aluminatos cálcicos. Los experimentos en todos los casos se llevaron a cabo utilizando el método del crisol a nivel de laboratorio, los resultados mostraron aumento en la corrosión al aumentar el contenido de MgO, mientras que la corrosión por penetración bajó al adicionar espinela. Por otro lado existen trabajos basados en refractarios de alúmina sinterizada y hexaluminato de calcio,20 estudiados frente a una escoria ferrítica 39 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. de bajo índice de basicidad (CaO/SiO2 = 2.17) y utilizando el método de reacción estática a nivel laboratorio, cuyos resultados mostraron un buen comportamiento de resistencia a la corrosión hasta temperaturas de 1650ºC con exposición de ataque por 3 horas. Se ha reportado21-23 que escorias de cenizas de coque de petróleo han resultado altamente agresivas al contacto con refractarios de espinela y alúmina, tratados a temperaturas menores de 1820 °C. La distribución del tamaño de partícula en los materiales refractarios es un tema de gran interés, desde el uso de tamaños de partícula óptimos hasta los refractarios con empaquetamiento de densidad máxima donde se utilizan aditivos orgánicos e inorgánicos, lo que permitiría optimizar su temperatura de sinterización y a su vez un mejoramiento en sus propiedades finales como resistencia mecánica, densificación y altas resistencias al ataque térmico. En la presente investigación se estudia el comportamiento que exhiben los hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 de bajo contenido en cemento (% de CaO ~ 0.22), ante su variabilidad en la temperatura de sinterizado, tamaño de grano y exposición frente a las cenizas de coque de petróleo. EXPERIMENTACIÓN El procedimiento experimental se realizó en 2 etapas. La primera consistió en evaluar el efecto de la temperatura de sinterizado sobre las propiedades físicas y mecánicas de hormigones refractarios y la segunda en evaluar el efecto de la granulometría en formulaciones de hormigones refractarios sobre los fenómenos de corrosión frente a las cenizas generadas por coque de petróleo. Etapa 1 Durante la etapa 1 se diseñaron y fabricaron piezas de hormigón refractario rectangulares de 13.97x13.97x7.62cm utilizando 2 tipos de materiales. El material 1 estaba constituido por granos de alúmina electrofundida, magnesia y aluminato de magnesio que en conjunto formaban una dispersión granulométrica en un rango de 4.76 mm a 37 μm, con un aditivo orgánico de fibra 40 de alcohol polivinílico (p.f. = 300ºC). Por otro lado, el material 2 estaba formado solamente por granos de alúmina electrofundida de 50 mm. Cada material fue caracterizado mediante difracción de rayos X (DRX) método de polvos. Las piezas de hormigones refractarios se formularon mezclando los materiales 1 y 2 con agua empleando una relación agua/(material 1 y material 2) de 0.12 que equivale a 1/(7.05 y 1.28 respectivamente). Posteriormente la mezcla del hormigón refractario ya preparada fue depositada en moldes rectangulares, utilizando vaselina en la superficie interna de los moldes para evitar adherencias después del fraguado el cual se llevó a cabo a temperatura ambiente (26ºC) por un lapso de 24 horas. Después de ese tiempo, los hormigones refractarios fueron sacados del molde y secados a una temperatura de 110ºC durante 8 horas para posteriormente ser sometidos al proceso de sinterización en el horno túnel con atmósfera de aire y gas natural como combustible y empleando dos temperaturas, 1600 y 1720ºC (temperaturas para obtener los hormigones refractarios), con tratamiento previo de 300ºC/30 min. para reaccionar el aditivo polivinílico y promover la densificación final del hormigón refractario. Determinación de las propiedades físicas y mecánicas de los hormigones refractarios Una vez concluido el proceso de sinterizado, los hormigones refractarios fueron cortados para obtener probetas de acuerdo a especificaciones de las normas y equipos donde se midieron las propiedades físicas como porosidad aparente (PA), resistencia a la compresión en frío (CCS) y módulo de ruptura en caliente (HMOR). La determinación de la porosidad se realizó siguiendo el procedimiento estipulado por la norma ASTM C-830-00 basada en el principio de Arquímedes.24 La determinación de la resistencia a la compresión en frío se realizó con base en las especificaciones de la norma Alemana DIN EN993,25 utilizando dos tipos de probetas, cilíndricas y cúbicas, las cilíndricas de 5 cm de diámetro y 5 cm de altura y las cúbicas de 5x5x5cm; los ensayos se llevaron a cabo en una máquina universal. La determinación del módulo de ruptura en caliente se realizó de acuerdo a la norma ASTM C 583-80 26 empleando probetas rectangulares de 15.2x2.5x2.5 cm, las cuales fueron Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. sometidas a una temperatura de 1400 °C, en horno eléctrico con atmósfera controlada de gas argón. Etapa 2 Para la etapa 2 se diseñaron 2 diferentes formulaciones de hormigones refractarios cúbicos de 5x5x5cm. Para su elaboración, fueron utilizados los mismos materiales empleados en la etapa 1 (material 1 y material 2). Para fabricar la primera formulación, los materiales 1 y 2 fueron sometidos a un proceso de trituración y molienda hasta alcanzar partículas inferiores a las 149 μm en ambos materiales. Para elaborar la segunda formulación, se mezclaron el material 1 que conservó la granulometría original (entre 4.76 mm y 37 μm), mientras que el material 2 fue sometido a un proceso de triturado hasta obtener un tamaño de grano de 6 mm (ya que este era de 50 mm), por lo tanto, la granulometría utilizada en la segunda formulación osciló entre 6 mm y 37μm. Las formulaciones de hormigones refractarios fueron elaboradas en moldes cúbicos utilizando en la parte interior del molde vaselina para ayudar a desmoldear. En la primera formulación, los materiales 1 y 2 con agua fueron mezclados empleando una relación agua/(material 1 y material 2) de 0.24 que equivale a 1/(3.53 y 0.642 respectivamente), mezclando por 2 min para conseguir una buena homogeneización. En la segunda formulación, los materiales 1 y 2 con agua fueron mezclados empleando una relación agua/(material 1 y material 2) de 0.12 que equivale a 1/(7.05 y 1.28 respectivamente), mezclando por 3 min para conseguir una buena homogeneización. Posteriormente, las mezclas fueron vaciadas en los moldes siguiendo el mismo procedimiento empleado en la elaboración de los hormigones refractarios durante la etapa 1, requiriendo un proceso de vibrado de 2 min (primera formulación) y 4 min (segunda formulación). El fraguado se llevó a cabo bajo techo a una temperatura ambiente de 27ºC por un tiempo de 48 horas y el proceso de sinterizado se realizó al 1720 °C en horno túnel con atmósfera de aire y gas natural como combustible. Ya sinterizadas las diferentes formulaciones de hormigones refractarios, se caracterizaron mediante fluorescencia de rayos X (FRX) y DRX método de polvos. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 Evaluación de los fenómenos de corrosión en los hormigones refractarios frente a las cenizas generadas por coque de petróleo Los experimentos para las pruebas de corrosión de los hormigones refractarios frente a las cenizas de coque de petróleo se efectuaron siguiendo dos métodos. El primero empleó el método de reacción estático llevado a cabo a nivel laboratorio y el segundo, el método de perforación directa al hormigón refractario (conocido como método de copa) llevado a cabo a nivel planta piloto. Para las pruebas llevadas a cabo a nivel laboratorio, fueron elaboradas probetas de coque de petróleo en forma de tabletas o pastillas en una prensa hidráulica isostática, utilizando 1 gramo de coque de petróleo y aplicando una carga de 3 toneladas por espacio de 2 min. Una vez manufacturadas las probetas, se procedió a colocarlas en el centro de la parte superior de cada formulación de hormigón refractario a evaluar. Seguidamente, el par difusor coque de petróleohormigón refractario (sinterizado a 1720 °C) fue sometido a una subida de temperatura para evaluar la corrosión a través de interacciones químicas dentro de un horno eléctrico a 1650ºC por un tiempo de 4 horas. En el segundo método realizado a nivel planta piloto, se aplicó a los hormigones refractarios la prueba de copa bajo el procedimiento descrito por la norma alemana DIN 1069,27 que consistió en perforar los hormigones refractarios con una broca (diámetro = 38mm), para depositar en dicha perforación 5 g de coque de petróleo como material de ataque. Los hormigones refractarios se colocaron en el interior de un horno gasificador, calentado con gas natural hasta alcanzar una temperatura de 1820ºC, con el fin de estudiar las interacciones químicas del ataque de corrosión entre el coque de petróleo y los hormigones refractarios, los cuales habían sido sinterizados a 1720 °C. Después de realizadas las pruebas, los hormigones refractarios fueron cortados de forma transversal para inspeccionar visualmente si presentaban ataque químico o corrosión, enfocando la atención sobre el área que presentaba mayor penetración. Esta área se caracterizó por DRX método de polvos para encontrar las fases formadas. Finalmente, se determinó su composición y perfil de penetración mediante microscopía electrónica de barrido con dispersión de energías (MEB-EDX). 41 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Etapa 1: propiedades físicas y mecánicas a) Materiales utilizados en la elaboración de los hormigones refractarios Los resultados obtenidos de la caracterización realizada al material 1 y material 2 vía DRX método de polvos se muestran en los difractogramas de la figura 1, en los cuales se pueden observar los espectros correspondientes a las fases identificadas de acuerdo a las reflexiones hkl principales. Al material 1 corresponden las fases de: espinela de magnesia alúmina, corindón, periclasa e hidróxido de aluminio; mientras que al material 2 le corresponden el corindón y también hidróxido de aluminio. Fig. 1. Difractogramas obtenidos en los análisis por DRX de los materiales de partida y de los hormigones refractarios después de los ataques de corrosión frente a las cenizas de coque de petróleo. b) Pruebas físicas y mecánicas en hormigones refractarios Los resultados obtenidos de las pruebas físicas y mecánicas realizadas a los hormigones refractarios, son presentados en la tabla I. Tras efectuar un análisis en estos resultados, podemos decir que existe un error despreciable en todas las pruebas ya que los valores de desviación estándar obtenidos son muy mínimos. De los resultados de porosidad aparente (%PA) se deduce que esta disminuye al aumentar la temperatura de sinterización. La resistencia a la compresión en frío (CCS) fue mejor en las probetas sinterizadas a menor temperatura porque la cantidad de espinela de magnesia y alúmina formada es menor.28 42 Tabla I. Resultados de las pruebas físicas y mecánicas realizadas a hormigones refractarios. La espinela de magnesia y alúmina tiene un coeficiente de expansión térmica (α251500ºC=6,6•10-6 ºC-1) muy diferente al corindón (α25-1500ºC=13•10-6 ºC-1) por lo que durante el enfriamiento, estas diferencias en los coeficientes de dilatación, han podido dar lugar a la formación de grietas que disminuirían significativamente las propiedades mecánicas en las muestras con más cantidad de espinela. Así las probetas a 1720ºC que tiene mayor contenido de espinela, tienen una menor resistencia mecánica en frío (CCS). Por el contrario durante la realización de los ensayos a alta temperatura (1400 °C), el módulo de ruptura en caliente (HMOR), ha podido continuar la sinterización de los hormigones refractarios, por lo que las probetas sinterizadas a 1600 °C mostraron menor HMOR en comparación con el mostrado por las probetas sinterizadas a 1720 °C ya que en estas últimas, la temperatura a la que habían sido sinterizadas fue ideal para que se formaran pequeñas cantidades de fase líquida, misma que influenció de manera negativa en los ensayos de CCS, pero de manera positiva en los ensayos de HMOR. Tomando como referencia resultados de proveedores que producen este tipo de ladrillos refractarios e investigaciones realizadas sobre el comportamiento de estos, se puede decir que los resultados obtenidos son favorables ya que están dentro de los rangos de literatura.29 Etapa 2: post-mortem de los hormigones refractarios utilizados en los ensayos de corrosión a) Caracterización de hormigones refractarios utilizados en los ensayos de corrosión La caracterización vía DRX realizada en los materiales 1 y 2 que se emplearon en las formulaciones de los hormigones refractarios en la etapa 2 ya fueron discutidos, puesto que estos son los mismos resultados de la etapa 1. Por otro lado, los resultados obtenidos para los hormigones Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. refractarios correspondientes a las dos formulaciones diseñadas en la etapa 2, son mostrados en la figura 1; de acuerdo con los resultados es posible apreciar que ambos hormigones refractarios (formulación 1 y 2) muestran de forma mayoritaria la fase alúmina y minoritaria la fase espinela de magnesia alúmina. De acuerdo al análisis químico realizado por FRX (tabla II) se aprecia que ambos hormigones refractarios (formulación 1 “F1” y formulación 2 “F2”) presentan un 70% de fase alúmina y un 30% de fase aluminato de magnesio ó espinela. b) Escoria de coque de petróleo utilizada en los ensayos de corrosión Los resultados de la caracterización realizada al coque de petróleo y las cenizas generadas por éste, empleando la técnica de DRX, son también mostrados en la figura 1. En el difractograma correspondiente al coque de petróleo, se puede apreciar que presenta el halo amorfo característico del carbón, lo que muestra una alta concentración de carbón contenido en el coque de petróleo empleado en esta investigación; respecto a las cenizas de coque de petróleo (generadas cuando es quemado a temperaturas superiores a los 800ºC), el difractograma revela la presencia de la fase anhidrita y cuarzo. De acuerdo al análisis Tabla II. Análisis químico obtenido por FRX (*), de los materiales empleados para los ataques de corrosión. * Análisis químico proporcionado por el proveedor. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 químico realizado por FRX (tabla II) se aprecia que el coque de petróleo (CP) utilizado para las pruebas de interacción química indica que está constituido por un 90% de carbón y 10% de materiales volátiles (análisis químico proporcionado por el proveedor). Por otro lado, las cenizas generadas a través de la combustión del coque de petróleo (CCP), las cuales interactuaron químicamente con los hormigones refractarios sinterizados previamente antes de ser atacados, exhibieron compuestos como sulfatos, óxidos de calcio, de silicio, de hierro, de níquel así como pentóxido de vanadio, que fueron determinantes en efectos negativos al estar en contacto con los hormigones refractarios. c) Ensayos de corrosión en hormigones refractarios El estudio post-mortem de las pruebas de corrosión como una interacción química realizado a 1650 °C mostró la formación (en ambos hormigones refractarios) de espinela desvitrificada rica en Mg, con alto contenido en Fe2+ y Ni2+, cuya fase espinela es identificada mediante flechas y mostrada en las imágenes de la figura 2; también apareció hibonita en su hábito de cristalización en forma de agujas, validada también por DRX método de polvo y mostrada también en la figura 2, identificada con estrellas; además se observó la formación de gehlenita identificada mediante alveolos, la cual desvitrificó en el centro de agujas de la hibonita (figura 2). La formación de estas fases puede ser atribuida a la reacción de los granos de alúmina con los óxidos de calcio y la sílice presentes en la escoria, lo que favoreció la formación de las fases hibonita (CaO + 6Al2O3 = CaAl12O19 = CA6) y gehlenita (2CaO + Al2O3 + SiO2 = C2AS), fases que fueron identificadas por sus morfologías y composición química características. En la figura 2 pueden observarse en las zonas delimitadas como rectángulos, fenómeno que se ha presentado en otros estudios.18-20 Los iones de Ni2+ y Fe2+ también presentes en la escoria fueron adsorbidos en solución sólida por la fase espinela (MgAl2O4), sustituyendo en la estructura química los iones - 2+ por (Mg2+, Fe2+, Ni2+) y los iones 3+ por (Al3+, Fe3+), los cuales son identificados en la figura 2 por un triángulo. 43 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. identificadas con un triángulo. Una vez analizados los hormigones refractarios a magnificaciones más altas para observar a detalle la disolución de los granos, se encontró agrietamiento que indica reacción entre la interfase de los hormigones refractarios y las cenizas del coque de petróleo, esta área se señala con rectángulos en la figura 3. También se detectó la presencia de una fase que de acuerdo a su composición química se propone como vanadato de aluminio (AlVO4) y es identificada en las imágenes de la figura 3 mediante alveolos. Cabe señalar que en el análisis microestructural no fueron detectadas las fases hibonita y gehlenita como en el caso de las pruebas efectuadas a 1650 °C. Los resultados de ambos experimentos indican que la disolución de los hormigones refractarios es causada por la penetración de elementos fundidos a través de la porosidad y las fronteras de grano, las Fig. 2. Fenómeno de penetración y corrosión presentado en límites de granos en: formulación 1 de hormigón refractario (A) y formulación 2 de hormigón refractario (B), después del ataque a 1650ºC en un horno eléctrico. Respecto a los resultados de los hormigones refractarios sometidos a los ensayos realizadas a 1820 °C y después de ser analizados de forma microestructural por MEB-EDX, se observó una disolución de granos, tal como puede apreciase en las imágenes de la figura 3, dicha disolución es identificada mediante flechas. También fue detectada la presencia de espinelas ricas en Ni 2+ y Fe 2+, 44 Fig. 3. Fenómeno de corrosión presentado en la formulación 2 de hormigón refractario después del ataque de corrosión a 1820ºC en un horno gasificador. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. cuales reaccionan preferentemente con los granos de alúmina para formar la fase CaAl12O19 (hibonita30), cuya morfología característica de agujas alargadas y alto punto de fusión ayuda a disminuir y detener la penetración de la fase líquida y por tanto el progreso de la corrosión. El exceso de los óxidos de calcio y aluminio combinado con iones de silicio propician la formación de la fase gehlenita (2CaO.Al2O3.SiO2)31-33 ya que en ambas temperaturas (1650 y 1820ºC) la espinela coexiste y se mantiene en solución sólida con capacidad para incorporar en su estructura iones como hierro y níquel, de manera que produce cambios en la composición de la escoria generándose una reducción en la penetración y la subsecuente disolución o ataque de los materiales refractarios. CONCLUSIONES La temperatura de sinterizado influyó significativamente en las propiedades físicas y mecánicas de los hormigones refractarios, obteniéndose de manera general mejores resultados en los hormigones que fueron sinterizados a 1720ºC. La variación en la distribución granulométrica de las formulaciones diseñadas en la etapa 2 influyó drásticamente en los niveles de penetración y corrosión en los hormigones refractarios, ya que los elaborados con tamaños de partículas inferiores a 149 μm (formulación 1) mostraron mayor corrosión en comparación con los elaborados en el rango de partícula de 6 mm a 37μm (formulación 2) cuando fueron puestos frente a la ceniza generada por el coque de petróleo en las pruebas efectuadas a 1650 y 1820ºC. La penetración de la escoria fundida de la ceniza de coque de petróleo a través de fronteras de grano y porosidad de los hormigones refractarios fue reducida debido a la presencia de espinela de alúmina magnesia y a su capacidad de incorporar en su estructura iones de Fe2+ y Ni2+. La formación de la fase hibonita ayudó a disminuir la penetración de la escoria en el hormigón refractario debido a su estabilidad térmica. De manera general, los estudios realizados a los hormigones refractarios respecto a las pruebas físicas, mecánicas y de corrosión mostraron que estos son buenos materiales refractarios pero no Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 para emplearse en hornos gasificadores de coque de petróleo en el que las temperaturas de trabajo sean superiores a los 1650 y 1820 °C, debido a que en estas condiciones de trabajo se generan fases con punto de fusión inferior a 1900 °C, temperatura para la cual habían sido diseñados. REFERENCIAS 1. Lee, S. J., Kim, S. H., Kang, K. H., Yoo, Y. D. and Yun, Y. Development of pilot-scale acid gas removal system for coal syngas. Korean J. Chem. Eng. 24, 1128-1132, 2007. 2. Yun, Y., Ju, J.S. Operation performance of a pilot-scale gasification/melting process for liquid and slurry-type wastes. Korean J. Chem. Eng. 20, 1037-1044, 2003. 3. Volkmann, D., Reuther, C., Just, T. Refractories for gasification reactors - A gasification technology supplier’s point of view. Refractories Applications and News. 9, 11-18, 2004. 4. Mann, M. D., Seames, W. S., Shukla, D., Hong, X., Hurley, J. P. Dynamic testing of gasifier refractory, the University of North Dakota, U.S. Department of Energy Grant, 2005. 5. Andersson, E., Harvey, S. Comparison of pulpmill-integrated hydrogen production from gasifier black liquor with stand-alone production from gasifier biomass, Energy. 32, 399-405, 2006. 6. Lin, J. C. M. Development of a high yield and low cycle time biomass char production system. Fuel Processing Technology. 87, 487-495, 2006. 7. Asadullah, M., Miyazawa, T., Ito, S., Kunimori, K., Yamada, M., Tomishige, K. Gasification of different biomasses in a dual-bed gasifier system combined with novel catalysts with high energy efficiency, Applied Catalysis A: General, 267, 95-102, 2004. 8. Rabou, L. P. L. M. Biomass tar recycling and destruction in a CFB gasifier, Fuel, 84, 577-581, 2005. 9. Kurkela, E., Kurkela, M. Advanced biomass gasification for high-efficiency power. Publishable final activity report of BiGPower Project, VTT Tiedotteita – Research notes. 2511, 2009. 10. González-Rocha, J.C., Longoria-Ramírez, R., y Urquiza-Beltrán, G. Results of the Simulation 45 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. of Gasification on the Mexican Petroleum Coke From the Refineries of Ciudad Madero and Cadereyta. Ingeniería Investigación y Tecnología. 2, 99-111, 2008. 11. Yun, Y., Chung, S. W. Gasification of an Indonesian subbituminous coal in a pilot-scale coal gasification system, Korean J. Chem. Eng. 24, 628-632, 2007. 12. Bennett, J. P., Kwong, K. S., Powell, C. A. Issues impacting refractory service life in biomass/ waste gasification. National Energy Technology Laboratory. 2007. 13. Mann, M. D., Seames, W. S., Shukla, D., Hong, X., Hurley, J. P. Dynamic testing of gasifier refractory, the University of North Dakota. U.S. Department of Energy Grant. 2005. 14. Rabou, L. P. L. M. Biomass tar recycling and destruction in a CFB gasifier, Fuel. 84, 577-581, 2005. 15. W.A. Taber. Refractories for gasification. Refractories Applications and News 8, 18-22, 2003. 16. Keiser, J.R., Peascoe, R.A., Hubbard, C.R., Gorog, J. P. Corrosion issues in black liquor gasifiers. NACE International Conference San Diego California. (2003). 17. Hemrick, J.G., Keiser, J.R., Peascoe, R.A., Hubbard, C.R., Lara-Curzio, E. Refractory testing and evaluation at Oak Ridge National Laboratory for black liquor gasifier applications. Refractories Applications and News. 9, 14-20, 2004. 18. Aza, A. H., Pena, P., Aza, S., Raigon, M., GomezMillan, J., Domínguez, C. Estudio post-mortem de un hormigón refractario colocado en la línea de escorias de una cuchara de acería. Bol. Soc. Esp. Ceram. 42, 375-378, 2003. 19. Diaz, L. A., Torrecillas, R., De Aza, A. H. Effect of spinel content on slag attack resistance of high alumina refractory castables. J. of the European Ceramic Society, 27, 4623-4631, 2008. 20. Vázquez, B. A., Pena, P., De Aza, A. H., Sainz, M. A., Caballero, A. Corrosion mechanism of polycrystalline corundum and calcium hexaluminate by calcium silicate slags. J. of the European Ceramic Society, 29, 1347-1360, 2009. 46 21. Puente-Ornelas, R. Factibilidad de uso de los refractarios Al2O3 y Al2O3-MgAl2O4 en la gasificación de coque de petróleo, Tesis de Maestría, Programa doctoral de Ingeniería en Materiales, FIME-UANL, Nuevo León, México. 2005. 22. Puente-Ornelas, R., Guzmán-Hernández, A.M., Zambrano-Robledo, P.C., Lizcano-Zulaica, C.J., Das Roy, T.K. Deterioro de refactarios diseñados para el revestimiento de un gasificador de petcoque. Ingeniería Mecánica, Tecnología y Desarrollo. 3, 207-212, 2011. 23. Puente-Ornelas, R., Lizcano-Zulaica, C.J., Guzmán, A.M., Zambrano, P.C., Das-Roy, T.K. Dissolution of refractories for gasification process of petroleum coke for the steel industry. Fuel, 93, 581-588, 2012. 24. ASTM C-831-83: Standard test methods for apparent porosity, liquid absorption, apparent specific gravity, and bulk density of refractory shapes by vacuum pressure. 2006. 25. DIN EN993-5: Methods of test for dense shaped refractory products: Determination of cold crushing strength. 1998. 26. ASTM C 583-80: Standard test method for modulus of rupture of refractory materials at elevated temperatures. 27. DIN1069: Sicherheitstechnische Anforderungen Und Prüfverfahren. 28. Gutiérrez-Campos, D., Diaz, J. I. and Rodríguez, R. M. Evolution of an alumina-magnesia/selfforming spinel castable. Part I. Microstructural features Cerâmica, 45, 93-98, 1999. 29. Knizek, I. Parámetros de Refractarios Moldeables y Prefabricados. Barro Mex., S.A de C.V. 1ª edición. 1989. 30. Qafssaoui, F., Poirier, J., Ildefonse, J. P., Hubert, P. Influence of the liquid phase on the slag corrosion of andalusite-based refractaories. Refractories Applications Transactions. 1, 1-8, 2005. 31. Vázquez B. A. Influencia de la espinela de aluminio y magnesio en el comportamiento frente a la corrosión de hormigones refractarios de bajo contenido de cemento”. Tesis doctoral, Universidad Autónoma de Madrid, Instituto de Cerámica Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. y Vidrio Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC-ICV), Madrid, España. 2004. 32. Triantafyllidis, D., Stott, F.H., Li, L. The slag corrosion behavior of laser surface treated refractory ceramics. Conference Corrosion Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 Science in the 21st Century. 2003. 33. Vázquez, B. A., Caballero, Á., Pena, P. Quaternary system Al2O3-CaO-MgO-SiO2: II Study of the cristallization volume of MgAl2O4. J. Am. Ceram. 88, 1949-1957, 2005. 47 �Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidriopoliéster como cargas en concreto polimérico Rodolfo Morales IbarraA, Elsa Abigail Duncan FloresA, Saida Mayela García MontesA, Alma Gisela Martínez ArellanoB, Juan Francisco Barrón GranadosB, Denisse Arantxa Cepeda MújicaA FIME-UANL Reacciones Químicas S.A. de C.V. rodolfo.moralesbr@uanl.edu.mx A B RESUMEN En el presente trabajo se utilizaron materiales compuestos de fibra de vidrio y resina poliéster considerados de fin de ciclo de vida pulverizados como cargas en concreto polimérico para analizar su efecto en las propiedades mecánicas de concreto polimérico. El objetivo de esta investigación fue sustituir la mayor cantidad de carbonato de calcio contenido en el concreto polimérico(20%) por material reciclado manteniendo sus propiedades mecánicas y a la vez reduciendo su porcentaje de volumen de resina utilizado, en busca de la reducción de costos de fabricación con un impacto medio ambiental positivo. Los resultados que se obtuvieron como consecuencia de reducir la fórmula a 10% de resina con 90% de carga con un máximo de 2% de material reciclado corresponde en propiedades relativamente buenas. PALABRAS CLAVE Vidrio-poliéster, concreto polimérico, reciclado. ABSTRACT Recycling of composite materials was studied using pulverized fiberglasspolyester composite materials as fillers in polymeric concrete for this research. The objective of this research was to increase as much as possible the amount of recycled filler in the polymeric concrete without maintaining the mechanical properties of the material, reducing the percentage of volume of resin used and thus, reducing manufacturing costs with a positive environmental impact. Positive results were obtained: resin percentage has been reduced to 10% with 90% fillers using up to 2% of recycled material while maintaining relatively good mechanical properties. KEYWORDS Polyester-glass, polymeric concrete, recycling. INTRODUCCIÓN El concreto polimérico es un material relativamente nuevo de alto rendimiento que ha sido comercializado desde 1960. Este material se produce a partir de una 48 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidrio-poliéster como cargas... / Rodolfo Morales Ibarra, et al. resina líquida y agregados inorgánicos figura 1. La producción del concreto polimérico es la siguiente: pequeñas dosis de iniciadores y promotores se añaden a una resina para iniciar el curado o el proceso de endurecimiento. Donde los iniciadores dan partida a la polimerización y los promotores aceleran la reacción. Inmediatamente después de la adición del iniciador y promotores, la resina líquida se mezcla con los agregados gruesos y finos tales como piedra, grava o arena triturada. Después del curado, el material se compone de agregados inorgánicos bien graduados unidos entre sí por un aglutinante de resina. El curado puede ser tan corto como unos pocos segundos o largo como unas horas , dependiendo de la cantidad de iniciador y promotor añadido a la resina poliéster. El uso de concreto polimérico en la producción de componentes prefabricados parece muy prometedor. Las ventajas del concreto polimérico son su buena resistencia y buena durabilidad. El rápido tiempo de curado es otra importante ventaja en muchas aplicaciones estructurales e ingenieriles ya que el concreto cura en pocos minutos u horas cuando a materiales a base de cemento les toma días o semanas curarse por completo. Comercialmente, la principal desventaja del concreto polimérico es su alto costo comparado con otros materiales a base de cemento. La mayor parte del costo de los concretos poliméricos proviene de la resina; los costos de las cargas son comparativamente insignificantes. No es de extrañar que existan estudios recientes sobre reducción de costos en la resina como futura necesidad de concreto polimérico.1 Una de sus principales propiedades es la resistencia a la compresión, donde los sistemas prefabricados llegan a soportar hasta 30.2MPa frente a los 7-9MPa que soporta el concreto tradicional. Otra de sus principales propiedades es la de evacuación de fluidos, que es gracias a su superficie tipo espejo, y facilita el rápido desalojo de los fluidos. Su resistencia a productos químicos es otra de su propiedades, la resistencia a la helada, desgaste por abrasión y resistencia al choque son mas propiedades que lo caracterizan. En cuanto a sus aplicaciones el concreto polimérico en sistemas prefabricados se ha ganado un lugar importante en la industria de la construcción gracias a sus principales propiedades. Principalmente en los sectores de edificación para la elaboración de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 vierteaguas, albardillas y jambas, en prefabricados para drenaje tanto para la canalización de fluidos como la conducción de instalaciones y servicios, y en fachadas como revestimiento de edificios que es tanto una característica estética como en términos de aislamiento y por lo tanto de ahorro. El crecimiento del uso de materiales poliéster reforzado con fibras en las industrias de construcción y transporte implica cantidades mayores y el aumento de desechos de este material, producidos en diferentes etapas de su ciclo de vida. La mayor preocupación es en relación a las soluciones limitadas para la gestión de los residuos de estos materiales termostables no re procesable.2 Los compuestos fabricados en plásticos reforzados con fibra de vidrio son ampliamente utilizados en todo tipo de industria alrededor del mundo. Actualmente en nuestro país se producen más de 1,030,648 toneladas por año y se consumen alrededor de 497,914 toneladas por año de fibra de vidrio,3 pero ¿qué pasa cuando las piezas que están hechas de este material terminan su ciclo de vida?. En México solo existen 8 empresas dedicadas a la recolección de residuos sólidos4 y solo el 11% del material recuperado en sitio de disposición final es reciclado lo cual es un problema ya que el resto se queda desechado en el medio ambiente.5 Las técnicas para el reciclado de materiales poliéster reforzados con fibra se identifican en dos principales grupos: métodos mecánicos, que involucra técnicas de trituración para reducir el tamaño de los residuos y métodos térmicos que consisten en el uso de calor para descomponer los residuos en las materias primas y finalmente, energía.6 EXPERIMENTAL Para la matriz polimérica del concreto se utilizó una resina poliéster PCP 9652 de Reacciones Químicas S.A. de C.V., que es una resina de muy baja viscosidad; cuenta con muy buenas características de humectación a fibra de vidrio y cargas minerales, excelentes propiedades de resistencia a la compresión y buena velocidad de liberación de burbujas de aire atrapadas en la pasta; lo que la hace adecuada para trabajar con estos tipos de materiales. Se utilizaron arenas sílicas de distintos tamaños de mallaje 10/20, 20/30 y 40/50 donde las arenas 10/20 y 20/30 representan las arenas gruesas y las 40/50 junto 49 �Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidrio-poliéster como cargas... / Rodolfo Morales Ibarra, et al. con el carbonato de calcio que se utiliza para la reducción de costo y mejorar las propiedades del material son parte de las arenas finas. El conjunto de estas dos arenas (finas y gruesas) conforman las cargas o refuerzos del concreto polimérico, además se utilizaron residuos de compuestos de fibra de vidrio/poliéster que sustituiría un 2% y 4% el contenido en peso de carbonato de calcio en el concreto polimérico. El proceso de preparación de mezcla tal como lo muestra la figura 1.consiste en integrar todas las arenas con el carbonato de calcio y/o los residuos de fibra de vidrio/poliéster; una vez que los materiales están completamente integrados se agregan a la resina que ya contiene el catalizador y se mezclan hasta la homogeneidad con una mezcladora Hobart N50; la mezcla es vertida en los moldes de compresión(cubos) y flexión(barras); una vez que el material ya ha polimerizado se dejan reposar por un lapso de 7 días, pasando este período las muestras están listas para ser sometidas a los ensayos requeridos. En base a la composición original para la elaboración de concreto polimérico que se maneja en la industria siendo 88% cargas y 12% resina se hizo un diseño de experimentos como se muestra en la tabla I. Donde el experimento 1 es la composición original y a partir de esta formulación se varió el porcentaje de resina contenido en el concreto polimérico hasta un 2% menos del porcentaje usado y a la vez se varió la cantidad de material reciclado hasta un 4% como sustituto del carbonato de calcio. Se llevaron a cabo un total de 8 experimentos cada uno con 6 muestras esto acorde a las normas ASTM (American Society for Testing and Materials) Tabla I. Diseño de experimentos. Experimento Cargas (%) Resina Poliéster (%) Material Reciclado (%) 1 88 12 0 2 88 12 2 3 88 12 4 4 89 11 0 5 89 11 2 6 89 11 4 7 90 10 0 8 90 10 2 Fig. 1. Proceso de mezclado del concreto polimérico. 50 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidrio-poliéster como cargas... / Rodolfo Morales Ibarra, et al. que en el caso del concreto polimérico corresponde a las normas C-579 y C-580 para los ensayos de compresión y flexión respectivamente. RESULTADOS Se tomaron imágenes con Microscopía de Barrido de Electrones figura 2 (SEM, Scanning Electron Microscope) a los diferentes granos de arenas, al carbonato de calcio y a los residuos de fibra de vidrio/poliéster. Se observa la morfología de las arenas sílicas que es básicamente granular en donde resultaba interesante y de particular necesidad conocer exáctamente los tamaños de las partículas para diferir en los métodos a ser utilizados de acuerdo a ASTM, los cuales dependen básicamente del tamaño de los agregados; en el caso del carbonato de calcio resulta interesante observar su morfología la cual difiere de la del material pulverizado de fibra de vidrio-poliéster. La figura 3. muestra una grafica de esfuerzodeformación con las curvas promedio de cada uno de los experimentos. Se observa la curva del experimento 1 que corresponde a la producción de línea o producción de base y se puede observar que las curvas que corresponden a los experimentos 2 y 7 son mayores que el experimento 1 y las demás curvas son inferiores a ésta lo cual nos dice que la variación de resina y material reciclado si afecta significativamente en el concreto polimérico. En los ensayos de flexión no se obtuvo una gran variación en cuanto a los esfuerzos ya que presentaban un esfuerzo promedio máximo muy similar o con una diferencia muy insignificante figura 4; en cuanto al ahorro de resina se obtuvieron muy buenos resultados ya que si las propiedades mecánicas no se afectan eso quiere decir que es posible utilizar una configuración de cargas/resina con un porcentaje de resina menor al utilizado actualmente (experimento 1) y así lograr un ahorro de la resina de más de un 8% como se muestra en la tabla III que por ejemplo el experimento 4 que tiene formulación de 88% de cargas y un 11% de resina muestra una ganancia en propiedades mecánicas de hasta un 2.06% en comparación con el experimento 1 y un importante ahorro de más del 8% de total de resina consumida. Fig. 2. Imagen de SEM de: a) arena 10/20 a 36X, b) arena 20/30 a 36X, c) arena 40/50 a 36X, d) carbonato de calcio a 400X, e) compuesto de fibra de vidrio/poliéster a 40X, f) compuesto de fibra de vidrio/poliéster a 400X. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 51 �Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidrio-poliéster como cargas... / Rodolfo Morales Ibarra, et al. Fig. 3. Grafica de esfuerzo/deformación donde se muestran las curvas promedio de los 8 experimentos. CONCLUSIONES Después de efectuar esta investigación y observar detenidamente los resultados presentes se puede decir que el método presentado es adecuado para la caracterización del concreto polimérico además que se sugiere una revisión en el proceso de mezcla porque al sustituir un material denso por uno menos denso se dificulta preparar la mezcla, por lo que se propone partir de la composición 90% de carga, 10% de resina y 2% de material reciclado de fibra de vidrio/poliéster ya no es posible trabajar con composiciones que contengan mayor cantidad de material reciclado. Los experimentos 1, 4 y 7 que son experimentos que no contiene ningún porcentaje de material reciclado las muestras presentan un capa en la superficie de resina lo cual indica que la resina no está completamente en el material y esto se debe a que cuando el material esta curando la resina, al ser menos densa que las arenas, sube a la superficie, por lo tanto se recomienda usar períodos de curado más cortos. En cuanto a las pruebas de compresión el experimento 5 presenta propiedades mecánicas relativamente altas y presenta un interesante ahorro del mas de 8% del consumo de resina además de un sustituto de carbonato de calcio por material de fibra de vidrio/poliéster de 2%. Por otro lado en flexión es el experimento 4 el que más destaca teniendo una ganancia en propiedades mecánicas y un importante ahorro en el consumo total de la resina. Fig. 4. Curvas esfuerzo-deformación de las muestras del experimento 1 en flexión. 52 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidrio-poliéster como cargas... / Rodolfo Morales Ibarra, et al. Tabla II. Resultados de los análisis de propiedades mecánicas de compresión. Experimento Cargas (%) Resina poliéster (%) Material reciclado (%) Esfuerzo (Mpa) Δ propiedades mecánicas (%) Porcentaje de ahorro (%) 1 (baseline production) 88 12 0 49.22 0 0 2 88 12 2 50.52 2.6 0 3 88 12 4 35.03 -28.8 0 4 89 11 0 41.83 -15 8.3 5 89 11 2 45.48 -7.5 8.3 6 89 11 4 40.11 -18.5 8.3 7 90 10 0 51.39 4.4 16 8 90 10 2 45.01 -8.55 16 Tabla III. Resultados de los análisis de propiedades mecánicas de flexión. Experimento Cargas (%) Resina poliéster (%) Material reciclado (%) Esfuerzo (Mpa) Δ propiedades mecánicas (%) Porcentaje de ahorro (%) 1 (baseline production) 88 12 0 25.69 0 0 2 88 12 2 23.99 -6.6 0 3 88 12 4 22.18 -13.66 0 4 89 11 0 26.22 2.06 8.3 5 89 11 2 22.37 -12.92 8.3 6 89 11 4 22.13 -13.85 8.3 7 90 10 0 23.46 -8.68 16 8 90 10 2 23.53 -8.4 16 REFERENCIAS 1. K. S. Rebeiz. Precast use of polymer concrete using unsaturated polyester resin based on recycled pet waste Construction and Building Materials, Vol. 10, No. 3, pp. 215-220, 1996. 2. joão R. Correia, Recycling of FRP composites: reusing fine GFRP waste in concrete mixtures, Journal of Cleaner Production 19 (2011) 1745e1753. 3. INEGI Censos económicos 2004, resultados sectoriales. 4. SEMARNAT. SNIARN. Base de datos estadísticos, Módulo de consulta temática, Dimensión ambiental, 2011. www.semarnat.gob. mx (Consulta: 14 de junio de 2011). 5. SEMARNAT. SNIARN. Base de datos estadísticos. Módulo de consulta temática. Dimensión ambiental, 2012. 6. M. Muthukumar, D. Mohan Studies on polymer Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 concretes based on optimized aggregate mix proportion, European Polymer Journal 40 (2004) 2167–2177. 7. Rafat Siddique, Use of recycled plastic in concrete: A review, Waste Management 28 (2008) 1835–1852. 8. F. Pacheco-Torgal, Properties and durability of concrete containing polymeric wastes (tyre rubber and polyethylene terephthalate bottles): An overview, Construction and Building Materials 30 (2012) 714–724. 9. P. Asokan, Assessing the recycling potential of glass fibre reinforced plastic waste in concrete and cement composites, Journal of Cleaner Production 17 (2009) 821–829. 10. Mehmet Saribiyik, The effects of waste glass powder usage on polymer concrete properties, Construction and Building Materials, Volume 47, October 2013, Pages 840-844. 53 �Eventos y reconocimientos I. CLAUSURA DEL VERANO INFANTIL La décima edición del Campamento de Verano Infantil “Aprende Ciencia Jugando” concluyó el pasado 26 de julio y se llevó a cabo una ceremonia de clausura presidida por el Dr. Moisés Hinojosa Rivera, Subdirector de Posgrado, en representación del director de la FIME, el M.C. Esteban Báez Villarreal, acompañado de la Dra. Guadalupe Maribel Hernández Muñoz, Coordinadora de Administración y Logística del Verano Infantil, en representación de la Dra. Patricia Zambrano, Coordinadora General del Verano Infantil, y el Ing. Francisco Gastelum Camacho, Coordinador de Actividades Estudiantiles del Dra. Guadalupe Maribel Hernández Muñoz, Coordinadora de Administración y Logística del Verano Infantil; Dr. Moisés Hinojosa Rivera, Subdirector de Posgrado, e Ing. Francisco Gastelum Camacho, Coordinador de Actividades Estudiantiles del Capítulo Monterrey de ASHRAE, entregando un reconocimiento. 54 Capítulo Monterrey de ASHRAE, entregó un reconocimiento a cada participante del campamento, quienes tuvieron la oportunidad de realizar diversas actividades de robótica, aeromodelismo y computación, además de que conocieron algunos laboratorios de la FIME. II. INAUGURACION DEL LIITE-FIME El pasado 16 de agosto fue inaugurado en la FIME el Laboratorio de Investigación e Innovación en Tecnología Energética (LIITE) en el que se desarrollarán trabajos científicos orientados a aspectos energéticos y fuentes alternas. La ceremonia de inauguración fue presidida por el Rector de la UANL, Dr. Jesús Ancer Rodríguez, y por el M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME. En ese mismo evento se firmó un convenio entre la UANL y la Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC, Brasil), representada por la Dra. Roselane Neckel, Rectora de esa universidad, para proyectos de intercambio académico, fortalecimiento del posgrado y en materia de investigación; así como la puesta en marcha de una planta de energía solar que se instaló en el Polideportivo FIME. También se incluyó un convenio específico entre la FIME-LIITE y el Laboratorio de Investigación en Refrigeración y TermofísicaPolo de la UFSC, buscando un esquema de colaboración LIITE de la FIME con Whirlpool, México, similar al que opera entre el laboratorio Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 �Eventos y reconocimientos Polo de la UFSC con Whirlpool, Brasil. A este respecto se contó con la presencia del Ing. Raúl García Martínez, Director de Tecnología de Whirpool de México. IV. PREMIO A LA MEJOR TESIS El pasado 29 de agosto se entregaron los premios a la mejor tesis de licenciatura y maestría. La M.C. Karen Adriana Bustos Torres, de la FIME, fue distinguida con el Premio a la Mejor Tesis de Maestría en el área de Ingeniería, Tecnología y Arquitectura, con el trabajo “Influencia de la Morfología de ZnO en la fotooxidación de polipropileno”, asesorada por la Dra. Sofía Vázquez Rodríguez, Autoridades e invitados presentes en la inauguración del Laboratorio de Investigación e Innovación en Tecnología Energética. III. WORKSHOP MÉXICO-BRASIL El pasado 15 de agosto el Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica (CIIIA) de la FIME llevó a cabo el Workshop México-Brasil, en el que se tuvieron talleres especializados, donde el Dr. José Enrique De Sousa Damiani, Investigador Titular de la División de Ingeniería MecánicaAeronáutica del Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) de Brasil, pudo constatar los trabajos desarrollados en el CIIIA. Participantes del Workshop México-Brasil. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 Desde la izquierda, M.C. Karen Adriana Bustos Torres, premiada de la FIME; M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME; Dr. Jesús Ancer Rodríguez, Rector de la UANL; y Dra. Sofía Vázquez Rodríguez, profesora del Programa de Doctorado de la FIME. V. PREMIO DE INVESTIGACIÓN UANL El pasado 29 de agosto se entregó el Premio de Investigación UANL 2013, con el cual se reconocen los mejores trabajos del quehacer universitario en siete áreas del conocimiento: Ciencias Sociales, Exactas, Naturales, de la Salud, de la Tierra y Agropecuarias, Humanidades e Ingeniería y Tecnología. La FIME fue reconocida en dos áreas: en Ingeniería y Tecnología con el trabajo “Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación de contaminantes orgánicos de agua” desarrollado por el Dr. Azael Martínez de la Cruz y la Dra. Diana Berenice Hernández Uresti; y en el área de Ciencias Sociales con el trabajo “Modelo Probabilístico de Quiebra para pequeñas y medianas empresas mexicanas. 55 �Eventos y reconocimientos Una herramienta para la toma de decisiones” presentado por el Dr. Juvencio Jaramillo Garza y el Dr. Jesús Fernando Issac García. de la UANL. El evento estuvo encabezado por el Gobernador del Estado de Nuevo León, Lic. Rodrigo Medina de la Cruz, y el Rector de la UANL. En esta ocasión se impuso el nombre “Los Rectores” al Circuito Interior de CU y se develaron estelas conmemorativas al pie de la escultura “Flammam”. Dr. Azael Martínez de la Cruz (izq.), premiado en el área de Ingeniería y Tecnología, y el M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME. VI. 80 ANIVERSARIO DE LA UANL El pasado 25 de septiembre se reunió la comunidad universitaria en la explanada de la rectoría para celebrar el octagésimo aniversario 56 Autoridades universitarias e invitados durante la celebración del 80 aniversario de la UANL. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL * Junio - Agosto 2013 Marisa Elizabeth Vigil Ramírez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Por materias), 3 de junio de 2013. J a v i e r Tre v i ñ o G u e r re ro , M a e s t r í a e n Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 4 de junio de 2013. Raúl Cesar Lozano Guerra, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Por materias), 5 de junio de 2013. Francisco Hazael Moreno Rivera, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Análisis comparativo del sistema ligante en las propiedades mecano-físicas en concretos refractarios aluminosos”, 10 de junio de 2013. Gerardo Antonio Betancourt Rodríguez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Por materias), 10 de junio de 2013. Fernando Elizalde Ramírez, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Planificación dinámica de rutas del transporte público a partir de los requerimientos del usuario”, 11 de junio de 2013. Jesús Gabino Puente Córdova, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Síntesis y caracterización de un material híbrido de matriz polimérica de polivinil butiral”, 12 de junio de 2013. * Información proporcionada por el Departamento de Titulación y Movilidad Académica del Posgrado, de la FIME-UANL. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 Luis Ernesto Jasso Ramos, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Nanopartículas de poli(dimetilsiloxano) con grafeno o nanopartículas cortas de nylon”, 12 de junio de 2013. Alma Lilia Pérez García, Maestría en Logística y Cadena de Suministro con orientación en Dirección y Operaciones, “Factores en la gestión logística mexicana que intervienen en la competitividad global de las empresas”, 14 de junio de 2013. Carlos Alberto Rosas Aguilar, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 18 de junio de 2013. Omero Santillán Milán, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecánica, (Por materias), 18 de Junio de 2013. Alan Arturo Moreno Gutiérrez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 18 de junio de 2013. María Elena de Jesús Alvarado Jasso, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 18 de junio de 2013. Iván Bosque Leal, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias), 19 de junio de 2013. Carlos Eduardo Castillo Alonso, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 19 de junio de 2013. 57 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Humberto Gámez Rabago, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Por materias), 26 de junio de 2013. Cristina Maya Padrón, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Modelación de planes de estudio usando técnicas avanzadas de planificación”, 27 de junio de 2013. Jorge Tanos Susarrey, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 28 de junio de 2013. Sergio Vladimir Garza Mendoza, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 28 de junio de 2013. Gisela Rodríguez Hernández, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 28 de junio de 2013. Víctor Hugo Ponce Galicia, Maestría en Ingeniería de la Información, Informática, (Por materias), 1 de julio de 2013. Selene Treviño Medina, Maestría en Logística y Cadena de Suministro con orientación en Dirección y Operaciones, (Por materias), 1 de julio de 2013. Verónica Camarillo Castro, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio in vivo de oseointegración en implantes dentales de Ti- 6 AI -4V con superficies modificadas”, 3 de julio de 2013. José Alfredo Ávila Cardona, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Por materias), 4 de julio de 2013. Jorge Martínez Paredes, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecánica, (Por materias), 4 de julio de 2013. Juan Carlos García Álvarez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 8 de julio de 2013. Enrique Alejandro González Cantú, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Por materias), 8 de julio de 2013. 58 Meng Yen Shih, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Sistemas Eléctricos de Potencia, “Real time coordination of overcurrent reloys by means of optimization algorithm”, 8 de julio de 2013. Victoria Marisela Gutiérrez López, Maestría en Ciencias de la ingeniería Mecánica con especialidad en materiales, “Síntesis y caracterización de resinas de curado rápido para la elaboración de componentes herméticos de iluminación automotriz”, 11 de julio de 2013. Manuel Alejandro González Abrego, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Preparación de fibras de TiO2 mediante la técnica de hilado por soplado”, 11 de julio de 2013. Jesús Cázares Coronado, Maestría en Ingeniería con orientación Mecánica, (Por materias), 11 de julio de 2013. Víctor Hugo Garza Cárdenas, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Por materias), 12 de julio del 2013. Cindy Johena Niño Partida, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Influencia del reuso de porcelana de desecho sobre las propiedades de una porcelana triaxial”, 12 de julio de 2013. Julio Martínez Torres, Maestría en Ingeniería con orientación en Eléctrica, (Por materias), 15 de julio del 2013. Alejandro Elizondo Almaguer, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 15 de julio de 2013. Fernando Salinas Garibay, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 16 de julio de 2013. Allan Giovanni Soriano Sánchez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con Orientación en Control Automático, “Sincronización de redes complejas con atractores caóticos de multiples enrrollamientos: Aplicado al encriptado de datos”, 16 de julio de 2013. Rafael Olivares Arredondo, Maestría en Ingeniería de la Información, Informática, “Construcción Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL de perfiles de usuario a partir de repositiorios de información personal”, 16 de julio de 2013. Fernando Manuel Rodríguez Aldape, Maestría en Ingeniería de la Información, “Inteligencia Artificial, Cuantificación del interés de un usuario en un tema mediante minería de texto y análisis de sentimiento”, 16 de julio de 2013. Carlos Alberto Vázquez Rodríguez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Caracterización del comportamiento de corrosión en pruebas aceleradas para acero galvanizado y pintado”, 17 de julio de 2013. Adrian Esau Contreras Hernández, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Optimización del proceso de forja abierta para evitar defectos internos”, 18 de julio de 2013. Carlos Eduardo Márquez de la Torre, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Tratamiento térmico en anillos de acero AISI 4140”, 18 de julio de 2013. Gabriela Melissa Valadéz Sánchez, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias), 19 de julio de 2013. Ali Gabriel Sánchez Luna, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Por materias), 23 de julio de 2013. Carlos Alfonso Rodríguez Vázquez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Patrones y mecanismos de fractura en los materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras”, 25 de julio de 2013. Karla Alejandra Leyva González, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Caracterización de la precipitación en un material compuesto aleación 7075 realizada con grafeno”, 26 de julio de 2013. María Eugenia Gómez González, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 29 de julio de 2013. Rosarito Falcón Zertuche, Maestría en logística y cadena de suministro, “Diseño y análisis, Establecer el flujo de procesos de los mantenimientos a vehículos dentro de una empresa”, 29 de julio de 2013. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 Elisa María Gallo González, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 1 de agosto de 2013. Deissy Nallely Pérez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Por materias), 7 de agosto de 2013. Reynaldo Esparza Robles, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 12 de agosto de 2013. Hiram Overlin Flores Cruz, Maestría en Ingeniería con orientación en Eléctrica, (Por materias), 13 de agosto de 2013. Arturo Nieto Méndez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 15 de agosto de 2013. Jorge Luis Rivera Pacheco, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 15 de agosto de 2013. Perla Janeth Rodríguez Guevara, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Por materias), 15 de agosto de 2013. Andrés Gómez Torres, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 16 de agosto de 2013. Edgar Andrade Drías, Maestría en Administración Industrial y de Negocios, con orientación en Producción y Calidad, 19 de agosto del 2013. Brenda Marisol Meza Torres, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 21 de agosto de 2013. José Raúl García Lugo, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Sistemas Eléctricos de Potencia, “Control directo del par de un motor de inducción usando un convertidor multinivel”, 22 de agosto de 2013. Selene Escobar Rodríguez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 22 de agosto de 2013. 59 �Jorge David Bacelis Lara, Maestría en Logística y Cadena de Suministro con orientación en Dirección y Operaciones, 22 de agosto de 2013. Carmen Guadalupe González Galindo, Maestría en Logística y Cadena de Suministro con orientación en Logística Global, (Por materias), 22 de agosto de 2013. Meztli Natalia Martínez Pérez, Maestría en 60 Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 26 de agosto de 2013. Ricardo Cortés Frías, Maestría en Ciencias de la Administración con especialidad en Producción y Calidad, “Influencia de la Familia en el aprovechamiento escolar del adolescente”, 29 de agosto de 2013. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 �Acuse de recibo PHYSICS EDUCATION JART El Institute of Physics es una sociedad científica basada en Inglaterra que, entre otras actividades, edita la revista Physics Education. El objetivo de la revista es la enseñanza de los fundamentos de la física a estudiantes de todos los niveles educativos, elemental a pregrado. Para lograr los objetivos pedagógicos, se presentan experimentos sencillos que aplican los principios básicos de la física con los recursos disponibles en un ambiente escolar. Un artículo reciente, en su edición de septiembre de 2013, presenta cómo construir en el aula una balanza para la medición precisa de la masa de los objetos utilizando un electroimán, con el mismo principio que utilizan los equipos más modernos y precisos. El acceso a artículos selectos es gratuito. La revista se encuentra disponible en http:// iopscience.iop.org/0031-9120/ El Journal of Applied Research and Technology (ISSN 1665-6423) se publica cada cuatro meses por el Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico de la Universidad Nacional Autónoma de México. La cobertura contempla acústica y vibraciones, biotecnología, cibernética y sistemas, computadoras y tecnologías de la información, electrónica e ingeniería eléctrica, ambiental, biomédica, de producto, industrial, mecánica y térmica, química, sísmica, materiales y sensores, metrología, nanotecnología, óptica, procesamiento de señales e imágenes, sistemas de control, software y tecnología educativos y telecomunicaciones. A pesar de la amplia cobertura de las áreas científicas-tecnológicas, los números particulares tienden a agrupar los diferentes tópicos hasta que en conjunto todos tienen su lugar. Esta revista se puede encontrar http://www.jart.ccadet. unam.mx Zarel Valdez Nava Juan Antonio Aguilar Garib Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 61 �Colaboradores Barrón Granados, Juan Francisco Gerente del departamento de investigación y desarrollo de Reacciones Químicas S.A. de C.V. Castillo Rodríguez, Guadalupe Alan Ingeniero Mecánico Electricista, Maestro en Ciencias en Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales y Doctor en Ingeniería de Materiales por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Maestro en Ciencia de Materiales por la Technische Universität Clausthal, Alemania. A sido colaborador en el CIDT del Grupo Peñoles, Subdirector de la División de Estudios de Posgrado de la FIME, así como Director de Investigación de la UANL. Es Profesor/Investigador de la FIME-UANL y Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Sus líneas de interés son los materiales cerámicos y refractarios. Cepeda Mújica, Denisse Arantxa Estudiante de 7mo. semestre de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica en Ingeniería en Aeronáutica. Se desempeña actualmente como Becaria en el Laboratorio de Materiales Aeroespaciales en el Centro de Investigación e Innovación de Ingeniería en Aeronáutica y está llevando a cabo sus prácticas profesionales en la empresa denominada Reacciones Químicas S.A. de C.V. La estudiante ha realizado trabajos de investigación en colaboración con el CIIIA en relación al concreto polimérico Das Roy, Tushar Kanty Bachelor of Science por la Universidad de Calcuta en India, Maestría en Ingeniería de Metalurgia y Cerámica por la Universidad Técnica 62 de Berlín, Alemania, Doctor en Ingeniería de Materiales, por la Facultad de Minería, Metalurgia y Mecánica de la Universidad Técnica Clausthal, Alemania. Tiene una amplia experiencia laboral de investigación en empresas como Didier Werke, A.G. Alemania Financial, Mining, Industrial and Shipping Corporation, Atenas, Grecia y en Grupo Peñoles, México. Es Profesor/Investigador de la FIME-UANL. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Sus líneas de interés son los materiales cerámicos y refractarios. Duncan Flores, Elsa Abigail Estudiante de la UANL-FIME, se desempeña actualmente como becaria en el laboratorio de materiales aeroespaciales en el Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica (CIIIA)de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. La estudiante cuenta con una participacion en XXII International Material Research Congress por su investigación en concretos poliméricos. Actualmente cursa el 8º semestre de la carrera de Ingeniería en Aeronáutica. García Montes, Saida Mayela Licenciada Química Industrial (2008) y Maestra en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales (2011) por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Es candidata a Doctora en Ingeniería de Materiales por la FIME-UANL. Gómez de la Fuente, María Idalia Doctora en Ciencia de Materiales (1998) y Maestra en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales (1994) por la Facultad de Ingeniería Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 �Colaboradores Mecánica y Eléctrica de la UANL. Licenciada en Física (1988), Universidad Autónoma de Tamaulipas. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) nivel 1, y actualmente es profesora-investigadora en la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL y editora de la revista Química Hoy, publicada en esa misma facultad. Hernández Urésti, Diana Berenice Ingeniero Mecánico Administrador por la UANL y Maestro en Ciencias con especialidad en Materiales por la FIME-UANL. Obtuvo su Doctorado en Ingeniería de Materiales en el área de fotocatálisis heterogénea en la FIME-UANL. Ha realizado estancias de investigación en Francia y Corea del Sur. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) nivel C. Lizcano Zulaica, Carlos Javier Ingeniero Mecánico Administrador, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad Materiales y Doctor en Ingeniería de Materiales por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Diplomado en siderurgia en la república federal de Alemania y una amplia experiencia laboral y científica de más de 30 años en la industria siderúrgica en compañías como Fundidora Monterrey, Hylsa y Ternium. Profesor/Investigador jubilado de la FIME-UANL. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Investiga los fenómenos mecánicos en diferentes materiales, especialmente en acero; desarrollo de nuevos aceros y nuevos procesos de fabricación de acero, así como también desarrollo de modelos termodinámicos y termomecánicos de procesos siderúrgicos. Luna Criado, Carlos Doctorado en Física con especialidad en Física de la Materia Condensada y licenciado en Ciencias Físicas con especialidad en Física Teórica por la Universidad Autónoma de Madrid, España. Durante sus estudios doctorales participó en varios proyectos de investigación en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, España, y realizó una estancia postdoctoral en el Laboratorio de Magnetismo Molecular de la Universidad de Florencia, Italia. Actualmente es profesor-investigador de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas de la Universidad Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 Autónoma de Nuevo León. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores con nivel I y cuenta con el reconocimiento de Perfil deseable para Profesores de Tiempo Completo (PROMEP). Es líder del cuerpo académico “Física de los sistemas de baja dimensionalidad y sus aplicaciones” de la FCFM de la UANL. Es coordinador del laboratorio “Física de los sistemas de baja dimensionalidad” del Centro de Investigación en Físico Matemáticas (FCFM, UANL). Martínez Arellano, Alma Gisela Maestra en Ciencia y Tecnología de Polímeros, actualmente ocupa el cargo de Jefa de Investigacion y Desarrollo de la empresa Reacciones Quimicas. Egresada de la Licenciatura en Química Industrial de la UANL generación 2004, estudió una maestría en Ciencias en el Centro de Investigación en Química Avanzada concluyendo dichos estudios en el 2007. Ingresa a laborar a Reacciones Químicas en ese mismo año como Investigadora de Recubrimientos y posteriormente continua su trayectoria como Investigador de Procesos, el éxito en este trabajo le ha llevado a cosechar entre otros logros la Jefatura del departamento de Investigación y Desarrollo desde el año 2011. Martínez de la Cruz, Azael Licenciado en Química Industrial por la UANL y Doctor en Ciencias Químicas por la Universidad Complutense de Madrid. Actualmente es profesor Investigador en FIME- CIIDIT-UANL, ha obtenido 5 premios de Investigación UANL, 2 reconocimientos Como asesor de la mejor Tesis de Maestría por la UANL y 3 Premios Nacionales de Investigación. Miembro del SNI, nivel 2. Mendoza Reséndez, Raquel Ingeniera Química y Maestra en Ciencias con orientación en Ingeniería Cerámica por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Doctora en Ciencias Físicas por la Universidad Complutense de Madrid, España. Realizó una estancia posdoctoral en la Universidad de Florencia, Italia. Es Profesora Investigadora de Tiempo Completo, en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Cuenta con el reconocimiento del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) nivel 1 y con el Perfil deseable para Profesores de Tiempo Completo (PROMEP). 63 �Colaboradores Morales Ibarra, Rodolfo Profesor-Investigador de la UANL-FIME, desempeña actualmente el cargo de jefe del laboratorio de materiales aeroespaciales en el Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica (CIIIA) de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. El Profesor Morales es Ingeniero en Materiales egresado de la FIME-UANL, donde cursó también una Maestría en Administración de Negocios Industriales; posteriormente cursó una Maestría en Ciencias de la Ingeniería Aeroespacial con orientación en Estructuras y Materiales Compuestos en la Université de Bordeaux en Francia. Actualmente está concluyendo el Doctorado en el Programa de Ingeniería de Materiales de la FIME-UANL sobre un proyecto en colaboración con la Universidad de Kumamoto en Japón, con apoyo de CONACYT. Pinzón Galvis, Sandra Sandra Pinzón Galvis: Ingeniera civil de la Universidad Santo Tomás de Aquino, sede Bogotá. aspirante a Magister en Gestión Urbana de la Universidad Piloto de Colombia, sede Bogotá. Docente tiempo completo de la Universidad Piloto de Colombia- Seccional Alto Magdalena, sede GirardotColombia, Director de la línea de investigación en materiales de la región. Puente Ornelas, Rodrigo Ingeniero Mecánico Administrador, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad 64 Materiales y Doctor en Ingeniería de Materiales por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Profesor/Investigador de la FIME-UANL. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Investiga los fenómenos de corrosión en materiales refractarios y aceros de refuerzo, desarrollo de nuevos materiales refractarios, cementicios y termoeléctricos, así como la utilización de materiales suplementarios y desechos industriales para el mejoramiento de las propiedades fisicoquímicas y de durabilidad de pastas, morteros y concretos. Vázquez Méndez, Bertha Alicia Lic. en Química Industrial (FCQ-UANL), Maestra en Ciencias con especialidad en Ingeniería Cerámica (Posgrado FCQ-UANL) y Doctora en Ciencias con especialidad en corrosión de materiales refractarios por la Universidad Autónoma de Madrid en España, llevado a cabo en el Instituto de Cerámica y Vidrio del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (ICV-CSIC). Profesor/ Investigador actualmente de la FACPYA-UANL. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Líneas de Investigación: Ciencia de los Materiales Tradicionales y Avanzados, Química del Estado Sólido, Diagramas de Equilibrio de Fases, Materiales Refractarios, Síntesis y Caracterización de Materiales, Reutilización de Materiales de desecho para su aplicación en el mejoramiento de las propiedades de la industria cerámica (cemento, vidrio, refractarios, materiales funcionales, etc) y Corrosión de Materiales Refractarios. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, profesores e investigadores a colaborar en la revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril y reportes de investigación. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores estableciendo claramente su contribución; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo el veredicto inapelable. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, precisión de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. CRITERIOS EDITORIALES Los autores de artículos de revisión o divulgación deberán contar con una producción directa reconocida en la temática de interés de la revista. Estos trabajos deben ofrecer una panorámica del campo temático, separar las dimensiones del tema, mantener la línea de tiempo y presentar una conclusión que derive del material presentado. No se aceptan reportes que muestren solamente mediciones. Los artículos deben presentar los resultados de las mediciones acompañados de su análisis detallado, un desarrollo metodológico original, una manipulación nueva de la materia o ser de gran impacto y novedad social. Sólo se aceptan modelos matemáticos que sean validados científicamente dentro del propio trabajo. No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen mediciones y se efectúe un análisis de correlación Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 para su validación. No se aceptan protocolos de investigación, proyectos, propuestas o trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntos. LINEAMIENTOS EDITORIALES Es requisito enviar para su consideración editorial: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, en CD o por E-mail a la dirección: revistaingenierias@gmail.com El título del artículo no debe exceder de 80 carácteres. El número máximo de autores por artículo es cinco. La extensión de los artículos no deberá exceder de 12 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como en inglés. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg CONTACTO Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, 1er. piso, ala norte. Tel.: 8329-4000 Ext. 5854 Fax: 8332-0904 E-mail: revistaingenierias@gmail.com 65 �66 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2013 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 16 Número Número de la revista 61 Mes de publicación Mes cuando se publicó Octubre-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2013, Año 16, No 61, Octubre-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/10/2013 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2020824 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Rights Information about rights held in and over the resource Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Coque de petróleo Corrosión Fotocatálisis heterogénea Horno gasificador Nanoelipsoides Refractarios https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20772/Ingenierias_2010_Vol_13_No_49_Octubre-Diciembre.pdf 566e2250eeca26fa4a5fd1b615eb2e1e PDF Text Text �Contenido Octubre-Diciembre de 2010, Vol. XIII, No. 49 49 2 Directorio 3 Editorial Educación en México a 200 años de su independencia Félix Sánchez De Jesús 9 Láser: 50 años J. Rubén Morones Ibarra 18 Síntesis de fotocatalizadores activos a la radiación visible y aplicación en película delgada Azael Martínez De la Cruz, Sergio A. Obregón Alfaro, Enrique M. López Cuéllar, Karen H. Lozano Rodríguez 26 Semiconductores tipo perovskita en procesos fotoinducidos para la purificación de agua Leticia M. Torres-Martínez, Isaías Juárez Ramírez, Xiomara L. García Montelongo 35 Pioneros de la industria del cemento en el Estado de Nuevo León, México: Cementos Hidalgo, S.C.L. Javier Rojas Sandoval 44 Nuevo algoritmo de protección diferencial de transformador basado en análisis de componente principal Alicia Marisol Ramírez Castillo, Ernesto Vázquez Martínez 53 Aplicaciones de la nanotecnología en fuentes alternas de energía Domingo I. García Gutiérrez, Marco A. Garza Navarro, René F. Cienfuegos Peláez, Leonardo Chávez Guerrero 63 Cinética de oxidación de la pirita, subproducto ácido del drenaje de la mina La Guitarra Miguel Ángel Espinosa Rodríguez, Edgar Amauri Arteaga Balderas, Rosa María Zambrano Cárdenas, Liborio González Torres 70 Eventos y reconocimientos 73 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 76 Acuse de recibo 77 Colaboradores 79 Información para colaboradores Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 1 �DIRECTORIO CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Liviu Sevastian BocÎI Rumanía. U. “Aurel Vlaicu”, Arad. Dr. Juan Jorge Martínez Vega Francía. Universidad de Toulouse III Dr. José Evaristo Ruzzante Argentina. CNEA. Dr. Samir Nagi Yousri Gerges Brasíl. UFSC, Florianopolis. Dra. Karen Lozano DIRECTOR M.C. Fernando J. Elizondo Garza FIME-UANL EDITOR Dr. Juan Antonio Aguilar Garib FIME-UANL COMITÉ TÉCNICO Dr. Efraín Alcorta García UPRM Dr. Juan Miguel Sánchez Dr. Rafael Colás Ortíz USA. UT-Austin FIME-UANL INDIZACIÓN L.Q.I. Sergio A. Obregón Alfaro Dr. Jesús De León Morales CONSEJO EDITORIAL MÉXICO Dr. Óscar L. Chacón Mondragón FIME-UANL Dr. Moisés Hinojosa Rivera FIME-UANL FIME-UANL Dr. Virgilio A. González González FIME-UANL Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar FIME-UANL Dra. Oxana Vasilievna Karisova Dr. Boris l. Kharissov FCFM-UANL FCQ-UANL Dr. Benjamín Limón Rodríguez FIC-UANL Dr. José Rubén Morones Ibarra FCFM-UANL Dr. Ubaldo Ortiz Méndez DISEÑO M.A. José Luis Martínez Mendoza FOTOGRAFíA M.C. Jesús E. Escamilla Isla Dr. Azael Martínez De la Cruz FIME-UANL WEBMASTER Ing. Dagoberto Salas Zendejo M.C. César A. Leal Chapa FIME-UANL Dr. Enrique López Cuellar FIME-UANL FIME-UANL M.I.A. Roberto Rebolloso Gallardo Dr. Miguel Ángel Palomo González FFYL-UANL FCQ-UANL Dr. Martín Edgar Reyes Melo Dr. Ernesto Vázquez Martínez FIME-UANL FIME-UANL Dr. Roger Z. Ríos Mercado Dr. Jesús González Hernández FIME-UANL CIMAV TIPOGRAFÍA Y FORMACIÓN Gregoria Torres Garay Jesús G. Puente Córdova TRADUCTORES CIENTÍFICOS Lic. José de Jesús Luna Gutiérrez Dra. Martha A. Fabela Cárdenas FIME-UANL Dr. Mauricio Cabrera Ríos USA. UT-Panam REDACCIÓN Lic. Julio César Méndez Cavazos IMPRESOR M.C. Mario A. Martínez Romo René de la Fuente Franco Dr. Félix Sánchez De Jesús ICBI-UAEH UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Rector / Dr. Jesús Áncer Rodríguez Secretario General / M.E.C. Rogelio G. Garza Rivera Secretario Académico / Dr. Ubaldo Ortiz Méndez Secretario de Investigación, Innovación y Posgrado / Dr. Mario C. Salinas Carmona Secretario de Extensión y Cultura / Lic. Rogelio Villarreal E. FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Director / M.C. Esteban Báez Villarreal Sub-Director de Estudios de Posgrado / Dr. Moisés Hinojosa Rivera Sub-Director Académico / M.C. Arnulfo Treviño Cubero Sub-Director Administrativo / M.C. Felipe de J. Díaz Morales Sub-Director de Desarrollo Estudiantil / M.C. Hugo E. Rivas Lozano Sub-Director de Vinculación y Relaciones / M.C. Jaime G. Castillo Elizondo Sub-Director de Desarrollo Institucional y Humano / Dr. Arturo Torres Bugdud 2 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Editorial: Educación en México a 200 años de su independencia Félix Sánchez De Jesús Instituto de Ciencias Básicas e Ingenierías-UAEH fsanchez@uaeh.edu.mx Dos mil diez es el año de la conmemoración y celebración de los dos acontecimientos históricos de mayor relevancia en nuestro país, el bicentenario de la independencia y el centenario de la revolución, sin embargo, como en cualquier fecha importante, es obligado reflexionar sobre la manera en que las generaciones actuales han aprovechado el sacrificio realizado por hombres y mujeres, en su deseo por alcanzar ideales de igualdad y mayor bienestar en la calidad de vida de sus conciudadanos. Estos sucesos históricos, se vieron influenciados por el tipo y la calidad de la educación predominante en cada época y del mismo modo, los sectores o grupos sociales que surgieron como vencedores, impulsaron nuevos sistemas educativos con el objetivo de formar ciudadanos de provecho, que permitieran abatir la pobreza, aspirar a la igualdad, la libertad, la protección de la propiedad privada y el derecho al trabajo bien reglamentado, por mencionar algunos de los ideales de la ilustración francesa que fueron acogidos de buen modo por los mexicanos al consumarse la independencia. Sin embargo, estos ideales fueron rápidamente opacados por las diversas circunstancias de índole política y económica. La realidad nacional impidió que el anhelo educativo se llevara a cabo. Las finanzas se encontraban en una situación desastrosa, había mucho peligro ante las invasiones extranjeras, el sistema político estaba desarticulado y con fuertes resentimientos que ocasionaron luchas entre centralistas y federalistas. A este difícil panorama, se agregó el incremento en la deuda externa, por lo que la economía se vio drásticamente mermada. Desde entonces México ha pasado por diversas etapas históricas de inestabilidad política y económica, a pesar de lo anterior, en cada una de ellas se mantuvo el ideal de formar ciudadanos educados. Fue hasta la conclusión de la Revolución Mexicana y la promulgación de la Constitución de 1917, cuando la educación se establece como un elemento básico para crear una sociedad libre y soberana, consolidándose en el artículo 3°, cuya esencia es que todo individuo tiene derecho a recibir enseñanza laica, gratuita y tiene carácter obligatorio. Una pregunta válida que puede surgir de los discursos de soberanía, libertad e independencia propios de las celebraciones mencionadas es, si después de 200 años los mexicanos hemos dado cumplimiento a los anhelos que ahora expresa el artículo tercero. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 3 �Educación en México a 200 años de su independencia / Félix Sánchez De Jesús Aunque existen diversos documentos que expresan que son notorios los logros alcanzados en el tema de educación también hay informes, nacionales e internacionales de reciente publicación, que ponen en evidencia las limitaciones en el cumplimiento de los aspectos señalados por nuestra constitución en relación a la educación. No sería válido enfrentar tal contradicción sin mencionar algunos detalles históricos sobre el propio artículo 3° que consagra la garantía de libertad de enseñanza. Es hasta la promulgación de la Constitución de 1857 que se establece una legislación para la educación en el artículo tercero que dice “La enseñanza es libre. La Ley determinará que profesiones necesitan título para su ejercicio y con que requisitos se deben expedir” la cual fue modificada en 1917 a “La enseñanza es libre; pero será laica la que se dé en los establecimientos oficiales de educación, lo mismo que la enseñanza primaria, elemental y superior que se imparta en los establecimientos particulares”. En 1921 se crea la Secretaría de Educación Pública encabezada por el Lic. José Vasconcelos Calderón, quien desde la perspectiva de la vinculación de la escuela con la realidad social creó la Dirección General de Educación Técnica, de donde surgieron diversas instituciones como las escuelas: de Ferrocarriles, de Industrias Textiles, la Nacional de Maestros Constructores, la Tecnológica para Maestros, la Nacional de Artes Gráficas y la Técnica de Taquimecanógrafos. Además de otras 88 de tipo técnico: mineras, industriales, comerciales y de artes y oficios, 71 de carácter oficial y 17 particulares. Desde entonces ya existía un propósito claro de ampliación de la infraestructura y extensión de la educación, así como la elevación no sólo de la calidad, sino de la especialización. Sin embargo, la lucha electoral por la sucesión presidencial de 1924, que desembocó en la rebelión delahuertista y las presiones norteamericanas plasmadas en los compromisos acordados en las conferencias de Bucareli, limitaron el alcance nacionalista que se pretendía en el proyecto vasconcelista, pues aunque no se abandona el proyecto original, éste fue acotado drásticamente. En los años siguientes México siguió padeciendo situaciones críticas que golpearon en mayor medida a las clases sociales más pobres, así cuando Lázaro Cárdenas asume la presidencia el 1 de diciembre de 1934, y habiéndose aprobado unos meses antes la reforma del artículo 3º constitucional se crearon condiciones favorables para una reforma educativa que incluía el término de educación socialista. Los objetivos de la educación cardenista se pueden resumir con una educación orientada hacia la vinculación de la escuela con los sectores mayoritarios de la población y los problemas concretos de la sociedad como cimiento para la construcción de una sólida unidad nacional; educación para formar y capacitar los cuadros calificados técnicos y profesionales requeridos para el desarrollo de la industria, el agro y los servicios; educación para contribuir al mejoramiento de las condiciones materiales de vida de los trabajadores, logrando una distribución más equitativa de la riqueza; y, educación para garantizar la independencia y soberanía del país, a partir de un 4 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Educación en México a 200 años de su independencia / Félix Sánchez De Jesús mayor desarrollo de las fuerzas productivas y del fortalecimiento de la cultura y de los sentimientos nacionales, estos objetivos sirvieron de fundamento para que en 1936 se creara el Instituto Politécnico Nacional. Aún así, el CONACYT no fue fundado hasta 1970 y la reforma que brinda autonomía a las universidades e instituciones se promulgó en 1980. Es hasta la reforma de 1991 donde se propone que además de impartir la educación preescolar, primaria y secundaria, el estado promueva y atienda todos los tipos y modalidades educativos necesarios para el desarrollo de la nación, apoyará la investigación científica y tecnológica y, alentará el fortalecimiento y difusión de nuestra cultura, y no es hasta el 2002 que se expide la Ley de Ciencia y Tecnología y la Ley Orgánica del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Como puede observarse, aunque la necesidad de modernización educativa no es nueva ha tenido que esperar porque las leyes se dan por consenso y éstos siempre toman tiempo. Como ejemplo de cómo se aprecia la educación de México en la actualidad a continuación se muestran extractos comentados del Informe de Seguimiento de la Educación para Todos en el Mundo 2010 (EPT 2010) elaborado por la Organización de las Naciones Unidas para la Educación la Ciencia y la Cultura (UNESCO, por sus siglas en inglés) y del reporte del relator especial sobre el Derecho a la Educación de la ONU, Vernor Muñoz Villalobos en su visita a México, realizada en el pasado mes de febrero de 2010. ACCESO A LA EDUCACIÓN Y COMPETITIVIDAD En el Informe EPT 2010 se revela que en México, 34 millones de personas están en rezago educativo; 7 millones son analfabetas; 1.4 millones de niños no asisten a la escuela; más de 1 millón 324 mil tienen menos de cuatro años de estudio, y hay un número inestimable de analfabetas funcionales. Por otro lado, en el ámbito profesional de la ingeniería, la Academia de Ingeniería, A. C., señala que hay alrededor de 745,377 estudiantes de las diversas ingenierías, un número mayor al que tiene Estados Unidos de América, e incluso, China, de acuerdo con datos del estudio “Estado del Arte y Prospectiva de la ingeniería en México y el mundo”. La comparación numérica puede evaluarse de manera optimista y aceptar que nuestro país hace esfuerzos por responder a las exigencias del desarrollo industrial que el mercado global demanda pero esto se encuentra en franca contradicción con nuestra pérdida de competitividad ante los mercados mundiales que podría considerarse como un síntoma de mala calidad en la enseñanza y el aprendizaje de la ingeniería. El origen puede tener diversas causas, pero lo realmente importante es definir y aplicar los mecanismos que nos permitan ascender en la escala de competitividad mundial. La competitividad está asociada con tres indicadores aceptados internacionalmente: la conectividad, la legitimidad y la estabilidad económica. Al parecer, un ascenso en la competitividad está ligado a un aumento en la conectividad, que es un indicador complejo, pues se constituye por la infraestructura disponible, el desempeño con respecto a esta infraestructura y por las habilidades-competencias para operarla. La conectividad es también un Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 5 �Educación en México a 200 años de su independencia / Félix Sánchez De Jesús factor de equidad. El contraste para la competitividad podría ser la inequidad que, igualmente, se vería reflejada en una pobre o rica conectividad. A nivel mundial, México tiene el lugar 55 en el índice de Desarrollo de Educación para Todos, que mide el acceso a los servicios educativos. De acuerdo con el informe, tiene el lugar 65 en la cantidad de alumnos que alcanza el quinto grado, y el 66 en alfabetización para adultos. Mientras que en el acceso de las mujeres a la educación, está en la posición 58. En el contexto ingenieril, los resultados para México indican una posición competitiva relativamente baja, con respecto a países competidores como Chile y Brasil. Nuestra posición competitiva es un reflejo de la productividad y una expresión indirecta del rezago en desarrollo tecnológico y en educación. Así pues, es obvio lo que Vernor Muñoz Villalobos señala sobre la existencia en nuestro país de grandes asimetrías estructurales y desigualdad en la educación. México enfrenta dos grandes retos: abatir la exclusión que genera el propio sistema educativo y elevar la calidad. En su relatoría Muñoz no menciona abiertamente que haya descriminación, pero si señala que la exclusión de las oportunidades educativas tiene destinatarios muy precisos: “Las poblaciones pobres reciben una educación pobre”. En ese sentido, el informe EPT 2010 indica que la desigualdad en el aprendizaje tiende a ser más amplia en los países de bajos ingresos. Adicionalmente se exponen datos concernientes a la población indígena, donde se dice que el hablar una lengua diferente a la oficial está asociado al bajo desempeño escolar. En México, la población indígena cursa tan sólo 1.5 años en la escuela, mientras que a nivel nacional el promedio alcanza los ocho años. Ocho de cada 10 indígenas no cuentan con educación básica. La tasa de analfabetismo alcanza hasta al 50 por ciento de la población en las zonas rurales; sin embargo, de los 1.5 millones de indígenas en rezago educativo, sólo se atiende a 66 mil. A diferencia del 17 por ciento de la población nacional que ingresa a la universidad, únicamente el 1 por ciento de los indígenas que cursan la primaria acceden a estudios a nivel superior. Esta situación de desigualdad también se ve reflejada en el desempeño ya que en el informe EPT 2010 se describe que, los niños del 25 por ciento de las familias más ricas obtienen calificaciones en matemáticas entre 25 y 30 por ciento mayores que las de los niños que pertenecen al 25 por ciento de las familias más pobres. Las mujeres mexicanas tienen de 1.5 a 1.7 veces más probabilidades de ser analfabetas que los hombres. En el caso de las mujeres que hablan una lengua indígena, hay 15 por ciento de probabilidades más de ser analfabetas que aquellas que hablan español. Se señala que para 1994, de los adultos analfabetas, el 62 por ciento eran mujeres. Para el periodo comprendido entre 2000 y 2007, el porcentaje de mujeres analfabetas aumentó un punto. No obstante el rezago educativo, la Secretaría de Educación Pública destina únicamente 0.86 por ciento de su presupuesto a la educación para adultos. El informe EPT 2010 describe que los estados del sur del país tienen un pobre desempeño para combatir la desigualdad educativa. Chiapas se señala como el caso más representativo, donde la media de escolaridad oscila entre 5.7 y 6 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Educación en México a 200 años de su independencia / Félix Sánchez De Jesús 6.6 años de escolaridad, mientras que a nivel nacional, los jóvenes entre 17 y 22 años tienen un promedio de educación de ocho años, y en regiones como el Distrito Federal alcanzan hasta los 10 años. DESERCIÓN Y BAJO DESEMPEÑO Muñoz Villalobos hizo notar que en México “más que conformarse con los estándares de matriculación en primaria, el Estado debe ocuparse con determinación en garantizar la trayectoria exitosa de las personas a lo largo del proceso educativo”. Es claro que todos los mexicanos tenemos derecho de acceso a la educación en los términos que establece el artículo 3°, sin embargo una situación de la que no se está consciente es de que el egreso y graduación depende del esfuerzo individual, muchas veces condicionado por el nivel socioeconómico de cada ciudadano en la escuela. Esta falta de conciencia ha creado los sistemas de oportunidades múltiples, ciertamente necesarios pues hay acontecimientos impredecibles que pueden afectar un resultado, pero que a últimas fechas se están convirtiendo en la regla y no la excepción. Esta situación que incrementa el costo de la educación y disminuye la eficiencia, no puede ser solucionada mediante reformas a la educación, pues se trata de esquemas cuyo origen y fundamento es político. Al respecto, mencionó que el promedio de éxito escolar es de apenas 8.5 años. Aunque el país alcanza coberturas en primaria y secundaria del 98 y 92 por ciento, de cada 100 niños que ingresan a primaria, sólo 66 terminan en tiempo normativo, 17 entran en la universidad y dos o tres en posgrado. Cerca del 35 por ciento de los alumnos de educación media superior deserta. Tal situación se agrava con un sistema de examen único que conduce a un proceso selectivo y castiga a los que no tienen buenas oportunidades educativas. Ante este panorama y después de 200 años como nación soberana e independiente, es difícil sentirse satisfecho de los logros educativos alcanzados, sobre todo sabiendo que nuestras debilidades educativas han contribuido, en gran medida, a los altos niveles de marginación y pobreza de un gran sector de la población mexicana. El año dos mil diez es un momento para celebrar, pero también es la ocasión para reflexionar y emprender acciones que permitan hacer valer cada uno de los artículos establecidos en nuestra carta magna. El documento elaborado por la Academia de Ingeniería, A. C. con el patrocinio del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología y publicado en mayo de 2010, expresa de manera muy amplia diversas estrategias que se deben implementar para romper la tendencia de estancamiento o atraso en el campo de la ingeniería, considerando algunos de los aspectos prioritarios que deben satisfacerse para aspirar a un país más equitativo y próspero: “Definir los campos de desarrollo científico y tecnológico del país. Impulsar una política de ciencia y tecnología policéntrica, regionalizada y especializada, que esté apoyada en un gasto sustantivo suficiente y creciente. Además del aspecto científico y el desarrollo tecnológico será preciso que los actores involucrados (gobiernos, empresas, académicos) establezcan Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 7 �Educación en México a 200 años de su independencia / Félix Sánchez De Jesús los principios conductores del desarrollo nacional: energía, infraestructura, agroalimentos, turismo y logística-conocimiento. En la medida que esto se consiga seremos dignos de conmemorar los dos sucesos históricos más importantes de nuestro país y que dieron como resultado grandes avances en nuestras condiciones de vida, pero que la realidad actual nos hace ver que hemos contribuido muy poco en mejorarlas. El tiempo es un buen juez, reza el refrán popular, actuemos ahora para que en el transcurso de los siguientes 100 años se dé el progreso de la educación que evite el despilfarro del potencial humano que socava la prosperidad, y así las generaciones futuras tendrán una razón más para celebrar en el tricentenario. BIBLIOGRAFÍA • UNESCO. Llegar a los marginados: Informe de Seguimiento de la Educación para todos en el mundo 2010. http://www.unesco.org/es/efareport/ reports/2010-marginalization/ • Vernor Muñoz Villalobos - ONU. Informe del Relator Especial sobre el derecho a la educación, Sr. Vernor Muñoz Villalobos - Adición - Misión a México. A/HRC/14/25/Add.4. http://ap.ohchr.org/documents/dpage_ e.aspx?m=99 • OCDE. Programa Internacional para la evaluación de los estudiantes de la OCDE (PISA). - Informe PISA 2006. México 2007. ISBN 978-84-369-4529-4 http://www.oei.es/noticias/spip.php?article1491 • Instituto Nacional para la Evaluación de la Educación, “El derecho a la educación en México”. Informe 2009. http://www.inee.edu.mx/; • Academia de Ingeniería de México. “Estado del Arte y Prospectiva de la Ingeniería en México y el Mundo”, mayo 2010. http://www.ai.org.mx/ Estado/docavancegral.html 8 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Láser: 50 años J. Rubén Morones Ibarra Facultad de Ciencias Físico Matemáticas-UANL rmorones@fcfm.uanl.mx RESUMEN Hace cincuenta años se inventó el láser y desde entonces la tecnología láser ha estado desarrollándose constantemente. La aparición de este dispositivo provocó una revolución en la instrumentación científica y tecnológica causando un fuerte impacto en nuestra forma de vivir. Hoy en día hay una gran variedad de tipos de láser que se emplean con múltiples propósitos y sus aplicaciones abarcan una enorme cantidad de las diferentes áreas del quehacer humano. La investigación sobre la tecnología láser continúa y seguramente en el futuro tendremos nuevas aplicaciones. PALABRAS CLAVE Láser, emisión estimulada de radiación, luz coherente, holografía. ABSTRACT Fifty years ago the Laser was invented and since then the laser technology has been developing permanently. The achievement of the laser beam triggered an impressive technological revolution in the scientific instrumentation having a direct impact in the way we live. Nowadays a huge diversity of laser devices are used with distinct purposes embracing a lot of fields of the human activities. The research on laser technology is developing every day and surely we will see in the future new applications of lasers. KEYWORDS Laser, stimulated emission of radiation, coherent light, holography. INTRODUCCIÓN Hace cincuenta años, en 1960, el científico norteamericano Theodore Maiman anunció al mundo la operación del primer aparato láser. Esto ocurrió en el mes de julio; el láser que mostraba era un láser pulsado de rubí que se emitía como una intensa descarga o pulso de luz roja (figura 1). En diciembre de ese mismo año, tres científicos que trabajaban para la compañía Bell Telephone Laboratories, dieron a conocer un nuevo aparato láser que funcionaba exitosamente produciendo un haz de luz de aspecto fantástico. La luz emitida era continua, formando un delgado haz que concentraba una enorme cantidad de energía. Este segundo descubrimiento era un láser de gas de helio y neón que producía un rayo de luz muy diferente a la luz ordinaria, algo que nunca antes se había visto. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 9 �Láser: 50 años / J. Rubén Morones Ibarra Fig. 1. Theodore Maiman con su primer láser de rubí. Desde ese momento se inició una nueva época en la instrumentación científica y tecnológica, produciendo una transformación cuyo impacto todavía no termina. La óptica tuvo una especie de renacimiento y se iniciaron un sinnúmero de nuevas técnicas en el estudio de los fenómenos luminosos. La formación de imágenes de objetos que por mucho tiempo estuvo estudiada y dominada por la fotografía tuvo un resurgimiento con el desarrollo de la holografía, una técnica de fijación de imágenes tridimensionales que solo se consigue con luz láser. La invención del Láser es una de las innovaciones tecnológicas más notables del siglo XX y representa también uno de los más extraordinarios logros científicos en la historia. Desde que se inventó fue evidente para los científicos que representaba un instrumento con un enorme potencial en la ciencia y en la tecnología. Aún cuando sus aplicaciones no fueron vislumbradas inmediatamente, hubo sentimientos encontrados en cuanto a su futuro, unos marcados por el optimismo y otros por el pesimismo. Desde su nacimiento el Láser se vio acompañado de elucubraciones de todo tipo, prometedoras y catastróficas. La fantasía de la gente veía en el rayo 10 láser una luz de esperanza mientras que otros veían un rayo mortal. Algunos le llamaron la luz del futuro y otros el rayo de la muerte. La realidad es que, como todo desarrollo tecnológico, puede ser usado para el bien o para el mal y como lo enseña la religión budista: la llave que abre las puertas del cielo es la misma que abre las puertas del infierno. Al principio no se sabía para qué podría servir el láser pero se tenía la certeza de que representaba un poderoso instrumento óptico. Los científicos empezaron a decir que el láser era una solución en busca de un problema que resolver.1 No es muy extraña la expresión pues muchas veces ocurre que se descubre algo y después se busca para qué puede servir. En la ciencia esto es lo común. Faraday descubrió los fenómenos electromagnéticos sin saber para qué podrían servir. Es famosa la anécdota que se cuenta sobre la presentación por Faraday de los resultados de sus experimentos en una conferencia en Londres. Alguien le preguntó: ¿ y para que sirve todo esto? Faraday contestó: sirve para lo mismo que un niño recién nacido. Este recién nacido dio origen a toda la industria eléctrica y todo lo que se deriva de ella. Richard Feynman comenta en su libro Lectures on Physics, que “el niño recién nacido” resultó ser un niño prodigio que cambió la faz de la Tierra de una forma que su orgulloso padre nunca hubiera imaginado. En el caso del láser se tenía ya un aparato, lo que se buscaba ahora era cómo y para qué utilizarlo. Hoy a cincuenta años de este invento, el láser ha participado en la solución de una gran cantidad de problemas y sus aplicaciones se cuentan por miles. La aparición del láser revolucionó toda la tecnología, la investigación científica, las comunicaciones, la medicina y muchos otros campos del quehacer humano. Hoy en día, la palabra láser forma parte del lenguaje cotidiano de la población. Expresiones como impresora láser, apuntador láser, cirugía con láser, depilación láser, etc. son expresiones que se encuentran ya en el habla de la gente. LA LUZ Para entender más fácilmente los fundamentos físicos de la tecnología y la ciencia del láser es conveniente introducir primero algunas ideas sobre la naturaleza cuántica de la luz. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Láser: 50 años / J. Rubén Morones Ibarra La pregunta sobre qué es la luz es muy antigua, sin embargo, el debate más importante en la historia, sobre la naturaleza de la luz data de la época de Newton y Christian Huygens. Newton pensaba que la luz está formada por un flujo de partículas, mientras que el científico holandés Christian Huygens, en 1678 propuso que estaba formada por ondas. Dado el prestigio científico de Newton, la comunidad científica europea se inclinó por la teoría corpuscular de la luz. Más de cien años después, en 1801, Thomas Young, probó contundentemente, mediante experimentos de interferencia, que la luz es un fenómeno ondulatorio. Posteriormente, con el avance de la ciencia y la tecnología, se pudieron realizar experimentos que permitían escudriñar la estructura de la materia a niveles más profundos. A principios del siglo XX, varios fenómenos llevaron a la conclusión de que, bajo ciertas circunstancias, la luz se comporta también como partícula. Fue entonces que nació la teoría cuántica de la luz, estableciendo su comportamiento dual: la luz como onda-corpúsculo. TEORÍA CUÁNTICA DE LA LUZ El siglo XX se le conoce como el siglo de la física. De 1900 a 1926 se obtuvieron un conjunto de éxitos impresionantes en la física teórica, entre los que se encuentra el desarrollo de la física cuántica, una revolución científica que cambió el paradigma de la ciencia. Con el propósito de explicar ciertos fenómenos relacionados con la emisión y absorción de luz por el hidrógeno, el científico danés Niels Bohr, propuso un modelo para el átomo de hidrógeno (figura 2). En este modelo propuesto en el año de 1913, supuso que los electrones en el átomo de hidrógeno se encuentran “girando” en órbitas circulares alrededor del núcleo atómico. Fig. 2. Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno y niveles de energía de un átomo. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 Para explicar los fenómenos observados, Bohr postuló que solamente ciertas órbitas están permitidas y que cada órbita tiene una energía definida. A este postulado se le llama postulado de cuantización porque conduce a la cuantización de la energía. La palabra cuanto es opuesta en su significado a la palabra continuo. Decimos que algo está cuantizado cuando posee solo valores discretos y no continuos. En este sentido, a cada órbita le corresponde un valor específico de energía y se dice que las diferentes órbitas determinan los diferentes niveles de energía del átomo. Otro de los postulados que introdujo Bohr en su modelo es el de la explicación sobre la emisión y la absorción de la luz. Estableció que el fenómeno de la emisión de luz se produce cuando los electrones en el átomo saltan de un nivel de energía a otro más bajo, es decir, de una órbita de energía a otra de menor radio. En este proceso se emite lo que, en la teoría cuántica de la luz se conoce como fotón. Un fotón es un “paquete de luz”, también llamado un cuanto de energía. Estos fotones son entonces las “partículas” o corpúsculos de luz. La dualidad ondapartícula de la luz da lugar a que se hable de ondas o de fotones, indistintamente, cuando nos referimos a la propagación de la luz. La energía E de un fotón que se emite cuando el electrón salta del nivel de energía E2 al nivel E1, está dada por E=E2-E1=hv. La constante h es conocida como la constante de Planck, y v es la frecuencia asociada al fotón. Con estas ideas Bohr pudo explicar exitosamente los fenómenos conocidos como espectro de emisión y espectro de absorción del átomo de hidrógeno. El espectro de emisión consiste en una serie de líneas que se registraban en una placa fotográfica cuando se hace pasar una descarga eléctrica en el interior de un tubo conteniendo hidrógeno. Del tubo sale una luz que, cuando se descompone mediante un prisma y se hace incidir sobe una placa fotográfica, se registra como una serie de líneas. Estas líneas se conocen como líneas espectrales de emisión del átomo de hidrógeno. Similarmente, cuando se hace pasar luz blanca por un tubo que contiene hidrógeno gaseoso, la luz que sale después de pasar por el hidrógeno, se descompone mediante un prisma para posteriormente dirigirse hacia una película fotográfica. El espectro de absorción es la serie de líneas que se registran en esta 11 �Láser: 50 años / J. Rubén Morones Ibarra película. De estos resultados nació la espectroscopía, siendo la ecuación E2-E1=hv, conocida como fórmula de Bohr, la base de todo este campo que permite la caracterización de materiales. El modelo de Bohr, al relacionar el fenómeno de la emisión de luz con los saltos cuánticos de los electrones, ha sido considerado como uno de los más grandes descubrimientos en la historia de la física. Einstein lo calificó como un enorme logro, digno de admiración.2 El descubrimiento del fenómeno atómico de la luz dio lugar a otros avances científicos, como el logrado por Einstein quien encontró que la emisión de luz puede ser espontánea o estimulada. En el año de 1917, antes de que se desarrollara la mecánica cuántica, Einstein estudió la interacción de la luz con la materia y obtuvo un sorprendente resultado. Tomando las ideas de Bohr sobre la emisión y absorción de luz, Einstein encontró que si tenemos un átomo con dos estados de energías E1 y E2, y estando el electrón inicialmente en el estado excitado E2, iluminamos al átomo con luz de frecuencia v= E2 − E1 , h se produce el decaimiento del átomo al estado con energía E1 con la consecuente emisión de un fotón. El fotón incidente no es absorbido y por lo tanto, el resultado final es que se tienen dos fotones de la misma energía (misma frecuencia), y además se encuentran en fase. De un solo fotón inicial tenemos ahora dos; el fotón original y el producido en la transición del nivel de energía E2 al nivel E1. A este fenómeno se le conoce como emisión estimulada de radiación (figura 4). Fig. 3. Albert Einstein quién desarrollo la teoría sobre la emisión estimulada de radiación. 12 Fig. 4. Esquema del fenómeno de la emisión inducida o estimulada. Las consecuencias de la emisión estimulada de radiación son muy interesantes. Supongamos que tenemos un medio con una gran cantidad de átomos excitados en el nivel de energía E2, encerrados en una cavidad, y lo iluminamos con luz de la frecuencia apropiada v= E2 − E1 . Esto producirá emisión h estimulada de radiación. Puesto que los fotones iniciales no se absorben, esto producirá un efecto de cascada, donde el primer fotón producirá dos fotones por emisión estimulada, estos dos producirán cuatro, y así sucesivamente. El resultado final será una enorme cantidad de fotones con la misma frecuencia, todos en fase pero emitidos en direcciones aleatorias. Debido a la enorme velocidad de la luz, la emisión estimulada de todos estos fotones ocurre casi al mismo tiempo. Este proceso tiene un efecto de amplificación que es el fundamento del fenómeno láser, aunque todavía no es suficiente para generar el rayo láser.3 Los cálculos realizados por Einstein conducen a que los procesos de absorción de fotones al excitar un átomo del nivel de energía E1 al nivel E2 (figura 5) y el proceso inverso de emisión estimulada de un fotón al saltar un electrón del nivel de energía E2 al nivel E1, son igualmente probables. Por otro lado, cuando un sistema termodinámico (un sistema Fig. 5. Esquema del fenómeno de absorción de luz en un átomo. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Láser: 50 años / J. Rubén Morones Ibarra con un número de átomos del orden del número de Avogadro) se encuentra en equilibrio térmico a temperatura ambiente, por ejemplo, la mayoría de los átomos se encuentra en su estado base. Por esta razón, si iluminamos el sistema, la absorción de luz es mucho mayor que la emisión. Para que se invierta el proceso necesitamos tener más átomos en el estado excitado que en el estado fundamental. Para conseguir el efecto LASER, (palabra formada con las iniciales de Light Amplification by Stimulated Emision of Radiation) se requiere primeramente que tengamos a los átomos del medio con una población muy grande de átomos excitados en el nivel de energía E2. De hecho, para que se de el efecto láser, se requiere que el número de átomos en estado excitado sea mucho mayor que en el estado fundamental. Esto es lo que se conoce como inversión de la población. EL MÁSER El antecedente tecnológico del Láser es el llamado MASER, que es el acrónimo de Microwave Amplification by Stimulated Emision of Radiation. El Máser se desarrolló en la década de 1950 cuando los físicos se empezaron a interesar en producir radiación electromagnética coherente mediante oscilaciones moleculares. En el año de 1954 el científico norteamericano Charles Townes, en colaboración con otros científicos dio a conocer un extraordinario dispositivo donde se lograba la amplificación de microondas mediante el proceso de emisión estimulada de radiación. Este aparato al Fig. 6. Charles Hard Townes. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 que llamaron MASER, funcionaba con amoníaco donde se utilizan dos niveles de energía de esta molécula.4 El máser es un amplificador muy efectivo, mucho más que el transistor. Se aplica en el radar logrando aumentar su alcance por un factor de diez. También tiene importantes aplicaciones en astronomía, para amplificar las débiles señales de radiación de microondas provenientes de las estrellas. Al máser se hace llegar la débil radiación de microondas captada por un radiotelescopio. Esta radiación estimula las transiciones en el Máser produciendo el efecto amplificador que permite estudiar la radiación estelar en la región de microondas. La importancia que se le dio al Maser se refleja en el hecho de que al inventor, el científico Charles Townes le fue otorgado en 1964 el Premio Nóbel de Física por sus estudios sobre la teoría cuántica de la radiación que condujo a la construcción del Maser EL LÁSER El láser es un desarrollo de la más alta tecnología que solo pudo ser posible cuando se tuvo un conocimiento profundo de la estructura de la materia en su nivel atómico y el entendimiento de la naturaleza de la luz. Todo equipo láser contiene tres elementos esenciales: Un medio activo, que es la sustancia que emitirá la luz; una fuente de energía que excitará los átomos del medio activo y un resonador óptico que consiste en dos espejos paralelos. Las características de la luz láser son su coherencia, su monocromaticidad y su elevada direccionalidad. Una luz coherente es aquella donde las ondas o los fotones que la componen están en fase. Una luz monocromática está formada por ondas de la misma frecuencia, o, equivalentemente, fotones de la misma energía. Si además las crestas y valles de estas ondas coinciden, esto resultará en un haz muy intenso que transporta una elevada energía. Esta es la luz láser. El láser funciona mediante la excitación y la emisión de luz entre dos niveles específicos de energía del medio activo. El primer paso para lograr el efecto láser es producir un estado excitado de los átomos del elemento activo. A este proceso se le conoce como inversión de la población entre dos 13 �Láser: 50 años / J. Rubén Morones Ibarra Fig. 7. Diagrama esquemático de los elementos básicos de un equipo láser. niveles. Si tomamos como los niveles de energía los valores E1 y E2 con E2 > E1, decimos que hay una inversión de la población si el número de átomos en el estado de energía E2 es mayor que el número de átomos en el estado con energía E1. La función del resonador óptico se ilustra en la figura 7. Uno de los espejos es 100% reflejante, mientras que el otro tiene una capacidad reflejante de entre 90-95%. Los espejos en los extremos permiten que la luz se refleje hacia un lado y otro de la cavidad (hacia la derecha y hacia la izquierda). Este fenómeno es la base de la amplificación de la luz debido a que se logra que una gran cantidad de fotones permanezcan encerrados en la cavidad produciendo a su vez emisión estimulada de radiación.6 Si el espejo de la derecha tiene una capacidad reflejante de solo 95%, entonces el 5% de los fotones que incidan sobre él se escapará en la dirección del eje de la cavidad resonante. Este flujo de fotones que se escapan tiene la característica de ser altamente diseccionado, lo cual conduce a que se forme un haz de luz rectilíneo muy delgado. La luz láser es monocromática y coherente. Esto significa que todas las ondas tienen la misma frecuencia y además están todas en fase. También resulta que todos los fotones tienen la misma dirección. Es importante hacer notar que si no se tuvieran los espejos en los extremos, en el primer disparo de luz estimulada los átomos efectuarían una transición a su estado base emitiendo luz en diversas direcciones sin lograrse la amplificación buscada en el fenómeno láser. El funcionamiento continuo del láser y la amplificación se consiguen mediante la cavidad resonante, la cual mediante la reflexión múltiple logra un flujo muy grande de fotones que se convertirán en la luz láser al salir por el espejo parcialmente reflector. Al principio del funcionamiento del láser hay luz que se escapa por las paredes laterales de la cavidad en todas direcciones, pero aquellos fotones 14 que viajan en la dirección del eje de la cavidad cilíndrica se reflejan una y otra vez en los espejos intensificándose el haz de fotones en cada reflexión, para finalmente salir el rayo láser por el espejo semireflector. Como ya mencionamos, el antecedente del láser fue el máser. Siendo el máser de microondas y el láser de luz visible, aparatos que funcionan mediante el principio de emisión estimulada podemos decir que el láser es un máser en la región visible del espectro electromagnético. Tanto el láser como el máser son dispositivos cuyo principio de funcionamiento solo es explicable a través de la mecánica cuántica. TIPOS DE LÁSER En principio, cualquier sistema que puede actuar como fuente de radiación óptica resonante puede ser utilizado como medio activo para producir un láser. Como ya se ha dicho, lo que se requiere es desarrollar un método para invertir la población de los niveles cuánticos del medio activo para que exista una ganancia neta en la luz que se genera por emisión estimulada. Con esto se logra que el medio excitado produzca más fotones de los que absorbe. La clasificación de los láser se hace de acuerdo a alguna característica particular del medio activo. Así encontramos láser de estado sólido, láser de estado líquido y láser de gas. También se tienen láser de semiconductores. Por otra parte, atendiendo a su forma de operar se clasifican en láser pulsados y láser continuos. Un láser pulsado es aquel que emite pulsos o destellos de luz en forma discontinua. Por otra parte, como su nombre lo indica, un láser continuo emite luz continua. En cuanto al color del láser, este depende del medio activo donde se genera y los niveles energéticos entre los cuales se produce el decaimiento por emisión estimulada de la radiación. El láser de estado sólido aprovecha la estructura cristalina de estos materiales. De hecho, como ya se mencionó, el primer aparato láser fue construido con una varilla de rubí que producía pulsos de luz roja (figura 8). Este tipo de láser de luz intermitente o destellos, se conoce como láser pulsado. Este láser consistía en una barra de rubí de dos centímetros de largo y un centímetro de diámetro. La excitación o bombeo óptico se produjo mediante una descarga Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Láser: 50 años / J. Rubén Morones Ibarra Fig. 9. Esquema del fenómeno de emisión espontánea de luz. Fig. 8. Patente otorgada a T. H. Maiman en 1967 por el sistema láser de rubí. dirección. Con esto se consigue que en el haz láser se concentre una gran cantidad de energía. En la luz láser se logra una especie de cooperación mutua entre los átomos, teniendo como resultado un fenómeno colectivo de sincronización en la emisión de luz. eléctrica de arco que produce un efecto de flash, como en las cámaras fotográficas. Al poco tiempo, en el mismo año de 1960, se construyó un láser de gas que contenía una mezcla de helio y neón, identificado como láser de HeNe que producía un haz continuo.7 LUZ ORDINARIA Y LUZ LÁSER La diferencia entre la luz normal y la luz láser es fundamentalmente la coherencia. La luz ordinaria se produce mediante las transiciones de los electrones en los átomos ocurriendo estas en forma completamente independiente unas de otras. Por ejemplo, en el caso de una lámpara fluorescente, una cantidad muy grande de átomos del gas interior emiten al mismo tiempo o en forma sucesiva. La luz se emite en todas direcciones y contiene frecuencias en un rango muy amplio de valores. Este tipo de luz es incoherente o, usando una expresión más coloquial, es una luz desordenada. La luz ordinaria se produce mediante la emisión espontánea (figura 9) y los fotones se emiten en direcciones que son totalmente aleatorias, por eso se tiene una radiación no coherente. Por otra parte, la luz láser es una luz coherente, monocromática y altamente dirigida, es decir, concentrada en un delgado haz. Se consigue este tipo de luz cuando se produce la emisión de los átomos al mismo tiempo, mediante la transición entre dos estados atómicos determinados. Por otro lado, el resonador logra que todos los fotones salgan en la misma Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 Fig. 10. La fotografía muestra que el rayo de luz láser no se dispersa al pasar a través de un prisma. HOLOGRAFÍA Con la aparición del láser se desarrolló la holografía, una técnica nueva de producción de imágenes. La holografía es en sí un método para producir imágenes tridimensionales sin necesidad de usar lentes o sistemas ópticos empleados en la fotografía ordinaria. La característica principal de un holograma, como se llama la “fotografía” o imagen grabada con esta técnica, es que posee todas las características visuales del objeto original. De hecho, el inventor de la holografía, Dennos Gabor (19001981) la llamó así tomando la palabra griega holos, que significa totalidad, con la cual se transmite la idea principal de este método fotográfico, que es el registro completo del objeto con sus características tridimensionales. 15 �Láser: 50 años / J. Rubén Morones Ibarra un holograma. La gente quedaba fuertemente impresionada con este recibimiento. Fig. 11. Uno de los primeros hologramas donde se aprecia el carácter tridimensional de los mismos. En general la técnica para producir un holograma es un proceso complicado. Hay que iluminar el objeto con luz láser siguiendo una serie de pasos bien establecidos y no es tan simple como tomar una fotografía. La imagen holográfica se registra en una placa fotográfica o sobre una película de vidrio. Algo impresionante de un holograma es que al moverse el observador la imagen cambia de posición como si se estuviera viendo el objeto real. Dennis Gabor inventó la holografía en 1948, antes de la aparición del láser, sin embargo, el propósito fundamental de la holografía, solo se pudo conseguir con el láser. La holografía tiene una inmensa variedad de aplicaciones. Un holograma se debe ver iluminándolo con luz láser. Por el desarrollo de la holografía D. Gabor fue galardonado con el Premio Nóbel de Física en el año de 1971. Uno de los más espectaculares usos de la holografía es en el entretenimiento y en la magia. Con la holografía se puede crear una imagen de un ser humano o cualquier objeto, teniendo la apariencia de un objeto real. Cuando uno trata de tocarlo se da cuenta que no está el objeto ahí, resultando ser una especie de fantasma. De aquí resulta que los hologramas sean un recurso utilizado por los ilusionistas. Se dice que los magos famosos como David Copperfield usan hologramas para hacer sus trucos. Fue famosa una convención internacional de magos e ilusionistas en Las Vegas, donde a la entrada del centro de convenciones te recibía un mago que te tendía la mano para saludarte, pero era solamente 16 APLICACIONES DEL LÁSER Las aplicaciones del láser son muchas y muy variadas. Se le emplea en la ciencia, la industria, la medicina, la astronomía, la investigación, las comunicaciones, el arte, el entretenimiento, la industria militar, etc. Uno de los usos más comunes del láser lo encontramos en los aparatos reproductores de música y en los equipos de video. En las impresoras láser, en los apuntadores láser y como lectores ópticos que se utilizan en los supermercados para leer el código de barras colocado en el empaque de los productos, indicando el precio y alguna otra información que almacenan en un sistema de cómputo. La tecnología láser continúa desarrollándose, encontrándosele constantemente nuevas aplicaciones. El láser se utiliza también para realizar mediciones de precisión de grandes distancias. Con esto se ha logrado medir el movimiento de los continentes (la deriva continental), así como también distancias astronómicas. Hoy en día se puede medir con bastante precisión la distancia entre la Tierra y la Luna utilizando el láser. Los astronautas que pisaron la Luna, instalaron sobre su superficie un equipo de espejos reflectores. Desde un laboratorio en la Tierra se envía un pulso corto de láser a uno de estos espejos y se recibe el pulso reflejado. Conocida la velocidad de la luz y el tiempo de recorrido de ida y vuelta del pulso láser, se determina la distancia Tierra-Luna hasta una precisión de unos cuantos centímetros. EL LÁSER EN LA MEDICINA Las primeras aplicaciones del láser fueron en el campo de la medicina. Muy pronto los cirujanos se dieron cuenta de que este delgado haz de luz, que puede concentrar importantes cantidades de energía en una región tan pequeña como la punta de un alfiler, podría utilizarse como bisturí. Los oftalmólogos encontraron rápidamente que el problema del desprendimiento de retina, el cual es una causa frecuente de ceguera, podría tratarse con un láser. En este padecimiento el láser actúa como un instrumento para soldar. En la soldadura de retina mediante el láser, se realizan rápidos disparos de láser sobre la retina. Con esto se logra la unión de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Láser: 50 años / J. Rubén Morones Ibarra la retina y a la vez se logra que no haya sangrado ya que el láser cauteriza. Otra ventaja del láser es que no infecta las heridas o el tejido donde corta.8 El láser usado como bisturí presenta grandes ventajas. Entre ellas, la de ser estéril, ya que la luz es limpia, no contiene ningún tipo de microorganismos. Además de cortar los tejidos, el láser coagula o sella las partes donde corta, impidiendo que sangren. Actualmente, son incontables las cirugías con láser que se practican diariamente en el mundo y su uso abarca también la cirugía estética, empleándose también en tratamientos dermatológicos y depilación. EL LÁSER EN LA INDUSTRIA El láser se usa en la industria de la construcción en el trazo de túneles, por ejemplo, para asegurar un trazo completamente rectilíneo. Los láser de alta potencia se usan para soldar por puntos, o para realizar cortes en metales, en tela, vidrio y casi cualquier material. Con el láser también se efectúan perforaciones en piedras preciosas como el diamante o el rubí. Uno de los más prometedores usos del láser para el futuro y que actualmente está en investigación, es en los proyectos sobre fusión nuclear para generar energía. El método consiste en enviar intensos pulsos de láser hacia unas pequeñas esferas de deuterio y tritio y hacerlas estallar. Estas microexplosiones provocarán que se evapore la superficie de la esfera y cause una violenta fuerza de reacción que impulsa a las partículas del interior a comprimirse enormemente. Este fenómeno de compresión del material interno de la esfera causará que se produzcan elevadas temperaturas y densidades en este material, reproduciendo condiciones semejantes a las que se encuentran en las estrellas. Con esto se genera la fusión nuclear con el consecuente desprendimiento de energía. Este tipo de proyectos se están llevando a cabo en muchos laboratorios del mundo y constituye una de las mayores promesas en el campo de los energéticos.9 COMENTARIOS FINALES La tecnología para el diseño y la construcción de equipos láser está en su etapa madura. En la actualidad se construyen láser de muchos tipos: de bolsillo, para aparatos domésticos, industriales, médicos y científicos. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 Los láser se han vuelto tan comunes en nuestra vida cotidiana que se les usa hasta en espectáculos de luz y sonido y también como instrumento de decoración. Aquí en la ciudad de Monterrey tenemos en la Macroplaza un láser instalado en la torre de comercio (Faro del Comercio), el cual emite una luz de color verde porque es de Argón. Hoy en día la ciencia y la tecnología láser dan soporte a una industria de miles de millones de dólares en el mundo. Se fabrican láser de una gran variedad de tipos y características, cuyas aplicaciones abarcan una inmensa gama de las actividades humanas. Entre ellas encontramos la industrial, la médica, la agrícola, científica, el arte y la recreación. En general, el láser ha resultado ser un extraordinario instrumento de utilidad en una gran variedad de las actividades humanas. La lista de aplicaciones es inmensa, por eso con razón se le ha llamado la “luz maravillosa”. Día con día, en todo el mundo, se realizan investigaciones con láser reportando nuevos descubrimientos. Seguramente pronto tendremos nuevas aplicaciones de la luz láser. REFERENCIAS 1. Halliday, D. and Resnick, R., Fundamental of Physics, Third edition, John Wiley and sons, 1988. 2. Mares, R., Albert Einstein, Grupo Editorial Tomo, 2005. 3. Griffiths, David, Introduction to Quantum Mechanics, Prentice Hall, 2004 4. Goswami, Amit, Quantum Mechanics, Second Edition, Waveland Press Inc., 2000. 5. Milonni, P. W., and Eberly, J., Laser Physics, Wiley, 2010 6. Hecht, Eugene, Optica, Tercera edición, Addison Wesley, 2000. 7. Rose, Belinda, Photonics Spectra, May, 2010, P 58. 8. Niemz, M. H., Laser-Tissue Interactions, Springer, 2007. 9. Hecht, Jeff, Understanding Laser, 3rd. Edition, IEEE Press, 2008. 17 �Síntesis de fotocatalizadores activos a la radiación visible y aplicación en película delgada Azael Martínez De la Cruz, Sergio A. Obregón Alfaro, Enrique M. López Cuéllar, Karen H. Lozano Rodríguez Posgrado de Materiales, FIME-UANL azael70@yahoo.com.mx RESUMEN Los molibdatos γ-Bi2MoO6 y α-Bi2Mo3O12 fueron sintetizados mediante la técnica de coprecipitación. Ambos óxidos fueron evaluados como fotocatalizadores en la degradación del colorante rodamina B. El óxido γ-Bi2MoO6 mostró la mayor actividad fotocatalítica con un 86 % de mineralización del contaminante después de 100h de irradiación con luz visible. Con el objetivo de acercarse a una aplicación tecnológica, fueron desarrolladas películas delgadas de γ-Bi2MoO6 mediante un proceso secuencial de evaporación/descomposición en un Sistema de Evaporación Térmica (TES). La película formada de 200 nm de espesor del óxido γ-Bi2MoO6 mostró actividad fotocatalítica para la degradación de rodamina B bajo radiación de luz visible. PALABRAS CLAVE Fotocatálisis heterogénea, γ-Bi2MoO6, α-Bi2Mo3O12, molibdatos, película delgada. ABSTRACT The molybdates γ-Bi2MoO6 and α-Bi2Mo3O12 were synthesized by coprecipitation technique. Both oxides were tested as photocatalysts in the degradation of the rhodamine B dye. The γ-Bi2MoO6 oxide showed the highest photocatalytic activity with a mineralization of 86 % of the dye after 100h of irradiation with visible light. In order to approach a technological application, thin films of γ-Bi2MoO6 were developed by a decomposition/evaporation sequential process in a Thermal Evaporation System (TES). The film thickness of 200 nm of the γ-Bi2MoO6 oxide showed photocatalytic activity for degradation of rhodamine B under visible light radiation. KEYWORDS Heterogeneous photocatalysis, γ-Bi2MoO6, α-Bi2Mo3O12, molybdates, thin films. INTRODUCCIÓN De entre los múltiples retos que como sociedad estamos enfrentando, el suministro de agua para actividades humanas ocupa un lugar preponderante. La actividad industrial demanda grandes cantidades de agua y frecuentemente 18 Artículo basado en el proyecto “Fotocatálisis heterogénea como herramienta tecnologica para la purificación de aguas residuales: caracterización fotocatalitíca de molibdatos de bismuto activos a la radiación visible y aplicación en película delgada”, por el cual obtuvo el Premio de Investigación UANL 2010, en la categoría de Ingeniería y Tecnología, otorgado en la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la UANL, celebrada el 10 de septiembre de 2010. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Síntesis de fotocatalizadores activos a la radiación visible y aplicación en película delgada / Azael Martínez De la Cruz, et al. la desecha acompañada de sustancias tóxicas que afectan la flora y fauna acuáticas, dificultando su uso para actividades de riego y alejándola de una calidad cercana a la potabilidad. Lo anterior conlleva a la destinación de importantes recursos económicos y energéticos para la descontaminación y tratamiento de aguas residuales, descuidando así el apoyo a otras necesidades básicas de la población. La mayor dificultad en el tratamiento de dichas descargas es debida a la ineficiencia de los procesos físicos tales como coagulación y adsorción, dado que sólo transfieren los contaminantes del agua residual a otro medio provocando una polución secundaria.1 Estos mecanismos, además de resultar imprácticos, requieren etapas adicionales para la recuperación de los residuos y una posterior calcinación de los mismos con un consecuente aumento en los costos del proceso. La presente investigación pretende atacar un punto esencial para el desarrollo de la humanidad: el tratamiento de aguas residuales para preservar una alta calidad del medio ambiente. Hasta hace poco, bastaba que este proceso de purificación de agua fuera viable técnicamente, aplicable a gran escala y en gran medida, económico. Sin embargo, en tiempos modernos debemos incorporar la sustentabilidad del mismo a cualquier propuesta que pretenda atacar esta problemática. En este sentido, la fotocatálisis heterogénea cumple con todos estos requisitos para ser considerada como una tecnología de vanguardia acorde a los tiempos actuales. La sustentabilidad de la fotocatálisis heterogénea se basa en el empleo de óxidos semiconductores cerámicos (no tóxicos) y energía solar (energía gratuita). La fotocatálisis heterogénea es un proceso que se basa en utilizar un sólido semiconductor (normalmente de banda ancha) que es capaz de absorber directa o indirectamente energía radiante (visible o UV) igual o superior a su banda de energía prohibida. Cuando un fotón con esta energía incide sobre el semiconductor se promueve un electrón (e-) de la banda de valencia (BV) hacia la banda de conducción (BC), generándose un hueco (h+) en la primera banda. Los electrones que llegan a la banda de conducción pueden desplazarse dentro de la red del semiconductor. Asimismo, también se desplazan los lugares vacíos que han dejado en Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 la banda de valencia. Los electrones y los huecos fotogenerados pueden seguir diferentes caminos, como se muestra en la figura 1. La formación del par hueco-electrón y la migración de estas especies a la superficie del fotocatalizador, permite que se lleven a cabo reacciones de óxido-reducción en la superficie del fotocatalizador donde participan especies contaminantes adsorbidas. El presente trabajo de investigación busca contribuir al desarrollo del conocimiento científico del área y, más allá de experimentos modelo de laboratorio, dar un paso hacia la aplicación tecnológica en película delgada. Para esto, hemos propuesto los molibdatos γ-Bi2MoO6 y α-Bi2Mo3O12 como fotocatalizadores activos visibles para la degradación de colorantes orgánicos utilizados en industrias como la textil, de cosméticos, de alimentos y fármacos.2 En términos generales, la parte medular del trabajo está estructurada en 3 partes: una parte exploratoria para identificar la existencia de actividad fotocatalítica en los óxidos propuestos, una segunda donde se utilizan rutas alternas de síntesis de los óxidos con la finalidad de potenciar su actividad fotocatalítica y, una tercera donde se encamina el trabajo hacia una aplicación tecnológica mediante la deposición del fotocatalizador en forma de película delgada. Fig. 1. Esquema de la formación de pares huecoelectrón en un semiconductor por acción de radiación electromagnética y proceso de recombinación de cargas. 19 �Síntesis de fotocatalizadores activos a la radiación visible y aplicación en película delgada / Azael Martínez De la Cruz, et al. EXPERIMENTAL Preparación de polvos policristalinos Los óxidos γ-Bi2MoO6 y α-Bi2Mo3O12 fueron preparados por el método cerámico tradicional y mediante la técnica de coprecipitación. La síntesis por el método cerámico tradicional consistió en el pesado estequiométrico de los óxidos Bi2O3 y MoO3. Dichos óxidos fueron mezclados y homogeneizados en un mortero de ágata con ayuda de acetona. La mezcla fue transferida a un crisol de porcelana y calcinada a 550°C durante 96 horas para el caso de γBi2MoO6 y a 700°C por 24 horas para la preparación de α-Bi2Mo3O12. Por otro lado, la preparación de los óxidos por coprecipitación se llevó a cabo mediante la adición estequiométrica de una solución de Bi(NO3)3•5H2O a una segunda solución acuosa que contenía la cantidad estequiométrica de (NH4)6Mo7O24•4H2O para preparar el respectivo molibdato de bismuto. Durante el proceso de coprecipitación, el pH de las dispersiones resultantes fue ajustado con NH4OH a 3 y 9 para la síntesis de γ-Bi2MoO6 y α-Bi2Mo3O12, respectivamente. La dispersión resultante fue mantenida en un baño de agua a 70ºC favoreciendo una lenta evaporación del solvente, hasta la formación de sólidos, los cuales fueron usados como precursores de los molibdatos de bismuto. Los óxidos γ-Bi2MoO6 y α-Bi2Mo3O12 fueron obtenidos mediante la descomposición térmica de los precursores. La fase γ-Bi2MoO6 fue sintetizada mediante calcinación a 450°C con una velocidad de calentamiento de 5ºC•min-1, manteniendo la muestra a dicha temperatura durante 20 horas.3 Para el caso de α-Bi2Mo3O12, el precursor obtenido fue calcinado a 250, 300, 400 y 480°C con una velocidad de calentamiento de 5ºC•min-1, manteniendo las muestras a dichas temperaturas durante 20 horas. Preparación de película delgada El óxido γ-Bi 2MoO 6 fue seleccionado para estudiar su actividad fotocatalítica en película delgada. La película delgada del óxido γ-Bi2MoO6 fue preparada mediante evaporación térmica en condiciones de vacío. Para este propósito, polvos policristalinos del óxido obtenidos por el método cerámico tradicional fueron utilizados como reactivo de partida. La evaporación térmica de γ-Bi2MoO6 20 fue realizada en un Sistema de Evaporación Térmica (TES) Åmod 204 desarrollado por la compañía Angstrom Engineering. El óxido γ-Bi2MoO6 fue colocado en un crisol metálico que fue a su vez conectado en un circuito eléctrico del TES. La presión dentro de la cámara fue disminuida hasta 2x10-6 Torr. Con la finalidad de evitar una abrupta evaporación del óxido se utilizó una lenta velocidad de depósito del orden de 1.2 Ås-1. Caracterización y actividad fotocatalítica de muestras La caracterización de los molibdatos γ-Bi2MoO6 y α-Bi2Mo3O12; así como de la película delgada de γ-Bi2MoO6, fue llevada a cabo mediante las técnicas de difracción de rayos-X en polvo (DRX), microscopía electrónica de transmisión y barrido (TEM/SEM), espectroscopía de reflectancia difusa (DRS) e isotermas de adsorción-desorción de N2 (área BET). Como modelo de reacción fotocatalítica se utilizó la degradación del colorante orgánico rodamina B (rhB) en medio acuoso. Para este propósito se dispersó el fotocatalizador en forma de polvo en la solución del colorante. En el caso del experimento realizado con el fotocatalizador en forma de película delgada, se desarrolló un método para evaluar la actividad del fotocatalizador bajo estas condiciones experimentales.4 RESULTADOS Y DISCUSIONES Las muestras calcinadas fueron caracterizadas estructuralmente mediante difracción de rayos-X en polvo. Los difractogramas obtenidos mostraron la presencia de las fases γ-Bi2MoO6 y α-Bi2Mo3O12 sin ninguna impureza de acuerdo a las tarjetas JCPDS 084-0787 y 021-0103, respectivamente. En particular, la temperatura óptima de síntesis de γ-Bi2MoO6 fue ubicada en 450°C, mientras que en el caso de α-Bi2Mo3O12 fue posible la obtención del óxido en el intervalo de 250-480°C. La morfología del óxido γ-Bi2MoO6 fue observada mediante TEM y SEM, como se observa en la figura 2. De acuerdo al análisis realizado por TEM la muestra presentó una morfología irregular, observándose partículas de tamaño incluso superior a los 300 nm. Este fenómeno es común en materiales preparados por coprecipitación, dado que esta técnica no provee Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Síntesis de fotocatalizadores activos a la radiación visible y aplicación en película delgada / Azael Martínez De la Cruz, et al. Fig. 2. Morfología de γ-Bi2MoO6 preparado mediante coprecipitación: (a) TEM; (b) SEM. una formación controlada del material, conduciendo al crecimiento y agregación de las partículas. Asimismo, la caracterización morfológica de las distintas muestras de α-Bi2Mo3O12 calcinadas en el intervalo de 250-480°C se llevó a cabo mediante TEM. Cuando el precursor producto de la coprecipitación fue calcinado a 250°C, la fase α-Bi2Mo3O12 obtenida presentó una morfología homogénea de nanoplatos rectangulares cuyas dimensiones fueron de 50 nm de ancho y 200 nm de largo tal como observa en el inciso (a) de la figura 3. A temperaturas mayores de calcinación como fue 300°C, la morfología de las partículas comenzó a cambiar propiciando formas semiesféricas, sin embargo con el predominio de los platos rectangulares anteriormente descritos (inciso b). Fig. 3. Morfología por TEM de α-Bi2Mo3O12 preparada mediante coprecipitación y calcinada a (a) 250°C; (b) 300°C; (c) 400°C; (d) 480°C. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 La presencia de dichas partículas semiesféricas se mantuvo cuando la muestra fue calcinada a 400°C (inciso c) no observándose la presencia de los platos rectangulares. Cuando la muestra fue calcinada a 480°C se observó un cambio significativo en la morfología presentándose partículas elipsoides, producto del proceso natural de sinterización del óxido cerámico. Asimismo, se encontraron partículas aisladas con tamaños que oscilan entre 500 a 700 nm, indicando la existencia de un paso crítico de sinterización entre 400-480°C (inciso d). De acuerdo a los espectros de reflectancia difusa (DRS), se calcularon valores de Eg de 2.44 eV para el óxido γ-Bi2MoO6 obtenido por coprecipitación y de 2.51 eV para la muestra obtenida por el método cerámico tradicional. Con respecto a las distintas muestras de α-Bi2Mo3O12 obtenidas por la técnica de coprecipitación, éstas presentaron un marcado desplazamiento hacia longitudes de onda más cortas con respecto al material de referencia (700°C), véase figura 4. Dicho fenómeno, al igual que el caso de γBi2MoO6, puede ser asociado a pequeñas cantidades amorfas presentes en el material sintetizado como se ha descrito para otros óxidos.5 Del análisis de los datos obtenidos se estimaron valores de Eg de 2.74 eV (250ºC), 2.82 eV (300ºC), 2.79 eV (400ºC), 2.77 eV (480ºC) y de 2.45 eV para la muestra de referencia. El área superficial de las muestras preparadas por coprecipitación fue determinada mediante el método BET utilizando los valores obtenidos a partir de sus respectivas isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno. Los valores obtenidos de área superficial 21 �Síntesis de fotocatalizadores activos a la radiación visible y aplicación en película delgada / Azael Martínez De la Cruz, et al. Fig. 4. Espectroscopía de reflectancia difusa del óxido α-Bi 2Mo 3O 12 preparado mediante coprecipitación a diferentes temperaturas de calcinación. entran dentro de los valores típicos reportados para óxidos de metales de transición sintetizados por coprecipitación, los cuales son aproximadamente de un orden de magnitud mayor a los obtenidos con respecto al método de síntesis empleado como referencia. La actividad fotocatalítica del γ-Bi2MoO6 fue evaluada mediante la degradación del colorante orgánico rodamina B. A partir de los resultados obtenidos se calcularon las constantes cinéticas mediante el modelo de Langmuir-Hinshelwood para una reacción de primer orden. Se observó un notable descenso en el tiempo de vida media del colorante, desde 1386 minutos cuando se emplea el fotocatalizador sintetizado por estado sólido, hasta sólo 29.4 minutos para el caso donde se utilizó como fotocatalizador al molibdato sintetizado por coprecipitación. Es evidente que la actividad fotocatalítica del material de coprecipitación fue aproximadamente 47 veces mayor con respecto al material obtenido por el método cerámico tradicional. Dicha diferencia puede ser explicada de acuerdo a la síntesis del óxido: mientras el método cerámico tradicional proporciona un material altamente sinterizado y una baja área superficial, la técnica de coprecipitación provee un material con una mayor área superficial. Por otro lado, las muestras de α-Bi 2Mo 3O 12 obtenidas por coprecipitación presentaron una fuerte interacción con el colorante orgánico, lo que condujo a que un porcentaje importante de moléculas del colorante fueran adsorbidas en la superficie del fotocatalizador. Ante esta situación, fue necesario dar 22 un tratamiento experimental diferente con el fin de caracterizar debidamente la actividad fotocatalítica de α-Bi2Mo3O12. De acuerdo a esto, se realizaron experimentos a diferentes concentraciones iniciales del colorante en presencia del semiconductor, bajo condiciones de oscuridad, con el objetivo de evaluar el grado de adsorción en cada muestra calcinada, previo al estudio de su actividad fotocatalítica. Asimismo, se evaluó el efecto del pH en la adsorción de rodamina B a una concentración inicial de 5 mg•L-1 sobre la superficie de las muestras de la fase α-Bi 2Mo 3O 12, donde la mayor interacción fotocatalizador-colorante se presentó a valores de pH ~6.5, tal como se observa en la figura 5. Fig. 5. Variación en la adsorción de rodamina B sobre α-Bi2Mo3O12 en función del pH. La evolución de la concentración del colorante en presencia de la fase α-Bi2Mo3O12 bajo luz visible es observado en la figura 6. Como se puede observar en la figura, el proceso puede ser dividido en tres etapas distintas: (a) dispersión mediante ultrasonido del fotocatalizador en la solución del colorante, bajo condiciones de oscuridad; (b) establecimiento del equilibrio de adsorción-desorción en oscuridad y (c) degradación del colorante bajo luz visible. El equilibrio adsorción-desorción fue alcanzado durante los primeros quince minutos de contacto entre el fotocatalizador y la solución de rodamina B bajo oscuridad. En general, todas las muestras fueron capaces de degradar rhB, sin embargo, esto ocurrió a diferentes velocidades. La muestra calcinada a 250°C presentó el efecto más marcado, necesitando sólo 80 minutos de irradiación de luz visible para la completa desaparición del colorante, en comparación con aproximadamente Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Síntesis de fotocatalizadores activos a la radiación visible y aplicación en película delgada / Azael Martínez De la Cruz, et al. Fig. 6. Fotodegradación de rodamina B en presencia de α-Bi2Mo3O12 obtenido por coprecipitación. Fig. 7. Imagen tomada por TEM de partículas depositadas sobre rejilla de Cu. 240 minutos que necesitó la muestra calcinada a 480°C para llegar al mismo punto. Con el fin de determinar el grado de mineralización de rhB por acción de los molibdatos propuestos, se realizaron experimentos para determinar el grado de carbón orgánico total (TOC) de muestras con distintos tiempos de irradiación de luz visible. Especial énfasis se puso en el uso de γ-Bi2MoO6 como fotocatalizador ya que éste presentó una mejor actividad fotocatalítica que α-Bi2Mo3O12, además de no presentar un fenómeno de adsorción de colorante considerable como para dificultar la interpretación de resultados. De acuerdo a los resultados obtenidos, el grado de mineralización del colorante fue alrededor de 86% a 100 horas de irradiación de luz visible. Estos valores nos dan la certeza que ocurre la mineralización de rodamina B utilizando el semiconductor γ-Bi2MoO6. Para la deposición de película delgada se eligió al fotocatalizador γ-Bi2MoO6 dada su mayor actividad fotocatalítica con respecto α-Bi2Mo3O12. El depósito del molibdato γ-Bi 2MoO 6 se realizó colocando rejillas de cobre y placas de vidrio dentro del sistema de evaporación térmica. En particular, la recolección de partículas sobre una rejilla de cobre tuvo el propósito de conocer su naturaleza y morfología mediante microscopía electrónica de transmisión y barrido. La figura 7 muestra una micrografía por TEM de las partículas depositadas sobre una rejilla de Cu con película de Fomvar. En la imagen se pueden observar partículas redondas de entre 12 y 17 nm de diámetro así como la presencia de nanopartículas con un diámetro alrededor de 3 nm. Al realizar una difracción de electrones en toda la imagen, se obtiene un patrón de difracción en forma de anillos, véase la figura 8(a). Una difracción de esta forma indica que existen cristales (en este caso nanopartículas) que son mucho más pequeñas que el diámetro del haz con el que se realiza la difracción. Además, estos anillos pudieron ser indexados con los planos (110) y (211) de la estructura bcc del Mo. Cuando el diámetro del haz fue reducido a 5 nm para alcanzar condiciones de nanodifracción, un patrón de spots, como el que se muestra en la figura 8(b) fue obtenido. Esta prueba de nanodifracción fue dirigida sobre la partícula que se encuentra en el centro de la imagen con la finalidad de obtener su estructura cristalina, pero como se puede apreciar, durante la prueba posiblemente se alcanza el dominio de otro cristal ya que se aprecia una difracción con una segunda orientación. La indexación de estos spots Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 Fig. 8. Difracción de electrones de partículas depositadas sobre rejilla de Cu. 23 �Síntesis de fotocatalizadores activos a la radiación visible y aplicación en película delgada / Azael Martínez De la Cruz, et al. correspondió a los planos de la estructura hexagonal del Bi. De acuerdo a lo anterior, el análisis por TEM indica que la evaporación de γ-Bi2MoO6 dentro de la cámara es acompañada por una descomposición en sus correspondientes elementos metálicos, tal como puede ser descrito por la siguiente ecuación: P ≈0 → 2 B io( g ) + M oo( g ) + 3 02 ( g ) γ- B i 2M o O 6 ⎯⎯⎯ Transcurrido este proceso, las nanopartículas de ambos elementos se depositan en el sustrato en su forma metálica. De acuerdo a la difracción de electrones, las nanopartículas de mayor dimensión corresponden al Bi, mientras que las de Mo son más pequeñas con apariencia de puntos discretos. La figura 9(b) muestra la apariencia física de la película depositada en el sustrato de vidrio. La película mostró una coloración negra de aspecto metálico, lo que está en concordancia con los resultados obtenidos por TEM que indican la presencia de un depósito metálico. La película fue tratada térmicamente a 550ºC por 4 h en aire con el propósito de formar el molibdato γ-Bi2MoO6 por captura de oxígeno atmosférico. El resultado de este proceso fue un remarcado cambio en la coloración de la película, de negro a amarillo pálido, véase la figura 9(c). El color desarrollado por la película es similar al color característico de γ-Bi 2MoO 6 en forma policristalina. Para fines comparativos, se incluye en la figura 9(a) la apariencia física del sustrato de vidrio sin depósito de material. La formación de Fig. 9. Sustrato de vidrio utilizado para el depósito de película mediante evaporación térmica de γ-Bi2MoO6. 24 γ-Bi2MoO6 por tratamiento térmico fue confirmada por difracción de rayos-X. La actividad fotocatalítica de la película delgada de γ-Bi2MoO6 fue evaluada mediante la degradación de una película de rhB depositada sobre la superficie del fotocatalizador. Para este fin, se depositó rhB en forma de película sobre la superficie del fotocatalizador. La figura 10 muestra la evolución temporal de la coloración de la película de rhB depositada sobre la película de fotocatalizador cuando ésta fue expuesta a la fuente de radiación visible. Fig. 10. Evolución temporal de la coloración de una película de rhB bajo irradiación de luz visible sobre la superficie del fotocatalizador. Como puede observarse en la figura anterior, el color de la rhB experimenta un importante descenso en su intensidad en 2h de exposición a la radiación visible y prácticamente se alcanza una decoloración total luego de 6h. Un experimento similar fue realizado en ausencia de la película del fotocatalizador a manera de referencia. La figura 11 muestra para este caso un blanqueamiento lento de la película de rhB debido a un proceso de fotólisis del colorante. No obstante, el color rosa característico de la rhB permaneció aún después de 32h de exposición a la radiación visible. Lo anterior indica que es necesaria la combinación fotocatalizador/radiación visible para eliminar al colorante orgánico. Este hecho es de notable relevancia desde un punto de vista práctico. El hecho de tener un sistema para purificar agua basado en el uso de una película de fotocatalizador permitirá eliminar el costoso proceso de remoción del mismo una vez transcurrido el proceso de eliminación de contaminantes. Puesto qué, en parte, la actividad fotocatalítica del óxido está en función de su tamaño de partícula, su separación del medio acuoso representa un reto mayor. Más aún, el hecho de obtener un fotocatalizador en forma Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Síntesis de fotocatalizadores activos a la radiación visible y aplicación en película delgada / Azael Martínez De la Cruz, et al. estudiado, el óxido α-Bi2Mo3O12. Los resultados mostraron una retención de la actividad fotocatalítica del γ-Bi2MoO6 cuando éste fue depositado en forma de película en un sustrato de vidrio. Por otro lado, dado que la actividad de un fotocatalizador está en función de su tamaño de partícula, su separación del medio acuoso representa un reto mayor, es por ello que el hecho de obtener un fotocatalizador en forma de película permite su fácil recuperación lo que facilita su aplicación no sólo en medio acuoso, sino también para sistemas de purificación de aire para la eliminación de NOx y compuestos orgánicos volátiles. Fig. 11. Evolución temporal de la coloración de una película de rhB bajo irradiación de luz visible sobre un sustrato de vidrio. de película permite su aplicación no sólo en medio acuoso, sino también para sistemas de purificación de aire para la eliminación de NOx y compuestos orgánicos volátiles. CONCLUSIONES El presente trabajo comprende un exhaustivo estudio sobre la actividad fotocatalítica de molibdatos de bismuto para la eliminación de contaminantes orgánicos en medio acuoso por acción de irradiación con luz visible. Esto es, desde una exploración del diagrama de fases Bi2O3-MoO3 para la elección de las fases a probar en función de sus propiedades físicas, la detección de actividad fotocatalítica en los mismos, pasando por una potenciación de dicha actividad por la preparación de los óxidos por rutas alternas de síntesis; hasta la aplicación del mejor fotocatalizador en forma de película delgada con miras a una aplicación tecnológica a mediano plazo. Todo esto teniendo como objetivo el contribuir al desarrollo del conocimiento científico del área y de igual manera dar un paso hacia la aplicación tecnológica de películas delgadas fotocatalíticamente activas. Para la formación de las películas delgadas, se eligió al fotocatalizador γ-Bi2MoO6 dada su mayor actividad fotocatalítica con respecto al otro molibdato Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 AGRADECIMIENTOS Agradecemos al CONACYT por su apoyo a este trabajo de investigación a través del proyecto 81546 y a la UANL por el apoyo del proyecto PAICYT 2008. REFERENCIAS 1. D.S. Kim, Y. S. Park, Photocatalytic decolorization of rhodamine B by immobilized TiO 2 onto silicone sealant, Chemical Engineering Journal 116 (2006) 133-137. 2. A. Martínez-de la Cruz, S. Obregón Alfaro, Synthesis and characterization of γ-Bi2MoO6 prepared by co-precipitation: photoassisted degradation of organic dyes under Vis-irradiation, J. Mol. Catal. A: Chem. 320 (2010) 85-91. 3. J.C. Jung, H. Kim, A.S. Choi, Y.M. Chung, T.J.Kim, S.J. Lee, S.H. Oh, I.K. Song, Effect of pH in the preparation of γ-Bi2MoO6 for oxidative dehydrogenation of n-butene to 1,3-butadiene: Correlation between catalytic performance and oxygen mobility of γ-Bi2MoO6, Catalysis Communications 8 (2007) 625-628. 4. E. López Cuéllar, A. Martínez-de la Cruz, K.H. Lozano Rodríguez, U. Ortíz Méndez,Preparation of γ-Bi2MoO6 thin films by thermal evaporation deposition and characterization for photocatalytic applications, Catalysis Today (2010), doi:10.1016/ j.cattod.2010.05.005. 5. B. Ohtani. Preparing Articles on PhotocatalysisBeyond the Illusions, Misconceptions, and Speculation, Catalysis Letters 37 (2008) 217-229. 25 �Semiconductores tipo perovskita en procesos fotoinducidos para la purificación de agua Leticia M. Torres-Martínez, Isaías Juárez Ramírez, Xiomara L. García Montelongo Departamento de Ecomateriales y Energía de la Facultad de Ingeniería Civil, Instituto de Ingeniería Civil, UANL lettorresg@yahoo.com RESUMEN En este trabajo se presenta la evaluación de las propiedades fotocatalíticas de semiconductores del tipo perovskita simple, ABO3 y doble laminar, A2M2O7: NaTaO3, NaTaO3:A (A = La, Sm), y Sr2M2O7 (M = Ta, Nb), respectivamente, y su desempeño en procesos fotoinducidos para la purificación del agua. Estos materiales fueron preparados mediante el método sol-gel y reacción en estado sólido y empleados como fotocatalizadores para la degradación de azul de metileno, cristal violeta y rojo alizarín S, contaminantes que se encuentran comúnmente presentes en el agua residual. La perovskita simple NaTaO3:Sm mostró la mejor actividad para la degradación de azul de metileno, mientras que la perovskita doble laminar, Sr2Ta2O7, lo fue para degradar tanto el cristal violeta como el rojo alizarín S. La actividad de la perovskita doble, Sr2Ta2O7, fue mayor que la mostrada por la titania P25 Degussa en la degradación de cristal violeta. La actividad fotocatalítica de estos semicondutores se vio favorecida bajo irradiación de luz UV debido a que mostraron valores de Eg cercanos a 4.0 eV. PALABRAS CLAVE Sol-gel; Perovskita simple; Perovskita doble; NaTaO3; Sr2M2O7 (M = Ta, Nb). ABSTRACT This work presents the evaluation of the photocatalytic properties of semiconductor materials type single and double layered perovskite oxides, ABO3 and A2M2O7: NaTaO3, NaTaO3:A (A = La, Sm), and Sr2M2O7 (M = Ta, Nb), respectively, in photoinduced processes for water purification. These materials were prepared by sol-gel and solid state reaction methods and employed as photocatalyst for the degradation of Methylene Blue, Crystal Violet and Alizarin Red S, pollutants commonly present in wastewater. NaTaO3:Sm single perovskite showed the highest activity for Methylene Blue degradation, whereas double layered perovskite, Sr2Ta2O7 showed highest activity for Crystal Violet and Alizarin Red S degradation. Activity of the double perovskite, Sr2Ta2O7, was higher than that showed by TiO2 P25 Degussa for Crystal Violet degradation. Photocatalytic activity of the semiconductors studied in this work was favored under UV irradiation because these materials showed Eg values near to 4.0 eV. KEYWORDS Sol-gel; Single perovskite; double layered perovskite; NaTaO3; Sr2M2O7 (M = Ta, Nb). 26 Artículo basado en el proyecto “Desarrollo de semiconductores con estructura tipo Perovskita para purificar el agua mediante tecnologías de oxidación avanzada”, por el cual obtuvo el Premio de Investigación UANL 2010, en la categoría de Ciencias Exactas, otorgado en la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la UANL, celebrada el 10 de septiembre de 2010. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Semiconductores tipo perovskita en procesos fotoinducidos para la purificación de agua / Leticia M. Torres-Martínez, et al. INTRODUCCIÓN La limpieza del medio ambiente y la generación de energía renovable son dos de los temas fundamentales que requieren de especial atención hoy en día. Por tal motivo, las investigaciones realizadas en relación a la descontaminación del agua buscan utilizar tecnologías avanzadas que logren complementar el trabajo de limpieza que ofrecen las técnicas tradicionales. Una de las tecnologías avanzadas que ofrece ventajas físico-químicas significativas frente a otras es la llamada tecnología de fotocatálisis heterogénea. Esta tecnología fundamenta su operación en el empleo de un material semiconductor que será activado por una cierta cantidad de energía, luz UV o visible, lo que se conoce como proceso fotoinducido. Esto da como resultado la generación de intermediarios muy reactivos, de alto potencial oxidante o reductor, los cuales atacarán, mediante diversos mecanismos de reacción, a los compuestos orgánicos recalcitrantes, incluso es capaz de llevar a cabo la reducción de metales pesados tóxicos como son los que están presentes en compuestos de cromo, arsénico, y cadmio, entre otros. En este tipo de procesos fotoinducidos el material semiconductor juega un papel esencial, por lo que, el desarrollo de nuevos óxidos semiconductores con características fisicoquímicas y estructurales superiores a las que presenta el TiO2 (fotocatalizador comercialmente más utilizado), es objetivo de la mayoría de las investigaciones actuales sobre el tema. Es un hecho que en la actualidad se están desarrollando más y mejores materiales, basados en el entendimiento completo de las características fisicoquímicas de los mismos, la microestructura y el desempeño de éstos en los procesos fotoinducidos tanto para purificación del agua, como en la producción de hidrógeno como fuente alterna de energía. Por otro lado, también se busca establecer relaciones de las variaciones cristaloquímicas dentro de una familia de materiales con su actividad fotocatalítica. Es por ello que en la actualidad el desarrollo de los nuevos materiales depende principalmente de la aplicación a la que vaya a ser sometido. En este sentido, en los procesos fotoinducidos, específicamente en la fotocatálisis heterogénea se han venido incrementando el número de publicaciones al respecto, destacando el empleo de materiales alternos al TiO2, dentro de los cuales se Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 pueden mencionar los siguientes: SrTiO3, Sr2Ta2O7, Sr2Nb2O7, Cs2Nb4O11, NaNbO3, NaTaO3, NaTaO3: La, WO3, Sm2InTaO7, K4Nb6O17, Na2Ti6O13, BaTi4O9, Ba 5Nb 4O 15, y K 2La 2Ti 3O 10, los cuales han sido probados en procesos fotoinducidos para la reacción de descomposición del agua1-12 y en reacciones de degradación de compuestos orgánicos.13-25 En particular, los semiconductores con estructura tipo perovskita simple ABO3, y doble laminar, A2M2O7, han llamado considerablemente la atención debido a sus características estructurales, que les permiten incluso incorporar iones dentro de su estructura, generando con ello un incremento considerable de sus propiedades fotocatalíticas.1,3,5,26-29 La mayoría de los reportes acerca de estos semiconductores hacen referencia a que han sido preparados mediante reacción en estado sólido, debido a la necesidad de altas temperaturas que favorezcan la formación de dichas estructuras cristalinas. Sin embargo, esta situación ha provocado que sus propiedades texturales se vean afectadas y consecuentemente su actividad fotocatalítica disminuye. En años recientes se ha trabajado en la síntesis de estos materiales empleando diversos métodos alternos a la reacción en estado sólido, con la finalidad de incrementar su desempeño fotocatalítico mediante la mejora de sus características texturales. Por ejemplo, el NaTaO3 y NaTaO3:A (La y Sm) han sido obtenidos por sol-gel,18-20 microondas,9 electrohilado,22 hidrotermal7,14,25 y solvotermal.26 Mientras que el Sr2Ta2O7 ha sido preparado por el método de polimerización compleja27 y el método hidrotermal.28 Adicional a los cambios que genera el empleo de una ruta de síntesis alterna a la reacción en estado sólido, también se ha reportado que Estructura tipo perosvskita. 27 �Semiconductores tipo perovskita en procesos fotoinducidos para la purificación de agua / Leticia M. Torres-Martínez, et al. cuando el ángulo de enlace O-M-O es cercano a 180° se presenta una alta energía de excitación que permite una mayor movilidad del par hueco-electrón generado, evitando con ello su recombinación y mejorando su actividad fotocatalítica.2,26,29-32 Una de las principales aplicaciones que se le ha dado a los materiales anteriormente mencionados es en la generación de hidrógeno a partir de la descomposición del agua, sin embargo, dadas las modificaciones que pueden ser realizadas al variar los métodos de síntesis, el campo de uso puede ser amplio, desde la eliminación de herbicidas, pesticidas, fármacos, hasta la oxidación de colorantes orgánicos mediante procesos fotoinducidos. En particular, los colorantes y las pinturas son parte de los principales contaminantes presentes en los efluentes industriales, por lo que la eliminación del color del agua residual de textiles ha sido objeto de estudio por la potencial toxicidad de los colorantes y por los grandes problemas de visibilidad que se pueden presentar.33 La mayoría de los colorantes son compuestos orgánicos o metal-orgánicos, cuya estructura está formada principalmente por grupos de anillos aromáticos, lo que en ocasiones hace más complicada su eliminación mediante los tratamientos convencionales. En el presente trabajo se presentan los resultados obtenidos de la preparación tanto por el método solgel como por reacción en estado sólido, de óxidos semiconductores con estructura tipo perovskita simple, ABO 3 y doble, A 2M 2O 7, como son el NaTaO3, NaTaO3:A (A = La, Sm) y Sr2M2O7 (M = Ta, Nb), respectivamente. Estos óxidos comúnmente estudiados en la reacción de conversión de agua en hidrógeno, mostraron la capacidad de degradar contaminantes orgánicos presentes comúnmente en agua residual, como son el Azul de Metileno, Cristal Violeta y Rojo Alizarín S, a partir de una reacción de óxido–reducción llevada a cabo bajo la acción de luz UV. El seguimiento de estas reacciones se llevó a cabo por la técnica de espectrofotometría de UV-Vis. EXPERIMENTAL Síntesis por Sol-Gel La perovskita simple, NaTaO3 y NaTaO3:A (La y Sm), se sintetizó a partir de etóxido de tántalo, Ta(OC2H5)5 (Aldrich 99.98%), etanol (DEQ 99.8%) y acetato de sodio, Na(CH3CO2) (Aldrich 99.7%). 28 Mientras que para la síntesis de los materiales dopados se utilizaron soluciones de acetato de lantano, La(CH3CO2)3 (Aldrich 99.9%) y acetato de samario, Sm(CH3CO2)3 (99.9%), en proporción 1% molar. La perovskita doble laminar, Sr2M2O7 (M = Ta, Nb), se preparó tomando como precursores isopropóxido de estroncio, Sr[OCH(CH3)2]2 (Aldrich, 99.9%), o acetato de estroncio, Sr(C2H3O2)2 (Aldrich, 97%), agua desionizada y/o etilenglicol como disolvente, y etóxido de tántalo, Ta(OC2H5)5 (Aldrich, 99.98%) y Nb(OC2H5)5 (Aldrich, 99.95%). En general, los semiconductores preparados por el método sol-gel se dejaron reaccionando durante un lapso comprendido entre 4 y 7 días a una temperatura constante de 70°C bajo agitación vigorosa. Posterior a este periodo, los productos permanecieron en maduración de 24 a 36 horas. Los geles obtenidos se colocaron en una estufa a una temperatura de 70°C durante 48 horas, para posteriormente ser tratados térmicamente en un rango de temperaturas entre 400 y 1000°C por al menos 4 horas. SÍNTESIS POR REACCIÓN EN ESTADO SÓLIDO El NaTaO3 se obtuvo al mezclar carbonato de sodio, Na2CO3 (Aldrich 99%) y óxido de tántalo, Ta2O5 (Aldrich 99%). Mientras que el NaTaO3:A (A = La y Sm) se obtuvieron agregando a la mezcla anterior óxido de lantano, La2O3 (Aldrich 99.999%) u óxido de samario, Sm 2O 3 (Aldrich 99.99%). Los materiales se calcinaron a 850°C por 3 horas, después de este tiempo, se molieron y se sometieron nuevamente a la misma temperatura por 12 horas. Para la perovskita doble laminar, se partió de carbonato de estroncio, SrCO3 (Aldrich, 99.9%) y óxido de tántalo o niobio, Ta2O5 (Aldrich, 99.99%) ó Nb2O5 (Aldrich, 99.9%). Después de realizar la homogenización de los precursores, se prepararon pastillas, las cuales fueron sometidas a diferentes temperaturas (800-1030°C) y tiempos de reacción (12-24 h). CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL Y FISICOQUÍMICA Los materiales sintetizados fueron caracterizados mediante Difracción de Rayos-X en polvos (DRX), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Semiconductores tipo perovskita en procesos fotoinducidos para la purificación de agua / Leticia M. Torres-Martínez, et al. Microscopía Electrónica de Transmisión (MET), Espectroscopía de Infrarrojo (IR), Análisis Térmico (ATD/ATG), Análisis Textural (Fisisorción de N2) y Espectrofotometría de Ultravioleta-Visible (UVVis). PRUEBAS DE DESEMPEÑO FOTOCATALÍTICO Las pruebas fotocatalíticas de degradación de los compuestos orgánicos se llevaron a cabo en un reactor tipo batch equipado con una lámpara de radiación monocromática, la cual opera en una longitud de onda de 254 nm y con una intensidad de 2000 μW.cm-2. Previa a cada reacción fotocatalítica se realizaron pruebas de adsorción, en donde únicamente se colocaron el material y la solución de trabajo, sin el empleo de radiación. Para todos los colorantes se empleó una relación 1:1 y se utilizaron soluciones de concentración conocida, de la cual cada determinado tiempo se tomaron alícuotas de la solución expuesta a la luz UV y se analizaron en el espectrofotómetro de UV-Vis, monitoreando el cambio en la longitud de onda de máxima absorción para cada solución problema. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Difracción de rayos-X Mediante el análisis de difracción de rayos-X fue posible corroborar la estructura cristalina de las perovskitas simple y doble laminar, NaTaO3 y NaTaO3:A (La y Sm), y Sr2M2O7 (M = Ta, Nb), respectivamente. En la figura 1 se muestra el patrón de DRX de la perovskita simple, NaTaO3:A (A = La y Sm), las Fig. 1. Patrones de DRX de los tantalatos de sodio a) NaTaO3:La, y b) NaTaO3:Sm. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 cuales presentan una considerable cristalización de la fase principal, NaTaO3, de acuerdo a la base de datos (JCPDF 73-0878),34 dicha cristalización se completa a la temperatura de 800ºC. La presencia de los dos lantánidos, en el caso de los materiales dopados no se logró apreciar mediante esta técnica por lo que se considera que se obtuvieron materiales completamente puros. Sin embargo en ambos casos se encontró que estos metales de transición retardan la cristalización de la fase principal y en algunos casos favorecen la formación de una fase secundaria, la Na2Ta4O11, la cual aparece en una proporción menor al 5%. Estas tendencias son similares a resultados que previamente habían sido reportados por Torres-Martínez et al.18 Con la finalidad de corroborar la estructura cristalina de los materiales dopados, se decidió llevar a cabo el refinamiento de sus parámetros de celda por el método Rietveld (DRX) utilizando el programa Topas RTM, ver figura 2. Para este cálculo se tomaron como base los datos reportados para la perovskita simple, NaTaO3, en su fase ortorrómbica, Pcmn, a = 5.5213 Å, b = 7.7952 Å, c = 5.4842 Å, y Vol = 236.04 [JCPDF 73-0878].34 De acuerdo a los resultados obtenidos del refinamiento, se encontró que los parámetros de celda del NaTaO3 dopado con La ó Sm por cualquiera de las rutas de síntesis son más pequeños que los parámetros del NaTaO3 preparado por estado sólido. Aunque las variaciones pueden ser asociadas con cambios en la estequiometría final, pues todas las muestras presentaron diferente contenido de sodio al inicial, no fue posible concluir si el dopante, La ó Sm, se incorporó en la estructura de la perovskita formando una solución sólida. Por otra parte, en la figura 3 se muestran los patrones de DRX del tantalato de estroncio, Sr2Ta2O7, preparado Fig. 2. Refinamiento por el método Rietveld del material NaTaO3: La. 29 �Semiconductores tipo perovskita en procesos fotoinducidos para la purificación de agua / Leticia M. Torres-Martínez, et al. por el método sol-gel y reacción en estado sólido. Es evidente la obtención de la fase ortorrómbica Sr2Ta2O7 (JCPDF 30-1304)34 mediante ambos métodos, a una temperatura de 850ºC para el método de química suave y a 1030ºC para la reacción en estado sólido. En el caso de los niobiatos preparados por el método sol-gel, aún y cuando a 900°C se logró obtener la fase deseada, en el patrón de DRX aún se observan algunos picos que no lograron ser identificados ni como fase binaria del sistema ni como productos que se hayan generado a partir de los precursores que se emplearon para realizar la síntesis. a 5 micras. La presencia de Sm y La fue detectada por el microanálisis de EDS (véase figura 4). En el caso de los tantalatos de estroncio se logró apreciar una homogeneidad en las morfologías de los materiales preparados por sol-gel con acetato de estroncio y por reacción en estado sólido (véase figura 4). Se pueden apreciar aglomerados de partículas semiesféricas con tamaños promedios de 0.5 μm. Cuando el Sr2Ta2O7 se preparó con isopropóxido de estroncio fue posible apreciar partículas alargadas en forma de fibras de 0.5 μm en promedio. En las micrografías correspondientes al Sr2Ta2O7 sintetizado con etilenglicol es notable la diferencia de morfologías con el resto de las imágenes; aquí se observan partículas en forma de láminas con tamaños variables, las cuales tienden a agruparse y formar una serie de capas, formando cúmulos de fibras de aproximadamente 0.5 μm. Por otro lado, el niobiato de estroncio se obtuvo mediante Fig. 3. Patrón de difracción de rayos-X de la perovskita doble laminar: a) Sr2Ta2O7-SG y b) Sr2Ta2O7-ES. Por otro lado, al llevar a cabo la obtención de esta fase por estado sólido, no se presentó ningún problema ya que bajo condiciones similares de síntesis las señales características de cada una de las fases son altamente cristalinas y coinciden con su respectivo patrón de DRX reportado.34 Para la reacción en estado sólido se logró disminuir la temperatura y el tiempo, 147°C y 188 h., para la síntesis de Sr2Ta2O7, y 67°C y 138 h., para la síntesis de Sr2Nb2O7, con respecto a lo reportado en literatura.35 Microscopía electrónica de barrido El análisis por MEB de los óxidos simples preparados por el método sol-gel reveló la presencia de materiales en forma de nanopartículas, además de observar cierta tendencia a formar aglomerados, algunos de ellos de forma esférica menores a 1 micra. De acuerdo a lo observado en la figura 4, la presencia del dopante, en el semiconductor NaTaO3: La preparado por sol-gel y calcinado a 600°C, favoreció la formación de nanopartículas de menor tamaño con respecto al NaTaO3. Mientras que en los óxidos preparados por estado sólido el tamaño de las partículas fue mayor a 1 micra y en algunos casos se observaron partículas sinterizadas de tamaño mayor 30 Fig. 4. Micrografías de a) NaTaO3: La-SG a 600ºC, b) NaTaO3: La-ES a 850ºC, c) Sr2Ta2O7-SG-ISO a 850ºC y d) Sr2Ta2O7-ES a 1030ºC. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Semiconductores tipo perovskita en procesos fotoinducidos para la purificación de agua / Leticia M. Torres-Martínez, et al. la síntesis con etilenglicol a manera de partículas alargadas con tamaños menores que los 0.5 μm. Para el Sr2Nb2O7 sintetizado por reacción en estado sólido se observaron partículas mayores a 0.5 μm. Microscopía electrónica de transmisión Con la finalidad de corroborar el tamaño nanométrico de las partículas de los óxidos estudiados en este trabajo, se llevó a cabo el análisis por microscopía electrónica de transmisión (MET). En la figura 5 se muestra la imagen correspondiente a la perovskita simple, NaTaO3:A (A = La y Sm), preparada por el método sol-gel y calcinada a 600°C. En la imagen podemos observar la presencia de aglomerados formados por pequeños cubos de tamaño menor a 50 nm. Lo anterior es una evidencia de que mediante el método sol-gel es posible la preparación de óxidos semiconductores con tamaño de partícula en escala nanométrica, lo cual se traduce Fig. 5. Micrografía del análisis por MET de a) NaTaO3:Sm y b) NaTaO3:La, óxidos preparados por sol-gel y calcinados a 600°C. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 en materiales con áreas específicas grandes, lo que puede favorecer el desempeño fotocatalítico de estos materiales en reacciones de degradación de contaminantes orgánicos o en la producción de hidrógeno como fuente alterna de energía. Análisis térmico y análisis de infrarrojo Tanto el análisis térmico como el análisis por infrarrojo realizado a cada una de las muestras frescas de los óxidos preparados por sol-gel, arrojaron la evidencia de la eliminación del agua, eliminación de solventes, la combustión de la materia orgánica residual del proceso de síntesis empleado, y la cristalización de las fases presentes (no mostrados aquí). Cada uno de los picos y bandas detectadas en los análisis fueron asociados con los eventos anteriormente mencionados. Ambos análisis sirvieron para complementar la información de la caracterización estructural de cada una de las perovskitas, simple y doble laminar, sintetizadas en el presente trabajo. Análisis de área superficial y determinación de energía de banda prohibida La caracterización físicoquímica de los óxidos preparados se llevó a cabo mediante el análisis de área superficial específica y la determinación de la energía de banda prohibida. El análisis de fisisorción de N2 sobre los óxidos semiconductores reveló que el área superficial específica, SBET, disminuye al aumentar la temperatura de calcinación. En la figura 6 se presentan los resultados tanto del área superficial específica como los valores de energía de banda prohibida, Eg, obtenidos para las perovskitas simples y dobles laminares. El óxido que presentó el mayor valor de área superficial fue el NaTaO3:Sm, preparado por sol-gel y calcinado a 600°C (25 m2.g-1). Los altos valores de área superficial de cada uno de los óxidos preparados por sol-gel confirman el hecho de que a través de este método se obtienen nanopartículas. Asimismo, se observa que el ancho de banda de cada uno de los óxidos analizados se encuentra en el rango entre 3.6 y 4.7 eV, lo que nos indica que estos óxidos absorben luz a longitudes de onda menores a 400 nm. Lo anterior sugiere que para lograr la excitación de los electrones es necesario irradiarlos con luz ultravioleta para lograr un mejor desempeño fotocatalítico. 31 �Semiconductores tipo perovskita en procesos fotoinducidos para la purificación de agua / Leticia M. Torres-Martínez, et al. Fig. 6. Valores de área superficial y energía de banda prohibida en función de la temperatura de síntesis. Desempeño fotocatalítico de las perovskitas simple y doble laminar en reacciones de degradación de contaminantes orgánicos La tabla I muestra los resultados que se obtuvieron en las pruebas de degradación fotocatalítica para los óxidos tipo perovskita simple, NaTaO3 y NaTaO3:A (La y Sm), en la degradación de Azul de Metileno. Como referencia, el NaTaO3 sin dopar mostró tiempos de vida media superiores a los 89 min para esta misma reacción. Por otro lado, en la tabla II se muestran los resultados de la actividad mostrada por los materiales semiconductores del tipo perovskita doble laminar en las reacciones de degradación de cristal violeta y rojo alizarín S. Estos óxidos mostraron una considerable degradación que alcanzaron en un lapso de 30 minutos de reacción, específicamente para el cristal violeta, colorante de la familia de los trifenilmetanos.38 Comparando los resultados obtenidos en este trabajo de investigación con lo reportado en la degradación del CV con otros materiales, se tiene que las perovskitas dobles laminares presentan mayores porcentajes de degradación, en tiempos de reacción fotocatalítica menores.36-37 Por otro lado, los tantalatos y niobiatos de estroncio evaluados en las reacciones de fotocatálisis de Rojo Alizarín S mostraron un comportamiento similar al observado para la degradación de Cristal Violeta. Prácticamente todos los materiales presentaron actividad fotocatalítica superior a la fotólisis de los colorantes, tanto a pH 3 como a pH 5. Estos resultados para ambos valores de pH no muestran una variación significativa, además de que no se distingue claramente un efecto del pH sobre los porcentajes de degradación, ya que solamente el Sr2Ta2O7-ES destaca cuando se trabajó a pH 3 y el Sr2Ta2O7-EG cuando se realizó a pH 5. Para ambos semiconductores podemos observar la tendencia a que conforme se incrementa la temperatura de calcinación, la actividad fotocatalítica se ve disminuida, por lo que las muestras preparadas por los métodos de química suave presentan los mejores porcentajes de degradación, así como la mayor constante de velocidad (k) y, consecuentemente, el menor tiempo de vida media (t1/2). Estos parámetros cinéticos fueron calculados considerando que el comportamiento que presentaron todas las reacciones fotocatalíticas es de primer orden. Finalmente, la actividad fotocatalítica de estos semicondutores se vio favorecida bajo irradiación de luz UV debido a que mostraron valores de Eg cercanos a 4.0 eV. Aunque no fue claro cuál variable tiene mayor peso en la actividad fotocatalítica, el empleo del método sol-gel ayudó a mejorar considerablemente las propiedades estructurales y propiedades fisicoquímicas de los semiconductores estudiados en este trabajo. Tabla I. Parámetros cinéticos de la perovskita NaTaO3:A (A = La y Sm) en la reacción de degradación de Azul de Metileno. Semiconductor NaTaO3:La NaTaO3:Sm 32 Método Temperatura (°C) SG 600 SG 800 Tiempo de reacción (min) 300 % Degradación k (min-1) t1/2 (min) 85 0.0084 83 70 0.0063 110 ES 850 60 0.0047 147 SG 600 80 0.0106 65 SG 800 65 0.0059 117 ES 850 70 0.0067 103 300 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Semiconductores tipo perovskita en procesos fotoinducidos para la purificación de agua / Leticia M. Torres-Martínez, et al. Tabla II. Parámetros cinéticos de la perovskita doble laminar Sr2M2O7 (M = Ta y Nb) en las reacciones de degradación de Cristal Violeta y Rojo Alizarín S. pH=3 Método Temperatura Tiempo de % (°C) reacción (min) Degradación k (min-1) pH=5 t1/2 % k (min) Degradación (min-1) t1/2 (min) Cristal Violeta Sr2Ta2O7 Sr2Nb2O7 SG-ISO 850 98 0.1370 5 80 0.0408 17 SG-EG 900 92 0.0802 9 97 0.1055 7 ES 1030 84 0.0623 11 85 0.0622 11 SG-EG 800 30 88 0.0903 8 62 0.0231 30 ES 1030 62 0.0396 18 75 0.0378 18 SG-ISO 850 24 0.0171 41 39 0.0208 33 SG-EG 900 22 0.0174 40 51 0.0253 27 Rojo Alizarín S Sr2Ta2O7 Sr2Nb2O7 ES 1030 49 0.0281 25 53 0.0230 30 SG-EG 800 30 28 0.0219 32 60 0.0251 28 ES 1030 42 0.0204 34 53 0.0214 32 CONCLUSIONES Mediante el método sol-gel se logró obtener los óxidos tipo perovskita simple y doble laminar en forma de nanopartículas, con tamaños menores a 50 nm para el caso de la perovskita simple, NaTaO3, NaTaO3:A (A = La, Sm) y menores a 400 nm para el caso de la perovskita doble laminar, Sr2M2O7 (M = Ta, Nb). Los óxidos tipo perovskita simple, NaTaO3 y NaTaO3:A (A = La, Sm) cristalizaron en la fase NaTaO3 ortorrómbica, y su estructura fue corroborada mediante el refinamiento del método Rietveld a través de difracción de rayos-X. En el caso de la perovskita doble laminar, Sr2M2O7 (M = Ta, Nb), se logró establecer nuevas condiciones para su síntesis por el método de reacción en estado sólido. Todos los semiconductores sintetizados en el presente trabajo mostraron un buen desempeño fotocatalítico en las reacciones de degradación de contaminantes orgánicos presentes comúnmente en agua residual, como son el azul de metileno, el cristal violeta y el rojo alizarín S. La actividad fotocatalítica de estos semicondutores se vio favorecida bajo irradiación de luz UV debido a que mostraron valores de Eg cercanos a 4.0 eV. Aunque no fue claro cuál variable tiene mayor peso en la actividad fotocatalítica, el empleo del método sol-gel ayudó a mejorar considerablemente las propiedades Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 estructurales y propiedades fisicoquímicas de los semiconductores estudiados en este trabajo. También, se encontró que la presencia de un agente dopante, en el caso de la perovskita simple, tiene un efecto favorable ya que permite controlar la cristalización de la fase y mantener altos valores de área superficial específica en este tipo de materiales en comparación con los preparados por reacción en estado sólido. Por otra parte, en el caso de la perovskita doble laminar, el uso de un disolvente adecuado durante el proceso sol-gel, ayudó a mejorar la cristalinidad de la fase deseada a más baja temperatura, manteniendo además áreas específicas ligeramente mayores a las obtenidas por los materiales preparados por reacción en estado sólido. Por lo anterior, los semiconductores preparados por el método sol-gel en este trabajo, NaTaO3, NaTaO3:A (A = La, Sm), y Sr2M2O7 (M = Ta, Nb), pueden ser considerados como potenciales candidatos a ser utilizados en procesos fotoinducidos para la purificación del agua. AGRADECIMIENTOS Los autores desean agradecer a la UANL por el apoyo financiero a través de los proyectos PAICYT-UANL 2007, y al CONACYT por el apoyo económico a través de los proyectos de Cooperación Bilateral México-Korea 2007-2009, y Ciencia Básica 84809. 33 �Semiconductores tipo perovskita en procesos fotoinducidos para la purificación de agua / Leticia M. Torres-Martínez, et al. REFERENCIAS 1. H. Kato et al. Chem. Lett. 33 (10), 348 (2004). 2. Kakihana, M. et al. J. Catal. 232 (1), 102–107 (2005). 3. A. Kudo et al. Chem. Lett. 34 (1), 54-55 (2005). 4. K. Domen et al. Chem. Commun. 3829 (2005). 5. A. Kudo et al. Chem. Lett. 35 (9), 1052-1053 (2006). 6. K.Domen et al. Nature 440, 295 (2006). 7. X. Zhou et al. Appl. Surf. Sci. 255, 2803–2807 (2008). 8. Z. Lia et al. Int. J. Hydrogen 34, 147-152 (2009). 9. Z.G. Zou et al. Solid State Ionics 180, 1539–1542 (2009). 10. G. Li. Mater. Chem. Phys. 121 (1-2), 42-46 (2010). 11. Y. Wang et al. Reac. Kinet. Mech. Cat. 99 (2), 485-491, (2010). 12. X. Tang et al. J. Solid State Chem. 183 (1), 192197 (2010). 13. G. Meng et al. Mater. Res. Bull. 42 (2) 334-344 (2007). 14. X. Li et al. J. Phys. Chem. C 113, 19411–19418 (2009). 15. Y. Jiang et al. Mater. Chem. Phys. 96, 234-239 (2006). 16. L. Torres-Martínez et al. Ceramic Transactions Series 193, 197-211 (2006). 17. S. Hwang et al. J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 183, 176-181 (2006). 18. L. Torres-Martínez et al. Mater. Sci. Forum 544–545, 103–106 (2007). 19. W. Lin et al. Appl. Phys. Lett. 89 (21), 211904211904-3 (2006). 34 20. H. Teng et al. Appl. Catal. A-Gen. 331, 44–50 (2007). 21. J. Li et al. J. Sol-Gel Sci. Technol. 53 (2), 480484 (2010). 22. H. Cheng et al. Chem. Lett. 38 (3), 214 (2009). 23. Y. Zhu et al. Chem. Lett. 33 (7), 900-901 (2004). 24. M. Kakihana et al. Chem. Mater. 14 (8), 33693376 (2002). 25. G. Chen et al. Int. J. Hydrogen Energ. 34 (5), 2113-2120 (2009). 26. A. Kudo et al. J. Phys. Chem. B 104 (3) 571-575 (2000). 27. K. Rajeshwar J. Appl. Electrochem. 37 (7) 765787 (2007). 28. A. Fujishima et al. Int. J. Hydrogen Energ. 32 (14) 2664-2672 (2007). 29. A. Kudo et al. Chem. Phys. 339 (1-3), 104–110 (2007). 30. A. Kudo et al. J. Phys. Chem. B 106 (48), 1244112447 (2002). 31. A. Kudo et al. J. Am. Chem. Soc. 125 (10) 30823089 (2003). 32. A. Kudo et al. Catal. Today 78 (1-4), 561–569 (2003). 33. K. Rajeshwar et al. J. Photochem. Photobio. C: Photochem. Reviews. 9 (4), 171-192 (2008). 34. ICDD, sofware; PDF Maint Database V.4, 2005 35. S. Ji et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 7 (6), 13151321 (2005). 36. A. Gupta et al. Dyes Pigments 66 (3) 189-196 (2005). 37. C. Lu et al. Dyes Pigments 75 (2), 434-442 (2007). 38. R. Macy, Química Orgánica Simplificada, Reverté (1976). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Pioneros de la industria del cemento en el Estado de Nuevo León, México: Cementos Hidalgo, S.C.L. Javier Rojas Sandoval javierrojas@monterreyculturalindustrial.org RESUMEN La industria del cemento del estado de Nuevo León, como empresa globalizada, es actualmente líder en producción de cemento en México y Norteamérica, y uno de los mayores a nivel mundial. En este artículo se describe el inicio de esta industria, sus pioneros, y las condiciones y las funciones que le permitieron sortear crisis. En la parte I se analiza el caso de Cementos Hidalgo, S.C.L. y en la parte II se describe la creación de otras empresas y las funciones que llevaron a la creación y desarrollo de Cementos Mexicanos. PALABRAS CLAVE Cemento, Nuevo León, México, industria, pioneros. ABSTRACT The industry of the cement of the Nuevo Leon state in Mexico, as a globalised company, currently is leading the cement production in Mexico and North America, and one of the biggest world-wide. In this article the beginnings of this industry, its pioneers, and the conditions and fusions that allowed to draw crisis are described. In part I the case of Cementos Hidalgo is analyzed and in part II the creation of other companies and the fusions that took to the creation and development of Cementos Mexicanos are described. KEYWORDS Cement, Nuevo Leon state, Mexico, industry, pioneers. LA INDUSTRIA DEL CEMENTO EN EL ESTADO DE NUEVO LEÓN, MÉXICO1 En Nuevo León, desde principios del siglo XIX se conocía de la existencia de yeso de buena calidad y pizarra en la Sierra Madre, materia prima para fabricar un tipo de cemento. Las primeras solicitudes de permisos para instalar fábricas de cemento arrancan desde principios del siglo XX. El mes de marzo de 1901, Filomeno De Stéfano y socios solicitan permiso del gobierno del estado para establecer en Monterrey una fábrica de cal, cemento y ladrillos de pavimentación. La solicitud incluía una descripción del método de hornos de carga constante para la fabricación de cal. De Stéfano prometía instalar dos hornos con capacidad de 140 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 35 �Pioneros de la industria del cemento en el Estado de Nuevo León, México: Cementos Hidalgo, S.C.L. / Javier Rojas Sandoval toneladas de piedra y una producción de 35 toneladas de cal. Asimismo, especificaba que una vez establecida la explotación de la materia prima, se dedicaría a la fabricación de cemento y ladrillo de pavimentación. El gobierno concedió la exención por cinco años. El empresario y sus socios prometían invertir un capital inicial de diez mil pesos. La fábrica se instalaría por el rumbo de la Hacienda de Gonzalitos. Transcurridos los tres meses del plazo para instalar la fábrica, los industriales comunican al gobierno que no pueden cumplir con el compromiso, debido a que el Ferrocarril Nacional Mexicano no había construido un ramal hasta donde tenían proyectado montar la planta. Finalmente, en diciembre de 1901, los empresarios piden al gobierno cancelar la concesión.2 El segundo antecedente se produjo en agosto de 1902, cuando Alberto G. Cárdenas solicitó permiso al gobierno del estado para instalar una fábrica de cemento en el municipio de San Nicolás de Hidalgo. En la solicitud informaba haber realizado varias exploraciones en las que descubrió la existencia de cemento natural en varios puntos del estado. Mandó ensayar cuidadosamente las muestras y obtuvo buenos resultados. Asimismo hacía ver al jefe del gobierno estatal que su propósito de sustituir la importación de cemento era beneficiar al estado.3 No obstante que el gobierno otorgó el permiso oficial y que Alberto G. Cárdenas inició los trabajos en el municipio de Hidalgo, se presentaron dificultades que impidieron instalar la planta en los años especificados en la solicitud. El proyecto fue retomado años después por el propio Alberto G. Cárdenas, y los aportes de capital a cargo de hombres de empresa experimentados como el norteamericano J. F. Brittingham, Francisco Belden y Valentín Rivero, entre otros. Se dio otro intento en abril 7 de 1905 cuando John T. de Bell solicitó una condonación de impuestos por doce años para instalar la fábrica de Cemento Portland Monterrey. El solicitante se comprometía a invertir un capital inicial de 200 mil pesos. El proyecto no pudo realizarse y fue cancelada la solicitud al año siguiente. Otro momento de la historia de la industria cementera se dio el año de 1905 cuando Vicente Ferrara, accionista de la Fundidora Monterrey, emprendió el proyecto de instalar una planta productora de cemento que aprovechara la escoria de la planta acerera para producir cemento siderúrgico.4 En la década de los veinte se produjeron otros dos momentos importantes en la historia de las cementeras regiomontanas. Experiencias que corresponden a las fábricas de la segunda generación: Cementos Monterrey y Cementos Mexicanos. CEMENTOS HIDALGO, SOCIEDAD COOPERATIVA LIMITADA (S.C.L.). HISTORIA NARRADA POR EL SOCIO COOPERATIVISTA: LEÓNIDES CUEVA Los señores Alberto G. Cárdenas e Isidoro Canales, ambos residentes en Monterrey, establecieron en el municipio de Hidalgo N. L. (antes Villa de Hidalgo, a 30 kilómetros al noreste de Monterrey) una pequeña fábrica de ladrillos; la sociedad que formaron fue conocida como Canales y Cárdenas.5 Alberto G. Cárdenas era originario de Michoacán y desde 1888 estuvo empleado como contador en la Casa Rivero de Monterrey. En una de las incursiones de ambos personajes por el cerro de San Miguel, Hidalgo —donde ahora están las pedreras— encontraron grandes vetas de caliza y pizarra. Obtuvieron algunas muestras y los estudios realizados demostraron que el material era de buena calidad. Pero hacía falta capital suficiente para explotar industrialmente los depósitos. Fig. 1. Cementos Hidalgo, 2 de enero de 1931.9 36 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Pioneros de la industria del cemento en el Estado de Nuevo León, México: Cementos Hidalgo, S.C.L. / Javier Rojas Sandoval En la iniciativa para explotar los yacimientos de caliza y pizarra desempeñó un papel importante el norteamericano Juan F. Brittingham, quien para esas fechas residía en Torreón, Coahuila. En la entrevista con el empresario norteamericano, el señor Alberto G. Cárdenas afirmaba que existían grandes yacimientos de caliza y pizarra, además de yeso en la sierra de Potrero Chico. El inversionista Brittingham decidió apoyar el proyecto y comisionó al señor Cárdenas para hacer las gestiones correspondientes: permisos del gobierno del estado, del municipio de Hidalgo, así como la anuencia de los accionistas de la Hacienda de Juan y Cristóbal de Villarreal, para la posible instalación de una fábrica de cemento en esa población. El proyecto para instalar la fábrica indica que alguno de los hombres que lo iniciaron tenía conocimientos previos acerca del procedimiento para producir cemento. Los accionistas de la Hacienda de Juan y Cristóbal de Villarreal concedieron el permiso para utilizar las tierras de agostadero y la explotación de los depósitos de caliza, pizarra y yeso. El permiso se concedió por cien años. El 27 de febrero de 1905, el gobierno del estado concedió la exención de impuestos por diez años a los inversionistas, pero la planta no comenzó a producir hasta las postrimerías de 1907. Su capital inicial fue de 500,000 pesos; tres años después, ascendía a 1’500,000 pesos. Para 1913, la suma había llegado a los dos millones. El primer Consejo de Administración lo integraron: presidente, J. F. Brittingham; vicepresidente, licenciado Pablo Martínez del Río; secretario, Pedro Torres Saldaña; prosecretario, Gilberto Labín; tesorero, Francisco Belden; subtesorero, C. Valentín Rivero Gajá, vocales, Luis Garza y Juan Terrazas; comisario, Francisco Gómez Palacio.6 Los inversionistas acordaron otorgar al señor Alberto G. Cárdenas 700 acciones, sin costo, por las gestiones realizadas para la fundación de la fábrica de cemento. El 6 de octubre de 1905, se definió la composición accionaria de la nueva sociedad, con un capital de 500,000 pesos, distribuidos en cinco mil acciones de cien pesos. El acta constitutiva se firmó en la ciudad de Durango, Durango. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 Tabla I. Accionistas fundadores de Cementos Hidalgo. Accionista Puesto Juan F. Brittingham presidente Pablo Martínez del Río vicepresidente Francisco Belden tesorero Miguel Torres secretario Luis Garza primer vocal Juan Terrazas segundo vocal Valentín Rivero subtesorero Gilberto Lavín subsecretario Alberto G. Cárdenas gerente Fuente: Juan Ignacio Barragán, Cemex y la industria del cemento mundial, ORBIS Internacional, Monterrey, N. L., 1996. Los primeros años de actividad de Cementos Hidalgo estuvieron llenos de dificultades. Las acciones militares de los revolucionarios destruyeron puentes y vías férreas cercanos a la fábrica. La población y con ella la fábrica quedaron incomunicadas. La producción de la cementera se suspendió en más de una ocasión. Después de la caída del régimen dictatorial de Victoriano Huerta, pasó a ser administrada por el gobierno del estado, de octubre a diciembre de 1914.7 Los primeros años de operación de la planta se trabajó con un equipo y maquinaria de las siguientes características: • Una trituradora Allis Chalmers. • Un secador rotatorio de materias primas trituradas. • Ocho molinos Fuller verticales para molienda fina de crudos. • Cuatro hornos rotatorios Bonnot de siete pulgadas de diámetro con una capacidad de tres toneladas de clinker por hora. • Tres molinos de bolas Krupp. • Tres molinos de tubo Bonnot de cinco por treinta pulgadas, con capacidad de tres toneladas por hora. • Elevadores y transportadores helicoidales (gusanos de Arquímedes). El transporte de la caliza, la pizarra y el yeso se hacían en carretas, desde las canteras situadas a tres kilómetros de distancia de la fábrica. Con 37 �Pioneros de la industria del cemento en el Estado de Nuevo León, México: Cementos Hidalgo, S.C.L. / Javier Rojas Sandoval Fig. 2. En 1905 se fundó Cementos Hidalgo en la Vila de San Nicolás Hidalgo, fue la primera fábrica de Cemento de México.10 el tiempo se tendió una vía angosta de ferrocarril y el transporte se hacía en vagonetas que eran arrastradas por mulas. La fuerza motriz era proporcionada por un ingenio que consistía en: • Una máquina de vapor Cortiz de dos pistones de doble efecto, con una polea motriz de 4.5 metros de diámetro por 2.20 metros de ancho. • Dos máquinas de vapor pequeñas. Una de ellas accionada con un generador de energía eléctrica para el alumbrado. • Cuatro calderas de vapor. El movimiento era transmitido mediante la acción de una flecha de doce pulgadas de diámetro que atravesaba toda la fábrica y de ella dependían poleas para hacer girar los molinos y hornos; asimismo hacían mover los elevadores y los gusanos helicoidales. 38 El carbón pulverizado era el combustible empleado para generar fuerza de vapor. El público consumidor desconocía el cemento Portland pues las construcciones se edificaban con piedra, adobe, ladrillo o sillar. Las ventas realizadas en un principio eran de alrededor de 600 toneladas anuales, cuando su capacidad instalada le permitía producir 36,000 toneladas. La fábrica experimentó un importante cambio cuando fueron sustituidas las máquinas de vapor por otras generadoras de energía eléctrica (entre 1908 y 1910). Se modernizó la planta al electrificar sus instalaciones. Se montaron transformadores, líneas y motores eléctricos. Se adquirió equipo nuevo: • Cuatro máquinas generadoras de electricidad Devets-Otto con motores de combustión interna. • Cuatro productores de gas pobre (gasógenos) que utilizaban carbón lavado en sus hornos. El gas combustible se lavaba y filtraba para pasar posteriormente a los pistones de los generadores cuya capacidad alcanzaba los 500 kw. cada uno. Cada máquina generadora tenía cuatro pistones y un volante que pesaba doce toneladas y en su interior tenían el embobinado del alternador. Entre 1926 y 1932 se adquirieron tres molinos tubo Bonnot iguales a los existentes; se suspendieron las operaciones de los ocho molinos Fuller instalados al principio. La producción y ventas de cemento se incrementaron significativamente: 25,000 toneladas anuales, en términos estimados. En 1920 y por iniciativa de don Lorenzo H. Zambrano se funda la fábrica Cementos Monterrey, S. A. Luego, en 1931, se fusionaron Cementos Hidalgo y Cementos Monterrey para formar la nueva negociación: Cementos Mexicanos, S. A., queda como gerente general de la misma don Lorenzo H. Zambrano y como subgerente, el señor Jesús Barrera Rodríguez. La planta cementera de Hidalgo se convirtió en filial de Cementos Mexicanos. Debido a factores de incosteabilidad, la planta cementera de Hidalgo, N. L. decide suspender sus operaciones tanto de producción como administrativas, al mismo tiempo que procede a realizar reajustes de personal. Ello sucedió en el año de 1932. Una comisión de trabajadores se entrevistó con el gobernador del estado, Francisco Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Pioneros de la industria del cemento en el Estado de Nuevo León, México: Cementos Hidalgo, S.C.L. / Javier Rojas Sandoval A. Cárdenas, a fin de solicitarle su intervención para que la cementera de Hidalgo no fuera clausurada. El gobierno del estado prometió que tan luego como las condiciones del mercado lo permitieran, la fábrica reiniciaría sus actividades.8 Las dificultades de la planta cementera se convirtieron en un problema social que involucró a la mayoría de los habitantes del municipio de Hidalgo, dado que era la principal fuente de trabajo de la localidad. Por su parte, Cementos Mexicanos comenzó a trasladar maquinaria de Hidalgo hacia la ciudad de Monterrey, lo que alarmó a los trabajadores y pobladores del municipio cementero. Veían que con ello “se terminaban las esperanzas de que un día se reanudaran los trabajos de la fábrica”. El contexto de los años treinta fue decisivo para definir el rumbo de la fábrica de cemento de Hidalgo. Eran los tiempos de principios del cardenismo que impulsaron la participación obrera en la administración de las empresas. Un líder obrero con residencia en la ciudad de Monterrey, llamado José Alatorre Gámez, propagandista del plan sexenal del candidato a la presidencia de la república, Lázaro Cárdenas, arribó a Hidalgo en 1934. Divulgaba la idea de que las fábricas que estuvieran cerradas deberían abrirse para dar empleo a los obreros. Estando clausurada la cementera, los trabajadores y la población hidalguense encontraron una oportunidad para buscar alternativas que posibilitaran la reapertura de la fábrica. En junta con los trabajadores de la planta cementera, celebrada el 8 de noviembre de 1934, el señor Alatorre expresó el más decidido apoyo a los obreros y sugirió la formación de un sindicato para la defensa de sus intereses. Por unanimidad de los presentes se le puso el nombre de Sindicato Cementos Hidalgo; el lema: “Por los intereses del trabajador organizado”. Otros acuerdos fueron: impedir el traslado de más equipo y maquinaria a la ciudad de Monterrey. Al mismo tiempo se nombraron guardias (veladores) para que vigilaran las partes estratégicas de la fábrica: Fichera, Entrada de las Pedreras, Almacén General, Casa Gerencia, Planta de Fuerza, así como otros departamentos. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 El 9 de noviembre se citó a la primera junta del sindicato en el interior de la planta. Se nombró la mesa directiva y quedó al frente, como secretario general, Marcos Lozano G., quien fue sustituido a los pocos días por José Maldonado Villarreal. Como asesor fue nombrado el señor José Alatorre. Ese mismo día, los sindicalistas acordaron informar sobre la incautación de la fábrica a las diferentes autoridades del gobierno del estado y la federación. En especial al presidente interino de la república, general Abelardo L. Rodríguez. Se solicitó el apoyo del ingeniero Bartolomé Vargas Lugo, gobernador del estado de Hidalgo, quien se distinguió por su apoyo a los cooperativistas de la Cruz Azul. El gobernador envió a su hermano, ingeniero Salvador Vargas Lugo, a Hidalgo, N. L. para hacer un estudio sobre las condiciones de la maquinaria y el equipo de la fábrica, a fin de ponerla en funcionamiento. La directiva del sindicato recién formado se entrevistó con el nuevo secretario de Economía, general Francisco J. Mújica, miembro del gabinete presidencial del general Lázaro Cárdenas. El general Mújica brindó todo su apoyo a los trabajadores de Hidalgo. Envió a un ingeniero para que verificara el estado en que se encontraba la maquinaria y el equipo de la fábrica y estudiara la suma monetaria requerida para hacer operativa la planta cementera. Al parecer el dictamen técnico resultó desfavorable a los hidalguenses, entre otras razones porque el ingeniero no acudió a la planta. El 25 de febrero de 1935, el presidente Lázaro Cárdenas visitó la fábrica de cemento; fue recibido por los trabajadores y el pueblo de Hidalgo e hizo un recorrido por todas las instalaciones de la planta fabril. En reunión sostenida con el presidente, los trabajadores le hicieron la petición de ayuda para hacer funcionar la fábrica en forma de cooperativa como la de Cruz Azul. En su intervención, el general Cárdenas manifestó que si un nuevo estudio técnico resultaba favorable a los trabajadores, el gobierno federal daría todo su apoyo para poner en marcha la planta; estaba dispuesto a proporcionar los 400,000 pesos que se requerían de inmediato y otras sumas adicionales. 39 �Pioneros de la industria del cemento en el Estado de Nuevo León, México: Cementos Hidalgo, S.C.L. / Javier Rojas Sandoval Poco tiempo después se presentó en la fábrica la comisión técnica encabezada por el ingeniero Simón Anduaga, enviado por la Presidencia de la República para dictaminar sobre el estado de la planta. El informe de la comisión fue favorable para ponerla en marcha. Los dirigentes del Sindicato de Cementos Hidalgo fueron recibidos por el presidente Cárdenas. Les comunicó su apoyo para la formación de la cooperativa y les informó el acuerdo de refaccionarlos con 400,000 pesos para la compra de la maquinaria faltante y el pago de los salarios a los trabajadores. El presidente Cárdenas les hizo entrega de una fotografía autografiada con las siguientes palabras: A los obreros de Hidalgo, N. L., seguro de que corresponderán al esfuerzo que hace la Nación tomando en sus manos la industria Cementos Hidalgo. El 20 de febrero de 1937 se reunieron los miembros del Sindicato de Cementos Hidalgo en las bodegas de empaque. Ante la presencia del inspector de Economía Nacional, David Colón Huerta, se pasó lista de presentes y se constató la asistencia de 226 agremiados. El inspector informó que estaba ahí para organizar una cooperativa y preguntó a los presentes si estaban de acuerdo en formarla; a lo cual respondieron afirmativamente. En seguida se dio lectura al proyecto de bases constitutivas para la nueva cooperativa y se aprobó por unanimidad. Se definieron los nombres de la sociedad y del producto: Cooperativa Industrial Cementos Hidalgo, S. C. L. y la marca Cemento Cuauhtémoc. El procedimiento técnico de compraventa consistió en que el gobierno federal compró la planta de Hidalgo a Cementos Mexicanos, y a su vez la vendió a la Cooperativa. La escritura se firmó en el Palacio Nacional (Departamento de Bienes Nacionales), con fecha del 29 de octubre de 1946. En el acta constitutiva de la cooperativa se estableció que: Para reunir el capital con que opere la cooperativa, se acordó que los socios suscriban certificados de aportación por valor de cincuenta pesos cada uno, dando un total de 11,300 pesos. La cantidad que aparece exhibida será cubierta con el trabajo de los socios en los términos estatuidos por el artículo 21 de la Ley General de Sociedades Cooperativas en vigor. 40 Tabla II. Consejo de la Cooperativa Industrial Cementos Hidalgo 1937. Presidente José Alatorre Gámez Secretario José Maldonado V. Tesorero Francisco Cárdenas Guerra Primer vocal Manuel Salazar Segundo vocal Vicente Cantú Consejo de Vigilancia José J. Sepúlveda Secretario Consejo de Vigilancia Leónides Cueva Vocal Comité de Vigilancia Marcos Lozano Gutiérrez Gerente general Ing. Salvador Vargas Lugo Superintendente Andrés A. Armiño Ingeniero Químico del Cemento Daniel Castro Legorreta Cajero Contador J. Manuel López Manjarrez Fuente: Leónides Cueva, op. cit.5 Después de cinco años de inactividad y luego de que la empresa se convierte en cooperativa reinicia sus actividades de producción en 1937. En el año de 1941 se introducen cambios que modernizan la planta. En primer lugar, se instala una caldera Bancock & Wilcox de 450 HP y una turbina General Electric de 1,500 kw. Los generadores Devtz-Otto quedan como planta de emergencia. La producción se incrementó en 23,000 toneladas anuales, logrando con ello un volumen anual estimado de 48,000 toneladas. Fig. 3. General Lázaro Cárdenas del Río y el Presidente Manuel Ávila Camacho entre otros, en la fábrica Cementos Hidalgo, 1946. 11 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Pioneros de la industria del cemento en el Estado de Nuevo León, México: Cementos Hidalgo, S.C.L. / Javier Rojas Sandoval A mediados de la década de los cincuenta, se lleva a cabo una reorganización de los sistemas de trabajo enfocados a la disciplina y la eficiencia laboral. La producción mensual pasó de 4,399 a 6,500 toneladas. Anualmente se alcanzó la cifra de 78,000 toneladas de cemento. Dos dificultades se presentan en el año de 1947: la falta de combustóleo y problemas en el transporte ferroviario de los carrostanque. Se reduce la producción a nueve mil toneladas anuales. No obstante lo anterior, se compra una pala mecánica P. H. para cargar las vagonetas en las pedreras. Entre 1948 y 1949 se hacen dos adquisiciones importantes: un molino de cemento Allis Chalmers de 7 por 24 pulgadas, con capacidad de diez toneladas/hora de cemento. Se instala una nueva caldera Murray Iron Works de 800 HP. En 1950 se adquirió un horno Kennedy Van Saun de nueve por diez pulgadas por 270, con una capacidad de diez ton./h. de clinker y un enfriador Fuller No. 525. Se construyeron cinco silos de crudos con capacidad de tres mil toneladas. Sin embargo, la producción no se incrementó significativamente debido a la escasez de combustóleo. Uno de los acontecimientos tecnológicos más significativos para la empresa cooperativa fue la sustitución del combustóleo por gas natural. El 29 de julio de 1952 se inauguró la instalación de la línea de cuatro pulgadas de diámetro de Monterrey a Hidalgo, incluyendo caseta de control y válvulas para transportar el gas natural. Con ello, se logró aumentar Fig. 4. Presidente Adolfo López Mateos y el Gobernador Raúl Rangel Frías durante una visita a Cementos Hidalgo, C. 1962. 11 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 la producción a 19,000 toneladas anuales. El volumen de producción total llegó a 75,000 toneladas. A mitad de la década de los cincuenta se crea un nuevo sistema denominado Aumento Unitario de Crudos, producto del ingenio y creatividad de los técnicos de la Cooperativa de Cementos Hidalgo, consistente en la mezcla cruda por superficie específica. La cooperativa consiguió que la Comisión Federal de Electricidad suministrara la energía necesaria para mover la maquinaria de la planta. Con ello se superaron los frecuentes paros de los molinos porque la proporcionada por la planta propia de energía era insuficiente. Los 33,000 voltios de electricidad fueron transportados desde San Gerónimo hasta el municipio de Hidalgo. La corriente eléctrica entró el 2 de marzo de 1956. La producción se incrementó en 14,000 toneladas anuales. Se logró una producción total de 101,000 toneladas anuales de cemento. Al finalizar la década de los cincuenta, se efectuó la primera etapa de ampliación de la fábrica en la Sección de Crudos. Al modernizar los departamentos de Secado y Molino de Crudos, el proceso de secado se verificó en un nuevo separador que separaba y secaba al mismo tiempo. La producción anual lograda fue de 148,000 toneladas. Al mismo tiempo se hicieron las siguientes adquisiciones: • Trascavo Caterpillar No. 955 • Trituradora Telesmidth, con capacidad para 120 ton./h. • Cinco silos de Crudos, con capacidad para tres mil toneladas. • Un molino de Crudos Smidht de once por 16-10 pulgadas. Fig. 5. Visita del Presidente Luis Echeverría a Cementos Hidalgo, 1970. 11 41 �Pioneros de la industria del cemento en el Estado de Nuevo León, México: Cementos Hidalgo, S.C.L. / Javier Rojas Sandoval En 1965 disminuyó el suministro de gas natural, trajo como consecuencia una sensible baja en la producción de 13,000 toneladas; la anual descendió a 135,000 toneladas. El siguiente año se llevó a cabo la segunda etapa de modernización y ampliación de la fábrica. Se realizó en las secciones de Clinker y Molienda de cemento. La ampliación consistió en lo siguiente: • Trascavo Caterpillar. • Perforadora Atlas Copco. • Cinco silos de crudos, con capacidad para tres mil ton. • Horno Smidth de 11-6 por 400 pulgadas, con capacidad de 500 ton./h. • Enfriador Folax. • Almacén de Clinker para treinta mil toneladas. • Molino de cemento Smidth, diez por 31-6 pulgadas de 33 ton./h. • Tres silos de cemento, con capacidad para diez mil ton. Dejaron de funcionar los molinos chicos instalados en 1905. Se desmanteló todo el Departamento de Secado. La producción aumentó a 124,000 toneladas; la anual, alcanzó la cifra de 272,000 toneladas. Al iniciar la década de los setenta volvió a presentarse el problema de bajo suministro de gas natural. No obstante, Pemex consigue normalizar la presión y el volumen del gas mediante la línea proveniente de Monclova, Coahuila. Debido a ello se logró aumentar la producción anual en 28,000 toneladas más, en comparación a 1966. Sin embargo, el problema del bajo suministro de gas siguió afectando a la planta cementera. En 1976, la Fig. 6. Presidente José López Portillo durante una visita a Cementos Hidalgo, 1979. 11 42 producción anual sufrió una caída en cifras menores a las de 1966. Se produjeron 263,000 toneladas, la producción disminuyó 37,000 toneladas respecto a 1971. Asimismo se terminaron de desmantelar los seis molinos chicos Bonnot, instalados en 1905. En 1976 se paralizó el molino de cemento Allis Chalmers que tenía un desgaste de 28 años. El molino Smidth dio abasto a toda la producción de cemento. Con el fin de dar cumplimiento a las indicaciones de la Subsecretaría del Mejoramiento del Ambiente se pararon los dos últimos hornos chicos Bonnot, instalados en 1905. A finales del mes de agosto de 1979 se inició la puesta en marcha de la nueva planta de Cemento Portland. El cambio afectó desde la pedrera hasta el empaque. Con ello se incrementó la capacidad de producción diaria de cemento en mil toneladas. Se instaló el siguiente equipo: • Trascavo Caterpillar 977 L. • Trakdrill Chicago Pneumatic. • Trituradora Giratoria Fuller, capacidad: 250 ton./h. • Almacén de materias primas con capacidad de 21,500 ton./h. • Molino de crudos Smidth de trece por 21-3 pulgadas, con capacidad de 7,850 ton. • Horno Fuller de 13-6 por 190 pulgadas, con precalentador de cuatro etapas. Capacidad para mil toneladas diarias de Clinker. • Almacén de Clinker, capacidad de 21,000 toneladas. • Molino de cemento Smidth de diez por 35 pulgadas, de mil toneladas de capacidad por día. • Tres silos de cemento. Capacidad diez mil toneladas. • Empacadora Fluxo, capacidad 95 ton./h. En el año de 1981, la empresa cooperativa logra el mayor incremento de la producción de cemento. Aumentó a 152,000 toneladas, para totalizar un volumen anual de 452,000 toneladas. En ese mismo año se adquirió otra maquinaria para pedrera y transporte: • Trascavo Caterpillar. • Dos camiones Caterpillar de 35 toneladas cada uno. • Perforadora de orugas. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Pioneros de la industria del cemento en el Estado de Nuevo León, México: Cementos Hidalgo, S.C.L. / Javier Rojas Sandoval Entre 1983 y 1984 se modernizaron los hornos Smidth y Kennedy, la maquinaria y los sistemas de control. Se les instaló un precipitador electrostático a cada uno. Se modificó el colector de polvos Thermoflex en el horno Fuller. Sin embargo, habría de presentarse una caída en la producción en el año de 1983 a 80,000 toneladas de cemento, debido a problemas técnicos y a la baja demanda del producto, como consecuencia de la crisis económica nacional. La última etapa de la historia de la cooperativa se dio cuando fue readquirida por la empresa Cementos Mexicanos en 1993. REFERENCIAS Y NOTAS 1. Javier Rojas Sandoval. El patrimonio industrial histórico de Nuevo León: Las fábricas pioneras de la segunda generación, la 2° edición, CELYTE, N.L., CAEIP, Julio 2009. Colección investigación educativa N°.43, ISBN, 978-607-00-1470-3, Mty., Mx. 2. AGENL, Sección Concesiones, 17 / 3, marzo 2 de 1901. 3. Ibid., 17 / 6, agosto 27 de 1902. 4. Ibid., 20 / 4, abril 10 de 1905. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 5. La información para redactar el presente capítulo ha sido tomada del texto de Leónides Cueva, Cooperativa Cementos Hidalgo, S. C. L. 50 Aniversario 1934-1984, Hidalgo, N. L., s / f. El autor fue socio fundador de la Cooperativa Cementos Hidalgo, S. C. L. Síntesis, títulos y subtítulos de Javier Rojas Sandoval. 6. Isidro Vizcaya Canales, Los orígenes de la industrialización de Monterrey. (1867-1920). Librería Tecnológico, Monterrey, N.L. México, 1971. p. 128. 7. Diccionario histórico y biográfico de la revolución mexicana, tomo V. Instituto Nacional de Estudios Históricos de la Revolución Mexicana, Secretaría de Gobernación, México, 1992. 8. Versión de los cooperativistas. 9. Museo de Arte Contemporáneo de Monterrey. Monterrey en 400 fotografías. México. 1996. ISBN: 968-6623-34-5. 10. Rodrigo Mendirichaga. Los cuatro tiempos de un pueblo: Nuevo León en la historia. Primera edición junio 1985. México. ISBN: 968-891-000-7. 11.CONARTE-FOTOTECA. Nuevo León: Imágenes de nuestra memoria III. México. 2006. ISBN: 968-5724-46-6. 43 �Nuevo algoritmo de protección diferencial de transformador basado en análisis de componente principal Alicia Marisol Ramírez Castillo PROLEC GE (marisol.ramirez@ge.com) Ernesto Vázquez Martínez FIME-UANL (evazquezmtz@gmail.com) RESUMEN En este artículo se presenta un nuevo algoritmo para la protección diferencial de un transformador de potencia basado en Análisis de Componente Principal. El algoritmo consiste en un reconocimiento de patrones a partir de los datos de la corriente diferencial, y tienen el objetivo de discriminar entre condiciones de energización y sobreexcitación, y cortocircuitos en el transformador. Se analizó el desempeño del algoritmo mediante diversos casos de simulación en un sistema de potencia de prueba utilizando el programa PSCAD/EMTDC, considerando condiciones de energización, sobreexcitación y fallas internas; los resultados obtenidos muestran que el algoritmo propuesto se puede implementar como la base de una protección diferencial de transformador. PALABRAS CLAVE Análisis de componente principal, inrush, protección diferencial, reconocimiento de patrones. ABSTRACT In this article a new algorithm for the differential protection of a power transformer based on the Main Component Analysis is presented. The algorithm consists of a pattern recognition from the data of the differential current, with the purpose of discriminating between the conditions of energizing and overexcitement, and the short-circuits in the transformer. The performance of the algorithm by means of the simulation of diverse cases in a test power system was analyzed using the program PSCAD/EMTDC, considering the internal conditions of energizing, overexcitement and internal faults; the obtained results show that the proposed algorithm can be implemented as the base of a differential protection of the transformer. KEYWORDS Main component analysis, inrush, differential protection, pattern recognition. 44 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Nuevo algoritmo de protección diferencial de transformador basado en análisis... / Alicia Marisol Ramírez Castillo, et al. INTRODUCCIÓN En ocasiones, la protección diferencial en transformadores de potencia puede operar incorrectamente debido a la presencia de corrientes inrush producidas por condiciones de energización y sobreexcitación, las cuales pueden llegar a ser erróneamente interpretadas como corrientes de falla debido a que generalmente alcanzan valores muy elevados (hasta 25 veces la corriente nominal). Existen diversos esquemas que tratan de solucionar esta problemática, siendo el principio de la protección con retención por armónicas el más utilizado, en donde la segunda y quinta armónica presentes en las corrientes de inrush y de sobreexcitación, respectivamente, se utilizan para insensibilizar la protección diferencial.1 Sin embargo, se han reportado casos en que la corriente de falla interna puede contener una cantidad considerable de segunda armónica. 2 Por otra parte, ha sido demostrado que en transformadores modernos el contenido de segunda armónica en las corrientes de magnetización tiende a ser relativamente más pequeño, esto debido a que sus núcleos están hechos de materiales magnéticos amorfos. Por lo tanto, la detección de dichas armónicas no es un índice suficiente para determinar si la sobrecorriente medida es debida a una energización o a una falla interna. Por lo anterior, ha surgido la necesidad de contar con nuevos esquemas para la protección diferencial de transformadores con el objetivo de proteger eficientemente al transformador. Algunos algoritmos que han sido propuestos para dicho fin se basan en los modelos del transformador,3,4 y en el análisis de transformaciones modales de las formas de onda de corriente y voltaje.5 Así mismo, existen métodos basados en la aplicación de redes neuronales6 y lógica difusa.7 Sin embargo, en estos dos métodos se necesita diseñar la red neuronal ó las leyes de lógica difusa, lo cual requiere un gran número de patrones producidos por simulaciones de diversos casos. Además, los resultados obtenidos hasta el momento indican que la respuesta de la red depende en cierta medida de los parámetros del transformador, lo que significa re-entrenar la red para su aplicación en otro transformador, mientras que el esquema de lógica difusa presenta la desventaja Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 de que su estructura de operación está basada en reglas, por lo que se considera que la técnica no es tan robusta como se desearía para considerar todos los aspectos del fenómeno transitorio de un transformador. En 8 se propone un método que utiliza la transformada de correlación de tiempo mínimo (STCT) para magnificar la asimetría y el “ángulo muerto” de la corriente diferencial, de manera que se logra identificar las señales correspondientes a una condición de energización. Una problemática que se puede presentar en este esquema es que se pueda tener dificultad de discriminar una corriente inrush altamente simétrica. Recientemente, se ha hecho uso de la técnica de las wavelets como un método de extracción de características de la corriente diferencial para la identificación de corrientes inrush, resultando ser una herramienta eficiente.9,10 Sin embargo, la información requerida para llevar a cabo la identificación del tipo de corriente depende del espectro de frecuencia, que en cierta parte está relacionado con el contenido armónico y el grado de distorsión de la forma de onda, lo cual conlleva a posibles errores de discriminación en los casos donde la corriente inrush es altamente sinusoidal. Más recientemente, se ha propuesto el Análisis de Componente Principal como etapa de preprocesamiento de datos para realzar las características de algún evento en particular. En 11 se propone utilizar valores de la corriente eficaz y una estructura de red reuronal de base radial con 3 neuronas, sin embargo, el uso del valor eficaz de las corrientes representa un retraso de tiempo adicional en el algoritmo de al menos un ciclo; adicionalmente se requiere un proceso de entrenamiento fuera de línea. En 12 se propone un algoritmo que aplica la componente principal a los valores instantáneos de la corriente diferencial, utilizando una matriz de transformación. El algoritmo es independiente del contenido armónico y de los parámetros del transformador, ya que, a pesar de que cuantitativamente la corriente diferencial depende de las características del transformador, sus características cualitativas (forma de onda característica) se mantienen, por lo que el algoritmo logra discriminar sin ningún problema el tipo de corriente que se presenta; sin embargo, aunque no requiere una etapa de entrenamiento, se necesita formar una base de datos para determinar la matriz de transformación. 45 �Nuevo algoritmo de protección diferencial de transformador basado en análisis... / Alicia Marisol Ramírez Castillo, et al. En este trabajo se presenta una modificación del algoritmo descrito en,12 ya que el análisis de componente principal se aplica directamente a los valores instantáneos de la corriente diferencial, de tal forma que la matriz de transformación se determina en forma directa para cada tipo de evento, condición de inrush (energización y sobreexcitación) y cortocircuito interno. ANÁLISIS DE COMPONENTE PRINCIPAL (ACP) El Análisis de Componente Principal es una técnica estadística de síntesis de la información ó reducción de la dimensión (número de variables). Es decir, ante un banco de datos con muchas variables, el objetivo será reducirlas a un número menor perdiendo la menor cantidad de información posible. La utilidad principal de esta técnica reside en que permite estudiar un fenómeno multidimensional cuando algunas o muchas de las variables comprendidas en el estudio están correlacionadas entre sí en mayor o menor grado. El ACP fue propuesto por Karl Pearson en 1901, pero fue hasta 1933 que fue desarrollada por Harold Hotelling.11 El Análisis de Componente Principal consiste en aplicar una transformación que trae como resultado una rotación ortogonal del espacio de los datos originales. Este nuevo conjunto de vectores ortogonales son determinados de tal manera que contengan la mayor información posible de la varianza de los datos. El ACP tiene como objetivo el hallar combinaciones lineales (Y = [y1, y2,..., yp]) de variables representativas (X = [x1, x2,..., xp]) de cierto fenómeno multidimensional, con la propiedad de que exhiban varianza máxima (S) y que a la vez estén intercorrelacionadas entre sí. Esto es, del vector X se obtiene la matriz de covarianza S, dada por: ∑ (x n S= n 1 )( − x xn − x n −1 ) (1) A continuación se obtienen los eigenvectores U = [u1, u2,..., up], asociados a los eigenvalores más grandes de la matriz de covarianza S dada por (1). Teniendo U se procede a obtener la nueva representación vectorial mediante la siguiente expresión: 46 y1 = u1T X = u11 x1 + u21 x2 + " + uk1 xk + " + u p1 x p y2 = u2T X = u12 x1 + u22 x2 + " + uk 2 xk + " + u p 2 x p # = # = # (2) yk = ukT X = u1k x1 + u2 k x2 + " + ukk xk + " + u pk x p # = # = # y p = u Tp X = u1 p x1 + u2 p x2 + " + ukp xk + " + u pp x p sujeta a la restricción de que u1T u1 = 1, u2T u2 = 1, " , uTp u p = 1 , con lo cual se asegura que la transformación sea ortogonal y que la varianza no sea infinita. En (2), yk corresponde a la representación reducida kdimensional de los vectores xn. La varianza juega un papel muy importante en esta técnica debido a que es la que indica la cantidad de información que lleva incorporada cada componente principal. Entre mayor sea la varianza presente en las variables reducidas, mayor será la información retenida por ellas de los datos originales. Por tal motivo, la componente que exhiba mayor varianza es seleccionada como la primera componente principal y1. La segunda componente principal se selecciona de tal forma que y2 sea la segunda con mayor varianza pero que no esté correlacionada con y1. En forma similar se obtienen las componentes restantes, asegurando que la p-ésima componente sea ortogonal a todos los vectores característicos calculados previamente, es decir, upu1 = upu2 = upu3 = ... = 0 Es posible que un número limitado de las primeras CP expliquen una alta proporción de la varianza total, por lo que dichas componentes pueden sustituir a las variables originales. Ello permitirá resumir en unas pocas variables no correlacionadas gran parte de la información original, es decir, el grupo de datos que originalmente consistía de n observaciones y p variables puede ser reducido a uno conformado por n observaciones y k componentes principales, donde k<<p. Esta es la principal ventaja del ACP, ya que se logra una reducción de la dimensionalidad del problema, reteniendo la información más importante de cada uno de los datos originales. ACP APLICADO A LA DISCRIMINACIÓN DE CORRIENTES DE INRUSH Y DE CORTOCIRCUITO EN TRANSFORMADORES La idea consiste en aplicar el Análisis de Componente Principal para extraer los rasgos Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Nuevo algoritmo de protección diferencial de transformador basado en análisis... / Alicia Marisol Ramírez Castillo, et al. distintivos de la corriente diferencial obtenida en diversos eventos. Dichos rasgos nos permitirán identificar si la corriente es debida a una corriente inrush (de energización o sobreexcitación), o a una condición de falla interna. Debido a que el algoritmo se aplica en la protección diferencial a transformadores de potencia, se tendrá información de señales de corriente diferencial obtenidas en cada una de las tres fases por medio de los TC colocados en el lado primario y secundario del transformador protegido. Suponiendo que el transformador a proteger es un transformador con dos devanados y con conexión ∆-Y, las corrientes diferenciales de error son: I DIF ⎡iDIF ( a −b ) ⎤ ⎡ I AB − I ab ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ = ⎢iDIF (b − c ) ⎥ = ⎢ I BC − I bc ⎥ ⎢i ⎥ ⎢I − I ⎥ ⎣ DIF ( c − a ) ⎦ ⎣ CA ca ⎦ (3) Sin embargo, con el objetivo de mejorar la sensibilidad del algoritmo ante cambios súbitos de la corriente, es decir, realzar el cambio transitorio de un estado a otro (normal a falla, o normal a energización), las señales utilizadas como entrada para el algoritmo corresponden a las señales incrementales de corriente, Δi(t), obtenidas al sustraerle a la corriente diferencial, i(t), su valor correspondiente a un ciclo anterior, i(t-nT). Esto se realiza mediante un filtro delta,12 tal y como se muestra en figura 1. Considerando lo anterior, la corriente diferencial de error trifásica queda expresada como: ⎡ ΔiDIF ( a−b ) ⎤ ⎡(I AB (t ) − I AB (t − nT ) )− (I ab (t ) − I ab (t − nT ) )⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ΔI DIF = ⎢ ΔiDIF ( b−c ) ⎥ = ⎢(I BC (t ) − I BC (t − nT ) )− (I bc (t ) − I bc (t − nT ) )⎥ ⎢ Δi ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ DIF ( c−a ) ⎦ ⎣(I CA (t ) − I CA (t − nT ) )− (I ca (t ) − I ca (t − nT ) ) ⎦ (4) donde T corresponde a un período de la señal a frecuencia fundamental (60 Hz) y n = 1, puesto que se debe sustraer la señal un ciclo anterior al tiempo actual. De esta forma, se reduce el efecto de los cambios de carga, ya que en esta situación, las señales incrementales son nulas. Fig. 1. Estructura de un filtro delta para la obtención de señales incrementales de corriente diferencial. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 La información que sirve de entrada al algoritmo corresponde a medio ciclo de la señal incremental en cada una de las tres fases. Dicha matriz de entrada está conformada por las tres señales incrementales de corriente diferencial durante medio ciclo (32 muestras/ciclo), obteniéndose una matriz ΔIT de tamaño 32 × 3. ⎡ ΔiDIF ( a−b )1 ΔiDIF (b−c )1 ΔiDIF ( c−a )1 ⎤ ⎢ ⎥ ΔIT = ⎢ # # # ⎥ ⎢ ΔiDIF ( a−b )32 ΔiDIF (b−c )32 ΔiDIF ( c−a )32 ⎥ ⎣ ⎦ (5) La matriz ΔIT debe ser transpuesta ya que la intención es impactar en las dimensiones, de manera que obtenemos una matriz de entrada ΔIT de tamaño 3 × 32. ⎡ ΔiDIF ( a−b )1 " ΔiDIF ( a−b )32 ⎤ ⎢ ⎥ ΔIT = ⎢ ΔiDIF (b−c )1 " ΔiDIF (b−c )32 ⎥ ⎢ ΔiDIF ( c−a )1 " ΔiDIF ( c−a )32 ⎥ ⎣ ⎦ (6) La transformación por componentes principales consiste en trasladar y rotar los datos de manera que queden representados en un nuevo plano. Por ello, una vez conformada la matriz ΔIT, se sustrae la media a cada uno de los datos de la matriz, ΔIT , y se dividen entre el valor INOM-TC, correspondiente al valor de corriente nominal (5 Amperes) del lado secundario de los transformadores de corriente utilizados en la protección diferencial, de manera que la matriz queda normalizada. Con esto se lleva a cabo la traslación de los datos al origen. ⎡ ΔIT − ΔIT ⎤ ⎦ ΔITE = ⎣ I NOM −TC (7) Habiendo normalizado la matriz de entrada se procede a obtener su matriz de covarianza S, cuyo tamaño es de 32 × 32. A la matriz S se le calculan sus eigenvalores L y eigenvectores U. ⎡ cov( s1 , s1 ) cov( s1 , s2 ) ⎢ cov( s , s ) cov( s , s ) 2 1 2 2 S =⎢ ⎢ # # ⎢ ⎣cov( s32 , s1 ) cov( s32 , s2 ) " cov( s1 , s32 ) ⎤ " cov( s2 , s32 ) ⎥⎥ ⎥ % # ⎥ " cov( s32 , s32 ) ⎦ (8) (9) (10) U = [eig1 eig 2 " eig32 ] Los dos eigenvectores dominantes, correspondientes a aquellos que están asociados a los dos eigenvalores más grandes, son los nuevos ejes sobre los cuales se van a proyectar cada uno de los vectores columna de ΔIT a partir de la siguiente transformación: T ΔIT (CP ) = [eig1 eig 2 ] ⋅ ⎡⎣ ΔITE ⎤⎦ (11) L = diag [l 1 l 2 " l 32 ] 47 �Nuevo algoritmo de protección diferencial de transformador basado en análisis... / Alicia Marisol Ramírez Castillo, et al. donde I T(CP) corresponde a la matriz de datos transformada. De esta manera cada una de las corrientes diferenciales obtenidas por la presencia de un disturbio en el sistema queda proyectada en un subespacio de dos dimensiones formado por las dos primeras componentes principales, y en base a esta representación gráfica se lleva a cabo la discriminación entre corrientes de falla e inrush. En caso de que el algoritmo reconozca que el evento presentado se trata de una condición de falla interna, se permitirá que la protección opere de manera que el transformador sea sacado de servicio. Por el contrario, si el evento se identifica como una energización ó sobreexcitación, entonces se bloqueará la operación de la protección. SISTEMA DE PRUEBA El sistema de prueba utilizado para validar el desempeño del algoritmo propuesto consiste de un transformador trifásico de dos devanados, 100 MVA, 230/115 kV, 60 Hz alimentado del lado primario por un generador 50 MVA, 230 kV, 60 Hz con una impedancia interna de 10 Ω. El transformador alimenta una carga inductiva de 8.058 KW y 2.025 MVAR (ver figura 2). En base a las corrientes de cortocircuito, la relación de los TC deberían ser 1500:5 y 3000:5 respectivamente, con el propósito de evitar la saturación. Sin embargo, se seleccionó ηTC1=600:5 y ηTC2=1200:5 con el propósito de tomar en cuenta el efecto de saturación de los TC’s. Las simulaciones se llevaron a cabo en el paquete de simulación PSCAD© - EMTDC. Para dicho sistema se simularon diversas condiciones de falla, energización y sobreexcitación. Cada uno de estos eventos se simuló en 16 diferentes instantes de tiempo de un ciclo, de manera que se considera el efecto que puede provocar el instante en que ocurre el disturbio. En total, se simularon 352 casos, de los cuales 176 corresponden a energización, 160 son falla interna y 16 son sobreexcitación. Así mismo, se llevaron a cabo diversas modificaciones de los parámetros tanto del transformador como del sistema, los cuales fueron modificación de la conexión eléctrica, curva de magnetización y capacidad del transformador; además, se modificó la constante de tiempo del sistema (impedancia de la fuente) y se introdujo carga no lineal en el sistema, todo esto con el objetivo de ampliar el campo de análisis del desempeño del algoritmo. Cabe mencionar, que el algoritmo se basa en el comportamiento cualitativo de la forma de onda de la corriente diferencial, y por ende, se espera que sea relativamente inmune a cambios en los parámetros eléctricos del transformador, ya que esto sólo altera numéricamente los valores de corriente, pero no modifica el fenómeno físico, por lo que las formas de onda no se verán afectadas, especialmente si se selecciona un apropiado método de escalamiento de las señales. RESULTADOS La aplicación del ACP permite transformar la matriz de entrada compuesta por las señales delta de las corrientes diferenciales normalizadas, originalmente expresadas en 32 dimensiones, a sólo 2 dimensiones. En este nuevo espacio, se definieron de manera heurística umbrales de operación para discriminar los distintos disturbios a que está expuesto un transformador. En la tabla I se resumen estos umbrales, los cuales fueron consistentes en todas las simulaciones efectuadas, tal y como se muestra más adelante. Esto es, si la proyección de las tres corrientes de fase sobre el plano de las dos primeras componentes principales, obtenidas a partir de la presencia de algún evento en particular, queda dentro del umbral [-0.04 , 0.04] con respecto a la componente principal CP1, se determina que el evento presentado se trata Tabla I. Umbrales de operación de la protección diferencial basado en ACP para un transformador con dos devanados. Evento E n e r g i z a c i ó n Sobreexcitación Fig. 2. Sistema de prueba. 48 Falla interna CP1 ó [-0.04 , 0.04] [-∞ , -0.04] [0.04 , ∞] Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Nuevo algoritmo de protección diferencial de transformador basado en análisis... / Alicia Marisol Ramírez Castillo, et al. de una condición de energización o sobreexcitación (corriente inrush). En caso de que alguna de las tres proyecciones quede fuera de dicho umbral y dentro del umbral [-∞ , -0.04] ó [0.04 , ∞], se determina que las corrientes se deben a la presencia de una falla interna, ya sea en el propio transformador ó dentro de la zona de protección del relevador, por lo que se debe de permitir la operación de la protección. En la figura 3 se muestran las corrientes diferenciales incrementales obtenidas a partir de la conexión inicial del transformador y su proyección en CP. Se observa que las tres proyecciones quedaron dentro del umbral especificado para una condición de inrush. Fig. 5. (a) Corrientes diferenciales debidas a una falla monofásica al energizar y (b) su proyección en el subespacio formado por CP1 y CP2. Para el caso de una falla interna en el transformador (cortocircuito entre devanados de la fase C), la proyección de las corrientes diferenciales en CP queda tal y como se muestra en la figura 6. Como al menos uno de los tres valores están fuera del rango [-0.04, 0.04], se confirma que se trata de una condición de inrush. Fig. 3. (a) Corrientes diferenciales debidas a una energización y (b) su proyección en el subespacio formado por CP1 y CP2. Para el caso de una sobreexcitación de un 110%, las proyecciones de las corrientes diferenciales quedan tal y como se muestra en la figura 4b. Fig. 4. (a) Corrientes diferenciales debidas a una sobreexcitación del 110% y (b) su proyección en el subespacio formado por CP1 y CP2. En la figura 5b se muestra la proyección en CP de las corrientes diferenciales incrementales obtenidas a partir de la presencia de una falla monofásica dentro de la zona de protección del transformador. En ella se observa que las corrientes diferenciales afectadas por dicha falla monofásica exceden el umbral especificado para condición de inrush, mientras que la corriente que no es afectada por la falla queda proyectada dentro del umbral. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 Fig. 6. (a) Corrientes diferenciales debidas a una falla interna en el transformador y (b) su proyección en el subespacio formado por CP1 y CP2. Debido al efecto de distorsión que provoca el uso de una carga no lineal es conveniente introducirla en el sistema de prueba considerado para la evaluación del desempeño del algoritmo propuesto. Por ello, utilizando el mismo sistema de la figura 2, se añade un convertidor de 6 pulsos como carga en el lado secundario del transformador protegido, cuya distorsión armónica total (THD) es de 28.45% aproximadamente. Cabe mencionar que este porcentaje de distorsión es demasiado alto, ya que en nuestro sistema no se está considerando ningún filtro o dispositivo que haga que se reduzca el nivel a valores permitidos por las normas. En las figuras 7 y 8 se muestran la proyección en CP para dicho escenario al presentarse una falla. Nuevamente se observa que la proyección correspondiente a las corrientes que son afectadas por la falla exceden el umbral de (-0.04, 0.04). 49 �Nuevo algoritmo de protección diferencial de transformador basado en análisis... / Alicia Marisol Ramírez Castillo, et al. Fig. 7. (a) Corrientes diferenciales debidas a una falla monofásica y (b) su proyección en el subespacio formado por CP1 y CP2. Fig. 8. (a) Corrientes diferenciales debidas a una falla trifásica y (b) su proyección en el subespacio formado por CP1 y CP2. Algunos de los factores de los que depende la magnitud de la corriente inrush son la capacidad del transformador y la curva de saturación del mismo. Por ello, se llevó a cabo la simulación del mismo sistema de prueba pero usando un transformador de 25 MVA y una curva de saturación diferente a la hasta ahora manejada, obteniéndose la proyección mostrada en la figura 9. Fig. 9. (a) Corrientes diferenciales debidas a una falla bifásica y (b) su proyección en el subespacio formado por CP1 y CP2. Hasta ahora, la conexión utilizada para el transformador ha sido ∆-Y. Con el objetivo de demostrar que el algoritmo es inmune al tipo de conexión del transformador, se evaluó su desempeño para la protección de un transformador Y-∆, obteniéndose la proyección mostrada en la figura 10. 50 Fig. 10. (a) Corrientes diferenciales debidas a una falla trifásica y (b) su proyección en el subespacio formado por CP1 y CP2. Si ahora se considera la aplicación del algoritmo pero para la protección de un transformador con devanado terciario 100 MVA, Y-Y-∆, 230/11/13.8 kV, al someter dicho transformador a condiciones de inrush y de cortocircuito dentro de la zona de protección, y teniendo carga no lineal, las proyecciones de las corrientes diferenciales en CP quedan tal y como se muestran en figuras 11 y 12. Fig. 11. (a) Corrientes diferenciales debidas a una energización y (b) su proyección en el subespacio formado por CP1 y CP2. Fig. 12. (a) Corrientes diferenciales debidas a una falla monofásica y (b) su proyección en el subespacio formado por CP1 y CP2. En dichas proyecciones, se observa que el umbral para llevar a cabo la discriminación no corresponde al que fue establecido para un transformador con dos devanados, ya que las proyecciones correspondientes a falla interna no sobrepasan el límite de (-0.04, 0.04). Sin embargo, aún es posible establecer un umbral de bloqueo del relevador que sea exclusivo para la protección de transformadores con devanado Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Nuevo algoritmo de protección diferencial de transformador basado en análisis... / Alicia Marisol Ramírez Castillo, et al. Tabla II. Umbrales de operación de la protección diferencial basado en acp para un transformador con tres devanados. Evento Energización Sobreexcitación Falla interna CP1 ó [-0.01 , 0.01] [-∞ , -0.01] [0.01 , ∞] terciario, tal y como se muestra en dichas figuras y el cual es descrito en la tabla II. En base a los resultados mostrados en las figuras 3 a 12 se observa que la identificación del tipo de evento presentado en el sistema depende del número de devanados del transformador, siguiendo los umbrales de operación mostrados en las tablas I y II, esto es, si el valor de las tres proyecciones que corresponden a las tres corrientes diferenciales de algún evento en particular quedan dentro del umbral determinado para energización ó sobreexcitación, el evento es clasificado como condición de inrush. En caso contrario, la corriente es clasificada como una corriente de falla interna, permitiéndose la operación de la protección. Este criterio de operación se resume en la figura 13. Cabe mencionar que cuando una de las tres proyecciones queda dentro del umbral para condición de inrush, mientras que las otras dos restantes quedan dentro del umbral para condición de falla interna, el evento presentado se trata de una falla monofásica. Este mismo criterio puede ser aplicable para el caso de los autotransformadores, sin embargo, debido a las diferencias en la conexión entre los devanados, estos resultados deben ser evaluados en forma más extensa. de los cuales sólo algunos fueron mostrados en este artículo, todo esto con el objetivo de validar el desempeño del algoritmo. Por ello, en cada una de las pruebas se modificaron ciertos parámetros y características del transformador y del sistema que afectan directamente a la corriente inrush, analizándose el comportamiento del algoritmo cuando se encuentra sometido a diferentes escenarios. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios al brindar una correcta discriminación de los diversos eventos simulados en el sistema. Con lo que se comprueba que el algoritmo verdaderamente proporciona confiabilidad y seguridad, y con la ventaja de ser muy sencillo y rápido, puesto que el algoritmo sólo necesita medio ciclo de información de las señales de corriente diferencial para poder reconocer el tipo de evento que se presenta. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen el apoyo recibido por la Universidad Autónoma de Nuevo León bajo el Proyecto PAICyT CA-1257-06 y a PROLEC GE por el apoyo brindado durante la realización de este artículo. Fig. 13. Criterio de operación del algoritmo. CONCLUSIONES El algoritmo de protección diferencial propuesto se basa en la aplicación de la técnica estadística del Análisis de Componente Principal para llevar a cabo la discriminación entre corrientes de inrush y de cortocircuito en un transformador, por medio de la proyección de las corrientes diferenciales de error en un nuevo espacio de 2 dimensiones, de manera que se simplifica el proceso de identificación del evento presentado en el sistema. Se llevaron a cabo 352 simulaciones correspondientes a diferentes tipos de eventos, Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 REFERENCIAS 1. C. H. Einval and J. R. Linders, “A three-phase differential relay for transformer protection”, IEEE Transactions PAS, vol. PAS-94, no. 6, pp. 913-918, Nov/Dec 1975. 2. P. Liu, O. P. Malik, D. Chen, G. S. Hope, Y. Guo, “Improved operation of differential protection of power transformers for internal faults”, IEEE Transactions Delivery, vol. 7, no. 4, pp. 19121919, 1992. 51 �Nuevo algoritmo de protección diferencial de transformador basado en análisis... / Alicia Marisol Ramírez Castillo, et al. 3. K. Inagaki, M. Higaki, Y. Matsui, K. Kurita, M. Suzuki, K. Yoshida and T. Maeda, “Digital protection method for power transformers based on an equivalent circuit composed of inverse inductance”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 3, no. 4, pp. 1501-1510, Oct. 1998. 4. T. S. Sidhu, M. S. Sachdev, H. C. Wood, “Detecting transformer winding faults using nonlinear models of transformers”, 4th International Conference Developments in Power System Protection, IEEE Publication No. 302, pp. 70-74, Apr. 1989. 5. T. S. Sidhu, M. S. Sachdev, “On-line identification of magnetizing inrush and internal faults in threephase transformers”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 7, no. 4, pp. 1885-1891, 1992. 6. L. G. Pérez, A. J. Flechsing, J. L. Meador, Z. Obradovic, “Training an ANN to discriminate between magnetizing inrush and internal faults”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 9, no. 1, pp. 434-441, Jan. 1994. 7. A. Wiszniewski and B. Kastenny, “A multi-criteria differential transformer relay based on fuzzy logic”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 10, no. 4, pp. 1786-1792, Oct. 1994. 8. H. Zhang, J. F. Wern, P. Liu and O. P. Malik, “Discrimination between fault and magnetizing inrush current in transformers using short-time 52 correlation transform”, Electrical Power and Energy Systems, no. 24, pp. 557-562, 2002. 9. O. A. S. Youssef, “A wavelet-based technique for discrimination between faults and magnetizing inrush currents in transformers”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 18, no. 1, pp. 170-176, Jan. 2003. 10. P. L. Mao and R. K. Aggarwal, “A wavelet transform based decision makin logic method for discrimination between internal faults and inrush currents in power transformers”, Electrical Power and Energy Systems, no. 22, pp. 389-395, 2000. 11. Erdal K.¸ Okan O. Omer U. David T., “PCA based protection algorithm for transformer internal faults,” Turk J Elec Eng & Comp Sci, Vol.17, No.2, 2009. 12. Vazquez E. Mijares J. Chacon O., A. Conde, “Transformer differential protection using principal component analysis”, IEEE Transactions On Power Delivery, Vol. 23, Issue 1, pp. 67–72, 2008. 13. C. Chatfield and A. J. Collins, Introduction to multivariate analysis, School of Mathematics, Bath University, Chapman and Hall, LondonNew York, 1980. 14. G. Benmoyal and J. Roberts, “Superimposed quantities: Their true nature and application in relays”, Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Pulman, WA USA, SEL USA, 1999. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Aplicaciones de la nanotecnología en fuentes alternas de energía Domingo I. García-Gutiérrez, Marco A. Garza Navarro, René F. Cienfuegos Peláez, Leonardo Chávez Guerrero CIIDIT-FIME-UANL domingo.garciagt@uanl.edu.mx RESUMEN La nanotecnología ha recibido mucha atención en los últimos años, y en consecuencia ha generado expectativas que van más allá del ámbito académico. Su capacidad única de fabricar estructuras novedosas ha derivado en la creación de materiales y dispositivos con un gran potencial de aplicaciones en diferentes áreas del conocimiento. Entre éstas destaca el sector energético, en virtud de la necesidad de nuevas tecnologías que permitan sostener el creciente consumo de energía eléctrica a nivel mundial, y al mismo tiempo sean amigables con el medio ambiente. En este sentido, las celdas solares surgen como un dispositivo prometedor para la generación de energía limpia a través del uso de recursos alternos. El presente artículo tiene como finalidad el mostrar un panorama general de la aplicación de las nanoestructuras en el desarrollo de celdas solares. PALABRAS CLAVES Nanotecnología, nanoestructuras, celdas solares. ABSTRACT Nanotechnology has gained a lot of attention in the recent years, and therefore has built great expectations that go beyond the academic arena. Its unique capability to fabricate novel structures has already created new materials and devices with many possible applications in different areas of applied knowledge. Among these, the energy sector withstands due to its necessity for technologies that allows it to keep up with the ever growing world’s energy demand, and also the requirement to be friendly with the environment during energy generation. Accordingly, solar cells arise as promising devices for the generation of clean energy that use alternative resources. The current article wants to present a general overview of the applications of nanostructures in the advancement of solar cells. KEYWORDS Nanotechnology, nanostructures, solar cells. INTRODUCCIÓN Actualmente la mayor parte de la energía eléctrica a nivel mundial es producida mediante combustibles fósiles, lo cual presenta inconvenientes asociados a lo limitado de este recurso. Expertos en el tema de la energía están de acuerdo en Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 53 �Aplicaciones de la nanoctenlogia en fuentes alternas de energía / Domingo I. García Gutiérrez, et al. el hecho de que las reservas de combustibles fósiles solamente podrán satisfacer la demanda por algunas décadas más. Esta estimación se realizó integrando el consumo actual y su evolución en función de la demanda mundial. Otro gran inconveniente asociado al uso de combustibles fósiles es de carácter ecológico, y se ve directamente influenciado por las crecientes exigencias por parte de la sociedad de disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero, resultantes de la quema de estos combustibles. Bajo esta perspectiva, el ser humano se encuentra forzado a voltear su mirada a la producción de energía eléctrica utilizando tecnologías alternas que representen una solución sustentable, a fin de solventar la creciente demanda energética a nivel mundial. Las soluciones propuestas para una diversificación del suministro energético han contribuido a revitalizar la investigación en técnicas alternativas para la generación de energía. La nanotecnología, por otro lado, ha sido un tema de gran interés científico y social durante las décadas más recientes. Muchos expertos a nivel mundial parecen coincidir en que la nanotecnología tiene el potencial para desarrollar técnicas de manufactura y materiales sin precedente. Es posible ver lo anterior, incluso, en el ámbito social y de las relaciones internacionales; es considerada una “megatendencia” y una tecnología disruptiva con potencial de influir en muchos ámbitos de la vida científica y social, que promete incrementar la eficiencia de muchas industrias tradicionales y desarrollar nuevas aplicaciones innovadoras mediante el uso de tecnologías emergentes. El uso de la nanotecnología en técnicas alternas para la generación de energía es una de las tantas áreas con potencial para el desarrollo de nuevos dispositivos tecnológicos. Debido a ello, en los últimos años, diversos grupos de investigación alrededor del mundo han enfocado sus esfuerzos al desarrollo de nuevos materiales nanoestructurados, cuya finalidad es la obtención de tecnologías para el aprovechamiento de recursos alternos, tales como la energía solar. El presente artículo tiene como finalidad el presentar un panorama general sobre el uso de nanoestructuras en la fabricación de dispositivos con el potencial de convertirse en la principal fuente de aprovechamiento de la energía solar. Estos dispositivos son las celdas solares. 54 IMPORTANCIA DE LAS CELDAS SOLARES EN EL CONTEXTO DEL APROVECHAMIENTO DE FUENTES ALTERNAS DE ENERGÍA La energía solar es una de las que mayor atención ha recibido, no solo por parte de la comunidad científica, sino también por la sociedad en general. La luz del sol es, sin duda, la mayor fuente de energía libre de emisiones de carbón que existe; llega mas energía a la tierra en los rayos del sol en una hora (4.3 x 1020 J), que toda la energía consumida en el planeta en un año (4.1 x 1020 J).1 No obstante, en la actualidad, solo alrededor del 0.1%1 de la electricidad producida en el mundo es captada de los rayos del sol por celdas solares y convertida en energía eléctrica.1 Las celdas solares convierten la energía solar en energía eléctrica, gracias a la excitación de electrones con radiación electromagnética en distintos intervalos de frecuencias, que van desde el ultravioleta hasta el cercano infrarrojo. Las celdas solares son fáciles de usar e instalar, lo cual, además de presentar la ventaja de poder emplazarse como sistemas modulares, expande sus usos, que van desde su aplicación en aparatos electrónicos como calculadoras y relojes, hasta su uso en plantas generadoras de energía de considerable envergadura. Sin embargo, uno de los principales obstáculos para el uso de los dispositivos fotovoltaicos en sistemas de generación de energía eléctrica a gran escala, es que, actualmente, el costo del dispositivo por potencia eléctrica generada no es competitivo con el costo de la energía eléctrica producida por medios convencionales, como la quema de combustibles fósiles.2 Paneles solares emplazados en un sátelite de la misión. Observatorio de Relaciones solar-Terrícolas (sTEREO, por sus siglas en inglés) de la NASA. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Aplicaciones de la nanoctenlogia en fuentes alternas de energía / Domingo I. García Gutiérrez, et al. En razón a lo anterior, en años recientes ha ganado atención la investigación acerca del uso de nanopartículas de materiales semiconductores para la fabricación de celdas solares. Aunado a sus elevadas secciones transversales de absorción y al bajo costo relacionado con su fabricación y procesamiento, las nanopartículas semiconductoras son un material que ofrece una alta probabilidad de producir celdas solares de altas eficiencias de conversión y de bajos costos asociados a su producción; comparadas con las celdas solares convencionales base silicio, la producción de celdas a partir de nanopartículas no involucra procedimientos de fabricación tan costosos como lo son: tratamientos térmicos a altas temperaturas en alto vacío y litografía.3 DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS BASADOS EN HETERO-UNIONES HÍBRIDAS Uno de los primeros trabajos que reporta el uso de nanoestructuras para la fabricación de dispositivos fotovoltaicos (celdas solares) es el trabajo de Huynh y colaboradores.3 En dicho trabajo se reporta el uso de un material compuesto de nanobarras de selenuro de cadmio (CdSe) distribuidas en una matriz de poli(3-hexiltiofeno) (P3HT), como la capa absorbente de radiación electromagnética; a este tipo de dispositivos fotovoltaicos se les denomina “celdas solares de heterouniones híbridas”.4 En las celdas solares de heterouniones híbridas se mezclan componentes semiconductores, cuyos portadores de carga mayoritarios sean tipo-p (huecos) y tipo-n (electrones), a fin de lograr una eficiente separación de portadores de carga en la interfase entre ambos, y un subsecuente transporte de carga hacia los electrodos del dispositivo. En este contexto, los pares de portadores de carga, electrón-hueco, se generan cerca de la interfase heterogénea entre el polímero semiconductor (P3HT) y la nanoestructura semiconductora, mismos que son rápidamente separados por medio de la transferencia de uno de los dos portadores de carga a través de dicha interfase, a fin de participar en la conducción electrónica hacia los electrodos.4 Otro ejemplo de celdas solares de heterouniones híbridas es el reportado por Thompson y colaboradores. En este trabajo se documenta el uso de una combinación del P3HT (tipo-p) y el metil-éster-ácido, [6,6]-fenil-C61-buritico (PCBM, Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 tipo-n), siendo este último un derivado de los fulerenos.5 En general, se han usado diferentes tipos de nanoestructuras, de composiciones químicas diversas, para la fabricación de prototipos de celdas solares, de entre las cuales se puede destacar el uso de nanoestructuras de silicio (Si),6 CdSe, 7 selenuro de indio-cobre (CuInSe2),8 óxido de zinc (ZnO),9 sulfuro de cadmio (CdS), sulfuro de plomo (PbS)11 y selenuro de plomo (PbSe).12 Es importante hacer notar que, hasta el momento los prototipos de celdas solares de heterouniones híbridas han observado eficiencias máximas de tan solo el 2.2 % de conversión de energía.12 Las bajas eficiencias de conversión se han relacionado con efectos tales como la falta de optimización de la superficie de la nanoestructura, debiéndose obtener una superficie que promueva, de manera efectiva, el intercambio de portadores de carga entre la nanoestructura y la matriz polimérica, a través de su interfase. Más aún, en algunos de estos trabajos de investigación se ha observado que la formación de fases segregadas de nanoestructuras dentro de la matriz polimérica, debida principalmente a su deficiente dispersión, afecta sustancialmente el desempeño de este tipo de dispositivos fotovoltaicos. En virtud de lo anterior, y debido al excelente control de su tamaño y morfología, mediante métodos químicos, así como al alto valor del radio de excitón de Bohr, -distancia en la que se extiende el excitón, par de electrón, en banda de conducción, y hueco, en banda de valencia- que éstos presentan, los calcógenos de plomo, tales como el PbSe, PbS y teluro de plomo (PbTe), han recibido especial atención por parte de la comunidad científica.14,15 Las características antes citadas permiten ajustar de manera precisa, mediante el confinamiento cuántico, -fenómeno que se presenta cuando el tamaño de la nanoestructura semiconductora es comparable con su radio de excitón de Bohr- el valor de la energía de banda prohibida dentro de un intervalo que permite la conversión de energía solar aun en el cercano infrarrojo (f > 120 THz). Otro factor que hace a estos sistemas de nanopartículas tan atractivos para su aplicación en la fabricación de celdas solares, es la gama de morfologías que es posible obtener a través de procedimientos químicos; se ha reportado la preparación de nanoestructuras con morfologías tales como esferas, cubos, alambres, estrellas y anillos.16-18 Asimismo, se ha observado que estos calcógenos de 55 �Aplicaciones de la nanoctenlogia en fuentes alternas de energía / Domingo I. García Gutiérrez, et al. Pb, particularmente el PbSe, son capaces de exhibir el fenómeno de “generación de múltiples excitones” (o GME, por sus siglas en inglés), -generación de más de un excitón, o par electrón-hueco, por parte de un solo fotón- lo cual incrementa la posibilidad de contar con altas eficiencias de conversión energéticas en celdas construidas a partir de este tipo de nanoestructura.19 Es importante hacer notar que gracias a este fenómeno se abre la posibilidad de fabricar celdas solares capaces de superar el límite Shockley-Queisser,20 en materiales semiconductores con una energía de intervalo prohibido única. DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS BASADOS EN NANOCRISTALES EN MEDIO CONTINUO Otro prototipo de celdas solares, también basada en nanoestructuras y ampliamente citado en la literatura, son las denominadas “celdas solares de nanocristales inorgánicos en medio continuo”.4 Con este tipo de celdas se superan los problemas relacionados con la baja eficiencia de conversión de las “celdas solares de hetero-uniones híbridas”, y que se encuentran asociados a la deficiente dispersión de nanoestructuras en matrices de naturaleza disimilar, así como la foto-degradación y oxidación de polímeros semiconductores; lo anterior sin sacrificar las ventajas que ofrece el uso de nanoestructuras en la fabricación de celdas solares. En este contexto, recientemente se han publicado trabajos que describen la fabricación y funcionamiento de dispositivos fotovoltaicos de tipo Schottky, que usan una capa absorbente de luz basada en cristales sintetizados a partir del depósito de nanopartículas de PbS21,22 y PbSe23,24 sobre sustratos. Módulos de paneles solares en el techo de residencias para alimentarlas con energía eléctrica foto-generada a partir de la radiación solar. 56 Usualmente estos dispositivos son fabricados a partir del depósito de las nanopartículas sobre sustratos de vidrio, previamente recubiertos con óxido de indio y estaño (ITO, por sus siglas en inglés), los cuales posteriormente son recubiertos, por técnicas de evaporación térmica, con una capa metálica (Mg, Al, Ca/Al, entre otros) la cual funge como el electrodo de la celda. Actualmente, la mayoría de este tipo de celdas solares presentan una eficiencia máxima de aproximadamente 4.2%.22 DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS BASADOS EN PELÍCULAS DELGADAS Por otro lado, las calcopiritas de selenuro de cobre e indio (CuInSe2 o CIS, por sus siglas en inglés) son también un grupo de compuestos con potenciales aplicaciones en la fabricación de celdas solares basadas en nanoestructuras. El atractivo de estos compuestos es que, según se ha reportado en la literatura, sus propiedades pueden manipularse a través de la adición de galio (Ga), el cual reemplaza parcialmente a los átomos de indio (In), y de azufre (S), que reemplaza una porción de los átomos de selenio (Se), siendo posible la obtención de compuestos no estequiométricos con fórmula CuIn125 La xGaxSySe2-y (CIGS, por sus siglas en inglés). utilización de películas delgadas de estos compuestos permite eficiencias de conversión tan altas como del 19 %, gracias a que presentan características ópticas tales como alto coeficiente de absorción, y estructura de bandas con intervalo prohibido directo.25 Debido a su alta eficiencia de conversión, diversos grupos de investigación han dirigido su atención al desarrollo de coloides de compuestos CIGS,8 explorando, además, rutas sintéticas para la preparación de nanoestructuras de compuestos como CuInS226 y CuInSe2;27 en la mayoría de estos reportes, las nanoestructuras fueron probadas en prototipos de celdas solares que típicamente presentaban una configuración de capas tipo vidrio/Mo/(CIGS tipop)/CdS/ZnO/ITO. Las eficiencias reportadas para este tipo de celdas solares están cerca del 3%.27 CELDAS DE GRÄETZEL Las celdas de Gräetzel, también conocidas como celdas solares “sensibilizadas”, son construidas comúnmente a partir de óxido de titanio (TiO2), utilizado Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Aplicaciones de la nanoctenlogia en fuentes alternas de energía / Domingo I. García Gutiérrez, et al. para la fabricación de electrodos para dispositivos fotovoltaicos, moléculas “sensibilizadoras”, generalmente de complejos de bipiridina de rutenio (II), electrolitos redox, típicamente I-/I3- o Co2+/Co3+ en disolución orgánica, y un electrodo metálico, usualmente de platino.4 En este tipo de celdas, la función del “sensibilizante” es la de absorber luz visible e inyectar electrones foto-generados hacia la banda de conducción del TiO2. No obstante, este proceso carga positivamente a las moléculas del “sensibilizante”, provocando la subsecuente oxidación de los iones del electrolito (I- a I3-, o Co2+ a Co3+). Debido a la diferencia de potencial entre los electrodos de la celda, estos iones difunden hacia el electrodo metálico, en donde se reducen electroquímicamente (I3- a I- o Co3+ a Co2+), cerrando así el ciclo de la celda. Es importante resaltar que el uso de electrodos fabricados de TiO2 mesoporoso, sintetizado a partir de la sinterización de nanopartículas de anatasa, ha permitido incrementar el área superficial de su interfase con el electrolito, lo cual se traduce en un incremento en la eficiencia de este tipo de celda, alcanzando magnitudes de hasta el 11%.28 En la actualidad, además, se explora el uso de nanopartículas semiconductoras como agente “sensibilizante” para la fabricación de este tipo de celdas. Lo anterior debido principalmente a dos factores. Por un lado, el rutenio es un metal precioso y su abastecimiento es limitado, lo cual hace la síntesis de este tipo de nanoestructuras, en comparación, un medio más rentable para la fabricación de celdas de Gräetzel. Más aún, la síntesis de nanopartículas semiconductoras ofrece la posibilidad de controlar las propiedades fotoeléctricas del agente “sensibilizante”, a través del control de su tamaño y morfología. En este sentido, algunos trabajos de investigación han arrojado resultados prometedores, reportando que, por ejemplo, la transferencia de electrones en interfaces de TiO2/CdSe es sumamente eficiente.29 No obstante, la utilización de nanopartículas semiconductoras para este fin se encuentra en una etapa muy temprana, ya que en la actualidad los mecanismos que rigen dicha trasferencia son, aun, sujetos de estudio. Prueba de ello es el trabajo de W. A. Tisdale y colaboradores, recientemente publicado en la prestigiosa revista Science, en donde se presenta un estudio detallado de los mecanismos de transferencia de electrones en la interfase de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 nanopartículas de PbSe y una película de TiO2.30 El resultado mas destacable de esta investigación es la demostración experimental de que en este tipo de sistemas es posible transferir “electronescalientes” (hot-electrons) -electrones que no están en equilibrio térmico con la red cristalina en la cual se encuentran- desde las nanopartículas de PbSe hacia la película de TiO2, y aprovecharlos para la generación de electricidad; en los dispositivos fotovoltaicos tradicionales, este tipo de electrones disipan su energía en forma de calor, induciendo vibraciones en la red cristalina del semiconductor.30 A P U N T E S I M P O RTA N T E S A C E R C A D E L DESARROLLO DE CELDAS SOLARES BASADAS EN NANOESTRUCTURAS Ahora bien, a fin de aprovechar las posibles ventajas que ofrecen los sistemas antes mencionados, se deben reunir tres condiciones básicas.14 En primer lugar, los niveles de energía de las nanoestructuras y de las matrices que las contengan tienen que alinearse de manera complementaria, de tal forma que faciliten la separación de los excitones foto-generados a portadores de cargas libres. Por otro lado, la cinética de la separación de los excitones a portadores de cargas libres, y el subsecuente transporte de dichos portadores de cargas, tiene que suceder más rápido que su recombinación. Finalmente, la morfología de los materiales compuestos (nanoestructura/ polímero-semiconductor) tiene que maximizar el área interfacial entre ambos materiales para facilitar la separación de los excitones a portadores de cargas libres, y al mismo tiempo proveer un camino continuo para el transporte de dichos portadores de cargas a los electrodos de la celda. DESARROLLO DE MATERIALES ABSORBENTES DE LUZ PARA CELDAS SOLARES Como se puede inferir del panorama hasta ahora presentado, el componente medular de una celda solar es en el que tiene lugar la foto-generación de excitones o pares electrón-hueco. Dicho dispositivo es comúnmente denominado capa absorbente de luz. Existen muchas y muy diversas técnicas para la preparación de estos materiales, y dependiendo de ellas es que uno u otro prototipo de celda, de los hasta ahora presentados, es fabricada. 57 �Aplicaciones de la nanoctenlogia en fuentes alternas de energía / Domingo I. García Gutiérrez, et al. Por ejemplo, el desarrollo de celdas solares basadas en películas delgadas, se logra generalmente a partir de técnicas de depositación térmica del material de la capa absorbente de luz sobre sustratos que fungen como electrodo del dispositivo fotovoltaico.25 De entre las técnicas reportadas en la literatura para este fin destacan la co-evaporación de los reactivos y tratamiento térmico (recocido) de películas precursoras (elementales o de compuestos) en atmósferas controladas.31 Se ha reportado que la deposición por co-evaporación de reactivos, por ejemplo de películas delgadas de CIGS, se logra a partir de una metodología de tres etapas, las cuales se llevan a cabo en atmósferas ricas en Se y bajo condiciones de ultra-alto vacío.32,33 Esta metodología involucra la depositación de una capa de CIGS rica en Cu en un sustrato, a 450 °C, seguida de una capa rica en In a una temperatura de 550 °C.34 La secuencia de deposición de capas asegura la formación de una película homogénea de CIGS con una conveniente deficiencia de Cu.2 Es de resaltar que, a través de esta metodología, se ha logrado la preparación de materiales absorbentes de luz con una eficiencia de conversión de energía de hasta un 20 %.25,35-38 No obstante, como es de imaginarse, este método de preparación es costoso, y presenta como mayor problema una falta de control sobre la composición final de la película delgada de CIGS; la composición que se obtiene no es homogénea en toda la película depositada, principalmente cuando se intentan recubrir áreas de varios centímetros, lo cual afecta directamente a la eficiencia final de la celda solar, ya que la composición de la película tiene un efecto directo en la habilidad del material de convertir fotones a excitones. Por esta razón, actualmente se exploran metodologías de síntesis de nanocristales de CIGS, CuInS2 y CuInSe2 por medios químicos suaves. Se ha reportado el uso de acetil acetonatos de In y Cu como precursores de dichos elementos, o en su defecto cloruros de In y Cu, además de cloruro de galio, mientras que para el caso del azufre y el selenio se usan sus polvos elementales como precursor;8 la reacción se lleva a cabo en diclorobenceno a temperaturas que van desde los 180 °C hasta los 240 °C. Estas reacciones dan como resultado nanocristales que varían en tamaño desde los 5 nm hasta los 25 nm. De manera análoga, se ha reportado la síntesis de nanopartículas de PbSe, PbS y PbTe utilizando 58 suspensiones de óxido de Pb en ácido oléico; esta suspensión se calienta a altas temperaturas (aproximadamente 150 °C) para que se forme un oleato de Pb. En su caso, la fuente de Se o Te proviene generalmente de disoluciones de estos elementos en trioctilfosfina (TOPO), misma que es posteriormente agregada al precursor de Pb durante la formación del oleato.14-18,39,40 Las nanopartículas semiconductoras de calcógenos de Pb se forman inmediatamente después de agregar la disolución de Se o Te, y su tamaño final es controlado mediante un control de la temperatura y el tiempo de reacción. Este método de síntesis ha demostrado ser muy flexible y versátil, ya que cambiando algunos de los parámetros de la reacción se ha logrado observar un buen control en la morfología de las nanopartículas sintetizadas (véase figura 1). Algunos de los parámetros de la reacción que, de acuerdo a reportes, tienen un impacto directo en la morfología de las nanopartículas son la velocidad de enfriamiento de la reacción, la temperatura a la que se prepara el precursor de plomo y la adición de hexano al final de la reacción.17,40 Por otro lado, la preparación de absorbentes de luz a partir de materiales híbridos, entre nanopartículas y matrices poliméricas semiconductoras, es lograda a través de metodologías denominadas ex situ. En estas metodologías, las nanopartículas son sintetizadas, posteriormente su superficie es funcionalizada con algún ligando, y finalmente dispersas en disoluciones poliméricas. Una vez lograda la dispersión de las nanopartículas funcionalizadas en la disolución polimérica, la película de material híbrido puede prepararse por métodos de depositación como el “spin-coating” (SC).22,24,41 Este método consiste en colocar una gota de la disolución de material híbrido Fig. 1. Imágenes de TEM mostrando dos de las diferentes morfologías obtenidas en la síntesis de nanoparticulas de los calcógenos de plomo. En la imagen de la izquierda se pueden apreciar nanopartículas con una forma esférica, mientras que en la imagen de la derecha, se pueden observar con una forma cúbica.40 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Aplicaciones de la nanoctenlogia en fuentes alternas de energía / Domingo I. García Gutiérrez, et al. sobre un sustrato, para posteriormente hacerlo rotar a una velocidad controlada, de manera que el fluido es dispersado sobre él, gracias a la fuerza centrífuga asociada a la rotación y al tiempo en que el disolvente es evaporado. Asimismo, el desarrollo de películas absorbentes de luz, en dispositivos fotovoltaicos basados en nanocristales en medio continuo, se logra a partir de métodos de depositación como el “dip-coating” (DC). En este caso, el sustrato es inmerso en una disolución coloidal de nanoestructuras, dejado ahí por un periodo determinado de tiempo, posteriormente retirado a una velocidad controlada y finalmente lavado para eliminar las moléculas de ligante con que se funcionaliza a las nanopartículas y se mejora el transporte de carga entre ellas.23,24 Una de las grandes ventajas que ofrece este método es la facilidad con la que se puede controlar el espesor final de la película, ya que al repetir el paso de inmersión del sustrato en la disolución coloidal se puede aumentar el espesor final de la película. Un ejemplo de este tipo de películas es mostrado en la figura 2. Fig. 2. Imagen de SEM de la sección transversal de una película de nanopartículas de PbSe, preparada por el método de recubrimiento por inmersión capa-por-capa depositada en una capa de ITO. La barra de magnificación en la imagen equivale a 50 nm.24 FABRICACIÓN DE CELDAS SOLARES La figura 3 muestra una representación esquemática de una celda solar, en la cual se usa como material absorbente de luz una película delgada de CIGS. La fabricación de la celda comienza con la depositación de Mo sobre un sustrato de vidrio, Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 Fig. 3. Diagrama mostrando el esquema de una configuración típica de una celda solar con base en películas delgadas de CIGS. seguida del depósito de una capa absorbente de luz de CIGS tipo-p, una capa de CdS tipo-n u otro semiconductor tipo-n ligeramente dopado, una capa de ZnO intrínseco, una capa de semiconductor transparente tipo-n, usualmente ZnO dopado o InO3, una rejilla de conductor metálico (Ni o Al) y una pantalla anti-reflejante, que puede ser de MgF2.2 Como se observa, la estructura de esta celda base CIGS es sumamente complicada e implica el apilamiento de un gran número de capas que deben de reaccionar entre sí para fomentar la interconexión y favorecer el transporte de carga, lo cual es logrado a través de tratamientos térmicos en atmósfera controlada, al que es sujeto la celda durante los pasos de deposición. Se han reportado eficiencias de conversión de hasta un 19.2 % para celdas con este tipo de configuración.42 Por su parte, una técnica ampliamente reportada para la fabricación de dispositivos fotovoltaicos a partir de materiales híbridos, entre nanopartículas semiconductoras y matrices poliméricas, consiste en depositar disoluciones de estos materiales sobre sustratos de un óxido conductor transparente, como el 59 �Aplicaciones de la nanoctenlogia en fuentes alternas de energía / Domingo I. García Gutiérrez, et al. ITO.4 El depósito de la película de material compósito se logra por metodologías tales como el SC. Una vez que se cuenta con el electrodo transparente recubierto con una capa del material absorbente de luz, el siguiente paso es depositar un segundo electrodo, que en la mayoría de los casos es una capa de aluminio (Al) (véase figura 4). Esta capa de material conductor se deposita por métodos de evaporación, generalmente en áreas previamente delimitadas por máscaras litográficas.21 No obstante, otra alternativa es la fabricación de celdas fotovoltaicas a través de métodos como el DC, utilizando sustratos de vidrio recubiertos con ITO; el recubrimiento de ITO se realiza con un patrón de interés con base en el área definida como región activa de la celda fotovoltaica. Posteriormente se deposita un segundo electrodo sobre la película de material absorbente de luz.41 Como se puede ver, en ambos casos, los métodos de fabricación son relativamente sencillos y accesibles, ya que no requieren de equipo muy especializado para su fabricación.4 Fig. 4. Ilustración mostrando un modelo básico de los dispositivos fotovoltaicos previamente descritos. En este modelo se observa un electrodo superior, aluminio, la capa absorbente de luz en base a nanopartículas, y finalmente el sustrato de ITO/vidrio, que es el electrodo inferior. Aunado a lo anterior, recientemente se han publicado reportes de configuraciones alternativas para la fabricación de celdas solares.43,44 Estas configuraciones intentan aprovechar algunas de las características particulares de las nanoestructuras, dando lugar a un tipo de dispositivo fotovoltaico denominado celda solar exitónica (exitonic solar cell). La principal característica de este tipo de celda solar es que los portadores de carga se generan y se separan de manera simultánea en las interfaces entre sus componentes; en las celdas solares convencionales, la generación de los pares electrón-hueco ocurre a lo largo de toda la celda, y la separación de las cargas tiene lugar hasta la 60 unión n-p. Las celdas de Gräetzel son un ejemplo de celdas solares exitónicas. No obstante, dentro de las configuraciones alternativas, propuestas en la literatura, destacan en las que se sugieren localizar la capa absorbente de luz (la que contendría las nanopartículas semiconductoras) en medio de dos capas disimilares, una de naturaleza n, en la que los electrones foto-generados sean conducidos, y la otra de naturaleza p, para el acarreo de los huecos (véase figura 5). En este sentido, Choi y colaboradores han reportado la fabricación de celdas solares exitónicas, usando como capa absorbente de luz una película a base de nanopartículas de PbSe, una capa tipo n de ZnO foto-dopado con radiación UV y una capa tipo p de poli(3,4-etilenodioxitiofeno): poli-(estirenosulfonato) (PEDOT:PSS); de acuerdo a sus resultados, este tipo de configuración muestra una eficiencia de conversión de alrededor de 3.4%, la cual es una de las más altas reportadas para este tipo de sistemas.43 Fig. 5. Diagrama mostrando las partes y la configuración propuesta para una celda solar exitónica.43 APUNTES FINALES En este artículo se presentaron algunos ejemplos que muestran las posibles aplicaciones de las nanoestructuras en el desarrollo de celdas solares. Como se puede inferir de lo expuesto, la aplicación de las nanoestructuras para la mejora en la eficiencia de este tipo de dispositivos es prometedora. No es entonces de sorprendernos que este tema de investigación esté ganando un considerable número de adeptos dentro de la comunidad científica internacional, quienes han enfocado sus esfuerzos en el desarrollo de metodologías para la fabricación de celdas solares basadas en nanoestructuras. Lo anterior queda de manifiesto en la cantidad de trabajos de investigación reportados en diversas publicaciones de tiraje internacional, y que entre los años 2007 y 2009 ha tenido un incremento de 120 a 280 artículos publicados. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Aplicaciones de la nanoctenlogia en fuentes alternas de energía / Domingo I. García Gutiérrez, et al. sacar partido de recursos alternos poco explotados por el hombre, como la energía solar. Lo anterior justifica, en todos sentidos, el seguir invirtiendo y trabajando en proyectos de investigación científica básica y de innovación tecnológica, que busquen ampliar y aplicar conocimientos a la generación de energía por medios alternos. Fig. 6. Imagen de TEM mostrando nanopartículas de PbSe con morfología esférica y un diámetro aproximado de 4 nm. La barra de magnificación en la imagen equivale a 5 nm. Los investigadores de la Universidad Autónoma de Nuevo León, y específicamente los adscritos a la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, han reconocido el potencial de las nanoestructuras como materia prima para la fabricación de dispositivos fotovoltaicos. En este contexto, actualmente, se trabaja en diversas líneas enfocadas a la preparación y caracterización de nanoestructuras con potenciales aplicaciones en la fabricación de celdas solares. Entre estas líneas destaca la guiada a la preparación de celdas solares basadas en materiales híbridos nanoestructurados, entre nanopartículas de calcógenos de plomo (PbSe, PbTe, PbS) y polímeros semiconductores. Las líneas de investigación en las que se sustenta este trabajo han sido cultivadas por investigadores del cuerpo académico de Síntesis y Caracterización de Materiales, y están siendo aprovechadas en este caso, por el recientemente registrado cuerpo de Ciencia e Ingeniería en Nanoestructuras. Como un ejemplo, la figura 6 muestra imágenes obtenidas por microscopía electrónica de transmisión, de nanopartículas de PbSe, sintetizadas por métodos químicos suaves. Estas nanopartículas tienen un diámetro aproximado de 4 nm, y muestran una morfología esférica. El siguiente paso en este proyecto es el de lograr un mayor control en el tamaño y la morfología de estas nanopartículas, para su posterior incorporación en la capa de material absorbente de luz, y estudiar el efecto de estos parámetros (tamaño y morfología) en sus propiedades fotovoltaicas. Finalmente, un punto importante a resaltar es que, aunque hasta el momento ninguno de los dispositivos fotovoltaicos basados en nanoestructuras es más eficiente que las celdas solares convencionales, la fabricación de celdas solares basadas en nanoestructuras representa una gran oportunidad para el desarrollo de nuevas tecnologías capaces de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 REFERENCIAS 1. Basic Research Needs for Solar Energy Utilization. Report of the Basic Science Workshop on Solar Energy Utilization, April 18-21 2005. Department of Energy, Office of Science. Este reporte se encuentra disponible http://www.sc.doe.gov/bes/ reports/files/SEU_rpt.pdf. 2. M. Kemell, M. Ritala, M. Leaskelä, Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 30, 1 (2005). 3. Huynh, W. U.; Dittmer, J. J.; Alivisatos, A. P. Science, 295, 2425 (2002). 4. Talapin, D.V.; Lee, J.S.; Kovalenko, M. V. and Schevchenko, E.V. Chem. Rev. 110, p. 389 (2010). 5. Thompson, B.C.; Jean, M.J.F. Angew. Chem. Int. Ed. 47, p. 58 (2008). 6. Liu, C.-Y. ; Holman, Z.C. ; Kortshagen, U.R. ; Nano Lett. 9, p.449 (2009). 7. Sun, B.Q.; Marx, E.; Greenham, N.C. Nano Lett. 3, p. 961 (2003). 8. Panthani, M.G.; Akhavan, V.; Goodfellow, B.; Schmidtke, J.P.; Dunn, L.; Dodabalapur, A.; Barbara, P.F.; Korgel, B. A. J. Am. Chem. Soc. 130, p.16770 (2008). 9. Beek, W. J. E.; Wienk, M. M.; Jansen, R. A. J. Adv. Func. Mat. 16, p. 1112 (2006). 10. Greenham, N. C.; Peng, X.; Alivisatos, A. P. Phys. Rev. B 54, p.17628 (1996). 11. Fritz, K.P.; Guenes, S.; Luther, J.; Kumar, S.; Saricifitci, N. S.; Scholes, G. D. J. Photochem. Photobiol. 195, p. 39 (2008). 12. Kim, S. J.; Kim, W. J.; Cartwright, A. N.; Prasad, P.N. Appl. Phys. Lett. 92, p. 191107 (2008). 13. Gur, I.; Fromer, N.A.; Chen, C.-P.; Kanaras, A.G.; Alivisatos, A.P. Nano Lett. 7, p. 409 (2007). 14. Hanrath, T.; Veldman, D.; Choi, J. J.; Christova, C. G.; Wienk, M. M.; Janssen, R. A. J. ACS Appl. Mat. Int. 1, p. 244 (2009). 61 �Aplicaciones de la nanoctenlogia en fuentes alternas de energía / Domingo I. García Gutiérrez, et al. 15. Ma, W.; Luther, J. M.; Zheng, H.; Wu, Y.; Alivisatos, A. P. Nano Lett. 9, p. 1699 (2009). 16. Cho, K.-S.; Talapin, D. V.; Gaschler, W.; Murray, C. B. J. Am. Chem. Soc. 127, p. 7140 (2005). 17. Houtepen, A. J.; Koole, R.; Vanmaekelbergh, D. L.; Meeldijk J.; Hickey, S. G. J. Am. Chem. Soc. 128, p. 6792 (2006). 18. Lu, W.; Fang, J.; Ding, Y.; Wang, Z. L. J. Phys. Chem. B 109, p. 19219 (2005). 19. Trinh, M. T.; Houtepen, A. J.; Schins, J. M.; Hanrath, T.; Piris, J.; Knulst, W.; Goossens, A. P. L. M.; Siebbeles, L. D. A. Nano Lett. 8, p. 1713 (2008). 20. Schockley, W.; Queisser, H. J. J. Appl. Phys. 32, p. 510 (1961). 21. Clifford J.P; Johnston, K.W.; Levina, L.; Sargent, E.H. App. Phys. Lett. 91, p. 253117 (2007). 22. Johnston, K.W.; Pattantyus-Abraham, A.G.; Clifford, J.P.; Myrskog, S.H.; Hoogland, S.; Shukla, H.; Klem, E.J.D.; Levina, L.; Sargent, E.H. Appl. Phys. Lett. 92, p. 122111 (2008). 23. Luther, J.M.; Law, M.; Song, Q.; Perkins, C.L.; Beard, M.C.; Nozik, A.J. ACS Nano 2, p. 271 (2008). 24. Luther, J.M.; Law, M.; Beard, M.C.; Song, Q.; Reese, M.O.; Ellingson, M.J.; Nozik, A.J. Nano Lett. 8, p. 3488 (2008). 25. Ramanathan, K.; Contreras, M. A.; Perkins, C. L.; Asher, S.; Hasson, F. S.; Keane, J.; Young, D.; Romero, M.; Metzger, W.; Noufi, R.; Ward, J.; Duda, A. Prog. Photovolt: Res. Appl. 11, p. 225 (2003). 26. Tang, J.; Hinds, S.; Kelley, S.O.; Sargent, E.H. Chem. Mater. 20, p. 6906 (2008). 27. Guo, Q.; Kim, S.J.; Kar, M.; Shafarman, W.N.; Birkmire, R.W.; Stach, E.A.; Agrawal, R.; Hillhouse, H.W. Nano Lett. 8, p. 2982 (2008). 28. Gratzel, M. J. Photochem. Photobiol., A: Chem. 2004, 164, 3. 29. Kamat, P. V. J. Phys. Chem. C. 2008, 112, 18737. 30. Tisdale, W.A.; Williams, K. J.; Timp, B.A.; Norris, D.J.; Aydil,E.S.; Zhu, X.-Y. Science. 328, p. 1543 (2010). 62 31. Birkmire, R. W.; Eser, E. Annu. Rev. Mater. Sci. 27, p. 625 (1997). 32. Conteras, M. A.; Tuttle, J.; Gabor, A.; Tennant, A.; Ramanathan, K.; Asher, S.; Franz, A.; Keane, J.; Wang, L.; Scofield, J.; Noufi, R. Proc. 1st World Conf. Photovolt. Energy Conv. IEEE, 68 (1994). 33. Gabor, A. M.; Tuttle, J. R.; Albin, D. S.; Contreras, M. A.; Noufi, R, Appl. Phys. Lett. 65, p. 198 (1994). 34. Devaney, W. E.; Chen, W. S.; Stewart, J. M.; Mickelsen, R. A. IEEE Trans. Electron Dev. 37, p. 428 (1990). 35. Contreras, M. A.; Egaas, B.; Ramanathan, K.; Hiltner, J.; Swartzlander, A.; Hasoon, F.; Noufi, R. Prog. Photovolt: Res. Appl. 7, p. 311 (1999). 36. Hagira, Y.; Nakada, T.; Kunioka, A. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 67, p. 267 (2001). 37. Chaisitsak, S.; Yamada A.; Konagai, M. Jpn. J. Appl. Phys. 41, p. 507 (2002). 38. Nakada, T.; Mizutani M. Jpn. J. Appl. Phys. 41, L165 (2002). 39. Yu, W. W.; Falkner, J. C.; Shih, B. S.; Colvin, V. L. Chem. Matter. 16, p. 3310 (2004). 40. Murphy, J. E.; Beard, M. C.; Norman, A. G.; Ahrenkiel, S. P.; Johnson, J. C.; Yu, P.; Micic, O. I.; Ellingson, R. J.; Nozik, A. J. J. Am. Chem. Soc. 128, p. 3241 (2006). 41. Koleilat, G. I.; Levina, L.; Shukla, H.; Myrskog, S. H.; Hinds, S.; Pattantyus-Abraham, A. G.; Sargent, E. H. ACS Nano 2, p. 833 (2008). 42. Haug, F.-J.; Rudmann, D.; Bilger, G.; Zogg, H.; Tiwari, A. N. Thin Solid Films 431-432, p. 431 (2003). 43.Choi, J.J.; Lim, Y.-F.; Santiago-Berrios, M.E.B.; Oh, M.; Hyun, B. R.; Sun, L.; Bartnik,A. C.; Goedhart,A.; Malliaras,G.G.; Abruña, H. D.; Wise, F.W.; Hanrath, T. Nano Lett. 9 (11), p. 3749 (2009). 44.McDaniel, H.; Zuo, J.-M.; Shim, M. J. Am. Chem. Soc. 132 (10), p. 3286 (2010). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Cinética de oxidación de la pirita, subproducto ácido del drenaje de la mina La Guitarra Miguel Ángel Espinosa RodríguezA, Edgar A. Arteaga BalderasB, Rosa María Zambrano CárdenasA, Liborio González TorresA Área de Ciencias Básicas e Ingenierías. Programa Académico de Ingeniería Química. Universidad Autónoma de Nayarit, (UAN). emiguel@nayar.uan.mx B Facultad de Ingeniería Civil, Instituto de Ingeniería Civil, UANL edgar.arteagabl@uanl.edu.mx A RESUMEN El drenaje ácido de mina (AMD), es el proceso mediante el cual, algunos minerales sulfurados se oxidan formando ácido sulfúrico (la pirita es el mineral que comúnmente genera este ácido, H2SO4). Este estudio, está enfocado a la determinación de la constante de velocidad de oxidación (k), parámetro importante en el diseño de sistemas de tratamiento de drenaje ácido, tal como el de la mina “La Guitarra” ubicada al suroeste del Estado de México. Los resultados obtenidos en las pruebas de velocidad de oxidación, indican que el ion ferroso es oxidado en un tiempo mínimo de 4 minutos. Durante esta reacción de oxidación e hidrólisis, 1 mol de acidez (como H2SO4) es formado por cada mol de ion ferroso oxidado. PALABRAS CLAVE Drenaje ácido de mina, ácido sulfúrico, pirita, velocidad de oxidación, ion ferroso. ABSTRACT Acid mine drainage (AMD) is the process in which some sulfide minerals oxidize forming sulfuric acid (pyrite is the mineral used commonly generates this acid, H2SO4). This study is focused in acid drainage occurrence in the mine “La Guitarra” located southeast in Mexico state. The obtained results in the oxidation rate test, indicate that ferrous iron is oxidized in minimum time of 4 minutes. During this oxidation and hydrolysis reaction, 1 mol of acidity (as H2SO4) is formed for each mole of ferrous iron that is oxidized. KEYWORK Acid mine drainage, sulfuric acid, pyrite, oxidation rate, ferrous ion. INTRODUCCIÓN La unidad minera “La Guitarra” se localiza en la porción suroeste del Estado de México, a 6 km de la población de Temascaltepec. Las coordenadas geográficas donde se ubica son: 19° 02’ 14” de latitud norte y 100° 02’ 47” longitud oeste; y se halla a 2200 metros sobre el nivel del mar. Limita al norte con Valle de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 63 �Cinética de oxidación de la pirita, subproducto ácido del drenaje de la mina La Guitarra /Miguel Ángel Espinosa Rodríguez, et al. inevitable de drenaje ácido producido principalmente y de manera natural por el fierro en forma de pirita (FeS2). El drenaje ácido de mina (AMD) es uno de los más serios y costosos problemas ambientales de la industria minera en el presente.1 Fig. 1. Mapa geológico del distrito de Temascaltepec:2,3 SMO = Sierra Madre Occidental, SMS= Sierra Madre del Sur, FVTM = Faja Volcánica Trans-Mexicana. Bravo, Amanalco de Becerra y Zinacantepec; al sur con San Simón de Guerrero, Tejupilco y Texcaltitlán; al oriente con Zinacantepec y Coatepec Harinas y al poniente con Zacazonapan.1 El distrito minero de Temascaltepec2,3 (figura 1), contiene numerosas vetas de Ag-Au del tipo epitermal de baja sulfuración. Estos depósitos epitermales están relacionados con la actividad hidrotermal asociada a manifestaciones volcánicas y subvolcánicas. En esta zona, las rocas volcánicas ácidas, se encuentran parcialmente cubiertas por las rocas de la Faja Volcánica Trans-Mexicana (FVTM).3 Las estructuras existentes en la mina “La Guitarra” son de forma tabular (vetas) con rumbo NW y echado hacia el SW y NW. Existen otros afloramientos de importancia pero es “La Guitarra” la veta principal, la cual aflora a lo largo de 5 km y sus espesores varían de 2 a 15 m. Este yacimiento está constituido por minerales de oro, plata, plomo, fierro, zinc y cobre. En esta zona, en la actualidad se presenta una intensa actividad minera en cuatro niveles (San Rafael, Amelia, San Francisco y la Cruz), por lo cual podría originar una situación crítica respecto a la generación descontrolada e 64 Drenaje ácido de mina El proceso ARD ocurre en forma natural, el cual es conocido por geólogos desde hace tiempo como un proceso supergénico formado por aguas descendentes o por enriquecimiento descendente como se muestra en la figura 2. En la superficie, trazas de ARD pueden ser percibidas por las manchas rojas de óxido férrico / hidróxido o de ocre (mezcla de arcilla con óxido férrico hidratado) a bajos valores de pH.4 Como se indica en la figura 2, el enriquecimiento supergénico se da cuando el hierro es liberado de los sulfuros previamente ocupando la zona lixiviada. El hierro es transportado hacia arriba y precipitado en el gozzan (depósito ferruginoso de relleno de las partes superiores de las vetas o de cubierta superficial sobre masas de pirita, generalmente de óxido de hierro). Otros metales son transportados hacia abajo del nivel freático, en la zona enriquecida. Los principales puntos generadores del AMD son: drenaje debido a obras subterráneas; escurrimiento superficial por explotación a cielo abierto; residuos de mineral depositados en terreros; residuos debidos a la explotación de minas de carbón (alto contenido de azufre); presas de jales; lixiviados de desmontes de minas (terreros, depósitos, etc.); y, exposición natural de las rocas conteniendo sulfuros.4 Fig. 2. Proceso de enriquecimiento supergénico. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Cinética de oxidación de la pirita, subproducto ácido del drenaje de la mina La Guitarra /Miguel Ángel Espinosa Rodríguez, et al. Oxidación de la pirita El disulfuro de hierro se presenta en dos formas, pirita y marcasita (FeS 2). La pirita es cristalográficamente isométrica, mientras que la marcasita es ortorrómbica. La marcasita es conocida a la intemperie más fácilmente que la pirita.5 Bajo condiciones de intemperismo la pirita se oxida para formar ácido sulfúrico, liberándose el ion ferroso: 2FeS2(S)+2H2O+7O2=4H++4SO42-+2Fe2+ (1) El ion ferroso puede aún oxidarse para formar el ion férrico y precipitar como hidróxido férrico (o guetita, jarosita) siguiendo estas reacciones: 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O Fe3++2H2O=Fe(OH)3(S)+3H+ (2) La reacción de oxidación total de la pirita puede ser escrita como sigue: FeS2(S)+15/4O2+7/2H2O=Fe(OH)3(S)+4H-+2SO42(3) 6 Singer y Stumm, propusieron el desarrollo de la reacción de oxidación total en cuatro etapas (a, b, c y d) tal como se observa en la figura 3. Rapidez de oxidación de la pirita Como se observa en la figura 3, hay dos agentes disponibles conocidos en forma natural para la oxidación de la pirita: ion férrico y oxígeno. Si el pH es menor que 3.5, cantidades significativas de ion férrico (Fe3+) pueden existir en solución. A pH más altos, el precipitado de hidróxido férrico se remueve de la solución. Si la concentración de sulfatos es suficientemente alta, el ion férrico puede también ser removido de la solución ácida por precipitación de minerales de hierro sulfatados como la jarosita (sulfato hidratado de hierro y potasio) y coquimbita (sulfato férrico hidratado). Sin embargo, estos minerales sulfatados tienen altas solubilidades. Fig. 3. Oxidación de la pirita. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 Hay varios factores que afectan la rapidez de oxidación de la pirita y por tanto el control de la generacion ácida: • Área superficial de exposición. Ésta es una de las variables más importantes que controlan la rapidez de oxidación.7 Al disminuir el tamaño de partícula se incrementa la velocidad de reacción. Hay una relación lineal entre el tamaño de partícula y la velocidad de reacción. • pH y concentración de oxígeno. La concentración de oxígeno afecta la oxidación de la pirita. La siguiente relación empírica muestra la velocidad de oxidación de la pirita en la que se relacionan el pH y la concentración de oxígeno:8 Velocidad = 10-8.19[O2]0.5/[H+]0.11 Donde [O2] y [H+] son las concentraciones de oxígeno e hidrógeno en la solución. • Concentración del ion férrico. La velocidad de oxidación de la pirita por Fe3+ depende de la presencia de oxígeno en la solución. Con una alta relación Fe3+/Fe2+ y en presencia de oxígeno la velocidad de oxidación se incrementa.8 El ion férrico es más efectivo en la oxidación de la pirita que el oxígeno según indica la figura 4. Esto puede ser debido a que el ion férrico puede unirse directamente a la superficie de la pirita realizándose más fácilmente la transferencia de electrones.9 Además, las especies intermedias oxidantes del azufre como el ion sulfoxilo (S2O32-) es más fácilmente oxidado por el ion férrico que por el oxígeno.9 • Temperatura y energía de activación química. Requerida para iniciar la generación ácida. Es importante recordar que la oxidación de la pirita produce una fuerte reacción exotérmica, por lo Fig. 4. Rapidez de oxidación y su dependencia con la relación Fe3+/Fe2+. 65 �Cinética de oxidación de la pirita, subproducto ácido del drenaje de la mina La Guitarra /Miguel Ángel Espinosa Rodríguez, et al. que esta velocidad de reacción está vinculada con la ecuación de Arrhenius. • Actividad bacteriológica. Las bacterias Thiobacillus ferrooxidans y Ferrobacillus ferrooxidans utilizan la energía de la oxidación de sulfuro a sulfato y del ion ferroso a ion férrico para su metabolismo. En realidad, las bacterias no oxidan la pirita directamente, pero sí remueven las especies reducidas de sulfuros y al ion ferroso para la oxidación.10 La velocidad de oxidación del ion ferroso es directamente proporcional a la concentración de bacterias.11 METODOLOGÍA Para este estudio, se efectuó la caracterización del AMD, tomando muestras compuestas durante 24 horas (cada hora), durante un solo día. También, se llevaron a cabo aforos a fin de estimar el gasto medio en la descarga de AMD. Se midió en campo el pH y la temperatura del drenaje ácido. La precipitación del hidróxido de fierro se efectuó mediante ensayos de prueba de jarras, neutralizadas al pH óptimo y con aireación constante. Para determinar la concentración de sólidos suspendidos (SS) a diferentes pH, se realizaron pruebas de sedimentación con un tiempo de duración de 1 hora. Todas las pruebas se realizaron con la adición del polímero MAFLOC 900® (CQT900) preparado al 0.01%, y en algunas pruebas se efectuó solamente con la adición de cal. Para la determinación de la velocidad de oxidación, se tuvo que determinar la constante de velocidad “k” a partir de una gráfica de log Fe vs el tiempo.12 Para ello se tuvieron que llevar a cabo pruebas con muestras de AMD agregándole álcali hasta alcanzar el pH óptimo (6.5), con aireación constante. Durante el tiempo de la prueba, se estuvieron recogiendo muestras para analizar la concentración del ion ferroso. La oxidación del ion ferroso es una reacción de primer orden con respecto a la concentración del mismo. Entonces la velocidad de reacción puede ser expresada como: -d(Fe2+)/dt=k(Fe) (4) 2+ donde (Fe ) es la concentración del ion ferroso y “k” es la constante de velocidad de oxidación. La forma integrada de la ecuación es: Fe=Feoe-kt (5) donde Feo es la concentración inicial del ion ferroso y Fe es la concentración del ion ferroso a un tiempo cualquiera “t”. Estos datos graficados contra al tiempo generan una línea recta cuya pendiente multiplicada por 2.303 da la constante “k”: Tabla I. Caracterización del AMD. Parámetros NORMA (NMX-AA) pH (sin ajuste) pH 6 pH 7 pH 8 Sólidos totales (mg/L) 034-1981 5135 3950 4100 3320 Sólidos disueltos totales (mg/L) 020-1981 980 920 1910 1330 Sólidos suspendidos totales (mg/L) 034-1981 4155 3030 2190 1990 Sólidos sedimentables (mL/L) 004-1981 14 29 33 33 Sulfatos (mg/L) 074-1981 199.6 193.3 196.7 198.7 Arsénico (mg/L) 051-1981 0.0178 0.003 0.0014 0.0006 Bario (mg/L) 051-1981 0.152 0.184 0.221 0.267 Cadmio (mg/L) 051-1981 0.636 N.D N.D N.D Cobre (mg/L) 051-1981 0.634 N.D N.D N.D Fierro (mg/L) 051-1981 72.6 3.40 0.405 N.D Mercurio (mg/L) 051-1981 0.0036 0.0012 0.0014 0.006 Plata (mg/L) 051-1981 N.D 0.008 N.D N.D Plomo (mg/L) 051-1981 1.112 N.D N.D N.D Zinc (mg/L) 051-1981 3.22 5.75 2.22 0.198 N.D (No detectado) 66 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Cinética de oxidación de la pirita, subproducto ácido del drenaje de la mina La Guitarra /Miguel Ángel Espinosa Rodríguez, et al. -k=pendiente x 2.303 Una vez determinada la constante “k”, el tiempo requerido para la oxidación del ion ferroso, se define con la siguiente ecuación: t = (1/k) x 2.303 Log (Fei)/(Fef) (6) donde Fei y Fef son las concentraciones del ion ferroso inicial y final respectivamente. RESULTADOS De acuerdo a los aforos realizados, se obtuvo el gasto medio de descarga de AMD de 4 L/s (345.6 m3/d). El pH y la temperatura del drenaje ácido, estuvieron en un rango de 1.8 a 2.9 y de 17.5°C respectivamente. La caracterización a diferentes pH, se detalla en la tabla I. Como se observa en la tabla I, los SST (sólidos suspendidos totales) disminuyen al irse neutralizando el agua ácida, también así, la concentración del ion ferroso, el cual se precipita en forma de hidróxido de fierro [Fe(OH)3(S)]. Nótese también la presencia de metales pesados en el AMD, los cuales representan un peligro si se descargan directamente en cuerpos de agua. La planta de beneficio de la unidad minera “La Guitarra” recupera estos metales a través de un sistema de flotación, que requiere un pH de 6 a 7 en el agua de alimentación, adicionando colectores y espumantes, con los cuales se forma una espuma ricamente cargada de compuestos organometálicos, los cuales se concentran por espesamiento en una etapa de filtración, para luego ser secados. La precipitación del hidróxido de fierro, se optimizó con la prueba de jarras, cuyos resultados promedio de varias pruebas, se detallan en la tabla II, resultados que nos permitieron igual, establecer el pH óptimo para neutralizar el AMD el cual fue de 6.5. La evolución de pruebas de sedimentación con un tiempo de duración de 1 hora a los diferentes pH, se detallan en la figura 5. En las curvas de sedimentación mostradas en la figura 5, se observa cómo va disminuyendo la concentración de sólidos a través de las interfases en función del tiempo, lo cual se acentúa mayormente cuando se neutraliza el AMD (pH de 6, 7 y 8). Conforme se aumenta la concentración del agente neutralizante (cal) la concentracion de SS y por tanto la de Fetotal (el cual se elimina como precipitado) decrecen, llegando este último hasta cero a un pH de 8 (oxidación completa), mientras que los SS se eliminan en un 48%. Fig. 5. Curvas de sedimentación en muestras de AMD. Tabla II. Resultados de prueba de jarras. Vaso Cal (mg/L) Polímero Tiempo de formación Velocidad de (mg/L) de flóculos (seg) sedimentación (min) Resistencia Turbiedad (UTN) pH 1 0 1 62 >20 Se rompe Se rompe 10 3.5 2 0 2 40 >20 Se rompe 4 3.5 3 0 3 35 >20 Se rompe 4 3.6 4 0 4 29 >20 Se rompe 3 3.6 5 0 5 25 >20 Se rompe 0.5 3.6 6 0 6 20 >20 Se rompe 0.5 3.7 7 50 1 5 5 Se rompe 0.4 6.0 8 52 1 1 3 No se rompe 0.3 6.5 9 56 1 1 3 No se rompe 0.3 7.0 10 100 1 1 2 No se rompe 0.2 8.0 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 67 �Cinética de oxidación de la pirita, subproducto ácido del drenaje de la mina La Guitarra /Miguel Ángel Espinosa Rodríguez, et al. Considerando entonces que no hay una oxidación completa del ion ferroso sino de sólo el 70% para el pH óptimo de 6.5, se calculó el oxígeno requerido en base a este porcentaje de oxidación, el cual fue de 0.105 kg O2/h. Por último, el tiempo requerido para la oxidación del ion ferroso se calculó en aproximadamente 4 minutos con base en la velocidad de reacción y la determinación de la constante de velocidad “k” la cual fue de 1.01. La constante “k” fue calculada con base a la pendiente de la recta (-0.44) mostrada en la figura 6, y el tiempo de oxidación con base a la ecuación 6. En la figura 6 se observan los resultados de la concentración del ion ferroso con respecto al tiempo desde el pH inicial del AMD de 2 hasta el pH de neutralización óptimo de 6.5. La concentración inicial del ion ferroso fue de 72.6 mg/L (pH=2) y la concentración final fue de 1.86 mg/L (pH =6.5). CONCLUSIONES El ion ferroso cuando es expuesto al oxígeno, se oxida a ion férrico a una velocidad determinada por la concentración del ion ferroso, la concentración de oxígeno disuelto y el pH del AMD. A pH mayor de 6, la reacción ocurre de acuerdo a la siguiente ecuación: -d (Fe2+)/dt=k(Fe2+)(O2)(OH-)2 El tiempo de 4 minutos requerido para la oxidación del ion ferroso, con base en la velocidad de reaccion y la determinación de la constante de velocidad “k” la cual fue de 1.01, fue observado durante las pruebas de jarras, en las que para alcanzar la neutralización a un pH de 6, el tiempo fue de 3 minutos y para un pH de 7 fue de 4 minutos. Fig. 6. Gráfico para la determinación de la constante de velocidad “k”. 68 La reacción es de primer orden con respecto a las concentraciones del ion ferroso y el oxígeno disuelto; esto indica, que la velocidad de oxidación disminuye al disminuir cualquier concentración. También, la reacción es de segundo orden con respecto al ión hidróxido para pH mayores de 6. Así, la velocidad de oxidación del ion ferroso puede ser clasificada como extremadamente lenta a pH menor de 3, lenta en el intervalo de 3 a 6, moderadamente rápida a cualquier pH entre los valores de 6 y 8, y rápida arriba de 8. La relación estequiométrica de la oxidación de la pirita mostró que 1 kg de oxígeno oxida 7 kg de ion ferroso. Durante esta oxidación e hidrólisis, 1 mol de acidez (como ácido sulfúrico) es formado por cada mol de ion ferroso oxidado. Según los resultados obtenidos, el proceso de neutralización convencional puede ser una opción viable para el AMD, el cual ya neutralizado, puede ser utilizado en la planta de beneficio de la unidad minera “La Guitarra”, ya que para el proceso de flotación primaria se requiere un pH de 6 a 7 en el agua de alimentación. REFERENCIAS 1. Espinosa, M. A., (1997). Diseño de una planta de tratamiento para el drenaje ácido de una mina en el Estado de México. Tesis de maestría en ingeniería ambiental. IIC-UANL. 2. Bernal, F., Díaz, R., García, P. (1980). Informe del proyecto Reserva Minera Nacional Temascaltepec (Au, Ag, Pb, Zn); Municipio de Temascaltepec (1a etapa): México, Consejo de Recursos Minerales, Reporte Interno. 3. Camprubi, A. (2003). Geoquímica de fluidos de los depósitos epitermales del sureste del Distrito de Temascaltepec, Edo. de México. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas, 20(2), 107123. 4. Glader, C., Asmund, G., Stjl, F v.d., (1996): Natural zinc elevations in Arctic water bodies. In Ciccu, R. (De.) proceedings, SWEMP 96, Environmental Issues and Waste management in Energy and Mineral Production. Grafiche Galeati, Imola, Italy, 811-817. 5. Mason, B. and Berry, L.G., (1968): Elements of mineralogy. W.H. Freeman and Company, San Francisco. 550 pp. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Cinética de oxidación de la pirita, subproducto ácido del drenaje de la mina La Guitarra /Miguel Ángel Espinosa Rodríguez, et al. 6. Singer, P.C and Stumm, W., (1970): Acid mine drainage: the rate determining step. Science 167, 1121-1123. 7. Nicholson, R.V. and Scharer, J.M., (1994): Laboratory studies of pyrrhotite oxidation kinetics. In Alpers, C.N. and Blowes, D.W. (Eds) Environmental geochemistry of sulfide oxidation. Am. Chem. Soc. Symp. Ser. 550, 14-30. 8. Williamson, M. and Rimstidt, J. D., 1992. Thye kinetics of aqueous pyrite oxidation by ferric iron and dissolved oxygen. Poster, Am. Chem. Soc. 204th National Meeting, Washington, D.C. 9. Luther, G.W. III, (1987): Pyrite oxidation and reduction. Molecular orbital theory consideration. Geochim Cosmochim. Acta 51, 31-93. 10. Stumm, W. and Morgan, J.J., (1981): Aquatic chemistry. 2nd. edition. John Wiley & sons, New York. 780 pp. 11. Pesci, B.D., Oliver, J. and Wichalcz, P., (1989): An electrochemical method of measuring rate of ferrous to ferric iron with oxygen in the presence of Thiobacillus ferrooidans. Biotech and Bioengr.. 33, 428. 12. Wilmoth, R. C., Kennedy, J. L., and Hill, R. D., (1975). Observations on iron oxidation rates in acid mine drainage treatment plants. Fifth symposium on coal mine drainage treatment research. Louisville, Kentuchy. USA 19 2ª. REUNIÓN PANAMERICANA E IBÉRICA DE ACÚSTICA 160th ASA meeting 7° Congreso FIA 17° Congreso IMA 15 – 19 de Noviembre 2010 CANCÚN - MÉXICO ÁREAS TÉCNICAS 1. Acústica Oceanográfica 2. Bioacústica Animal 3. Acústica Arquitectónica 4. Ultrasonido y Vibraciones Biomédicas 5. Ingeniería Acústica 6. Acústica Musical 7. Ruido y su Control 8, Acústica Física 9. Acústica Fisiológica y Psicológica 10. Comunicación Hablada 11. Acústica y Vibraciones Estructurales 12. Acústica Submarina 13. Proceso de Señales Acústicas 14. Acústica en Educación 15. Audio-Acústica, etc. COMITÉ ORGANIZADOR James West (ASA), Co-Chair Sergio Beristain (IMA) Co-Chair Samir Gerges (FIA) Co-Chair Charles Schmid, Vice-Chair Rebeca de la Fuente, Programa Cultural ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA Suite INOI, 2 Huntington Quadrangle Melville, NY 11747-4502, USA Tel. 516-576-2360 - FAX 516-576-2377 asa@aip.org http://asa.aip.org FEDERACIÓN IBEROAMERICANA DE ACÚSTICA Universidad Federal de Sta. Catarina Cx Postal 476 Florianópolis SC 88040900 Brasil Tel. 55-48-234-4074 - FAX 55-48-331-9677 fia@mbox1.ufsc.br http://fia.ufsc.br INSTITUTO MEXICANO DE ACÚSTICA P.O. Box 12-1022, México, D.F. 03001, México Tel. 52-55-5682-2830, 5682-5525 sberista@gmail.com http://acustica-cancun.blogspot.com Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 69 �Eventos y reconocimientos I. PREMIO DE INVESTIGACIÓN UANL 2010 El 10 de septiembre se llevó a cabo la Sesión Solemne del Honorable Consejo Universitario, dentro de la que se hizo entrega de los Premios de Investigación UANL 2010. El Dr. Azael Martínez de la Cruz, el Dr. Enrique M. López Cuéllar, el M.C. Sergio A. Obregón Alfaro y la L.Q.I. Karen H. Lozano Rodríguez, miembros del Posgrado de la FIME, recibieron el reconocimiento en el Área de Ingeniería y Tecnología por su trabajo, “Fotocatálisis heterogénea como herramienta tecnológica para la purificación de aguas residuales: caracterización fotocatalítica de molibdatos de bismuto activos a la radiación visible y aplicación en película delgada”, del cual se publica un artículo en este número de Ingenierías. En la categoría de Ciencias Exactas se reconocieron dos trabajos: “Brechas acústicas en arreglos lineales de dipolos magnéticos” desarrollado por el Los Investigadores de la FIME-UANL reconocidos con el Premio de Investigación UANL 2010, acompañados por el director de la misma, durante la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la UANL. 70 Lic. Francisco Javier Sierra Valdez y el Dr. Carlos Ruiz Suárez de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, y “Desarrollo de semiconductores con estructura tipo perovskita para purificar agua mediante tecnología de oxidación avanzada” efectuado por la Dra Leticia M. Torres Martínez, el Dr. Arquímedes Cruz López, el Dr. Isaías Juárez Ramírez y la Dra. Xiomara García Montelongo, de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. II. PROFESORES EMÉRITOS DE LA UANL La normatividad universitaria establece como una distinción especial el nombramiento de Profesor Emérito a quien haya desempeñado de forma meritoria su labor docente o realizado actividades de investigación de valía excepcional, en este 2010 la Los recién nombrados profesores eméritos, el Dr. Benjamin Limón Rodríguez y el M.C. Manuel Amarante con el Gobernador del Estado de Nuevo León, Lic. Rodrigo Medina De La Cruz y el Rector de la UANL, Dr. Jesús Áncer Rodríguez. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Eventos y reconocimientos UANL nombró profesores eméritos en áreas afines a la ingeniería al M.C. Manuel Amarante Rodríguez, profesor de la FIME-UANL y al Dr. Benjamín Limón Rodríguez, de la Facultad de Ingeniería Civil y miembro del Consejo Editorial de la Revista Ingenierías. III. NUEVO MIEMBRO DE LA HONORABLE JUNTA DE GOBIERNO Durante la Sesión Solemne del H. Consejo Universitario de la UANL del 10 de septiembre de 2010 se entregó al M.C. Guadalupe Evaristo Cedillo Garza, una Medalla y un Diploma de Reconocimiento por la labor desarrollada durante más de una década como integrante de la H. Junta de Gobierno durante el periodo 1999 - 2010. Además se le tomó protesta al M.C. Marco Antonio Méndez Cavazos como nuevo integrante de la misma, para el periodo 2010 -2021. Ambos son profesores de la FIME-UANL. El M.C. Marco Antonio Méndez Cavazos tomando protesta como nuevo Miembro de la H. Junta de Gobierno de la UANL. IV. TOMA DE PROTESTA DE NUEVO COMITÉ EJECUTIVO DE LA AMIME El jueves 26 de agosto de 2010, se llevó a cabo la toma de protesta del Comité Ejecutivo de la Asociación Mexicana de Ingenieros Mecánicos y Electricistas (AMIME) A.C. para el periodo 2010-2013. El comité directivo quedó formado por la Ing. Lilia Coronel Zamora, Presidente; el Ing. Jaime Aguirre Sánchez, Vicepresidente Ejecutivo; el Ing. Luis Arturo Flores Hernández, Secretario; el Ing. Alfredo Huerta Guerra, Tesorero; el Ing. Jorge Benjamín Cárdenas Jáuregui, Vicepresidente de Ing. Mecánica; el Ing. Saúl Treviño García, Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 Miembros del Comité Ejecutivo Nacional de AMIME para el periodo 2010-2013. Vicepresidente de Ing. Eléctrica; el Ing. Sergio López Lizárraga, Vicepresidente de Atención a Secciones y el Ing. José Luis Mejía Hernández, Vicepresidente de Ing. Especializada. V. INAUGURACIÓN DEL TÚNEL DE LA CIENCIA La Universidad Autónoma de Nuevo León, en sinergia con la Sociedad Max Planck de Alemania, trajo a Monterrey la exposición itinerante “El Túnel de la Ciencia”, inaugurada el 11 de septiembre en las instalaciones de la Nave Lewis del Parque Fundidora. El Rector de la Máxima Casa de Estudios, doctor Jesús Áncer Rodríguez, encabezó el acto de apertura, acompañado por representantes del Gobierno del Estado de Nuevo León, así como del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), y del gobierno germano. La exposición diseñada e implementada por la sociedad Max Planck, exhibe más de 300 imágenes y 180 videos distribuidos en 12 salas dónde se explican desde el origen del universo hasta los misterios del cerebro humano y el desarrollo de las telecomunicaciones. Inauguración del Túnel de la Ciencia en la Ciudad de Monterrey, N.L., México, el 11 de septiembre de 2010. 71 �Eventos y reconocimientos VII. XVI CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM Del 22 al 24 de septiembre de 2010 la FIMEUANL fue la sede del XVI Congreso Internacional Anual de Sociedad Mexicana de Ingeniería Mecánica (SOMIM). La ceremonia inaugural estuvo encabezada por el Dr. Jaime Cervantes de Gortari, Presidente de SOMIM, el M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME, el Ing. Vicente Borja Rodríguez, Vicepresidente de SOMIM. El evento fue inaugurado por el Dr. Jaime Parada Ávila, Director General del Instituto de Innovación y Transferencia de Tecnología de Nuevo León, en representación del gobernador Lic. Rodrigo Medina De la Cruz. Durante el evento se ofrecieron 5 conferencias magistrales, se presentaron casi 200 ponencias, 3 cursos cortos, y una mesa redonda. Durante la clausura se tomó protesta al nuevo Consejo Directivo de SOMIM y se efectuó la invitación al próximo congreso a realizarse en San Luis Potosí. El Dr. Jaime Cervantes De Gortari dando el discurso inaugural del XVI Congreso Internacional Anual de SOMIM. El Comité Directivo de SOMIM acompañado por autoridades e invitados distinguidos durante la inauguración de su congreso anual 2010. 72 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Junio 2010 - Agosto 2010 Deyanira Peña Salazar, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Examen por materias), 1 de junio de 2010. Faride Ancer García, Maestría en Ingeniería de la Información con orientación en Telemática, Proyecto corto: Confiabilidad en red de fibra óptica a través de equipos SDH , 3 de junio de 2010. Nancy Solís García, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Estudio de costos lagrangianas para el problema de asignación generalizada”, 18 de junio de 2010. Marianela Calderón Pánuco, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 21 de junio de 2010. David Roberto Valenzuela Vega, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Optimización de la trayectoria de un agente con medidas de desempeño asociados”, 7 de junio de 2010. Joaquín Huante Hernández, Maestría en Ingeniería de la Información con orientación en Informática, (Examen por materias), 23 de junio de 2010. Evanivaldo Rivelino Medina Ruiz, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 11 de junio de 2010. Oscar René Cavazos Ramos, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Control Automático, “Observador de estados con diferenciadores máximamente lisos”, 24 de junio de 2010. Mireya Isabel Sánchez Velázquez, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Modelo multiobjetivo para la selección de proyectos sociales”, 11 de junio de 2010. Gilberto Javier Tenorio Rodríguez, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Modelo lineal entero mixto para la selección de proyectos de servicios de investigación y desarrollo (I&D) en organizaciones públicas”, 11 de junio de 2010. Marco Antonio Alvarado Meza, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio de la temperatura de transformación Ms y microestructura en un acero inoxidable martensítico con 0.12% C mediante análisis térmico”, 17 de junio de 2010. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 María Teresa de Jesús Aguilar Hinojosa, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Auditoría de procesos uda 6.3”, 25 de junio de 2010. Benjamín Zamudio Barrera, Maestría en Ciencias de la Ingeniería con orientación en Energías Térmica y Renovable, “Metodología para la aplicación de aislamientos térmicos para viviendas mexicanas”, 25 de junio de 2010. Ana Laura Salman Rodríguez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, “Educación ambiental para el nivel medio superior”, 25 de junio de 2010. 73 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Daniel González Morón, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales, “Estudio del crecimiento de grano en la superaleación haynes h – 230”, 25 de junio de 2010. Jabneel Rocio Maldonado Flores, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Un método de búsqueda tabú con oscilación estratégica para la optimización de diseño de zonas de recolección de aparatos electrodomésticos”, 16 de julio de 2010. Yadira Isabel Silva Soto, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Planeación justo a tiempo: soluciones óptimas mediante reformulaciones convexas”, 30 de junio de 2010. Nidia Lizzeth Gómez Duarte, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Efectos estructurales en la sincronización de sistemas”, 19 de julio de 2010. Brenda Berenice Dávila González, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con Orientación en Finanzas, “Análisis de costos de producción y proceso de certificación de sir de México”, 6 de julio de 2010. Sara Judit Olivares González, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 21 de julio de 2010. Luzema Elizabeth González Torres, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecánica, (Examen por materias), 6 de julio de 2010. Martha Erika Zubia Rivera, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, “Abastecimiento”, 30 de julio de 2010. Nereyda González Solís, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 8 de julio de 2010. José Ángel Gaitán Sandoval, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 4 de agosto de 2010. Andrea Medina Salazar, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 9 de julio de 2010. Melissa Osorio Peña, Maestría en Ingeniería con orientación en Telemática, (Examen por materias), 9 de agosto de 2010. Diana Estela Santos Lozano, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 9 de julio de 2010. Jorge Enrique Valdez Calvillo, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 9 de julio de 2010. Mónica Gpe. Elizondo Amaya, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Un esquema de acotamiento dual para un problema de diseño territorial”, 15 de julio de 2010. Emilio Antonio Peña Barrera, Maestría en Ingeniería con orientación en Telemática, (Examen por materias), 15 de julio de 2010. Carlos Antonio Chapa Arizpe, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Examen por materias), 16 de julio de 2010. 74 María de Jesús Osorio Peña, Maestría en Ingeniería con orientación en Telemática, (Examen por materias), 9 de agosto de 2010. José Hilario García Duarte, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Influencia del Mn en la cinética de transformación de los intermetálicos β-AlFeSi α-Al12(FeMn)Si en las aleaciones Al-Mg-Si”, 9 de agosto de 2010. Víctor Manuel Vázquez Cruz, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Rediseño de una aleación de cobre libre de plomo”, 9 de agosto de 2010. Jorge Arturo García Azuara, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 9 de agosto de 2010. Mario Alberto López Vega, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Control Automático, “Diseño de controladores robustos mediante el concepto de estabilidad relativa”, 13 de agosto de 2010. Paola Gpe. Gómez López, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Nanocompósitos bifuncionales magnético-luminiscente de óxido de hierro en un polímero semiconductor”, 13 de agosto de 2010. César Xavier Robles Palomares, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Control Automático, “Determinación de cotas frecuenciales de raíces de polinomios característicos de sistemas LTI con incertidumbre paramétrica”, 13 de agosto de 2010. Estefanía Montserrat Martínez Balderas, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 13 de agosto de 2010. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 Luis Humberto Rodríguez Alfaro, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Control Automático, “Respuesta en frecuencia en sistemas no lineales”, 13 de agosto de 2010. Humberto Servando Garza Macías, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 18 de agosto de 2010. Samuel José Arriaga Samaniego, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, “Evaluación de proyecto de inversión”, 20 de agosto de 2010. Gloria Griselda de la Garza Ramos, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, “La calidad en difusión cultural de una preparatoria”, 23 de agosto de 2010. Thania Carolina Cázares Huerta, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecánica, (Examen por materias), 25 de agosto de 2010. 75 �Acuse de recibo REVISTA EIC INDUSTRIA DEL CONOCIMIENTO La revista trimestral EIC es editada y publicada tanto en versión impresa como electrónicamente por OFFICE TRADING S.A.C.; y opera como un órgano de difusión sobre temas relevantes en ingeniería. El objetivo de la publicación es dar a conocer las innovaciones en las áreas de energía, industria y construcción y disciplinas relacionadas. Además de la publicación de artículos de divulgación, la revista EIC realiza la difusión de eventos internacionales que se organizan en países se habla hispana. Así, desde 2002, esta publicación hace difusión del Simposio Iberoamericano sobre Protección de Sistemas Eléctricos de Potencia, que co-organizan la UANL y la CFE bianualmente en la ciudad de Monterrey. El número 55 de la revista EIC de abriljunio incluye un artículo sobre la aplicación de aerogeneradores de pequeña potencia en entornos habitacionales, seguridad contra incendios y un análisis de contingencias en sistemas eléctricos de potencia. La revista puede ser consultada en línea en el sitio web www.revistaeic.com. (EVM) En el número de septiembre de 2010 de esta publicación mensual (ISSN 1873-4581) se presenta como motivo de portada “Urbes verdes, su normatividad y lo hecho en México” para dar entrada a una sección titulada “Consultores verdes”. La sustentabilidad es un término de moda en nuestros días y puede dar cierto atractivo al número, pero los artículos son muy breves y tienen muy poca profundidad siendo más apropiados para un boletín con notas sobre eventos, entrevistas y comentarios, que para una revista informativa. Sin embargo sobresalen detalles como los que brinda el artículo “Dos rayitas de menos, estrés y comunicación organizacional” que aborda un punto interesante que pudo haber merecido mayor extensión y que es un problema vigente, no solo entre consultores sino también entre ingenieros, sobre la importancia de la buena comunicación. La revista en general hace promoción a las actividades de consultoría y se puede consultar en www.revistaconsultoria.com.mx . 76 (JAAG) Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Colaboradores Arteaga Balderas, Edgar Amauri Ingeniero Civil (1990), M.C. en Ingeniería Ambiental (1992) y M.C. en Hidrología Subterránea (1995) por la UANL. Candidato a Doctor en el Programa de Doctorado en Ingeniería en el Centro Interamericano de Recursos del Agua (CIRA) de la Facultad de Ingeniería Civil de la U.A.E.M. Catedrático en licenciatura de Ingeniero Civil desde 1992 y en la maestría de Ingeniería Ambiental desde 1996, ambos de la FIC-UANL. Cienfuegos Peláez, René Fabián Ingeniero Mecánico Electricista de la Facultad de Ingeniería de la UNAM (1994). Maestría en Ingeniería Energética de la Facultad de Ingeniería de la UNAM (1997). Doctorado de la Universidad Paul Sabatier con especialidad en celdas de combustible (2008). Actualmente es profesor-investigador de la FIME-UANL. Es miembro candidato del SNI. Chávez Guerrero, Leonardo Ingeniero Mecánico Metalúrgico (2001) y Maestro en Ingeniería de Materiales (2004) por la FIME-UANL. Doctorado en Nanociencias y Nanotecnología (2008) por el Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IPICyT). Actualmente es profesor investigador de la FIME y el CIIDIT. Premio Mejor Tesis de licenciatura de la UANL (2001). Premio Estatal de la Juventud N.L. 2003 y 2007. Premio Desarrollo Rural sustentable S.L.P. 2006. Espinosa Rodríguez, Miguel Ángel Ingeniero Químico Industrial (1987) por la UAN. M.C. en Ingeniería Ambiental (1997) por la UANL. Actualmente estudia un Doctorado en el Centro Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 Interamericano de Recursos del Agua (CIRA) de la Facultad de Ingeniería de la UAEM. Es catedrático de la UAN desde el año 2000. García Gutiérrez, Domingo Ixcóatl Ingeniero Físico Industrial (2001) del ITESM campus Monterrey. Maestría en Ciencias de la Ingeniería (2004) y Doctorado (2006), ambos en Ciencia e Ingeniería de los Materiales por la Universidad de Texas en Austin. Actualmente es profesor-investigador de la FIME-UANL. Es miembro del SNI, nivel 1. García Montelongo, Xiomara L. Licenciatura (2006 ) y M.C. con especialidad en Ingeniería Ambiental (2009) por la FIC-UANL. Premio a la Mejor Tesis en Ingeniería Ambiental 2009, nivel maestría. Actualmente es alumna del Doctorado en Ingeniería de Materiales en la FIME-UANL. Garza Navarro, Marco Antonio Ingeniero Mecánico Electricista y M.C. en Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales (2006) y Doctorado en Ingeniería de Materiales (summa cum laude ) por la FIME-UANL (2009). Premio de Investigación UANL 2009. Actualmente es profesorinvestigador de la FIME-UANL. González Torres, Liborio Ingeniero Químico Industrial (1979 ) y M.C. en Ciencias Ambientales (2005) por la UAN. Catedrático de la UAN desde 1996. Juárez Ramírez, Isaías Licenciatura (1996) y Doctorado en Ciencias con Orientación en Ingeniería Cerámica (2004) por la 77 �Colaboradores UANL. Es miembro del SNI, nivel 1. Ha recibido 12 premios y reconocimientos a lo largo de su trayectoria. Actualmente es profesor-investigador en la FIC-UANL. López Cuéllar, Enrique Manuel Profesor Investigador del Posgrado de Materiales de la FIME desde el 2002 y además investigador del CIIDIT de la UANL a partir del 2008. Obtuvo su grado de Doctor en el INSA de Lyon de Francia en 2002. Miembro del SNI nivel 1. Lozano Rodríguez, Karen Hatzikán Licenciada en Química por la UANL (2007) y actualmente es estudiante de Maestría en Ingeniería de Materiales en la FIME-UANL. Martínez De la Cruz, Azael Doctor en Ciencias Químicas por la Universidad Complutense de Madrid (1997). Ha obtenido 4 premios de investigación UANL en Ingeniería y Tecnología (1996, 1998, 2003 y 2009), 1 premio a la mejor tesis de maestría UANL como asesor (2008) y 3 premios Nacionales otorgados por el IIM-UNAM (2000) y la Sociedad Mexicana de Electroquímica (2001). Pertenece al SNI en el nivel 2. Morones Ibarra, J. Rubén Licenciado en Ciencias Físico Matemáticas por la UANL. Doctorado en Física en el área de Física Nuclear Teórica en la University of South Carolina, USA. Actualmente es catedrático de la FCFMUANL. SNI nivel I. Obregón Alfaro, Sergio Alberto Licenciado en Química Industrial por la UANL (2007). M.C. con especialidad en Ingeniería de Materiales por la FIME-UANL (2009). Estancia de investigación en la Universidad de Sun Moon (Corea del Sur). Actualmente estudiante de Doctorado en España. Ramírez Castillo, Alicia Marisol Ingeniera Mecánico Electricista (2004) y M.C. con Especialidad en Potencia (2007) por la UANL. Actualmente trabaja en PROLEC-GE en el Área de Diseño. 78 Rojas Sandoval, Javier Licenciado en Historia y Maestría en Metodología de la Ciencia por la UANL. Doctorado por la Universidad Iberoamericana. Profesor e investigador de la UANL. Director de la página: www. monterreyculturaindustrial.org. Miembro de The International Commitee for the Conservation of the Industrial Heritage y el Comité Mexicano para la Conservación del Patrimonio Industrial. Sánchez De Jesús, Félix Ingeniero Mecánico-Electricista por la FI-UNAM (1993). Master en Tecnología de Pinturas, Fundación Bosch i Gimpera-Universidad de Barcelona, España (1995). Doctorado en Ciencias de los Materiales Metálicos por la Universidad de Barcelona, España (1999). Actualmente es Profesor-Investigador de la UAEH desde 2000, miembro del SNI nivel 1 y líder del CA-PQFES-UAEH, PROMEP. Torres Martínez, Leticia M. Licenciatura (1976 ) por la UANL. Doctorado en Química del Estado Sólido por la Universidad de Aberdeen, Escocia en 1984. Es miembro de la Academia Mexicana de Ciencias, miembro del SNI nivel III, y cuenta con reconocimiento PROMEP. Ha recibido más de 50 distinciones por organismos estatales, nacionales e internacionales. Actualmente es profesora-investigadora en la FIC-UANL. Vázquez Martínez, Ernesto Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones (1988), Maestría (1991) y Doctorado (1994) en Ingeniería Eléctrica por la FIME-UANL. Desde 1996 es Profesor Investigador del Programa Doctoral en Ingeniería Eléctrica de la UANL. En 2000 realizó una estancia postdoctoral en la Universidad de Manitoba, Canadá. Es miembro del SNI. Zambrano Cárdenas, Rosa María Licenciada en Química Industrial egresada de la UAT en 1978. M. en C. en Ciencias Ambientales egresada de la UAN en el año 2005. Desde 1978 es catedrática de la Universidad Autónoma de Nayarit. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, profesores e investigadores a colaborar en la revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril, reportes de investigación, reportajes y convocatorias. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Se aceptarán trabajos en inglés solamente de personas cuyo primer idioma no sea el español. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo el veredicto inapelable. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, precisión de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. CRITERIOS EDITORIALES En el caso de los trabajos de revisión o divulgación el autor debe demostrar que ha trabajado y publicado en el tema del artículo, debe ofrecer una panorámica clara del campo temático, debe separar las dimensiones del tema y evitar romper la línea de tiempo y considerar la experiencia nacional y local, si la hubiera. No se aceptan reportes que muestren solamente mediciones. Los artículos deben contener la presentación de resultados de medición acompañados de su análisis detallado, un desarrollo metodológico original, una manipulación nueva de la materia o ser de gran impacto y novedad social. Sólo se aceptan modelos matemáticos si son validados experimentalmente por el autor. No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen mediciones y se efectúe Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 un análisis de correlación para su validación. No se aceptan trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntas. LINEAMIENTOS EDITORIALES Para su consideración editorial es requisito enviar: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, en CD o por E-mail a la dirección: revistaingenierias@gmail.com El título del artículo no debe exceder de 80 carácteres. El número máximo de autores por artículo es cuatro. La extensión de los artículos no deberá exceder de 8 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como en inglés. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg Para cualquier comentario o duda estamos a disposición de los interesados en: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, 1er. piso, ala norte. Tel.: 8329-4000 Ext. 5854 Fax: 8332-0904 E-mail: revistaingenierias@gmail.com 79 �10º CONGRESO INTERAMERICANO DE COMPUTACIÓN APLICADA A LA INDUSTRIA DE PROCESOS CAIP´2011 30 de Mayo al 3 de Junio de 2011 Girona - Catalunya – España ORGANIZA Universitat de Girona PATROCINAN Centro de Información Tecnológica, CIT (Chile) , Univ. Tecnológica Nacional, FRVM (Argentina), Universidad de Costa Rica (Costa Rica), Univ. de Trás-os-Montes e Alto Douro (Portugal) DIRECCIÓN DE CONTACTO Comité Organizador CAIP´2011 Universitat de Girona http://www.udg.edu/caip2011 caip2011@udg.edu Publicación trimestral arbitrada de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, dirigida a profesionistas, profesores, investigadores y estudiantes de las diferentes áreas de la ingeniería. La opinión expresada en los artículos firmados es responsabilidad del autor. No se responde por originales y colaboraciones no solicitadas. Se autoriza la reproducción total o parcial de los artículos siempre y cuando se solicite formalmente, se cite la fuente y no sea con fines de lucro. La correspondencia deberá dirigirse a: Revista Ingenierías, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL, A.P. 076 “F”, Ciudad Universitaria, C.P. 66450, San Nicolás, N.L., México. Tel: (52) (81) 8329-4020 Ext. 5854. Fax: (52) (81) 8332-0904 Correo electrónico: revistaingenierias@gmail.com , fjelizon@mail.uanl.mx , juan.aguilargb@uanl.edu.mx Página en Internet: http://ingenierias.uanl.mx Ingenierías está indizada en: Latindex, Periódica, CREDI, DOAJ, Dialnet, Actualidad Iberoamericana, LivRe, NewJour. ISSN: 1405-0676 80 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 �Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 81 �CALIMET CALIMET SA SA de de CV CV Experiencia, Calidad y Servicio... SERVICIOS: ANÁLISIS QUÍMICOS Espectrometría de chispa en materiales matriz fierro, aluminio y cobre Absorción atómica Espectrómetro de Chispa Matriz: aluminio, fierro y cobre Materiales ferrosos y no ferrosos Análisis vía húmeda Grafito, cales, ferroaleaciones Combustión Determinación de %C y %S Granulometría PRUEBAS MECÁNICAS Y FÍSICAS Máquina universal Tinius Olsen Tensión y compresión Dureza Rockwell (Todas las escalas) Dureza Brinell Ensayos de impacto charpy ANÁLISIS NO DESTRUCTIVOS Ultrasonido Líquidos penetrantes Medición de espesores Partículas magnéticas Radiografía industrial (subcontratada) Durómetro Rockwell nueva generación ANÁLISIS DE FALLA Caracterización microestructural con microscopio Olympus PME3 y analizador de imagen Equipo de Absorción Atómica LABORATORIO ACREDITADO ISO/IEC 17025 Equipos verificados y calibrados de acuerdo a la Norma NMX-EC-17025-IMNC-2006. Informes de calibración y trazabilidad al CENAM y NIST. Av. Las Puentes, No. 1002-A, entre Montes de Transilvania y Av. Santo Domingo Col. Las Puentes 4to. Sector, San Nicolás de los Garza, N.L., C.P. 66460 Tels: 8353-1745, 8302-04-86, 8057-30-76, 1367-03-39, 8350-92-89, Tel/Fax: 1367-03-40 Pág. Web www.calimet.com.mx E-mail: calimet1@prodigy.net.mx, servicioalcliente@calimet.com.mx 82 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2010, Vol. XIII, No. 49 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2010 Volumen Volumen de la revista 13 Número Número de la revista 49 Mes de publicación Mes cuando se publicó Octubre-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2010, Vol 13, No 49, Octubre-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Elizondo Garza, Fernando J., 1954-, Director Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Méndez Cavazos, Julio César, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/10/2010 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2020812 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Rights Information about rights held in and over the resource Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Ácido sulfúrico Fotocatálisis heterogénea Holografía Luz coherente Nanotecnología https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/250/13271/Ciencia_UANL._2012._Ano_15._No_60._Octubre-Diciembre.ocr.pdf de1b41056f0e830e10d84377a2c3af1a PDF Text Text �A N I V E R S A R I O EDITORIAL ALA CASTfLLO Premio de Investigación UANL 2012 men de la revista CiENCiAUANL esrá dedicado a la En el área de Ciencias Exactas, el trabajo ganador fue "Nuevos óxidos multifuncionales SmleTa07 y presentación de los trabajos ganadores del Premio Sm 2 InTa0 7 para la descontaminación de agua vía de Investigación UA L, creado hace más de 30 años por acuerdo del Honorable Consejo Universitario forocatálisis heterogénea", de Mayra Zyzlila Figueroa Torres, Leticia Myriarn Torres Guerra, Miguel Ya es una tradición. El número cuarro de cada volu- para esrimular y fomentar la investigación científica Angel Ruiz Gómez, Isaías Juárez Ramírez y Christian y tecnológica. Gómez Salís. De acuerdo a los resultados obteni- Esre año se recibieron 131 trabajos distribuidos en dos, los investigadores concluyeron que es posible las siete áreas del conocimiento a premiar, de la ma- llevar a cabo la síntesis del nuevo óxido del tipo pirocloro de composición SmleTa07 de manera nera siguiente: 28 en Ciencias Sociales, 21 en Humanidades, 13 en Ciencias aturales, 13 en Ciencias de la Salud, 23 en Ciencias de la Tierra y Agropecuarias, 16 en Ciencias Exacras y 17 en Ingeniería pura, al utilizar tanto el método de estado sólido como el de sol-gel. En el área de Ingeniería y Tecnología hubo dos ga- y Tecnología. nadores: "Diseño de suspensiones para producir cin- En el área de Ciencias Sociales, el trabajo ganador fue "Autonomía y bienestar en mujeres divorciadas", tas cerámicas ulrradelgadas para capacitares multicapas mediante tape casting", de Juan Antonio de Blanca Mirthala Tarnez Valdez y Manuel Ribeiro Aguilar Garib, Martín Edgar Reyes Melo, Román Ferreira. En este trabajo se estudia la relación entre el nivel de autonomía percibido por las mujeres que Jabir Nava Quintero, Sophie Guillemet-Fritsch y Bernard Durand. Este trabajo está dedicado a la pro- alguna vez han enfrentado el divorcio, canto durante su matrimonio como después del divorcio, y el ducción de cinta cerámica mediante un proceso conocido como "tape casting", que en la práctica se nivel de bienestar manifestado por ellas. Asimismo, limita a 3.5 -m de espesor menor, mediante el dise- se revisan los efectos, sociales y materiales, señalados ño de una suspensión cuyas propiedades reológicas por las mujeres tras el divorcio, centrándose en las y condiciones de vaciado permitan la obtención de divorciadas que viven en el área metropolitana de Monterrey. cintas de espesores menores a ese valor. El otro trabajo ganador fue "Degradación de un herbicida en (\) 6 CI EI JCIA UAl'-I L / Af~O 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �ALAt l CASTILLO medio acuoso mediante la generación in situ de especies oxidantes", de Minerva Villanueva Rodríguez, activación y represión de los genes blanco de Antp. Ma. Araceli Hernández Ramírez y Juan Manuel Peralta Hernández. En el estudio se llevó a cabo la el trabajo ganador se denomina "Caracterización de descomposición de un herbicida de uso muy común: el ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D), mediante Oriental en México considerando el factor limitance hídrico", de Wibke Himmelsbach, Eduardo Javier diferentes procesos que implican la generación de Treviño Garza, Humberto González Rodríguez, especies fuertemente oxidantes: los radicales hidroxilo (HO) y el ión ferrara [FeÜ 42 -]. En esta edición, en el área de Humanidades, el tra- Marco Aurelio González Tagle y Marco Vinicio Gómez Meza. El objetivo principal de este estudio fue comprender el funcionamiento y características bajo ganador fue "Nuevas formas de diagnóstico del procesamiento cognitivo de eventos de violencia y de la mezcla de especies de bosque de pino-encino en relación con los principales factores limitantes, perdón en personas con antecedentes de maltrato infantil", de María !solde Hedlefs Aguilar, Ernesto escasez de agua y el exceso de sal, para determinar Octavio López Ramírez y Guadalupe Elizabeth nes de árboles nativos. Morales Martínez. El propósito de la investigación fue explorar la naturaleza cognitiva de los mecanis- En Ciencias de la Salud, el trabajo ganador fue "El mos de evaluación de información sobre violencia y gos THP-1 en la infección por Mycobacterium tu- perdón en personas que experimentaron maltrato infantil en diferentes etapas del desarrollo. berculosis", de Francisco Hernández Cabrera, Alma Yolanda Arce Mendoza, Adrián Geovanni Rosas Con "Disección molecular de la función dual de Taraco, Mario César Salinas Carmona y Jorge Enri- Antenapedia en el control genético del desarrollo en que Castro Garza. El objetivo de esta investigación Drosophila melanogaster", Diana Reséndez Pérez, fue evaluar el papel de los receptores de inmunidad Diana Linda Cárdenas Chávez, Ricardo Canales del Castillo y Oiga Karina Villanueva Segura se hicie- innata CD14 y TLR2 de macrófagos THP-1 en la infección por M tuberculosis. ron acreedores al premio en el área de Ciencias Na- Los autores de estos trabajos y sus respectivas de- turales. En este trabajo se realizó la disección mole- pendencias académicas recibieron, de manos del rec- cular de Antenapedia (Antp), para determinar su ac- En el área de Ciencias de la Tierra y Agropecuarias, bosques mixtos de pino-encino en la Sierra Madre las capacidades fisiológicas de varias especies comu- papel de los receptores CD 14 y TLR2 de macrófa- tividad funcional durante el desarrollo de D. mela- tor de nuestra UNAL, Dr. Jesús Ancer Rodríguez, el premio correspondiente, por Acuerdo del H. Con- nogaster. Para ello, se aplicó el análisis mucacional de sejo Universitario, en la Sesión Solemne del 13 de YPWM, el enlazador entre el HD y YPWM, así como septiembre de 2012. Agradecemos a todos los parti- la sustitución y fusión al dominio de represión cipantes, y extendemos una sincera felicitación a los ganadores. Enhorabuena. WRPW en la actividad funcional, que permite la CIEtKIA UAI IL / AJ ':J O 15, 1'1 o 60, OCTU BRE · DIO EMBRE 20 12 7 (\) �A N I V E R S A R I O Entrevista al Dr. Francisco Hernández Cabrera, Premio de Investigación UANL 2012, en el área de Ciencias de la Salud ESPERANZA ARME DÁRIZ El D1: Francisco Hernández Cabrera es tesis de doctorado en ciencias biomédicas, con orien- un investigador con una formación tación en inmunología. Tengo formación de físico, multidisciplinaria: egresado de la Fa- y el Dr. Mario César Salinas, jefe del Departamento cultad de Ciencias Físico-Matemáticas, de la licenciatura en física; cursó la (de Inmunología), me dio la oportunidad de apücar el examen de doctorado y fu¡ aceptado. Así me invo- maestría en ingeniería en ciencias, con orientación en lucro en esta área, pero si lo vemos fríamente, hay materiales biológicos; doctorado en ciencias biomédicas, mucha aplicación de las matemáticas y la fís ica. con orientación en inmunología; y está inscrito en un posdoctorado en matemáticas aplicadas, en el Centro ¿Siendo físico , cuál era su interés en este doctorado de Investigación en Matemáticas Aplicadas (CIMAT), en inmunología? en el Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias de la Salud (CIDCS). Siempre me ha interesado el área biomédica, de he- "Trato de integrar todas las disciplinas; en el pos- cho mi tesis de maestría fue en propiedades eléctri- doctorado trabajo la parre matemática para enfocarla al área de salud", dice orgulloso Hernández Cabre- cas de tej ido sanguíneo, vinculada a la salud y, gracias a ese estudio, ganamos el Premio de Investigación ra, profesor de tiempo completo en la Facultad de UANL en 2004, a parcir de ahí me involucré más en Ciencias Físico-Matemáticas, donde imparte clases de fundamentos de bioinformática, fundamentos de el área de ciencias biomédicas. Al conocer opciones, sobre rodo la inmunología, electromagnetismo y circuito digital. En 2004 recibió me ha fascinado rodo el mecanismo que tiene y los el Premio de Investigación UANL, con la tesis de maes- conocimi entos que se deben tener para entenderla. Esto me llevó a acercarme al Departamento de In- tría que presentó en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME). munología de la Facultad de Medicina, donde inicié el doctorado en 2008 con este tema, que es parre de ¿Cómo surge el trabajo que lo hizo ganador del una hipóresis muy interesante acerca de la inmuno- Premio de Investigación 2012? logía innata, en la que la primera línea de defensa está contra el acecho de los microorganismos que Es un trabajo de investigación que formó parte de la ame nazan y tienen que ver con moléculas que se (\) 8 CI EI JCIA UAl'-I L / Af~O 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �E5PERAtJZA AAIAEi IDARIZ encuentran en la superficie de las células del sistema ha ido en aumento, y es una preocupación el atacar inmune, cuya función es reconocer lo propio de lo este problema. extraño y, cuando esto ocurre, manda un mensaje La bacteria M tuberculosis provoca la tuberculo- para inducir una respuesta que elimine favo rable- sis pulmonar, y este bacilo se transmite por un estor- mente, sin dañarnos; es una forma de actuar. nudo, por toser, con gotitas pequeñas que llevan el bacilo y lo introducen en el tracto respiratorio y se El estudio está dirigido a la inmunología innata, insertan en los pulmones, donde se encuentran con ¿pero cómo se orienta a la tuberculosis? los macrófagos celulares, células del sistema inmune que dan la primera línea de defensa con su inmuni- Es un sistema muy eficiente, pero con fallas; una de dad innata. ellas es este microorganismo, el M. tuberculosis, Entonces, los macrófagos celulares tienen recepto- ancestralmente uno de los más antiguos, hay repor- res que reconocen los patrones moleculares de estas tes de momias de 4 mil años AC que presentaban la bacterias, y se dan cuenca si están o no presentes; y infección; y actualmente, a partir de la comunica- estas bacterias también evolucionan para contrarres- ción, la diversidad de etnias y facilidad de moverse tar ese reconocimiento y vivir y mulciplicarse en el CIE t KIA UAt IL / Al.J O 15, 1'1o 60, OCTUBRE · DIO EMBR E 2012 9 (\) �EI HREVISTA AL DR FRAIKISCO HERl,JAIJDEZ CABRERA, PR EMIO DE 11,JVESTIGAOÜl'J UAl,JL 2012, EII EL AREA DE CIENCIAS DE LA SALUD huésped; es una lucha entre dos panes, y la bacteria ¿Resolvieron la duda inicial de qué sucedía con la ha evolucionado para ser resistente y ha desarrollado mecanismos para internarse y que el macrófago proteína T LR2? no advierta su presencia y no mande la señal de la Primero suprimimos esos receptores y utilizamos la eliminación de la bacteria. cepa H37RV, que es virulenta; de control positivo utilizamos la cepa M bobis, es otra bacteria que tam- ¿Estudiaron cómo la bacteria de la tuberculosis se bién infecta, pero no es muy patógena como la ha vuelto inmune en las personas? H37RV, que es la que nos interesaba. Entonces, indujimos este silencia.miento de genes e infectamos, Así es, y entre muchas otras moléculas involucradas observamos el plaqueo de las unidades formadoras en su reconocimiento hay una proteína TLR2, que de colonia para percibir si la batería entró. Las uni- es un receptor muy ancestral del reconocimiento de dades formadoras deben estar presentes; si no entró patrones moleculares asociados a patógenos. Este receptor se ha estudiado en los últimos doce años y o se eliminó, las unidades formadoras deben ser pocas, o nulas, entonces nos dimos cuenta que en to- se ha visto que tiene muchas moléculas que recono- dos los experimentos en los que faltaba TLR2 tuvi- ce por parte de las microbacterias, y es extraño que mos muy pocas formadoras de colonia, y en los que reconozca muchas cosas de esas bacterias y no mande la alerta. estaba ausente CDI4 teníamos pocas, pero eran más de la mitad del control. Entonces dijimos: vamos a La hipótesis que planteamos es de qué forma tra- analizar primero TLR2, porque TLR2 parece que es baja TLR2, por qué, si hay mucha activación de ese receptor, no manda esa señal de eliminación del ba- importante, volvimos a repetir los experimentos y cilo. Junto con TLR2, actúa otro receptor CD 14, resultó lo mismo, así sucesivamente, y llegamos a la conclusión: si no está presente en las unidades for- un correceptor que se une para favorecer ese recono- madoras de la bacteria, es porque se eliminó por el cimiento, estos receptores están implicados en el re- mecanismo microbicida, y luego cuál mecanismo microbicida; entonces analizamos los sobrenadan- conocimiento de muchas moléculas del patógeno; el esrudio pretende saber cómo están involucrados y ces para darnos cuenta de que había la presencia de el papel que juegan en la infección por tuberculosis. óxido nítrico, el cual forma parte de un mecanismo Estudiamos el mecanismo por el cual estos re- microbicida intracelular. ceptores se expresan en la membrana y tiene que ver con un mecanismo de proceso de expresión del gen, ¿Y este óxido nítrico cómo funciona? el gen expresa una molécula renam mensajero, y ese mensajero cuando se traduce por otro mecanismo Oxida los lípidos en la pared de la membrana de la da lugar a la proteína. El paso intermedio es blo- bacteria, degrada los lípidos y abre la bacteria; se quear ese renam mensajero con una molécula denominada RNA de interferencia que, cuando se aco- muere la bacteria y ya no hay protección, es una forma en la que se elimina eficazmente. pla, lo desactiva y degrada, ya no llega a ser proteína Estábamos demostrando lo que ya se había plan- y ese gen no producirá la proteína, y esa proteína, cuando diseñamos esos RNA de interferencia la blo- teado en muchos trabajos: TLR2 está implicado en una modulación de una respuesta inmune. queaban, la inhibía. (\) lO CI EI JCIA UAl'-I L / AfjO 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �E5PERAf,JZA AA MEH DARIZ ¿Cómo impacta el estudio en el tratamiento de la tribuyan a que la UANL se dé a conocer a nivel na- tuberculosis? cional e internacional, hay que ser institucional y si lo puedo hacer en FIME, en Medicina o Físico-Ma- Este estudio es in vitro, y el siguiente paso es hacerlo temáticas, la Universidad sale ganando. in vivo, o sea, en ratones. Ya está aprobado un proyecto en Conacyt, empezamos el próximo año. Den- ¿Quiénes fueron sus mentores en la investigación? tro de dos años ya tendremos resultados sobre los experimentos en vivo, que serían la pauta para con- Mi madre inmunológica es la Dra. Irma Yolanda, tinuar con los tratamientos en humanos. además el Dr. Adrián Rosas Taraco, el Dr. Jorge Castro y el Dr. Mario César Salinas Carmona. ¿En la bibliografía médica este estudio generó conocimiento nuevo? De los proyectos que tiene en puerta, ¿cuáles son sus objetivos concretos? Es conocimiento nuevo, se tenía esa hipótesis, pero nadie lo había demostrado, y ahora con estos resul- Mi meta es continuar con esta contribución a la so- tados damos un paso importante en esa dirección; ciedad, que reconozcan nuestro trabajo es muy bue- una dirección que los llevará a un tratamiento que pudiera ser muy eficaz en el caso de la tuberculosis, no e impulsa, pero hasta que no vea reflejada la aplicación y el beneficio en la sociedad voy a estar más a porque no hay vacuna, no se ha encontrado alguna gusto. forma de protección. ¿Cuál es su compromiso con las nuevas generacio- ¿Cuándo se inició en la investigación? nes? Desde la maestría, formalmente hace como cuatro Hay que motivarlos, enseñarles d camino, fijarles me- años; todo este trabajo se realizó en el Departamen- tas, porque muchas veces se encuentran perdidos, guiar- to de Inmunología, y ahí estamos colaborando para los y conducirlos para que busquen lo que quieren. Soy continuar con esto. Además, tengo otros proyectos; de la idea de que el alumno necesita que lo orienten durante el doctorado me sumé como colaborador hacia donde quiere ir; conducirlo a objetivos concre- en la Facultad de Medicina. tos. Me gusta que se visualicen en 1O o 15 años y, dada su respuesta, ofrecerles opciones y guiarlos. Ya un segundo Premio de Investigación UANL, ¿qué reflexiones hace al respecto? ¿Qué significa ganar este premio? Este segundo premio es un buen estímulo, quiero continuar en esta rama de la investigación, apoyan- Es un compromiso que necesitamos reafirmar año con año. En el mundo de la ciencia debemos mante- do a la Universidad, y haciendo proyectos que con- ner la constante. CIEtKIA UAIJL / A!~O 15, 1'1o 60, OCTUBRE · DIO E,'v\BRE 2012 l l (\) �A N I V E R S A R I O Entrevista a la Dra. Wibke Himmelsbach, Premio de Investigación UANL 2012, en el área de Ciencias de la Tierra y Agropecuarias J ESSLCA B ALDERAS S ALAZAR En el área de Ciencias de la Tierra y Agropecuarias, "Caracterización de bosques mixtos de pino-encino en fa Sierra Madre Oriental en México considerando elfactor limitante hídrico '~de la Dra. Wibke Himmelsbach, apoyada por el equipo integrada por Eduardo Javier Treviño Garza, Humberto González Rodríguez, Marco Aurelio González Tagfe y Marco Vinicio Gómez Meza, ganó el Premio de Investigación UANL2012. De la Facultad de Ciencias Forestales, destacó entre 23 trabajos, por su objetivo principal, al comprender el funcionamiento y características de la mezcla de especies de bosque de pino-encino en relación con los principales factores limitantes: escasez de agua, exceso de sal, y para determinar o, más bien, distinguir fas capacidades fisiológicas de varias especies comunes de árboles nativos. La doctora Himmelsbach explica a pmfundidad sobre el tema. ¿A qué se refiere el estudio que la hizo ganadora del Premio de Investigación UANL? tra investigación fue identificar las estrategias de diferentes especies arbóreas de la región SMO, para La disponibilidad de agua y el exceso de sales en el evi tar daños causados por la escasez de agua o supe- suelo son factores limitantes para el crecimiento de rar temporadas de sequía, resultado de alteraciones los árboles en los bosques mixtos de pino-encino en en las precipitaciones anuales que podrían relacio- la Sierra Madre O riental (SMO). El objetivo de nues- narse con el cambio climático. Este conocimiento (\) 12 CI EI JCIA UAl'-l l / Af~O 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �JESSICA BALDERAS SALAZAR nos permite mejorar el manejo sustentable y optimizar las acciones de reforestación y restauración ecológica. En este sentido, las plantas tienen diferenres tipos de adaptación al medio ambiente; se distinguen, por ejemplo, por su adaptación ambiental o a un nicho, la adaptació n morfológica a través de la forma y estructura de sus hojas: anatómica, bioquímica, genética, fisiológica, etc. Como el latido del corazón en un humano, el estado hídrico nos dice mucho sobre el bienestar de una planea. Entonces, nos enfocamos en la medición del estado hídrico, el cual se determina a través del potencial hídrico y el potencial osmótico. En general, las plantas presentan dos tipos de es- cal, México" {doi: 10.1007 Is l 0342-011-0507-3), trategias fisiológicas para evitar daños causados por publicado en la revista European ]ournal of Forest la falta de agua. El primer tipo es "isohydric", plan- Research-, se analizaron los datos de las tres especies tas que mantienen su nivel de humedad igual o con principales: cedro Uuniperus fláccida), encino ( Quer- poca variación en un lapso de tiempo con diferente cus canbyi) y pino (Pinus pseudostrobus), las cuales disponibilidad de agua, y el segundo es "anisohydric", forman el dosel forestal. plantas que parecen variar su nivel de humedad. Es importante señalar que las planeas con poca ¿Por qué se pensó en esta investigación? variación en su nivel de humedad tienen ventaja durante severas pero cortas sequías, mientras que Después de conclu ir la licenciatura {ciencias fores- plantas con mucha variación en su nivel de hwne- tales y ecología forestal) , y la maestría {ciencias fo- dad tienen más probabilidad de sobrevivir durante intensidad. restales tropicales e internacionales) en la GeorgAugusr-Universitat en Gottingen {Alemania), quise En total, se realizaron mediciones en cinco especies seguir con mis estudios en el extranjero, especial- diferentes, bajo diferentes condiciones de sequía, en dos pendientes diferentes en el Campo Experimen- mente en la Facultad de Ciencias Forestales de la UA L, en Linares . Desde hace años exis te un tal Bosque Escuela de la UA L, en Santa Rosa, Itur- Memorandum de Entendimiento entre las dos facul- bide. El Bosque Escuda nos proveyó las condicio- tades/universidades, y conocí varios becarios mexi- nes óp timas para la realización de mediciones canos que estudiaron una temporada en Gottingen. directamente en el campo o sitio con un equipo pe- Como mi asesor externo, Prof. Dr. Ralph Miclohner, sado y peligroso. es especialista en el manejo de bosques semisecos y En el trabajo premiado -se trata del artículo científico ''Acdimatation of three co-occurring three secos, me introdujo a este tema. Con su experiencia, largas sequías de menor species ro water stress and their role as sice indicarors elaboré el anteproyecto con el cual apliqué para entrar al programa de doctorado, con la especializa- in mixed pine-oak forests in the Sierra Madre Orien- ción en el manejo de recursos naturales de la Facul- CIEtKIA UAIJL / A!~O 15, 1'1o 60, OCTUBRE · DIOE,v\BRE 20 12 13 (\) �Ef ITREVISTA A LA ORA WIBK E HIMMEL SBACH, PR EMIO DE II N ESTIGACIOl•l UAH L 2012, EH EL AREA DE CIEr ICIAS DE LA TIERRA tad de Ciencias Forestales y para una beca de la SRE (Secretaría de Relaciones Exteriores). Por la problemática de las alteraciones de sequías e intervenciones humanas en muchos ecosiscemas sensibles, me interesaba estudiar y comprender la dinámica en dichos ecosistemas. Una vez aquí en Linares, México (a finales de marzo de 2005), especificamos y adoptamos el anteproyecto a las condiciones locales con los asesores principales (Dr. Eduardo Javier Treviño Garza y Dr. Humberto González Rodríguez) , e iniciamos con el trabajo de campo en premiado (el artículo publicado en la revista European ]ournal of Forest Research) se acep tó completamente apenas en enero de 201 1. El proyecto se concluyó con la tesis de doctorado y al publicar los resultados en revistas internacionales. Ahora trato de encontrar un camino profesional que me permita atender bien a mis hijos (uno y cinco años) y continuar con la ciencia al mismo tiempo. Estamos investigando procesos naturales, y no se esperan resultados específicos, como en ciencias químicas o en la tecnología. enero/febrero de 2006. ¿De qué manera beneficia a la sociedad este pro- ¿Cuáles son los alcances de esta investigación? yecto? Lo más relevante es saber que el pino está adaptado Los bosques son los pulmones de nuescra tierra. Su para superar severas sequías de corto tiempo, mientras que el encino y cedro están mejor preparados falta afecta el clima, nos purifican el aire, son parte crucial en el ciclo de carbono, influyen el nivel del para manejar sequías largas, pero de poca intensi- agua subterráneo y superficial; sin olvidar su fun- dad. ción como áreas recreativas, ornamentales y de es- En la práctica, significa que si en áreas de reforestación o restauración se esperan severas pero cor- parcimiento en nuestras ciudades y sus alrededores para asimilar el estrés. Mantener nuestros bosques tas temporadas de sequía, la reforestación o activi- funcionando y sanos contribuye, sin duda, a la sa- dades de restauración con la especies de pino es lud de la población humana, garantiza una mejor favorable. Al con trario, en áreas con sequías largas, calidad de vida. pero de menos intensidad, se favorece la plantación Enronces, conocer y entender la función de los de encinos y cedros. Sin embargo, los procesos árboles y de sus estrategias es importante para la se- ecofisiológicos en un bosque son muy complejos, y uno no debe tomar decisiones precipitadas sobre el lección de especies arbóreas apropiadas para proyectos de reforestación y restauración ecológica en áreas futuro desarrollo de los bosques de la SMO. Hay propensas a sequías y aumenra la supervivencia de que investigar más especies e incluir variables fisio- las reforestaciones. lógicas y ambientales adicionales, para concluir y modelar de forma más precisa los escenarios futuros de ¿Qué tanto se estudia este tema en México? nuestros bosques relacionados con el cambio climático. El proyecto se inició en 2005, pero el trabajo de Hay varios estudios similares en México, pero México campo empezó en enero de 2006, y se tardó ocho es un país muy grande, con una gran variedad de meses, hasta agosto del mismo año. Después siguió la fase de los análisis y publicaciones. En diciembre ecosistemas. Sin embargo, en los bosques de pinoencino de la SMO se han realizado muy pocos estu- de 2009 se terminó la tesis de doctorado y el trabajo dios de este tipo. (\) 14 CI EI JCIA UAI..J L / AfjQ 15, f lo 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �JESSICA BALDERAS SALAZAR Este premio es un gran honor para nosotros y una señal de que tomé la mejor decisión. De una significa mucho , aparte de que se da prioridad a nuestro tema de investigación -a los bosques y su labor de investigación siempre resultan nuevas ideas y preguntas con las cuales se encuentra confrontado manejo-, en el área de Ciencias de la Tierra y Agro- el investigador, por lo mismo nunca se terminará la pecuarias, se reconoce la problemática de las sequías y sus consecuencias para nuestros bosques como una ciencia. Realmente logramos saber muy poco y siempre queda un mar de preguntas. necesidad de actuar. Esto es muy importante para Nos espera mucho trabajo, ahora hay que seguir el codos los investigadores de la Facultad de Ciencias estudio y el análisis de los ecosistemas de la región a Forestales, y motiva a los estudiantes actuales de una escala mayor, incluyendo más variables y factores, nuestras carreras. Asimismo, nos da mucho gusto que se reconozca y con tecnología mejorada para entender mejor los procesos naturales, y así intervenir de manera adecuada un trabajo que tardó varios años en publicarse en para garantizar la sustentabilidad de nuestros bosques. una revista internacional con aleo factor de impacto. Para un proyecto de este tipo, el trabajo interdisciplina- os confirma haber tomado la decisión correcta al rio es indispensable y al mismo tiempo un gran reto. insistir que se publicara a airo nivel. Personalmente, invertí mucho tiempo en esta Me gustaría llevar el proyecto a este nivel interdiscipli- publicación. Y muchas veces dudé si lo estaba haciendo bien, pero este premio es la confirmación y jas, que permitan explicar y entender mejor los procesos naturales en los ecosistemas de la SMO. CIE tKIA UAtJL / A1°JO 15, lfo 60, OCTUBRE - DIO EMBRE 20 12 nario, para contestar y analizar preguntas más comple- 15 (\) �A N I V E R S A R I O Entrevista a la Dra. Mayra Zyzlila Figueroa Torres, Premio de Investigación UANL 2012, en el área de C iencias Exactas J ESSLCA B ALDERAS S ALAZAR La Dra. Mayra Zyzlila Figueroa Torres y un grupo de científicos de la Facultad de lngenierla Civil, integrado por La Dra. Leticia Myriam Torres Guerra, eL MC Miguel Ángel Ruiz Gómez, el Dr. !salas Juárez Ramlrez y eL MC Christian Gómez Soils, con stt trabajo "Nuevos óxidos muLtifttncionaLes SmfeTaO7 y SminTao 7 para La descontaminación de agua vla Jotocatálisis heterogénea': fueron los ganadores del Premio de Investigación UANL 2012, en eL área de Ciencias Exactas. De entre 16 proyectos, éste resultó vencedor aL Llegar a la conclusión de que es posible fa síntesis del nuevo óxido del tipo piroc/.oro de composición Sm¡:eTaO7 de manera pura. Con los métodos de estado sólido y de soLgel, se determinó que cuando se utiliza sol-gel como método de síntesis el material se obtiene a menos temperatura y menor tiempo de reacción, además de que los polvos presentan un tamaño de partícula pequeño y un área siperficial de un orden de magnitud mayor, en comparación con el método de estado sólido. La doctora Figueroa Torres nos explica a detalle. sarrollar nuevos materiales fotocatalizadores con la capacidad de eliminar compuestos orgánicos peligrosos; en particular, colorantes orgán icos, así como ¿D e qué trata el estudio que le dio el Premio de metales tóxicos q ue se encuentran comúnmente en Investigación UANL? las aguas del sector industrial. Para esto, nuescra primera meta fue sintetizar un nuevo óxido con una Principalmente, el proyecto estuvo orientado a de(\) 16 composición química especial; así logramos repor- CI EI JCIA UAl'-I L / AfjO 15, N o 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �JESSICA BALDERAS SALAZAR tar por primera vez el compuesto SmleTa0 7 , em- des que deben tener los materiales para aplicaciones pleando dos rutas de síntesis. Este resultado fue una aportación importante de en la ingeniería ambiental. nuestro proyecto, debido a que nuestro grupo de ¿Cómo surge el interés en esta investigación? investigación genera conocimiento a nivel mundial, al desarrollar nuevos materiales y estudiar sus carac- En este sentido, nuestro grupo de investigación cuen- terísticas estrucrurales y otras propiedades fisicoquí- ta con experiencia en el desarrollo de nuevos mate- micas importantes para la descontaminación del riales, así como la modificación de compuestos ya agua. De igual manera, otra aportación científica fue existentes, con el fin de lograr un control en sus pro- la síntesis, por primera vez, del compuesto Sm2 In Ta0 7 , empleando un método de "química sua- piedades; con base en esto, se planteó el desarrollo ve", como el proceso sol-gel. Realizada la síntesis y caracterización de ambos óxidos, orientamos nuestra investigación hacia la de una familia de nuevos compuestos, como parte de un proyecto de investigación integral con el objetivo de esrudiar nuevos materiales, determinar sus propiedades fisicoquímicas y evaluar su actividad en eliminación de contaminantes presentes en el agua, diversas aplicaciones fotocatalíticas. Con esto se pre- como los colorantes orgánicos y el metal cromo, tende generar conocimiento para entender los aspec- mediante el proceso conocido como fotocatálisis heterogénea; para ello, nuestros materiales (en for- tos más importantes que determinan las propiedades finales de los materiales fotocatalizadores, así ma de polvo) se ponen en contacto con el agua con- como su aplicación tecnológica, con el fin de atacar taminada, y mediante la aplicación de luz, que pue- problemas importantes que afectan a la sociedad. de ser artificial o solar, se activan para generar una reacción de oxidación y reducción, esto genera espe- Referente al alcance de esta investigación . .. cies qulmicas capaces de descomponer los contaminantes que se encuentran en el agua. Al finalizar, los Los avances tecnológicos y el desarrollo de la socie- polvos se recuperan y se utilizan las veces que sea necesar10. dad siempre han ido de la mano con el tipo de materiales que se utilizan en la gran diversidad de activi- Con base en los resultados, encontramos que el dades cotidianas; esto marca las grandes diferencias compuesto SmleTa07 es activo para la eliminación de colorantes al emplear directamente la luz solar, lo que encontramos en nuestro mundo actual, compa- cual es importante desde el punto de vista de sus- con este proyecto se busca principalmente desarro- rado, por ejemplo, con el de hace 50 años. Por ello, rentabilidad y economía. Por otro lado, encontramos llar materiales multifuncionales con propiedades que el compuesto Sm)nTa07 se activa con luz ultra- inusuales que muchas veces son difíciles de alcanzar. violeta y presenta la capacidad de eliminar colorantes, Los avances tecnológicos, así como la implementa- así como el cromo, el cual es altamente cancerígeno. ción de procesos sustentables, requieren de estos mate- Finalmente, con este proyecto fue posible gene- riales para que algún día lleguen a ser una realidad, y rar conocimiento trascendente para posteriores in- contribuyan al incremento de la calidad de vida. Acrualmente, esta investigación está en desarro- vestigaciones en el área de la ciencia e ingeniería de los materiales, en específico sobre las características estructurales, la composición química y propieda- CIEtKIA UAI IL / AJ':J O 15, 1'1o 60, OCTUBRE · DIOEMBRE 20 12 llo, podríamos decir que el proyecto que ganó el Premio de Investigación representa 40 o 50% de la in- 17 (\) �EtlTREVISTA A LA ORA MAYRA lYZllLA f lGUEROA TORRES, PREMIO DE IINESTIGACIÓ I I UANL 2012 , El'-J EL AREA DE CIEMCIAS EXACTAS vestigac10n integral que se planteó originalmente, ¿Cuáles fueron los primeros resultados de este es- ahora estamos enfocados al desarrollo de otros nue- tudio? vos compuestos similares, y a la vez buscamos la manera de mejorar el desempeño de estos nuevos ma- Al inicio se esrudiaron materiales de composición teriales en las reacciones para la degradación de conta- química más simple, se encontró que los compues- minantes, así como para la generación de combustibles tos que contenían elementos químicos, como el alternos, como el hidrógeno, buscando siempre la ge- tántalo y el samario, mostraban propiedades fotoca- neración de conocimiento de vanguardia. talícicas atractivas. Con la experiencia desarrollada e Hasta el momento hemos dedicado alrededor de informándonos sobre las publicaciones científicas dos años a este proyecto. Como parte de una pla- recientes en esta área, concluimos que al sintetizar neación adecuada, es necesario un análisis crítico de materiales de composición química más compleja los reportes científicos existentes, proponer el traba- se presenta la fo rmación de arreglos atómicos espe- jo a desarrollar y, finalmente, plasmar las ideas en el ciales, los cuales ayudan a mejorar el desempeño laboratorio; aún falta mucho por hacer. fotocatalítico de los materiales y les brindan mayor (\) 18 CI EI JCIA UAl'-J L / AfjO 15, No 60, OCTUBRE · DICIEMBRE 2012 �JESSICA BALDERAS SALAZAR estabilidad química en estas aplicaciones. De ahí que en el área de la investigación. Sobre todo, como cuan- buscamos conjugar ambas cosas al proponer una nueva fase. do, en mi caso, la oportunidad de trabajar en la UANL fue una cuestión del destino: por asuntos per- Los primeros resultados inreresantes se lograron sonales llegué a radicar a esta ciudad y mi formación en alrededor de seis meses; aterrizar un planteamiento a nivel laboratorio, en muchas ocasiones sude ser profesional siempre ha sido en el área de la ciencia y la ingeniería de materiales. En busca de un lugar don- un proceso laborioso que debe ir paso a paso. Parre de ejercer como profesionisra, encontré al grupo de de ello implica la realización de experimentos pre- ecomateriales y energía liderado por la Dra. Leticia vios y, sobre todo, un análisis muy detallado de las Torres, con quienes rápidamente logré una buena características de los compuestos, para posteriormen- afinidad integrándome a la dinámica de trabajo. te evaluar sus propiedades fotocatalíticas. Con los resultados de los análisis se hace una discusión deta- ¿Qué le ha dejado la labor de investigadora? llada y ordenada, con el fin de redactar y publicar artículos científicos en revistas internacionales. Todo Muchas satisfacciones profesionales, como ganar este esto lleva alrededor de un año y medio. premio; pero, principalmente, el hecho de hacer lo que me gusta. La investigación en el área de los ma- ¿Cómo beneficia a la sociedad este proyecto? teriales es fascinante, siempre hay un mundo de posibilidades y aplicaciones que esrudiar, además es un Definitivamente, el beneficio de este proyecto es para área fundamental para el desarrollo de la sociedad. la sociedad. La ciencia y la tecnología moderna de- También es muy grato participar en la formación de ben estar orientadas al desarrollo de procesos que sean amigables con el medio ambiente, así como recursos humanos con quienes se logra una convivencia muy cercana. Faltan muchas cosas por explo- enfocar esfuerzos para la remediación ambiental. Esto, sin duda alguna, incrementa considerablemente formación de los compuestos con resultados bastan- la calidad de vida de la sociedad y al mismo tiempo rar. Hemos terminado la fase en la que se buscaba la ayuda a la construcción de un futuro sustentable. te satisfactorios. Esto da pie a indagar en otras aplicaciones de importancia y trascendencia como la Desafortunadamente son contados los grupos de generación de fuentes alternas de energía como el investigación que trabajan este tema en nuestro país. hidrógeno a partir de procesos limpios y sustentables; otra área a explorar sería la eliminación de los ¿Qué significa este reconocimiento? gases contaminantes en el aire, y tenemos que trabajar sobre cómo mejorar las propiedades de los mate- Este premio significa mucho para nosotros, es una riales . satisfacción que nos llena de orgullo al ser acreedo- Ahora que sabemos que es posible la formación res a la máxima distinción en investigación que otorga la UANL. Estos incentivos también son una for- sis, con el fm de modificar sus propiedades superfi- ma de reconocer los esfuerzos del día a día para realizar trabajos de calidad. Además, es una motivación muy grande para continuar co n nuestra labor CIEtKIA UAI IL / A!':J O 15, 1'1o 60, OCTUBRE · DIOEMBRE 20 12 de esta fase, se pueden explorar otras rutas de sínteciales e incrementar la sensibilidad a la radiación de luz, lo cual se vería reflejado en una mayor capacidad para remover los contaminantes. 19 (\) �A N I V E R S A R I O Entrevista a la Dra. Diana Reséndez Pérez, Premio de Investigación UANL 2012, en el área de Ciencias Naturales ESPERANZA ARME DÁRIZ Al Premio de Investigación UANL, en su edición 2012, respondieron trece trabajos en el área de Ciencias Naturales, pero el equipo de La Dra. Diana Reséndez Pérez, integrado por La MC Diana Linda Cárdenas Chávez, el D1: Ricardo Canales del Castillo y la MC Oiga Karina Villanueva Segura, fue efecto por el jurado. Se trata de un trabajo en el que utilizaron como modelo experimental la mosca de la fruta (Drosophila me- lanogaster) y estudiaron unos genes conocidos como homeóticos o genes Hox, considerados por Reséndez Pérez como la caja de herramientas genéticas que permite a cada mganismo tener una fo rma o diseño diferente. como represora de sus genes blanco para la morfo¿En qué consiste el estudio que los hizo ganadores génesis de las estructuras. del premio? ¿Hay bibliografía científica relacionada con este Seleccionamos al gen denominado Antenapedia (Antp), porque su mutación permite la eviden te tipo de investigación? transformación de amenas por patas en la mosca de Sí, hay mucha información de Antenapedia, ya que es una mutación muy famosa en la biología del de- la fruta, donde realizamos un análisis molecular fino de este gen medianre mucagénesis dirigida. Los resultados obtenidos nos permitieron determinar las regiones que le confieren la actividad funcional a esta homeoproteína en la función dual , tanro activadora (\) 20 sarrollo, debido a que permitió el descubrimiento del homeobox; sin embargo, a la fecha no se ha dilucidado el mecanismo molecular detallado en su actividad funcional. CI EI JCIA UAl'-I L / Af~O 15, N o 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �ESPERANZA AA MEN DÁRIZ ¿Hay algún antecedente concreto de este estudio? ¿Dónde se realizaron las pruebas de laboratorio? En la Unidad de Biología del Desarrollo del DeparLas homeoproteínas altamente conservadas permi- tamento de Inmunología y Virología y del Departa- ten la morfogénesis de las diferentes estructuras en el patrón corporal de los organismos, por lo que es mento de Biología Celular y Genética, de la Facultad de Ciencias Biológicas de la UANL. fundamental determinar cómo realizan su actividad funcional en el control genético del desarrollo. ¿Hay otros hallazgos relacionados con este estudio, pero dirigidos a otras líneas de investigación? ¿Qué aportación científica resultó de este estudio? Hay muchas evidencias experimentales que muestran El hallazgo de la actividad funcional dual de Antp nos permite entender mejor cómo se realizan a nivel la actividad funcional de las homeoproteínas, básica- molecular la activación y represión de cascadas de mente se ha sugerido la interacción con coactivadores y genes que permiten el desarrollo y morfogénesis de las estrucmras, lo que puede tener implicaciones para correpresores para diversificar su función. el diseño de formación de tejidos y órganos ¿Cuál ha sido su formación académica? mente como activadoras o represoras y sólo reciente- ¿Cuándo se inició y en qué fase se encuentra la in- Estudié químico bacteriólogo parasirólogo, en la vestigación? Facultad de Ciencias Biológicas de la UANL y, posteriormente, la maestría en ciencias, con especiali- Esta línea de investigación se inició hace aproxima- dad en biología celular, en la misma FCB. El docto- damente una década, cuando regresé de un posdoctorado de la Universidad de Basilea, Suiza, en el la- rado en ciencias, con especialidad en biología boratorio donde se descubrieron los genes molecular e ingeniería genética, lo realicé en la Facultad de Medicina de esta Universidad. Luego hice homeóticos. La actividad activadora y represora en- un posdoctorado en el laboratorio del Dr. Walter concrada en Antp abre la oportunidad para conti- Gehring, del Departamento de Biología Celular, nuar con el análisis molecular de estas homeoproteínas en la selección de los genes blanco para el control Biozencrum, Universidad de Basilea, Suiza genético del desarrollo. ¿Qué líneas de investigación ha desarrollado? ¿En México ya hay investigaciones en esta línea? Control genético del desarrollo en DrosophiLa meLa- o, específicamente en esta línea de investigación, aunque existen dos grupos en México usando DrosophiLa como modelo, en el Instituto de Neurobiología y en el lnstiruto de Biotecnología, ambos en Cuernavaca, Morelos, y ambos de la UNAM. CIEN OA UAtJL / A!~O 15, 1'1o 60, OCTUBR E · DIO EMBRE 20 12 nogaster. genes homeóticos; determinación y diferenciación celular; expresión diferencial de genes Hox en cáncer genómica de la hormiga Pseudomyrmex sp y producción biotecnológica de péptidos para el tratamiento de enfermedades; asimismo, genotipificación y filogenia molecular de agaves, regulación 21 (\) �1J RE VISTA A LA ORA DIAl~A RESÉ t JOEZ PEREZ , PRE,\.1IO DE INVESTIGACIÓU UANL 2012 , rn EL ÁREA DE OErKIAS NATURALES La biología del desarrollo es un área emergente y de oportunidad en México, la cual necesita mucho apoyo. ¿Qué medidas se deben asumir para apoyar con más ahínco a la comunidad científica? Incrementar los fondos para el apoyo a proyectos de investigación, tanto en ciencia básica como en aplicada. homeótica mediante interacciones proteína-proteína, y microRNAs en el control genético del desarrollo en D. melanogaster. ¿Ya había recibido este reconocimiento? En 1991, cuando todavía era esrudiante del doctorado en ciencias, fui galardonada con el Premio de Investigación UANL en el área de Ciencias arurales con la tesis doctoral "Biología molecular de la familia multigénica de las hormonas lactogénica placentaria y del crecimiento humano". ¿Cuáles son sus reflexiones acerca de la investigación en el área de la genética y biología molecular? Considero que lo más importante en el descubrimiento del mecanismo molecular de la función dual de esta proteína en el control genético del desarrollo en la mosca de la fruta es que puede ser extrapolado a otros genes Hox, que están altamente conservados ¿Qué le ha dado la investigación? Realmente el desarrollo de la investigación científica me ha proporcionado una emoción continua que va desde la concepción de la idea, la realización del trabajo práctico y la búsqueda y curiosidad de La respuesta en el planteamiento de la hipótesis o pregunta científica, Aunado a esto, indudablemente, me ha permitido el privilegio de transmitir la pasión de la investigación a mis esrudiantes de licenciarura y posgrado, que en este trabajo fueron dos estudiantes de maestría y uno del doctorado en ciencias. ¿Cómo promover en la licenciatura la formación de nuevos cuadros de investigadores? Creo que deberíamos incrementar en la medida de lo posible el desarrollo de tesis de licenciatura en todas las carreras de ciencias. ¿Alguna aportación personal? en otros organismos, que van desde levaduras hasta vertebrados superiores incluyendo al humano. El desarrollo de investigación científica me ha proporcionado mucho más de lo que yo podría haber ¿Considera que es incipiente el desarrollo de estas ciencias en el país? imaginado, tanto en mi vida personal como académica. CI EI JOA UAHL / Af~O 15, No 60, OCTUBRE - 0IOEMBRE 2012 �c1ENC1AXVuANL ANIVERSARIO El papel de los receptores TLR2 y CD14 de macrófagos THP-1 en la infección por M tuberculosis F. HERNÁNDEZ CABRERA' °, A. M. SALINAS A. ARCE ME DOZA. R osAs TARAco *, CAR.MONA*, J. CASTRO GARZA••, La tuberculosis pulmonar es la en- mentan la susceptibilidad a desarrollar tuberculosis fermedad infecciosa más arraigada en la humanidad, cada año causa más pulmonar.4•5 La actividad de virulencia de M. tuber- de 2 millones de muertes y se reportan 8 millones de nuevos casos clínicos con incremento de cepas multi y extremadamente resistentes. Aunque mucho se ha investigado sobre los mecanismos de la respuesta inmune a la infección por M . tuberculosis, no se ha logrado la identificación de marcadores específicos que expliquen la susceptibilidad de algunos individuos a desarrollar tuberculosis, mientras que en otros casos la infección permanece latente o se resuelve favorablemente. La resolución de la infección por M tuberculosis se asocia a la respuesta inmune del tipo Th 1, e involucra la producción de citocinas proinflamatorias y mecanismos microbicidas. Estudios in vitro reportan que TNF--, IL-12 e IFN- estimulan la producción de la enzima de óxido nítrico sintetasa inducible (iNOS), elevan los niveles de óxido nítrico para favorecer la eliminación intracelular de M. tuberculosis, 1•3 mientras que algu- culosis se ha relacionado con las moléculas que forman su pared celular y con proteínas secretadas, 6 estos antígenos parecen modular la respuesta inmune en etapas tempranas de la infección a través de los rece ptores de inmunidad innata de mac rófagos alveolares . Los receptores de inmunidad innata más relevantes que participan en el reconocimiento de M. tuberculosis son los receptores Tipo Toll (TLR) de macrófagos. Investigaciones recientes apuntan a los receptores de reconocimiento TLR2 y CD14 como las piezas fundamentales en la respuesta inmune que determinarían el curso de la infección pulmonar causada por micobacterias, ya que estos receptores poseen la mayor capacidad para el reconocimiento de proteínas, glicolípidos y peptidoglicanos de M tuberculosis.7• 11 En etapas tempranas de la infección, TIR2 recluta a CD14 en regiones de la membrana citoplasmática con alto contenido de fosfatidilinositol 4,5 -bifosfato (Ptdlns(4,5)P), esto permite que nos polimorfismos en el receptor de IFN-y increEl pre,enle artículo e,lá ba, ado en la inveohgac,ón "El papel de lo, Receptare, CD 14 y TLR2 de mocrólago, TH P- 1 en lo infección por M. tuberculosis", ga lard onada con el Premio de lnve,ligac ió n UAN L 2012 , en la categoría de Cie ncias de lo Salud , otorgado en ,e,ión solemne del Conoe¡o Umver,ílario, en ,epliembre de 2012. CIEtKIA UAIJL / A1°lO 15 rfo 60, OCTU BRE - DICI EMBR E 2012 • Un iversidad Autóno ma de Nuevo León. Departamento d e In munología-FM. C enero de Investigació n Bioméd ica del Noreste del IMSS. n>- Universidad Amónoma de Nuevo León , FCFM. aya_mayola@yahoo.com 23 (\) �EL PAPEL DE LOS RECEPTORES TL R2 Y CDl~ DE MACROFAGOS TH P-1 rn LA 11 ffE C00~1 POR M TUBERCULOSIS TLR2 sea reclurado a fagosomas con carga bacteriana se ha evidenciado que ratones TLR2-/- presentan una 12 en la que M tuberculosis continúa estimulándolo. En esta etapa, los glicolípidos evitan la maduración respuesta inflamatoria excesiva con altos niveles de TNF-a,, INF-y y óxido nítrico en espacios alveolares del fagosoma, inhiben la asociación del fosfatidil ante la infección por M. tuberculosis. 23 Nuestro estu- inositol 3 fosfato (PI3P) y bloquean el flujo de calcio. 13 dio demuestra la importancia de los receptores TLR2 y CD14 de macrófagos humanos THP-1 en la in- Se ha demostrado que una alta tasa de activación en TLR2, por productos de M tuberculosis (TDM, fección por M. tuberculosis (H37Rv), en un modelo Knock Down (KD), evidenciando que M. tubercu- proteínas LpG y 19k.Da) inhibe la producción de losis modula la respuesta inmune a través del recep- IFN-y y la expresión de MHCII, además de molé- tor TLR2, al inhibir la producción de óxido nítrico cul as coest imuladoras en macrófagos y células para favorecer su supervivencia, y utiliza a CD14 dendríticas, atenua la presentación de antígenos. 14 - 16 para favorecer una rápida internalización en macró- En un estudio epidemiológico se identificó una va- fagos. riante de la proteína intracelular TIRAP relacionada con TLR2, que confiere protección contra bacteremias, neumococo invasivo, malaria y tuberculosis, 17 MATERIALES Y MÉTODOS al hacer evidente que la activación de TLR2 por estos patógenos puede ser una desventaja en la res- A parcir de la línea celular THP-1 de monocitos, se puesta del huésped para eliminar la infección. Otros do químicamente con fobol 12-miristato 13-acetato estudios en humanos muestran que polimorfismos (PMA) a una concentración final de lOµM , por 48 de TLR2 o TLR4 dan un incremento en la susceptibilidad a infecciones microbianas, principalmente hrs en medio DMEM, enriquecido con 10% de suero fecal bovino inactivado por calor. Para inducir el influenciado por el balance Th 1/Th2. 18 - 20 silenciam iento de los genes tlr2 y cdl 4 in vitro, los siR As duplex (siRNA-TLR2 forward 5' - Se ha reportado que el aumento en la expresión de TLR2 y su activación excesiva en macrófagos in- realizó la transformación a macrófagos, es timulan- fectados con M tuberculosis generan una respuesta ACACMUAGAGGMGAUUC-3 ', reverse 5'-GA AUCUUCCUCUAUUGUGU-3 ' , siR A-CD14 Th2, como resultado de la producción de las enzi- forward 5 '-AMCGGCUUAGGUUGAGA-3 ', mas supresoras de señalización de citocinas como reverse 5'-UCUCAACCUAGAGCCGUUU-3') SOCS 1, e IRAK-M, que inhiben la trayectoria de fueron transfectados con DARMAFECT2'" por tri- señalización del receptor de interferón gamma (IFN- plicado, en lxl0 6 macrófagos/pozo, con siRNAs a y R) y de TLRs en macrófagos, así como de la inhibición de los receptores IL-12R, IL-23R e IFN-YR concentración final de 1.8 nM en los grupos de experimentación; silenciamiento de cd14 (CD14-KD), en linfocitos; provoca vías de señalización antiinfla- silenciamiento de tlr2 (TLR2-KD), silenciamiento macorias (IL-1 O, TGF-~) que promueven la supervivencia y proliferación de los bacilos. 21 de cdl4 y tlr2 (CD14-KD/TLR2-KD), control de Recientemente se demostró que M tuberculosis silenciamienco la transfección con un siR A ines- restringe la respuesta proinflamatoria de macrófagos, mediante la actividad catalítica de la hidrolasa pecífico (Dharmacon Control no-ontarget) y células sin transfección. Se utilizó ramdom hexamers (In- Hipl atenuando la activación de TLR2. 22 Más aún, vi trogen) para la conversión de los transcritos a (\) 24 transfección (Liposomas), control negativo de CI EI ICIA UAI IL Al 10 15 1Jo 60 OCTUBRE - DICIEr-1BRE 2012 �F HER~IA/'I0 EZ CABR ERA, A ROSAS TARACO, M SAlllJAS CARMOl·JA, J CASTRO GARZA, A ARCE MEl'J DOZA cDNA, la amplificación se realizó con SyBR Green Supermix en un equipo CFX96™, y la expresión génica se normalizó con el método MCt, con los oligonucleótidos: TLR2 (forwa rd 5'GGGTTGAAGCACTGGACAAT-3', reverse 5'TCCTGTTGTTGGACAGGTCA-3 ') , CD 14 IFN -y, IL-10 y TGF-~) por ELISA, con kits eBiosciencie'" . Del lisado celular se obtuvo el RNA total con columnas de extracción Qiagen RNAeasy®, (forward 5'-ACTTGCACTTTCCAGCTTGC-3', reverse 5'-GCCCAGTCCAGGATTGTCAG-3'), y y se midió la expresión génica normalizada de las citocinas, tomando como gen constitutivo GAPDH, se utilizó el método MCt, con los siguientes oligon ucleótidos ; TNF-a: (forward 5 4 O+"··~GTGCTTGTTCCTCAGCCTCT-3', reverse 5'- GAPDH (forward 5'GGCCTCCAAGGAGTAAGACC-3', reverse 5'AGGGGTCTACATGGCAACTG-3') . La expresión TGGGGAACTCTTCCCTCTG-3'), IL-12 (forward 5 ".. O+"··~-GCCCAGCTGCTGAG GAGAGT-3 "..O+"·© reverse 5 "··o+"©-TGGGT de las proteínas TLR2 y CD 14 en la membrana celular de los macrófagos se determinó por citometría de flujo, con anticuerpos monoclonales anti-TLR2FITC y anti -CD 14-PE, con un equipo Beckron Dickinson modelo Calibur, y se empleó el software GGGTCAGGTTTGATG-3 ".. O+"--~), IFN-y (forward 5'-ACGAGATGACTTCGMAAGCTG3', reverse 5'-TTTAGCTGCTGGCGACAGTTC3 '), IL-10 (forward 5'-GGGAGAACCTGAA GACCCTCA-3', reverse 5'-TGCTCTTGTTTTCA CAGGGAAG-3'), TGF-~ (forward 5 "..O+"·®A. AGTGGACATCAACGGGTTC3 "·O+"·i& reverse 5 "··o+"··~TCCTTGCGGAAGTCAATGT3 Cellquest para demostrar la efectividad del silenciamien to y comprobar la ausencia de los receptores TLR2 y CD 14 en la membrana de los macrófagos. Los grupos de experimentación se infectaron con M. tuberculosis H37Rv, a una razón de infección 5: 1 (bacterias/macrófagos), seis horas después se retiró el sobrenadante del cultivo celular, se lavó dos veces, con el fin de evitar bacterias remanentes no ""O+"), GAPDH (forward 5'-GGCCTCCAAG GAGTAAGACC-3' , reverse 5' -AGGGGTCT ACATGGCAACTG-3'). fagocitadas. A las 48hrs después del inicio de la infección, se colectó el sobrenadan te y se filtró con una membrana de 0.22 µm , y se realizaron dos lavados para eliminar las posibles bacterias extracelulares. Posteriormente, las células en monocapa se lisa.ron con 1ml de agua estéril miliQ libre de RNasas a OºC, sobrenadantes de los grupos de experimentación. Además, se medió la expresión génica normalizada del gen óxido nítrico sintetasa inducible (inos) por RT-PCR en tiempo real. y se centrifugaron a 1OOOrpm/10 minutos, el sobrenadante de esta centrifugación se guardó en Trizo!~, para recuperar el R A total y el pellet fue resuspendido en 500 111 de medio y sembrado en placas con agar Middlebrook 7Hl0. Luego de tres semanas, se midieron las unidades formadoras de colonias (UFC). A partir del sobrenadante de los grupos de experimentación, se hizo la cuantificación de citocinas (TNF-a:, IL-12, CIEI I CI"- UAJ ll, Al.JO 15 1lo 60 OCTU BRE - DICI E/.•BR E 20 12 La actividad del óxido nítrico se evaluó de manera indirecta, utilizando el reactivo de Griess con los RESULTADOS La optimización del modelo TLR2 Knock Down de macrófagos THP-1 (siRNA-TLR2 y siRNA-CD14) se obtuvo a una concentración de 1.8 nM/siRNA 48 hrs después de su transfección. En estas condiciones se presentó la máxima ausencia de transcritos tii-2, con un porcentaje de silenciamiento génico de 93±2%, mientras que la expresión de la proteína en la membrana celular se inhibió en 98±4% (p<0.00 1). 25 (\) �H PAPEL DE LOS RECEPTORES TLR2 Y CDl~ DE MACRÓFAGOS TH P-1 EI-.J LA IN FE COÓN POR M TUBERCULOSIS De igual manera, para cdi 4 el silenciamiento génico DISCUSIÓN fue de 94±2%, y la expresión de CD 14 en la membrana celular se suprimió en 92±4% (p<0.001 ). Des- Los resu lcados de esta invescigación permiten esta- pués de infectar los grupos experimentales por 48 hrs con M . tuberculosis H37Rv, las bacterias int racelulares se plaquearon por eres semanas y se midieron blecer que el silenciamiento del receptor TLR2 contribuyó a disminuir el número de UFC en un 97 ±5%, a 48hrs después de la infección . En este tiempo los las un idades fo rmadoras de colonias (UFC). Los cul- macrófagos TLR2-KD y CD 14-KD/TLR2-KD in- tivos que involucraban el silenciamien to de TLR2 fectados con M. tuberculosis incrementaron signifi- (siRNA-TLR2, siRNA-CD14/TLR2) mostraron una cativamente la producción de IF -á, asociada con la inhibición del crecimiento baci lar de 97 ±5% activación de macrófagos para incrementar la producción de iNOS y óxido nítrico. Entonces, la exce- (p<0.001) , y para el modelo siRNA-C D1 4 sólo se observó inhibición en el número de UFC del 36% (p<0.05) (figura 1). Estos resulcados muescran que probablemente las bacterias fueron eliminadas, ya que l'I Rll ..:.,-c [l l .,'TLFI~ no se presentaron UFC en los cultivos de sobrenadantes, tomados a las 6 hrs de in fección en macrófa- ;f;;-f..-1-; 1~ 0 001 *** ,n N.-.- n ~: gos con siRNA-TLR2. Para determinar si se activó el mecanismo microbicida iNOS/óxido nítrico, se analizó la expresión génica de la enzima i OS. e en t OI (l ~ ..... CCI Ol "I Mecanismo microbicida i OS/ óxido nítrico La expresión génica de inos muescra un incremento significativo de 72% para siRNA-CD 14, 11 6% para O .;:co 10:ú ISOJ .!.Cl)ú 2-rol:• 3000 Et'JO .i CCú ~o uf,: Fig, 1. Reducción significati va de las UFC para muestras TLR2-KD. siRNA-TLR2 y 172% para si RNA-CD14/TLR2, con respecto al control de infección (figura 2). Por otra parte, la concentración de nitritos aumentó significacivamente (p<0.05), e indica la presencia de óxido nítrico únicamente en macrófagos TLR2-KD ... . infectados por M. tuberculosis (figura 3) . ------; Finalmeme, los niveles de las citocinas TNF-a e IFN-y presentan un incremento significativo en las muestras que involucran el silenciamiento de TLR2 (siRNA-TLR2) con respecto al control de infección e a 1 rd •I "' 11..-.. cc1ar1 1---¼--t (figura 4 y figura 5), sugieren que la respuesta inmune Thl prevalece en la infección por M. tuberculosis en macrófagos TLR2-KD. (\) 26 E:qHHr.> 1 u.i r.,a 10 1ma 1~1c1a Fig , 2. Incremento significati vo en los transcri tos de inos en los grupos con silenciami ento génico. CI EI JCIA UAI1L I Af10 15 1lo 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �f HERNÁNDEZ CABR ERA, A ROSAS TARACO, M SAJ.ll~AS CARMONA, J CASTRO GARZA, A ARCE M El✓ DOZA siva activación de TLR2 puede ser una desventaja en la respuesta inmune del huésped para eliminar la infección, e indica que el receptor TLR2 representa un ,___, :1PII F,-C: Cl 11 r lUl .:.. l.cn ~ol fmo sintonizador del balance inmunológico Th l /Th2 y, en consecuencia, es una pieza fundamental para el esrablecimienro de la infección por M tuberculosis, t--------9----- la modulación de TLR2 por factores de virulencia ...... _______ de M tuberculosis ajusta las condiciones para facili- ___. tar su supervivencia y multiplicación. Por esta razón, al inhibir la expresión del receptor TLR2 la in- 10 fección por M tuberculosis activa vías alternas que Fig. 3. La actividad del óxido nítrico se observó sólo en el grupo de macrófagos TLR2-KD. permiten la respuesta proinflamaroria y el mecanismo microbicida i OS/óxido nícrico. l'I R l .• -C. D l t- 1.TLR 1: RESUMEN UpoFctn.:aF La tuberculosis pulmonar es la forma clínica más frecuente de la infección causada por Mycobacter·i um ,.............. tuberculosis (Mtb). La aparición de cepas multidro- goresistentes (MDR) y extremadamente drogoresistentes (XDR) de Mtb hace necesaria la exploración de nuevas alternativas para el control de la tubercu9Q 100 l :J'J 1,.,:i I C-0 100 ~ ;:;JJ .:: -1-0 ~;-O ::00 ,:: o ..::: " •1Ja d J • ,1,g.rr,-1 i· losis, entre ellas la inmunoterapia. El bacilo de la tuberculosis infecta a macrófagos, interaccionando Fig. 4 Incremento significati vo de la citocina TNF-a en el grupo de macrófagos TLR2-KD. con los receptores de superficie para inhibir los mecanismos microbicidas y permitir su supervivencia. El objetivo de esta investigación fue evaluar el papel de los receptores de inmunidad innata TLR2 y CD14 ; lf. l .•.-C O l.¡.,TL P..:: de macrófagos THP-1 en la infección por M. tuberculosis. Se utilizó un modelo Knock Down (KD) in ,____; vitro, silenciando los genes tlr2 y cd14 de macrófagos de la línea celular THP- 1, y se infectaron con Mycobacterium tuberculosis (H37Rv) a razón de 5:1. i l r. N ,-.. ccn l d El silencia.miento del receptor TLR2 reflejó un incremento en la expresión de citocinas proinflamato- Cont ol de lnl cdcn e ~ l.1l:!lq :111 lni~ e l.ll rias (TNF-a, IFN-y), lo que activó el mecanismo 0 .5 1.0 1.5 ZJJ .:: .s JD microbicida iNOS/óxido nítrico para disminuir en más de 95% las UFC (p<0.001). El silencia.miento Fig. 5. Aumento significativo en la expresión de ij,,-y en los grupos de macrófagos con sile nciamiento en 1/r2, CIEtKIA UAI JL / Al-l O 15 1fo 60, OCTU BRE - DICI EMBR E 2012 del receptor CD 14 produjo una disminución de 29% 27 (\) �EL PAPEL DE LOS RECEPTORES TL R2 Y CD]~ DE MACROFAGOS TH P-1 rn LA lr~ FE COÓN PO R A1 TUB ERCULOSIS en el conteo de UFC con respecto al control, aun- <Ü.001). Silencing CD14 receptor produced a 29% que sin actividad del mecanismo microbicida. Estos resultados sugieren que M tuberculosis utiliza a1 re- decrease in CFU councs compared to che control, chough with inactivity of the microbicide mecha- ceptor TLR2 de macrófagos para evadir la respuesta nism. These results suggest chac M. tuberculosis uses inmunem, y que la presencia de CD14 es importante para establecer la rápida internalización del baci- macrophage TIR2 receptor to evade che immune response, and that the presence of CD14 is impor- lo. Los resultados obcenidos proporcionan la base de nuevas estrategias de tratamientos moleculares, y tanc for establishing the rapid internalization of bacillus_ The results provide the basis for new molecu- silencian genes temporalmente para favorecer una lar treatment strategies, cemporarily silencing genes respuesta inmune efectiva que resuelva la infección to promote an effective immune response to resolve causada por M tuberculosis. che infection caused by M. tuberculosis. Palabras clave: Silenciamiento, Receptores, Macró- Keywords: Mute, Receivers, macrophages, M. tu- fagos, M tuberculosis, UFC (Unidades Formadoras berculosis, CFU (Colony Forming Unirs). de Colonia) . BIBLIOGRAFÍA ABSTRACT 1. lngo Fricke, Daniell Mirchell, Mycobacreria Induce IF - Pulmonary ruberculosis is che most common clini- Producrion in Human Dendriric Cells via Triggeri ng of cal form of infection caused by Mycobacterium tu- TLR2 The Journal of lmmunology, 2006, 176: 5 173- berculosis (Mtb). The emergence of mulci-drug-resistant ruberculosis (MDR-TB) and excensively drug- 5 182. 2. Lammas, O.A., J.L. Casanova, and D.S. Kum ararame. resistant tuberculosis (XDR-TB) requires che exploration of new alternatives for che control of tuber- dependenr inrerferon-g (IFN-g) pachway. C lin . Exp. culosis, including immunotherapy. The tubercle lmmunol. 121: 41 7--4 25. bacillus infeccs macrophages by interacting wich sur- 2000. C lini ca l consequences of defecrs in rhe IL-12- 3. icholson S, Bonecini-Almeida M. da G., Lapa e Silva, et face receptors to inhibir che mechanisms allowing llÍ. lnducible nicric oxide synchase in pulmonary alveolar their survival and microbicides. The aim of this in- macrophages from pacienrs with mberculosis. J Exp Med vestigation was to assess che role of innate immunity 1996; 183:2293-2302. receptors TIR2 and CD 14 on THP-1 macrophage 4. Newporc M.J,, Huxley C.M., Huscon S., et al. A mutarían infection wich M . tuberculosis. We used an in vitro in rhe incerfero n-gamma-recepror gene and suscepribil icy Knock Down (KD) model, silencing genes TLR2 co and CD14 from che macrophage cell line THP-1, 1996;335: 1941-9. and were infected with Mycobacterium tuberculosis 5. mycobacrerial infeccion. Engl J Med. Dorman S.E., Holl and S.M .. Murarion in che signal- (H37Rv) ata ratio of 5: l. TIR2 receptor silencing cransducing chain of rhe interferon-gamma receptor and reflected an increase in the expression of suscepribi licy ro mycobaccerial infeccion. proinflammatory cycokines (TNF-á, IFN-á), which activated the microbicida! mechanism iNOS / ni- 1998;10 1:2364-9. 6. J Cli nlnvesr. Daffé, M. and Ecienne, G. The capsule ofMycobacrerium trie oxide, decreasing CFUs by more than 95% (p tuberculosis ics implicacions for parhogenicicy. Tuberc. (\) CI EI ICIA UAI IL 28 Al 10 15 1Jo 60 OCTUBRE . DICIEUBRE 2012 �F HERI IA/'I0 EZ CABR ERA, A ROSAS TARACO /,\ SAJ. I1JAS CARMOI JA, J CASTRO GARZA A ARCE MEI JOOZA Lung Dis. (1999) . 79, 153-169. 7. 8. 9. Sugawara, L, H. Yamada, C. Li, S. Mizuno, O. Takeuchi, January ; 11 (1): 40-48. 15. Adam J Gehri ng, Karen M. Dabas, Mycobacceritun tu- and S. Akira. Mycobaccerial infection in TIR2 and TLR6 bercu losis LprG (Rvl41 le): A Novel TLR-2 Ligand Thar knockouc mice. Microbio!. lmmunol. 2003. 47: 327-336. lnhibirs Hum an Macrophage C lass II MHC Antigen Dong-Min Shin, Jae-Min Yuk, H ye-M i Lee, Sang-H ee Lee, Processing, The Journal oflmm unology, 2004; 173: 2660- Ji Woong Son, C lifford V. Harding, Jin-Man Kim , Roberc 2668. L. Modl in, and Eun -KyeongJo, Mycobaccerial lipopro cein 16. Rish K. Pai, Marilyn Convery, Thomas A. Hamilron, W activares aurophagy vía TLR2/1/CD 14 and a funccional Henry Boom, and C li fford V. Harding, lnhib irion ofIFN- v icam in D recepcor signa ling, Cell Microbio!. 20 1O --1 nduced C lass II Transaccivacor Expression by a 19-kDa November; 12(11 ): 1648-1 665 . Lipoprotein from Mycobacterium tuberculosis: A Potential Means, T.K., E. Li en, A . Yoshimura, S. Wang, D.T. Mechanism for lmmune Evasion. The Journal of Go lenbock, and M.J. Fencon. 1999. T he CD 14 ligands l mmunology, 2003, 17 1: 175-184. li poara binomann an and lipopolysaccha ride d iffer in cheir 17. Khor C., Chapman S.J., Va nnberg F.O. A Mal funcrional requirement far Toll- like receptors. J. lmmunol. 163: varianr is associared with proteccion against invasive pneumococca.l disease, bacceremia, malaria and tubercu- 6748-6755 . 10. Cacharina W. W ieland , Gerri cje J.W. van der Windc, W. Joosc Wiersi nga, Sand rin e Flo rqu in and Tom van der Poll, CD14 co ncribuces losis. Nature Genec. 2007 Apr; 39(4) :523-528. 18. Bafica A., Scanga C.A., Feng C.G. , Leifer C. , Cheever A. , pulmonary infl amma cion a nd Sher A. TLR9 regula ces Th 1 responses and coopera res wi ch morcalicy during murine cuberculosis. 2008. Blackwell TLR2 in mediacin g opcimal resiscance to Mycobaccerium Publishing Lcd, lmmunology, 125, 272-279. tuberculosis. J Exp Med. 2005 Dec 19:202( 12): 17 15-24. to 11 . Bernardo, J ., A. Bill ingslea, R. Blumenthal, K. Seeroo, E. 19. Marina A. Dobrovolskaia, Andrei E. Medvedev, Karen E. Simo ns, and M. Fencon. 1998. Differencial Responses of Thomas, Naca.lia Cuesra, Vladimir Toshchakov, Tianbo H um an Mononuclear Phagocy ces ro Mycobaccerial Ren, Michael J. Cody, Suzanne M . Michalek, Nancy R. Lipoarab in oman nans: Role of CD 14 and ch e Man nose Rice and Scefanie N . Vogel, Indu ccion of In Virro Recepcor. lnfecc Immun, 66: 28 -35. Reprogramming by Toll-L ike Receptor (TLR)2 and TLR4 12. Gregory M. Barcon an d Jona ch a n C. Kagan, A cell Agoniscs in Murine Macro ph ages: Effec cs of TL R biological view of Toll-like recepcor funcrion: regul arían "Homorolerance" Versus uHeterorolerance" o n F-kB through comparcme n ca li za ri on, Nacure Reviews, S igna li ng Pachway Componen cs. The jou rnal of fm unology, Vol ume 9, agusc 2009. lmmunology, 2003, 170: 508-5 19. 13. lsabelle Vergne, Jennifer Clrna, Hwang-Ho Lee, Megan 20. Bren Verscak, Kamalpreec Na.gpa.l, Scephen P. Boccomley, Lucas, Jo hn Belisle, and Vojo Dereric, Mechanism of Douglas T. Golenbock, Paul J. Herczog, and Ashley phagolysosome biogenesis block by viable Mycobacceri um Mansell , MyD88 Adapcer-like (Mal)/TIRAP l nceraccion tuberculosis, P AS , March 15, 2005 , Vol. 102, No. 11 , wich TRAF6 Is C rirical far TLR2- and TLR4-mediaced 4033-4038. NF-kB Proinflammacory Responses, The Journal of 14. Celest ine Kan -Sutton, Chin naswamy Jaganna ch, a nd Roben L. Huncer Jr. Treha.lose 6,62-dimycolace o n che surface of Mycobacteriurn ruberculosif modulares su rface Biologica.l Chem isrry Vol. 284, o. 36, pp. 24 192-24203, Sepcember 4, 2009. 21. Berir Carow, Xiang qun Ye, Silencingsuppressor of cycokine marker expression far anc igen presen ration and sig nal i ng -1 costimulation in murine macrophages Microbes l nfact. 2009 Mycobaccerium rubercu losis con t ro l in an IFN-y CIEI ICl 4. UAr IL 4.1 10 15 I lo 60 OCTU BRE - DICIE/.•BR E 20 12 (SOCS l ) in macrophages improves 29 (\) �EL PAPEL DE LOS RECEPTORES TL R2 Y CDl~ DE MACROFAGOS THP-1 El I LA 11 lFE COO~I POR M TUBERCULOSIS dependenr m anner, JB C Papers in Press. Publ is hed on M ay 27 , 20 11 as M anuscripr MI 11.238287 . 25. Raju C. Reddy, Gi na H . C hen, Michael W. N ews read, Tom Moore, Xi anyi ng Zeng, Kazuhiro Tareda, Theodore J. J. Srandiford, Alveolar M acroph age Deactivacio n in M urine Mycobacrerium tuberculosis H ip 1 da mpens macrophage Sepric Periton itis: Ro le o f lnrerleukin I O. ln fecc io n and proinflammarory responses by limi ring roll-like recep to r imm un ity, Ma r. 200 1, p. 1394-140 1. 22. Ma d a n-La la R ., Pe ixoro K.V. , Re F. , R engaraja n 2 acrivacion , l nfecr l mmun. 20 11 D ec;79 (1 2):4828-38. 23. Drennan, M.B. , D . icoll e, VJ. Quesniaux, M. Jacobs , 26. Shaw n J. G reen, Li bia F. Scheller, Michael A. Marierca, Ma rrh ew C . Seguin , Fra ncis W. K.lorz, M ike Slayre r, J. N . All ie, J . M pagi, C. Fremond, H . Wagner, C. Ki rsch ni ng, Ba rb ara an d B. Ryffel. Toll-l ike recep tor 2-deficienr m ice succumb Cycoki ne-regularion o f ni cric oxi de in hose res iscance ro ro Mycobacreri um ruberculosis infecrion. Am . J. Pacho l. inrracell ular pachogens lmmunology Letters, 43 ( 1994) 87- 2004. 164: 49- 57. elso n an d Caro! A. acy. irric Ox ide: 94. 24. Pererso n, P. , G. Gekker, S. H u, W. Sheng, W Anderson, 27 . Zhou R., Wei H ., Sun R., T ian Z. , Recogn icion ofdouble- R. Ulevirch, P. To bias, K. G usrafson, T. Mol iror, and C. srranded RNA by TLR3 induces severe small intestinal C hao. C D1 4 Recepror-Med iared Up take of N onopson ized injury in mice. J l mmu no l. 2007 Apr 1;1 78(7):4548-56. Mycobacrerium tu berculosis by Human M icrnglia. l nfecr. Recibido: 1 de septiembre de 2012 lmmun. 1995. 63(4) : 1598-1 602 . A ceptado: 1 de septiembre de 2012 (\) 30 CI EI ICIA U Al IL AJ ·10 15 1lo oO OCTUBRE . DICIE r '1BRE 201 2 �c1ENC 1AXVuANL AN I VERSARIO Aclimatación de tres especies arbóreas al estrés hídrico y su papel como indicadores de sitio en bosques de la Sierra M adre Oriental WLBKE HLMMELSBACH*, EouARDo JAVIER TREvCo GARZA*, MARco A H MBERTO GoNZÁLEZ RooRiGuEz*, RELIO Go ZÁLEZ TAGLE * Los bosques mixtos de pino-encino Entonces, es importante entender la respuesta fi - están expuestos a extremas condicio- siológica de las especies a factores como el estrés nes climáticas de altas temperaturas hídrico, el exceso de sales y su gama de tolerancia y baja precipitación pluvial distribui- bajo condiciones ambientales difíciles. De tal mane- da irregularmente en el transcurso del año. Además, el cambio climático pecies, con respecto a su distribución y sobreviven- caracteriza.do por la frecuencia aumentada de sequías cía. Aunado a lo anterior, dicho conocimiento nos (aumento de temperatura promedia global por 0. 140.580C/década),1 en combinación con un alto po- permitirá realizar la mejor selección de especies aptas para la restauración ecológica y reforestación de áreas degradadas. JA. 12 ·13 tencial de evaporación que contribuye a la acumulación de sales en el suelo, son los principales factores limitantes para el crecimiento, ya que afectan muchos de los procesos fisio lógicos de las plantas. 2 -4 Los efectos del cambio climático y la intervención inadecuada de la población humana están dificultando adicionalmente las condiciones para el crecimiento de las plantas en muchas panes de la Sierra ra que se puedan explicar las diferencias enue las es- Al medir los potenciales hídricos ~J y osmóti- cos ~ ) , es posible valorar el estado hídrico de una planta 14 y de esta manera su bienestar. En general, las especies se dejan clasificar en dos categorías, dependiendo del tipo de regulación de su estado hídrico, nombrado regulación isohídrica y no-iso-hídrica. 4•15 De ahí se real.izó un estudio con el objetivo de Madre Oriental. 5 No se conoce a ciencia cierta la identificar, en primer lugar, el tipo de aclimatación respuesta de los bosques a estos cambios, pero di- al déficit de agua y la gama de tolerancia a altas con- chos cambios tienen el potencial de modificar alta- centraciones de sales en el suelo de tres especies arbóreas dominantes en la región de la Sierra Madre mente la distribución y productividad de las especies arbóreas. 5·9- 11 Oriental. Además se propone determinar el efecto de dos El presente artículo está basado en la in vestigación "Caracterizoc1ón de pendientes diferentes en el es tado hídrico de las es- bosques mixtos de pi no-encino en la Sierro M adre Orient al en Méxi co con siderando el factor limit ante hídri co", galardonada con el Premio de lnve,ligac,ón UANL 2012, en la categoría de Ciencia, de la Tierra y Agropecuanas , olorgodo en sesión solemne del Consejo U niversitono, en sep - tiembre de 20 12. CIEtKIA UAIJL / Al-l O 15 f fo 60, OCTU BRE - DICI EMBR E 2012 • Universidad Autónoma de Nuevo León, FCF. wlbk.sierramadre@gmail. com 31 (\) �ACLIMATACIOn DE TRES ESPE CIES ARBOREAS AL ESTRES HIDRICO Y SU PAPEL COMO lt lDICADORES DE SITIO El J BOSQU ES pecies y sus estrategias para evitar los daños causados les hídricos ('I') y osmóticos ('P'). El 'P'w se midió por sequía. dos veces por mes, y el 0 , se determinó una sola vez en ese lapso. El 'P'w se midió dos veces por día, a las 6:00 horas Hipótesis El estado hídrico de una planta refleja las condicio- ('I'w,) y a las 12:00 horas ('I'wm), con una bomba de presión tipo Scholander. 17 Los potenciales osmóti- rentes estrategias para superar periodos de sequía o cos ('P'spd y 'P'sm d) se determinaron con el osmómerro crioscópico (Wescor HR 33T), basado en la medi- escasez de agua. ción del punto de congelación. 18 MATERIALES Y MÉTODOS Medio ambiente La colecta de los datos comprendió el periodo de Datos microclimáticos, como temperatura del aire (ºC), humedad relativa del aire (%) y precipitación nes ambientales de su sitio. Las plantas poseen dife- enero-septiembre de 2006, incluyendo diferentes es- (mm) se midieron simultáneamente en cada sitio. El taciones. Dos sitios, uno con exposición al norte y otro al déficit de vapor de presión (DVP) se calculó me- sur, fueron seleccionados en bosques de pino-encino, dentro del Bosque Escuela (BE) de la Universidad Autónoma de uevo León en la Sierra Madre Orien- diante los datos de temperatura y de la humedad relativa. La humedad relativa del suelo se calculó en cada tal, a 15 km al suroeste de Iturbide, Nuevo León, sitio y fecha de muestreo, en las siguientes profundi- México (24º 42' 23" dades: 0-10 cm, 20-30 cm, 40-50 cm y 60-70 cm. y 99º 51' 39" W; 1250-1900 msnm). El BE, con una extensión de 1035 hectáreas, se presentó como área ideal, debido a su estado Análisis estadístico de protección durante aproximadamente 20 años. La precipitación total y la temperatura promedio anual son de 639 mm y 13.9ºC, respectivamente. La La suposición de normalidad se examinó con la prueba de Kolmogorov-Smirnov para todos los datos. mayor parce de la precipitación (80%) ocurre de Las diferencias entre las dos pendientes (sitios mayo a octubre. 16 y S), las especies arbóreas y las fechas de muestreo gran variación en cuanto a colores y fertilidad, apa- (enero hasta agosto de 2006) fueron examinadas con un análisis de varianza de tres factores (ANOVA de rentemente relacionada con pendiente, exposición, tres factores), considerando pendiente y especie como vegetación y geología. factores entre los tratamientos y la fecha de muestreo Los suelos en el BE son delgados y muestran una (FM) como factor dentro de los tratamientos. 19 Se Mediciones de los potenciales hídricos hicieron análisis separados para los datos del amanecer y del mediodía. La distribución normal de los En cada exposición se tomaron cinco individuos jó- datos y homogeneidad de la varianza fueron com- venes de tres diferentes especies: Pinus pseudostrobos, Quercus canbyi y juniperus jlaccida. En estos árboles probadas antes del ANOVA Diferencias entre las condiciones meteorológicas jóvenes se realizaron las mediciones de los potencia- en cada sirio, se compararon con un ANOVA de un (\) 32 CI EI JCIA UAI IL Al 10 15 1Jo 60 OCTUBRE - DICIEUBRE 20 12 �WI BKE HIMM EL SBACH , EDUARDO JAVI ER TREVI ÑO GARZA, HU MBERTO GOr"ZÁ!.EZ RODRÍGUEZ , MARCO AURELIO GONZÁ!.EZ TAGLE +O ~ - - - - - - - - - - - - - - ~ facror después de comprobar la distribución normal º Las 3S diferencias (FM) significativas entre los · spd y · smd 30 y homogeneidad de varianza de los datos. 19 •2 o ~ .§ Los coeficientes de correlación entre las variables 10 ; e:· ,. 1S o 5 c:::::::J CA0 Sm % (Sur) - - V.mable t\Jrnati ca( J o +-~--..--.----,,--.--.---.-~-+ ambientales y los potenciales hídricos y osmóticos se o 'O rante el estudio. En general, se disminuyó la disponibilidad de agua en el suelo con el incremento en la ~o ~ superior (0- 10 cm), se presenta un aumento de agua disponible en el suelo después del inicio de las precipitaciones en mayo. La comparación estadística de los dos sitios no reveló ninguna diferencia significativa en las variab les meteorológicas (ANOVA: p>0.18). No obstante, la comparación estadística del ¿'. 10 o +--'-..--..--,----,,--,.- --.---.-~ -+ o 30 - - - - - - - - - - - - - - - ~ 1.8 1.6 1.4 o '':1 rn 12 0 o 10 °;:! 0.8 ij <t 'O É 'O"' ;; B u j 15 10 0.6 2 p.. -e OA 0.2 temperatura y el déficit de presión de vapor. Sin embargo, especialmente en la profundidad de suelo ¡,¡ 30 "o•'"' ::¡ 2'.' ¡;~ = .,., o Q i so ~+O [ 8 .,.,E .E> '.=: ;¡¡ 60 20 ., :s"'e: 1.1 .,;; ~""so 10 = 6: "' 'O "'Q. iQ ~ ,..., .,. '':'o 0 § 80 o 2:" ~ ::I: 90 30 § Spearman, debido a que se rechazó la hipótesis nula L1. figura 1 muestra las condiciones ambientales du- -D 3.1 ~ - - - - - - - - - - - - - - ~ 100 cuantificaron con un análisis de correlación de Condiciones ambientales durante el periodo de investigación ,.; ¡¡¡- 2 !l.. 10 húmeda (ago-16/ 17). RESULTADOS Y DISCUS1ÓN ea l~ ~ 20 fecha de muestreo relativamente seco (abr-5) y una pecie de los dos sitios a una escala temporal. 19 •2º i o 25 prueba de Wilcoxon, comparando los datos de una este análisis se consideraron datos reales de cada es- ~ 20 o de diferentes temporadas se comprobaron con la de la distribución normal de los daros (p<0.05). Para :s o ➔-~-----~---.--~--~-+ O.O 30 - - - - - - - - - - - - - - - ~ 100 90 , ""!!: ?J 80 -.:, o I o I iO ~ r-;- 20 60 .o_,, = -g: 'O ~s ,¡;: 2 p.. ~o "'P. O· lJ +O ::, JO 'g :, 10 10 ~ J 10 ~.J-.L_,,,,,,,~~;__,,---.--~-~_1.__¡_o contenido de agua en el suelo resultó significativamente diferente, con una disponibilidad de agua Mes del a ii o 2006 mayor en el sitio norte que en el sur (tabla I). Las diferencias entre distintas profm1didades de sudo no fueron estadísticamente significativas. CIHKIA UAIJL / A1°l O 15 r fo 60, OCTU BRE - DICI EMBR E 2012 Fig. l . Variación estacional de la te mperatura promedia del aire (ºC). humedad relativa del aire (%), défici t de presión de vapor (DPV; kPa), precipitación actual (mm) y humedad del suelo (%) a cuatro profundidades (n=S ), durante el es1udio desde febrero hasla agosto de 2006; las barras re presentan errores estándar. 33 (\) �ACLIMATACIO ti DE TRES ESPE CIES ARBOREAS AL ESTRES HIDRICO Y SU PAP EL COMO lt lDICADORES DE SITIO El J BOSQU ES Variaciones estacionales deL potencial hídrico y osmótico Especies no-isohídricas en comparac10n, permiten que los valores del mediodía ('l'wm) bajen notablemente en el transcurso dd día y año, respondien- El ANOVA factorial revdó diferencias significativas do de esta manera a sequías. 15 Entonces, J flaccida en los 'l'wy 'I', enrre las dos exposiciones, tres especies y fechas de muestreo (tabla I). La última variable tuvo mayor influencia en los potenciales seguido por presentó fluctuaciones típicas de espec ies no isohídricas (figura 2). Q. canbyi, en comparación, no "especie" y "exposición". En general, todas las espe- se deja clasificar tan obviamente (figura 2). De acuer- cies mostraron valores altos al amanecer y bajos al do con la bibliografía, esta especie se maneja gene- mediodía, los cuales declinaron progresivamente con ralmente como una especie que posee una regula- el incremento de la sequía y pérdida de agua en el ción isohídrica; 2 1•22 sin embargo, en el estudio sudo (figuras 2 y 3). Fluctuaciones estacionales y presentó un comportam iento más bien no- diarias de los 'I' y 'I' fueron más altos en la especie isohídrica. 4 W 5 J jlaccida y Q. canbyi que en P. Pseudostrobus, la cual CONCLUSIONES mantuvo valores más equilibrados durante condiciones secas (figuras 2 y 3). Los potenciales 'l'wy 'I', de J flaccida y Q. canbyi La regulación del estado hídrico durante periodos de sequía fue muy diferente en las tres especies naci- presentaron una correlación con el contenido de agua gravimétrico en el sudo (tabla II), mientras que los vas al igual que sus potenciales hídricos y osmócicos ción con las variables ambientales. en el transcurso de ocho meses en la Sierra Madre Oriental. Miencras que la especie P. pseudostrobus Debido a ello, P. pseudostrobus fue identificado como especie isohídrica, ya que muchas veces regula mostró un comportam iento típico para plantas isohídricas; J fláccida y Q. canbyi regularon su esta- su escado hídrico a través de sus estomas. 15 do hídrico de manera no-isohidrica. Una regulación 0 , de P. pseudostrobus moscraron muy poca correla- Tabla r. Resultados de la ANOVA de tres factores: especie (entre tratamientos), exposición (Exp: entre tratamientos) y fec ha de muestreo (FM : dentro de los tratamientos), grados de libe.rtad (df) y coeficiente de determinación {r). 'l' Fuente de variación Es pecie F 2 137.9 13.8 ... 210.4 10.5••• Exposición 'l's d \}' wmd d df SS.J SST, F SSJ SST, df 76.7 14.7*** 2 164. 1 15.7*** F Humedad de l .suc io \.f·' :smd SSJ SST, F 9.3 6.5*** 11.3 14.9 5.2*** 3.0 SS,/SST, di' F 7.3*** 2 1.9 l.8NS 86.7 38.3* 0.9*•* I .O" SS,/SST, Exp• Es pecie' 2 6.8 0.1•• 6.9 1.3** 2 2.3 1.6" 2.9 1.9'" 2 9.1 FM 11 144 .3 38.4* .. 77.8 30.7**• 6 14.9 22.2 .. * 9.9 11.2••· 10 45 13.9 .. Es pecie'*FM 22 22.7 12. 1••• 16.9 13 .3•·· 12 3.4 10.2••· 2. 1 7.3* 20 6. 1 5_9••· Exp*FM 11 39.8 10.6*** 19.4 7.7••· 6 4 .0 5.9*** 4 .8 8.4*** 10 6.3 3.3*** Exp*Especie'•FM 22 12.0 6.4*•• 6. 1 4,8*** 12 1.5 4.J"s 2. 1 7.4 * 20 0.3 0.9NS Total 359 ANO\/ A Y (adj.) 209 0.913 0.871 0.483 0.393 0.5 55 Los valores F, la propo rción de la aria nza explicada (SS,/SST,) y el nivel de s ignificancia (NS, p>0.05; • p<0.05; •• p<0.01 ; ••• p<0.001) para los füc10 re y la interacción 'En el A OVA de la humedad del suelo, el facto r "'especie" es reemplazado por "profundidad del suelo". (\) 34 CIEI JCIA UAI IL Al 10 15 1lo 60 OCTUBRE - DICIEUBRE 20 12 �WI BKE HIMMEL SBACH, EDUARDO JAVI ER TREVI ÑO GARZA, HU MBERTO GOr"ZÁ!.EZ RODRÍGUEZ, MARCO AURELIO GONZÁ!.EZ TAGLE Tabla ll . Valores del coeficiente de cor re lación de Spearm an (rho) d e tres especies arbóreas para p otenci ales hídricos (0wpd y 0 wm.l y osm ó ticos (0,pd y 0 ,ma); e n relació n con el contenido d e agu a gravi m étrico en el suelo (CAOS) a c u atro profundidades. la temperatura del a ire , hume d a d relativa del aire (HR) y d éfici t d e presión de vapor (DPV) y la su ma me nsu al de precipitac ió n. Polenciales hidricos ('I' ~ y '1'wm<l) Variable ambiental Potencia les osmóticos ('I'gig y 4',,nd) J. /laccida P. e..seudo.slrobus " · címb,1¡ J. flaccida P. e,seudo.slrobus AM AM AM AM AM MD MD MD MD MD "· ca11b1•i AM MD CAGS: 0- 10 cm o. 79••· 0.36*** 0.7 1*** 0.76*** 0.70* .. 0.43*** 0. 10 -0,01 0.66••· 0.44*** CAGS: 20-30 cm 0.48*** 0.66*** 0.44*** 0.50*** 0.53 **• 0.71 ••• 0.54*' • 0.34' 0.09 -0, 15 0.39** CAGS: 40-50 cm 0.40*** 0.57*** 0.38 ..'* 0.40••· 0.45*** 0.62••· 0.52••· 0.33* 0.06 -0. 12 0.34* 0.44*** C AGS: 60-70 cm 0.2 1• 0.42••· 0.35*** o.so••• 0.25* 0.4&••· o.so••• 0.18 0. 12 -0. 12 0.3 1* 0.42** 0.09 0.2 1• 0.25** 0.23* -0.05 0, 11 -0. 27• 0.22 -0.12 0.15 0.56*** 0.54 *** 0.56*** 0.43*** 0.23 0.10 0.57*** 0.37** -0. 66*'* -0.68**• -0,66* ** -0.56**' -0.23 -0.10 --0.6 1*** .. o.55*** 0.20 0.2 1 0.86*** 0.53*** Temperatura 0.39*** 0.27** 0.02 HR 0.76*** 0.66*** 0.24 * DPV l'rccipitació11 .Q.51 *** -0.26** -0. 72 ... -0.81 ••• 0.53* '* 0.32*** -0.04 -0 .06 0.30* * 0.25** 0.23 0.35** 0.35* * 0.45*** O.IJ Nivel de significancia ( S, p>0.05; • p<0.05; •• p<0.01; ••• p<0.00 1) para cada variab le. AM -Amanecer; MD - Mediodía Noi-te !::: ~ o.o cii o ::1 .¿" i: ¿ u. c.. "' ". .s I .il ' "'.!, ~ ~ ~ <> ~ ;"~ ~ ~ i -,: ~ cii ~. il Sur "' "J ~ -¡;., o ~ ~ ,..i:l "'.ll . .!l ' ~ 1 ~ 1 ':::. b ~ J; ~ -1;k ~ 00 .0.5 .() ,5 -1O •l O -1.$ ·1.$ ?•: O •! .O j:~o . _, .; o -! !i -,., Jflaawla --1 .0 -1 - - Ppsmdasr,uhm --1 . o --1 .5 -11'-e.('(ritbrt -·.o .·.o 00 -OS -l 0 O.O - 15 -1 5 f2 0 6 . 25 -2 0 -: 5 !-Jo -3 O -3 ;< ¡¡. .o· .¡ -3-.5 o -l o -l 5 -l o o .; o --1 5 20 :o 18 1S 16 1~ ¡ lJ l: 12 6 10 1-1 1O ~ / 08 08 06 06 0 .1 0 1 o. 0, 2 00 =) ~ ¡ij ::1 r "¾ .6 P. e. ::'. :. o i i :. ~ ¡;- ;;; "' ~ ~ '- ~ " ~ ,,, ~ o.o "¿ ~ !\ :2 .!. ~ 6.,, -,: Fecha mues treo (mes-día 2006) Fig. 2. Variación estacional de los potenciales hídri cos ('P,.,, y <p,.,~), así como la diferencia e ntre el potencial de l amanecer y del mediodía especies medidas en dos exposiciones (norte y su r): valores promedi os (n=S), las barras representan en-ores estándar. CIHKIA UAIJL / A1°lO 15 r fo 60 OCTUBRE - DICI EMBRE 2012 (A<p,J para tres 35 (\) �AOIMATACIÓN DE TRES ESPE CIES ARBÓREAS AL ESTRÉS HIDRICO Y SU PAPEL COMO l~IDICADORES DE SITIO EN BOSQU ES S ur Orl é 00 0 05 -1.0 - +--~-~-~-1---1--~---I 1 - - ~ - ~ -~ -----J.fhrcddf1 --+- P.psrutfo.shTJ(ms -~-~-~--+ o.o -o5 - LO ------ Q.cn r,IJ 1i -) .s -1 $ ~ -: o -:! O E, -:?.5 ¡, -15 ~ -30 -3 O -JS -4 ' ..______________, ·4 O ·4 O ' - - - - - - - - - - - - - - - ' - .4.5 00 ~------------~ -o., .o 5 - 10 - 10 ,,..., -J.5 -15 -'0 . -:.o ~ ~ -¡ -~5 -::!.5 ~ -3.0 -3 O · 3.5 .,1.0 - - - - - - - - - - - - - ~ --t .;i; l 1O 1.0 05 o.: ~ ~- o.o +---'~-,,."-,,.,.p;,:...--1-...--...---->,>.---1 -0. - Fech,\ de muestreo lmes-thty: 2006) Fig. 3. Variación estacional de los potenciales osmóticos (cp,,, y cp.....,). así como la d iferencia entre el potenci al del amanecer y del mediodía (Ácp) de tres especies medidas en dos exposiciones on e y Sur): valores promedios (n=5). barras representan errores estándar. isohídrica tiene ventajas durante severas sequías de poca duración, mientras que las pl antas no- ción de estomas, actividad fotosintética y asimilación de carbono, así como inventarios forestales de- isohídricas poseen ventajas durante largas sequías de tallados, moniroreo de la distribución espacial y so- poca intensidad. 2J En la práctica, significa que árbo- brevivencia de los árboles y de su regeneración. les isohídricos se recomiendan para reforestaciones en áreas donde se esperan sequías severas, pero de RESUMEN corta duración; y árboles no-isohídricos en áreas propensas a sequías largas de menor intensidad.4 Sin La disponibilidad de agua y el exceso de sales son embargo, para hacer conclusiones precisas sobre el factores limitantes en los bosques mixtos de pino- desarrollo de los bosques en la Sierra Madre Orien- encino. Con la intención de caracterizar la adapta- tal, se requieren estudios a largo plazo, incluyendo ción de especies nativas a los factores antes mencio- variables fisiológicas adicionales, como la conduc- nados, los potenciales hídricos (0) y osmóticos (0) (\) 36 CI EI JCIA UA11L I Af10 15 1lo 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �WIBKE HIMMEL SBACH EDUARDO JAVIER TREVll:10 GARZA HUMBERTO GOr IZALEZ RODRIGUEZ , MARCO AURELIO GOHZALEZ TAGLE de juniperus jlaccida, Pinus pseudostrobus y Quercu.s J.M., Hu, A., Buja, LE. , Strand, W.G. y H. Teng (2005). canbyi fueron medidos bajo condiciones naturales húmedas y secas en dos diferentes exposiciones. Los ce resultados mostraron que las especies poseen dife- How much more global warming and sea leve! rise? Scien- 2. Mirlohner, R. ( 1998). Planzeninterne Potenriale als lndikaroren für den rropischen Standon. Shaker Verlag, rentes estrategias para superar sequías. P. pseudostrobus fue identificado como especie isohídrica, mientras que J. flaccida y Q. canbyi regularon su estado 307 (57 16), 1769-1 772. Aachen. 3. Gonz:í.lez-E.M., Jurado , E., Gonzá.lez-E.S., Aguirre Cal- J. Návar hídrico de manera no-isohídrica. El tipo de estrate- der6n, O. , Jiménez Pérez, J . y gia para superar sequías podría ser un factor crítico climá tico mundial : origen y co nsecuencias. CiENCiA UANL 6: 377-385. para la supervivencia de las plantas en el contexto del cambio climático. Sin embargo, para conclusiones pre- (2003). Cambio 4. Himmelsbach, W., Treviño-Garza, E.J., Gonzá.lez-Rodríguez, H. , Go nzá.lez-Tagle, M.A. , Gómez-Meza, M.V., cisas sobre las ventajas y desventajas de cada tipo, se Aguirre Calderón, O.A., Esrrada-Casti ll ón, A.E. y R. requieren investigaciones adicionales a largo tiempo. Mirlohner (20 12). Acclimatation of three co-occu rring cree species ro water stress and their role as site indicarors in Palabras clave: Estrés hídrico, Disponibilidad de mixed pine-oak forescs in che Sierra Madre Oriental , agua, Cambios ambientales. Mexico. Eur J Forest Res 131: 355-367. 5. ABSTRACT Gonz:í.lez Tagle, M.A., Himmelsbach, \'(f. , Jiménez Pérez, J. y B. Müller-Using (2005). Reconstruction fo fire history in pine-oak forests in che Sierra Madre Oriental, México. The adaptation to water stress of five planc species (Acacia rigidula, Arbutus xafapensis, Juniperus jlaccida, Pinus pseudostrobus, QuercttS canbyi) was scudied 6. Domínguez, P.A. y J .J. Návar (2 000) . Einíluss der Pílanzenqualicat von Pinus pse udostrobus Lindl. auf ('I'J and Überlebensrate und Wuchsleisrung bei Aufforstungen in The sta tistical analysis der osdichen Sierra Madre Mex ikos. Forstarch 71: 10-13. using two aspeccs, measuring planc water osmotic potentials ('PJ Forstarch iv 76 (4): 138-143 . proved che importance of soil-water availability. In 7. che case of 'P,, climatic variables were significanrly relaced to most of the potentials. The influence of environmental variables in leaf water potentials was Cancú, 1. y H. Gonz:í.lez (2002). Propiedades hidrológicas del dosel de los bosques de pino-encino en el noreste de México. Cienc UANL 5: 72-77. 8. Ricker, M. , Guciérrez García, G. Y D.C Daly (2007). stronger at che southern aspect, and in che species Q Modeling long-term rree growrh curves in response ro canbyi and J flaccida. Due to cheir dynamic reaction to environmental changes, che species seemed to have warming climate: test cases from a subcropicaJ mouncain different strategies of adaptation to water stress. 37: 977-989. forest and a tropical rainforest in Mexico. Can 9. J For Res Ramírez-Mar cia l, N. , González-Espinosa, M. y G. Keywords: Water stress, Water availability, Enviran- Williams-L inera (2001 ). Anrhropogenic disrurbance and mental changes. tree divers icy in Momane Rain Forescs in Chiapas, Mexico. For Eco! Manag 154: 3 11-326. REFERENCIAS 1O. Jurado, E., Jiménez, J. y E. Trevino ( 1998) . Biodiversidad en peligro. CiE CiA UANL 1: 43-47. 1. Meehl, G.A., Wash ington, WM., Collins, WD. , Arblaster, CIEI ICI"' UAJ ll Al.JO 15 1lo 60 OCTUBRE - DICIE/ . ◄ BRE 2012 11. Kramer, P.J. y J ,S, Boyer (1995) . Water relacions ofplants 37 (\) �ACLI/AATACIOr ! DE TRES ESPECIES ARBOREAS AL ESTRES HIDRICO Y SU PAPE L COMO 11 IDICADORES DE SITI O El! BOSQU ES and soi ls. Academic Press, San Diego, CA, pp. 489. 12. McDowell, N., Pockman, W.T., Allen, C.D. , Breshears, D.D. , Cobb, N. , Kolb , T., Plauc, J. , Sperry, J., West, A. , Williams, D.G. y E.A. Yepez (2008). Mechanisms ofplanc 16. Zar, J.H. ( 1999). Bioscatistical analysis. Prencice-Hall lnc, ew Jersey. 17. [20 ] Crawley, M .J. (2007). The R book. John Wi ley, New York. survival and monaliry during drought: why do sorne planes 18. [Kolb, T.E. y ] .E. Scone (2000). Differences in leaf gas su rvive while orhers succumb co drought? New Phycol I 78: exchange and water relations among species and cree sizes 7 19-739 . in an Ariwna pine-oak foresr. Tree Physiol 20: 1- 12. 13. Cancú Silva, l. y H. González Rodríguez (2002). Propie- 19. Otieno, O .O., Schmid,t M .W., Adiku, A. y J. Tenhunen dades hidrológicas del dosel de los bosques de pino-enci no (2005) Physi ological and morphological response to water en el noreste de México. C iENCiAUA L 5 (1), 72-77. stress in cwo Acacia species from concrasting ha.bies. Tree 14. Scholander, P.E, Hammel, H.T., Bradstreet, E.O . y E.A. Hemmingsen (1965). Sap pressu re in vascu lar planes. Sci 148: 339-346. 15. Wilson, J .R., Fisher, M.J., Schulz.e, E.O. , Dolby, G.R. y Physiol 25: 361-371. 20. Breshears, D.D. , Myers, O.B., M eyer, C.W., Barnes, F.J. , Zou, C.B., All en, C.D., McDowell, N.G. y W.T. Pockman (2009) . Tree die-off in response to global change-cype M.M. Ludlow (1979). Comparison between pressure- drought: morcaliry insights from a decade of planc water volume and dewpoinr-hygromerry techniques for potencial measuremenrs. Fronc Ecol Environ 7: 185-1 89. determining che water relations characteristics of grass and legume lea ves. O eco l (Berl.) 41: 77-88. Recibido: 1 de septiembre de 2012 A ceptado: 1 de septiembre de 2012 (\) 38 CI EI ICIA UAI IL AJ 10 15 1!o oO OCTUBRE - DICIEr ',BRE 2012 �c1ENC1AXVuANL ANIVERSARIO Nuevos óxidos multifuncionales Sm2FeTaO7 y Sm)nTaO 7 para la descontaminación de agua vía fotocatálisis heterogénea MAYRA Z. FiouEROA ToRREs* , LETLCLA M. ToRREs GuERRA*, MiouEL A. Ru1z GóMEZ*, Is.~fAs JuÁREZ RAMiREZ*, CHRISTJA GóMEZ SoLis* En la actualidad, la investigación y de las características y propiedades del material uti- la generación de nuevos materiales lizado como semiconductor. De ahí la gran impor- constituyen un pilar básico para tancia de desa rrollar materiales semiconductores sustentar el desarrollo de nuevos avanzados que acruen como fotocatalizadores. productos y servicios que contribuyan de manera decisiva al incremen- Entre los óxidos metálicos ternarios, los compuestos con fórmula general, A 2B20 7 (A y B son iones to de la calidad de vida de nuestra sociedad y a la metálicos), representan una familia isoestructural al construcción de un futuro sustentable. Una problemática que incide gravemente en la mineral pirocloro, (NaCa)( bTa)Ol/OH. Estos compuestos son predominantemente cúbicos y de calidad de vida de millones de personas a nivel mun- naturaleza iónica; además, en su estructura cristali- dial es la contaminación del agua por los procesos na se utiliza una amplia variedad de elementos quí- industriales productivos, con contaminantes orgá- micos en los sitios A y B, siempre y cuando se cum- nicos e inorgánicos. La fotocatálisis heterogénea es uno de los procesos que más interés han despertado, plan los criterios de radio iónico y neutralidad de cargas. 1· 6 Los compuestos A 2 B2 0 7 presentan una gran debido a que mediante reacciones de oxidación y reducción elimina diversos contaminantes. variedad de interesantes propiedades físicas y quí- Por otro lado, la posibilidad de aplicar la radia- micas, así como importantes apl icaciones tecnológicas. Dentro de esta gran familia de óxidos, se en- ción solar como fuente de energía le otorga un im- cuentran los compuestos con fórmula A1+s 3 +s•s+ o,, portante y significativo va lor medioambiental los cuales han recibido especial atención en aplica- posicionando al proceso como un claro ejemplo de tecnología sustentable. Sin embargo, la eficiencia del ciones fotocatalíticas. proceso fotocatalítico, así como la cantidad de ra- óxidos tipo pirocloro, con fórmula A2 B2 0 7 y los del diación solar que puede ser aprovechada, depende tipo A~+s 3 +s•5 +o,, se sintetizan mediante reacción De acuerdo con la bibliografía, la mayoría de los El presente artícu lo está basado en la investigación "Nuevos óxi dos mu ltifunc,onal e, Sm,FeTaO , y Sm,lnTo01 p ara la descontami n ación de agua vía folocatól is, s heterogéneo", galardonada con el Premio de Investigación UAN L 20 12, en la categoña de Ciencias Exadas , otorgado en sesión sol e mn e del Consejo Unive rsita rio , en septiembre de 20 12 CIEtKIA UAIJL / A1°lO 15 rfo 60, OCTU BRE - DICI EMBR E 2012 * Un iversidad Aucónoma de Nuevo León. Departamento d e Ecomareriales y E nergia-F IC. m_zyzlila@yah oo.com .mx 39 (\) �rfüEVOS OXIDOS MUlTIFUr"CIONAl.ES SM,FETAO, y SM,lt!TAO, PARA LA DESCONTAMINACIOr l DE AGUA en estado sólido, a altas temperaturas durante largos periodos de tiempo; obteniéndose sólidos altamente cristalinos, pero con baja área superficial y tamaño diversos tratamientos térmicos en atmósfera de aire con una rampa de calentamiento de 1°C min- 1 , hasta completar la reacción. de panícula grande. 5•7- 1I Por otro lado, la ruca sol-gel permite obtener materiales bajo condiciones moderadas de reacción, y es posible controlar la estructu- Síntesis deLSmfeTaO 1ySm/nTaO7 porel métoda sol-gel ra cristalina, área superficial, así como el camaño y Durante forma de los materiales. 3 •12 •13 estequiométrica de acetilacetonato de fierro (o el proceso sol -gel, la cancidad El presente proyecco se enfoca al desarrollo de acetilacetonato de indio) se disolvió en acetilacetona. un nuevo material SmleTaO 7 , con base en dos La mezcla se mantuvo bajo agitación magnécica y metodologías de síntesis: la reacción en escado sóli- reflujo a 70°C por una hora. Después, el acetato de do y la técnic1. sol-gel. Se resolvió su estructura cris- samario se disolvió en una mezcla de etilenglicol y talina y se estudiaron sus propiedades fisicoquími cas. La accividad fotocatalícica se evaluó en la agua, y se puso en reflujo a 70°C por una hora; posteriormente, se añadió ácido acético hasta obtener degradación del colorante índigo carmín, bajo la exposición directa a la radiación de luz solar. Ade- una disolución incolora. Al mismo tiempo se mezcló el etóxido de tántalo con etanol. Ambas disolu- más , se realizó la síntesis por primera vez del Sm}nTaO 7 , mediante la ruta sol-gel. Se estudiaron ciones, la de samario y la de tántalo, se agregaron lentamente a la disolución de acetilacetonato de fie- sus propiedades fisicoquímicas y se evaluó por pri- rro (o acetilacetonato de indio). La disolución resul- mera vez su accividad fotocatalítica, para la degrada- tante se mantuvo en reflujo a 70°C por 48 horas; ción del colorante cristal violeta y la reducción del cromo (VI), presentes en disolución acuosa. concluido dicho tiempo, el pH se ajustó a I O, usando una disolución de hidróxido de amonio y se man- METODOLOGÍA EXPERIMENTAL dispersión resultante se secó a 100°C, durante 24 tuvo en reflujo por otras 48 horas. Finalmente, la horas para obtener el material fresco. El material fres- Síntesis del SmfeTaO7 y Sm/nTaO7 por reacción en estada sólido co se trató a diferentes temperaturas en atmósfera de aire con una rampa de calentamiento de 1°C min- 1, hasta completar la reacción. Para la reacción, los óxidos Sm 2O 3 , Fe 2 Ü 3 , In 2O 3 y Ta 2O 5 (Sigma-Aldrich, pureza > 99.9%) se usaron Impregnación del SmfeTaO7 como reactivos, dependiendo del compuesto a sintetizar. El procedimiento fue el mismo en ambos Los materiales de SmleTaO 7 se impregnaron con casos. Los polvos se secaron a 200°C, durante cuatro horas, antes de la síntesis. Posteriormente, las can- CuO. Para esto, se preparó una disolución acuosa de concentración conocida de cobre (II), partiendo tidades estequiométricas de cada óxido se pesaron y del nitrato de cobre (II). Posteriormente, se pesó de se mezclaron con acetona. La moli enda se realizó manera separada un gramo de cada material de hasta la evaporación completa de la acetona. Cada mezcla de los sólidos obtenidos se colocó, de mane- SmleTaO 7_ y se le añadió a cada uno el volumen necesario de la disolución de cobre para obtener ra separada, en un crisol de platino, y se efectuaron 1o/o teórico de CuO impregnado. Cada dispersión (\) 40 CI EI ICIAUAI IL A110 15 IJo 60 OCTUBRE - DICIEUBRE 2012 �l~AYRA Z FIGUEROA TORRES, LETICIA .'/, TORRES GUERRA, MIGUEL A RUIZ GOMEZ, ISAIAS JUAAEZ RA'ldREZ, CHRISTIAN GÓMEZ SOL IS se calentó a 100°C hasta la evaporación del solven- Para el seguimienro de la reacción, se tomaron te. Los polvos obtenidos se trataron térmicamente a 400°C durante una hora, para obtener el CuO im- alícuotas periódicamente durante un total de diez horas, después se centrifugaron para remover las par- pregnado en la superficie del SmleTaO7 • tículas del forocatalizador. El líquido se analizó me- CARACTERIZACIÓN diante un espectrofotómetro UV-vis, para determinar el porcentaje de degradación del colorante en función del tiempo, y se tomó como referencia la Con el objetivo de determinar las características estructurales, las propiedades ópticas, morfológicas y texrurales de los materiales sintetizados, se realizó la banda de absorción a 610 nm. Todas las pruebas se realizaron de manera simultánea para tener las mismas condiciones experimen- caracterización fisicoq uímica mediante las técnicas tales. Los datos sobre la radiación solar los propor- de difracción de rayos X en polvos (DRX), el méto- cionó el Sistema Integral de Monitoreo Ambiental (SIMA) de Monterrey, Nuevo León, México. do de refinamiento de Rierveld, microscopía electrónica de transmisión (MET), espectroscopía UV(MEB) y fisisorción de nitrógeno. Degradación del colorante cristal violeta y reducción de cromo (VI) usando SmjnTaO7 PRUEBAS FOTOCATALÍTICAS Degradación del cristal violeta Degradación del colorante índigo carmín usando Las pruebas se realizaron en un reactor de laborato- SmfeTaO7 rio equipado con una lámpara UV, tipo pluma (UV Products, 254 nm y 4,400 µW/cm 2), la cual se en- Las pruebas se realizaron bajo radiación de luz solar en la ciudad de Monterrey, uevo León, México, cuentra inmersa en la disolución mediante un rubo utilizando botellas de vidrio como reactores. Durante de una disolución acuosa de 10 ppm del colorante cristal violeta. El pH de la disolución se ajustó a tres, vis para sólidos, microscopía electrónica de barrido de cuarzo. Para los experimentos, se preparó un litro los experimentos, 400 mg del material se dispersaron en 400 mL de una disolución acuosa del colo- adicionando ácido sulfúrico concentrado. Después, rante índigo carmín, con una concentración de 1O 150 mL de la disolución se mezclaron con 100 mg partes por millón (ppm). Las dispersiones se man- del Sm)n TaO7' La dispersión se mantuvo bajo agi- ruvieron bajo agitación en la oscuridad, durante 60 tación en la oscuridad, durante 30 minutos, para minutos, para establecer el equilibrio adsorción- establecer el equilibrio adsorción -desorción, y en desorción, y en seguida se expusieron a la radiación seguida se encendió la lámpara para dar inicio a la de luz solar para dar inicio a la reacción. Como prueba de control (fotólisis), se colocó una botella con reacción. solamente 400 mL de la disolución acuosa del colo- Para el seguimiento de la reacción, se tomaron alícuotas cada diez minutos, las cuales se centrifuga- rante índigo carmín. Durante el experimento, la tem- ron para remover las partículas del fotocatalizador. peratura de las disoluciones se mantuvo a 30°C, mediante el flujo de agua fría por la parte externa de El líquido se analizó mediante un espectrofotómetro UV-vis, para determinar el porcentaje de degra- las botellas. dación del cristal violeta en función del tiempo, to- CIEI lCI"' UAJ ll , Al.JO 15 1lo 60 OCTUBRE - DICIE/,•BRE 2012 41 (\) �IJUEVOS OXIDOS MULTIFUIKIOl✓Al. E S SM,FETAO, Y SM,ll!TAO, PARA LA DESCONTAMINACIOI I DE AGUA mando como referencia la banda de absorción máxi- tó una serie de reflexiones bien definidas a una tem- ma (590 nm). Además, se le dio seguimiento al proceso de mineralización con un equipo analizador de peratura de 800°C, dichas reflexiones se asociaron a la estruccura del SmleTaO7' En la figura 1 se apre- carbono orgánico total (COT). cian los parrones de DRX, son muy similares en ambos materiales, los cuales muestran solamente la Reducción del cromo {VI) presencia de la fase pura del SmleTaO 7 • La diferencia observada en la intensidad y la anchura de los Las pruebas se efectuaron con el reactor descrito picos se debe a los distintos tratamientos térm icos antes. Para este caso, se preparó un litro de una disolución acuosa de 20 ppm de cromo (VI); con la can- realizados para cada ruta de síntesis. tidad necesaria de dicromato de potasio, la disolu- sis del compuesto SmleTaO7 por ambos métodos, ción se ajustó a pH=2, adicionando ácido su lfúrico estado sólido y sol-gel. En particular, mediante el concentrado. Luego, 150 mL de la disolución se método sol-gel, dicho compuesto se obtiene a una mezclaron con 100 mg del Sm 2InTaO 7 . La disper- temperatura mucho más baja (800°C), comparado sión se mantuvo bajo agitación en la oscuridad, du- con el método de estado sólido (1400°C) . En el rante 30 minutos, para establecer el equ ilibrio método sol-gel se presenta una reactividad homogé- adsorción-desorción, y después se encendió la lámpara para iniciar la reacción . Durante la reacción, se nea entre los reactivos organometálicos, los cuales producen un óxido amorfo como precursor; poste- tomaron alícuotas cada 20 minutos, y se riormente, bajo tratamientos térmicos moderados es centrifugaron para remover las partículas de l posible obtener el material cristalino. fotocatalizador. El líquido se analizó mediante un espectrofotómetro UV-vis, para determinar el por- De acuerdo con los patrones de DRX obtenidos para el Sm/eTaO 7 , éstos muestran considerables centaje de remoción del cromo (VI) en función del diferencias, comparados con los que presentan los tiempo, y se tomó como referencia la banda de ab- materiales tipo pirocloro con estructura cúbica. Por sorción a 348 nm. lo tanto, se puede asumir que la fase pura del nuevo RESULTADOS Y DISCUSIÓN Caracterización del Sm¡:eTaO7 Difracción de rayos X en polvos Estos resultados indican que es factible la sínte- . .a (ol) l1 ! 1' Jl~ (llj El SmleTaO7 se obtuvo por reacción en estado sólido y el método sol-gel. Mediante la reacción por estado sólido, el compuesto comenzó a cristalizar a 1200°C y la intensidad de las reflexiones aumentó, con respecto a la temperatura hasta la obtención de la fase pura a 1400°C y 36 horas de reacción. Por otro lado, el material sinterizado por sol-gel presen- (\) 42 o t . 2Elo(gr.edas) Fig. 1. Pa trones DRX obten idos del refinam iento de Rietveld del Sm,FeTaO 1, sintetizado mediante: (a) estado sólido y (b) sol-gel. CI EI ICIA U -'11IL Al 10 15 1Jo 60 OCTUBRE - DICIEr-1BRE 201 2 �MAYRA z FIGUEROA TORRES, LETICIA M TORRES GU ERRA, MIGUEL A RU IZ GÓMEZ , ISA/AS JUAREZ RAMÍREZ, CHRISTIAN GOMEZ SOLIS compuesto SmleTa07 se obtiene y ésta se cristaliza en un sistema diferente al cúbico. Los compuestos con fórmula general A 2BB ' O 7 se consideran óxidos Tabla l. Datos cristalog ráficos obtenido s de los resultados del refinamiento de Rietveld del Sm, FeTaOr tipo pirocloro, y la gran mayoría posee una estructura cúbica (grupo espacial Fd-3m). 3• 10• 12 , 14 Sin em- Parámetro bargo, dependiendo de los elementos que se utilicen a (Á) b (Á) c (Á) p (º) en los sirios A o BB ', estos compuestos también pueden cristalizar en estructuras de menor simetría, tales como el BileV07 y Bi 2A1V0 7 (tetragonal), 15 • 16 Er 2 Mn 2/3 Re 4/3 O 7 (trigonal), 17 ' 1B Y2 YbSb0 7 (orcorrómbica) , 11 o YleMo0 7 y Bi 2 Zn 2 , 3 64 , 3 0 7 (monoclínica) . 19 ' 2º Grupo espacial z Sistema R wp· (%) x2 Estado sólido 1400ºC 13.1307(5) 7.5854(3) 11.6425(4) 100.971(2) C2/c 8 Monoclínico 6.19 2.11 Sol-gel S00ºC 13.0913(2) 7.5622(6) 11.7358(6) 100.933(4) C2/c 8 Monoclínico 6.85 2.56 Determinación de la estructura cristalina La estructura cristalina del SmleTa0 7 se determinó mediante el refinamiento de Rietveld con un modelo teórico para la estructura monoclínica con grupo espacial C/2c (No. 15). 19 Para refinar dicho modelo, se consideró que los iones Fe3+ y Ta5+ ocupan sitios atómicos equivalentes en la misma proporción cada uno de ellos. En la figura 1 se presentan los resultados del refinamienco de Rierveld, en donde se aprecia que los difractogramas experimental y calculado son muy similares, indicando que todas las reflexiones pueden ser completamente Fig. 2. Vista en poliedros de la estructu ra monoc lín ica de l compues to S111 FeTaO : los oclaedros de Fe/fa ! y Feffa3 están indicados. En (a) los át01~1os de Sm )' Feffa2 se representan como esferas rojas y amarillas. respectivamente. En (b) lo, álomos Sm. Feffa2 y O, se representan como esferas rojas. amarillas y negras. respecti vamente. indexadas para una estructura cristalina monoclíni- átomos de oxígeno, respectivamente. Por otro lado, ca, con grupo espacial C/2c. En la tabla I se presentan los dacos cristalográficos en la capa de Fe/Ta-O, los cationes Fe/Tal y Fe/Ta3 esrán coordinados a seis átomos de oxígeno, que for- y los factores de confiabilidad obtenidos. Se observa man octaedros irregulares interconectados median- que los parámetros de celda obtenidos para el material sintetizado por estado sólido y sol-gel son muy te una cadena tipo BTH (bronces de tungsteno hexagonales), mientras que los átomos Fe/Ta2 se lo- similares. Dichos valores van de acuerdo a los dacos calizan cerca del centro del hexágono (figura 2(6)) . previamente reportados en bibliografía para com. .1ares con estructura monoc l'1111c · a.9.20 puestos s1m1 La cadena BTH es fundamenral en las estructuras La estrucrura monoclínica del SmleTa0 7 exhi- figura 2(6) se observa claramente que el hexágono relacionadas con los óxidos tipo pirocloro. 1•8•3 En la be capas alternadas de Sm-0 y Fe/Ta-O (figura 2(a)). La capa de Sm-0 está conformada por cationes de que se forma es irregular y muy distorsionado. Sml y Sm2, ordenados y coordinados a ocho y siete radios rA/rB, en los compuestos tipo pirocloro y sus CIEIKIA UAI ll , Al.JO 15 / lo 60 OCTU BRE - DIC/E.'.<BRE 2012 Está bien documentado que la relación de los 43 (\) �NUEVOS ÓXIDOS MUlTIFUNCIONAl.ES SM,FETAO, Y SM,l t !TA0 1 PARA LA DESCONTAMI NACIOr l DE AGUA estructuras relacionadas con fórmula A 2BB ' Q 7 , de- de zona [100] y [-110]. Todas las reflexiones de es- termina el sistema en que cris talizan. Luan et 16 15 a/. · reportan que el BileTaO 7 (rNrB = 1.82) con tos patrones de difracción fueron indexadas a la estructura cristalina monoclínica refinada (grupo es- estructura cúbica camb ió a estructura tetragonal, cuando los sitios BB ' fueron sustituidos por distin- pacial C2/c). Estos resultados son similares a los 3 •6 •2 1 reportados previamente. 19 •22 tos cationes, al obtenerse los compuestos BileVO7 (rNrB = 1.97) y Bi 2AIVO 7 (rNrB = 2.18). El com- puesto SmleTaO 7 (rNrB = 1.68) cristalizó con una estructura monoclínica (grupo espacial C2/c), debido a la sustitución del sirio B del compuesco cipo pirocloro Sm 2lnTaO 7 (rA/rB = 1.50) con estructura cúbica.'° La pequeña diferencia de rNrB generada cuando el indio (In) fue susticuido por el fierro (Fe) es 0-4-4 • [100] .. 1 •. 1).10 11 11:. 0:21 . li suficiente para inducir una distorsión en los octaedros, • - :2~ 1 _•,,o• 'l 002 00-:2 •· ·¡-1,101 ., . 00-4 al provocar el cambio en la estructura cristalina. Ambas estructuras, cúbica (Fd-3m) y monoclí- Fig. 3. Patrones de difracc ión de electrones del Sm,FeTaO, sintetizado por estado sólido. nica (C2/c), son muy similares. 19 •2º Para los compuestos A 2 BB '0 7 con estructura monoclínica , los Análisis por microscopía electrónica de barrido octaedros [BO 6 - B 'J forman intersticios de tres y Las micrografías obtenidas presentan considerables seis miembros, muchas veces referido como capa diferencias con respecto al tamaño de panícula en- BTH, la cual equivale a la capa octaédrica {111}, presente en la estructura tipo pirocloro cúbica. La la figura 4. Se observa que mediante el método sol- escructura cúbica se basa en un arreglo tridimensio- gel se obtienen partículas de aproximadamente 100- nal de bloques BTH, mientras que en la estructura 150 nm, que forman pequeños aglomerados similares a una esponja debido a la atracción entre ellas. tre ambos mécodos de síntesis, como se muestra en monoclínica hay un arreglo en dos dimensiones. En la estructura monoclínica, los intersticios hexagonales Por el contrario, el material obtenido mediante el formados por los octaedros los ocupan los cationes B método de estado sólido exhibe partículas con una y B' , los cuales están completamente ordenados en sus sitios, a diferencia de la estructura cúbica. 17 superficie lisa y tamaño de alrededor de 2-3itm, debido al crecimiento entre partículas. Esco se atribuye a que la reacción en estado sólido se lleva a Análisis por microscopía electrónica tk tmnsmisión Con el objetivo de confirmar los resultados del refinamiento de Rietveld, los cuales indicaron que el SmleTaO7 posee una estructura monoclínica, se analizaron los patrones de difracción de electrones obtenidos por MET para el material sinterizado por estado sólido. En la figura 3 se muestran los parrones de difracción de electrones obtenidos de los ejes (\) 44 Fig. 4. Imágenes de MEB del Sm,FeTaO,. CIEI ICIA UAI IL Al 10 15 l l o 60 O CTUBRE . DICIE MBRE 20 12 �MAYRA Z FIGUEROA TORRES, LETICIA M TORRES GUERRA, MIGUEL A RUIZ GÓMEZ, ISA/AS JUAREZ RAMIREZ, CHRISTIAN GÓMEZ SOL IS cabo a 1400°C, y favorece el sinterizado de partículas y el rápido incremento de su tamaño. En el caso de los materiales SmleTaO 7 impreg- Tabla 11. Área superficial de los materiales de Sm1 FeTaOr nados con Cu O, la cuantificación se realizó mediante el mapeo en cinco zonas aleatorias para obtener el promedio. El contenido de CuO presente en el SmleTaO 7 obtenido fue de 1.2 y 1.1 % para el material sintetizado por estado sólido y sol-gel, respectivamente. Espectroscopía UV-vis para sólidos La energía de banda prohibida del SmleTaO 7 se determinó mediante la relación de Tauc, 23 los valores de Eg obtenidos fueron de 1.99 eV y 2.01 eV para los materiales sintetizados por estado sólido y sol-gel, respectivamente. Los resultados anteriores revelan que el SmleTaO7 puede activarse bajo longitudes de onda menores a 620 nm; por lo tanto, es factible el uso de luz visible para su activación. La capacidad del SmleTaO7 para activarse bajo luz visible se relaciona directamente con la presencia de fierro (Fe) en su composición química. El fierro actúa como donador de electrones, y sus electrones 3d son fácilmente excitados por la luz visible, 1224 •25 y genera una dismin ución del Eg en los compuestos que lo conrienen. Área superficial específica Los resultados de área superficial se presentan en la Material Área superficial (mig-') Estado só lido Sol-gel CuO/Estado sólido CuO/Sol-gel 12 11 Caracterización del Sm2 lnTaO 7 Difracción de myos X en polvos El compuesto Sm2 InTaO 7 fue previamente reportado por el método de reacción en estado sólido. 10 Por cal motivo, en esta investigación se realizó la síntesis del Sm 2InTaO 7 , por medio de la ruta sol-gel, y para fines de comparación también se realizó la síntesis por reacción en estado sólido. El análisis de DRX a los diferentes tratamientos térmicos del material preparado por sol-gel revela que el Sm 2lnTaO 7 puede obtenerse de forma pura a l 200°C y doce horas de reacción. Por lo tanto, mediante la ruta sol-gel es posible obtener dicho óxido a condiciones moderadas de reacción, comparadas con la reacción en estado sólido, 1400°C y 72 horas. Determinación de pardmetros estructurales tabla II, en la que se aprecia que el material sintetizado por sol-gel posee un área superficial diez veces mayor, comparado con el material sintetizado por estado sólido. Este resultado corrobora la diferencia en el tamaño de partículas observado por MEB. Asimismo, se observa que la variación en el área superficial después de la impregnación con CuO no fue sign ificativa. El Sm2 InTaO 7 sintetizado por ambos métodos fue refinado mediante el método de Riecveld, para ello se usó el modelo teórico para el sistema cúbico y grupo espacial Fd-3m previamente reportado. 10 Para el refinamiento, se consideró que los iones In 3• y Ta5• están ocupando sitios atómicos equivalentes en la misma proporción cada uno. En la figura 5 se presentan los difractogramas obtenidos del refinamiento del Sm 2 InTaO 7 preparado por sol-gel. Se observa CIEIKI A, UAI ll , Al.JO 15 1lo 60 OCTUBRE - DICIE/. ◄ BRE 2012 45 (\) �NUEVOS ÓXIDOS MUlTIFUNCIONAl.ES SM,FETAO, Y SM,lt!TAO 1 PARA LA DESCONTAMINACIOr•I DE AGUA que el difractograma experimencaJ y el calculado son similares, lo cual es indicativo de que todas Jas re- MO 16 • Ambos octaedros de InO 6 yTaO 6 se encuentran distorsionados. flexiones pueden ser indexadas al sistema cúbico y grupo espacial Fd-3m. Análisis por microscopía electrónica de barrido Los resulcados sobre los datos cristalográficos y los factores de confiabilidad se presentan en la tabla El análisis de la morfología mediante MEB reveló III. Con base en los resultados, se aprecia que el pa- que los materiales preparados por la ruta sol-gel pre- rámetro de red es muy similar en todos los casos y va sentan partículas de tamaño alrededor de 400 nm de acuerdo a lo reportado en bibliografía.6 • 1º (figura 7) . También se aprecia que algunas partícu- La estructura cúbica del Sm 2 InTaO 7 consta de una cadena tridimensional de octaedros MO1 6 (M = In, Ta) unidos por sus esquinas (figura 6). Los octaedros de MO1 6 se conectan con otros mediante cadenas de MOI 3 a lo largo de la dirección [001) , mientras que los cationes Sm se encuentran en el centro del hexágono formado por los octaedros de Fig. 6. Vista en poliedros de la estructura cúbica del Sm2 lnTaO,. las comienzan a sinterizar, al aumentar su tamaño. Por otro lado, el tamaño promedio de las partículas del material preparado por reacción en estado sólido es de alrededor de 2-3~Lm, para este caso fue más 28 (Grados) Fig. S. Patrones DRX obtenidos del refin amiento de Rietveld del Sm, InTaO 7 sintetizado mediante el método sol-gel. evidente el crecimiento de las partículas, debido al proceso de sinterización causado por la aira temperatura y el tiempo largo de reacción. Tabl a ITT. Datos cristalográfi cos obtenidos del refinamiento de Rietveld de l Sm 2lnTaO,. Parámetro So l-gel 12oo•c Estado só lido J4oo•c Reportado [10) a (A) I0.5521(3) I0 .5676(2) 10.544 8(2) •·x" 0.3352(4) 0.3334(6) 0.33 02(3) Gru po espac ial Fd-3m Fd -3m Fd-3 m z 8 8 8 Sistema C úbico 9.8 1.36 Cúbico 8.6 l .98 C úbico 10. l .A. O 1 48(1) R.~) %) r: (\) 46 Espem-oscopía UV-vis para sólidos Los espectros de absorción UV-vis del Sm2 InTaO 7 sintetizado por sol-gel y estado sólido p resentaron varias bandas de absorción en la región de luz visible (A> 400 nm). Dichas bandas se atribuyen a transi ciones directas de la capa 4/ parcialmente llena del Sm. También se observó que la mayor absorción se 10 da a A< 350 nm. El valor de Eg calculado mediante CI EI ICIAUAI IL A110 15 llo 60 OCTUBRE. DICIE1,1BRE 2012 �/~AYRA Z FIGUEROA TORRES, LETICIA M TORRES GUERRA, MIGUEL A RUIZ GOMEZ, ISA/AS JUAAEZ RAMIREZ, CHRISTIAN GOMEZ SOL IS de radiación con longirud de onda mayor a 300 nm. Durante las pruebas fotocatalíticas, la intensidad del color azul de la disolución del índigo carmin disminuyó en función del tiempo. El anál isis, mediante espectroscopía UV-vis de las alícuotas tomadas para darle el seguimiento a la reacción, reveló que hubo una disminución en todas las bandas de abFig. 7. lmágenes de MEB obtenidas de los materiales de Sm ,LnTaO,. sorción del espectro del índigo carmín (610, 286, 252 y 206nm). el análisis de Kubelka-Munk corresponde a 3.5 eV y En la figura 8 se presenta la degradación del Ín- 3.6 eV, para el material preparado por sol-gel y estado sólido, respectivamente. La diferencia en los va- emplear los diferentes materiales sintetizados. Es lores del Eg, con respecto a lo reportado en bibliografía (2 .8 eV), puede darse debido a que durante el análisis mediante Kubelka-Munk no se consideraron las transiciones 4fdel Sm. digo carmín en función del tiempo de radiación, al posible observar que mediante fotólisis se degrada 20% de la concentración inicial del colorante, debido a la pequeña porción de luz UV presente en la luz solar (y que no es bloqueada por la botella de vidrio) , la cual participa directamente en la reacción Área superficial específica focoquímica. Por otro lado, los materiales sintetizados por es- Los resultados de área superficial del Sm 2InTaO 7 re- tado sólido solamente lograron la degradación de velaron que el material preparado por sol-gel posee 5% a 10% del colorante. Esto podría ser debido a diferentes factores, tales como la baja interacción un área de 5 m 2 g-1, la cual es superior a la obtenida mediante reacción en estado sólido (l m 2 g-1) y a lo . , .do (O .47 m 2 g-1). io reporta do previamente para este ox1 La diferencia mostrada en el valor del área superfi- entre el material y la disolución del colorante, la baja área superficial, así como el alto grado de recombi- cial corrobora lo observado por MEB, donde el nación de las cargas. Con respecto a los materiales sintetizados por sol-gel, éstos mostraron la mayor material preparado por sol-gel presentó menor tamaño de partícula que el material obtenido por es- actividad en la degradación del colorante índigo car- tado sólido. con los materiales preparados por estado sólido. mfo, la cual fue ocho veces mayor en comparación Es bien conocido que la actividad fotocatalítica Pruebas fotocatalíticas de los materiales SmleTaO7 de un material está fuertemente asociada con su naturaleza y propiedades fisicoquímicas. En este caso, Las pruebas de fotodegradación se realizaron bajo las condiciones de luz solar. Los reactores con la disolución del colorante y el fotocatalizador se expusieron a la luz solar, a partir de las 9:00 a.m., hasta las 7:00 p.m., en que la energía máxima fue recibida. los materiales sintetizados por sol-gel presentan mayor área superficial y menor tamaño de partícula, permitiendo una mejor interacción entre el material y la disolución del coloran te. La presencia de partí- Además, mediante análisis UV-vis, se determinó que culas pequeñas provee más sitios activos y disminuye la distancia de migración de las cargas focogene- las botellas de vidrio permiten solamente la incidencia radas, hace más eficientes las reacciones de CIEIKlü, UAI ll, Al.JO 15 / lo 60 OCTUBRE - DICIE/, ◄ BRE 2012 47 (\) �NUEVOS ÓXIDOS MULTIFUNCIONAI.ES SM,FETAO, Y SM,INTAO, PARA LA DESCONTAMlrlACIOr,I DE AGUA ,o rán a cabo las reacciones de oxidación-reducción; 0.9 simultáneamente, el proceso de recombinación ocurre y compite con el proceso fotocatalítico. Para nuestro caso, ambos procesos son afectados por el método de síntesis. Cuando el SmleTa07 se prepara por sol-gel, el tamaño de partícula es mucho menor que ~ D.!I (.) 0.7 J el SmleTa0 7 p reparado por estado sólido; por lo tanto, la distancia de los electrones y huecos al migrar hacia la superficie es menor si disminuye el pro- o.e o 2 4 6 11ernpo (h) Fig. 8. Fotodegradación del índi go cannín bajo radiación de luz solar. empleando los mate riales Sm,FeTaO, y CuO/Sm, FeTa07• oxidación-reducción sobre la superficie del fotoca- ceso de recombinación y, por ende, se generan más sitios activos para favorecer las reacciones superficiales. Además, el C u O actúa como una trampa de electrones, reduciendo la recombinación, lo cual a su vez favorece que haya más huecos disponibles para formar especies oxidantes, como el radical hidroxilo, El uso del CuO como cocatalizador incrementó la que reaccionan con el índigo carmín hasta formar C0 2 y H 2 0 como producto final .26 · 28 actividad fotocatalítica del SmleTaOr En particular, con el material CuO/SmleTa07 sol-gel se logró una Pruebas fotocatalíticas de los materiales Sm)nTaO7 degradación de 38% de la concentración inicial del colorante (figura 8) . El CuO actúa como un colector Debido a que el Sm)nTa07 presentó un valor de Eg talizador. 26 de electrones27 disminuye la recombinación de las car- ~3.5 eV, dicho compuesto solamente puede ser acti- gas fotogeneradas y, por ende, más huecos estarán dis- vado con energía UV. ponibles para oxidar las moléculas del colorante.28 Adicionalmente, se sabe que la recombinación compite Degradación del colorante cristal violeta significativamente con el proceso fotocatalítico, siendo ésta la mayor limitación de la fotocatálisis, debido a El análisis mediante UV-vis de las alícuo tas mostró que se reduce su eficiencia cuántica. 29 Con base a los resultados obtenidos, la relación que la banda de absorción máxima del cristal violeta entre el método de síntesis y el mecanismo de reacción de la degradación fo tocatalitica del coloran te índigo carmín se ilustra, esquemáticamenre, en la figura 9: como primer paso, ambos materiales C u O/ SmleTa0 7 Sol-gel y CuO/ SmleTa07 es tado sólido absorben fotones con energía mayor o igual que su energía de banda prohibida y producen el par hueco (h+)-electrón (e-). Posteriormente, las cargas generadas migran hacia la superficie, donde se lleva- (\) 48 Fig. 9. Esquema del mecanismo propuesto para la degradación fo tocatalítica del colorante índigo cannín. BC = Banda de conducción y BV = Banda de valencia. CI EI JCIAUAI JL I Af10 15 flo 60 OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �MAYRA Z FIGUEROA TORRES, LETICIA M TORRES GUERRA, MIGUEL A RUIZ GÓMEZ, ISA/AS JUAREZ RAMIREZ, CHRISTIAN GÓMEZ SOL IS (A= 590 nm) desaparece completamente después de 60 minutos de irradiación. Adicionalmente, se apre- En particular, se aprecia que en presencia del cia una disminución considerable de la banda de Smi1nTa0 7 se logra mineralizar alrededor del 65 a 70% del cristal violeta, siendo el material sintetiza- absorción situada a 208 nm , lo cual es indicativo de do por sol-gel el de mayor eficiencia; mientras que que la destrucción de los anillos aromáticos de la molécula del cristal violeta se está llevando a cabo en el proceso de fotólisis solamente se mineralizó 25 % del cristal violeta. Esto indica que el Smi1nTa07 durante el proceso fococatalítico. presenta actividad fococatalítica para mineralizar el cristal violeta hasta sus productos finales, C0 2 , H 2 0, En la figura 10 se presenta la comparativa de la actividad fotocaralítica para la degradación del co- así como iones inorgánicos. lorante cristal violeta, usando el Sm2 InTa0 7 preparado por estado sólido y sol-gel, así como la fotólisis. Fotorreducción del cromo {VI) De acuerdo con el gráfico, mediante el proceso de fotólisis es posible degradar el cristal violeta en 80% Los materiales de Sm 2InTa0 7 sintetizados por esta- de su concentración inicial. Sin embargo, en la pre- do sólido y sol-gel se evaluaron en la reducción sencia del Sm}nTa0 7 se logra prácticamente la de- fotocatalítica de iones Cr (VI) presentes en la fase gradación total del colorante en un tiempo de 60 acuosa. Debido a que la reacción de fororreducción minutos. Por otro lado, aunque se observó un efecro con- de Cr (VI) se favorece bajo condiciones ácidas, 30 las siderable de la fotólisis durante las pruebas fotocatalíticas, lo cual indica que es posible degradar al cristal violeta con luz UV, desde el punto de vista ambiental, un objetivo importante es lograr la mi- pruebas fococaralíticas se realizaron a pH = 2. El análisis mediante UV-vis mostró una disminución constante en función del tiempo de la banda de absorción situada a A= 348 nm, lo cual indica que la fotorreducción de Cr (VI) a Cr (III) se reali- neralización completa de los compuestos orgánicos, zó. Además, se detectó una banda de absorción cer- los resu.lrados del análisis de carbono orgánico total cana a A= 585 nm, la cual aumenta en función del (COT) se muestran en la figura 11 , los cuales reve- tiempo de reacción; dicha banda de absorción es una lan que el grado de mineralización del cristal violeta evidencia clara de la presencia de Cr (III) en la disolución. Este resultado se corroboró mediante el aná- aumenta debido a la presencia del fotocatalizador. lisis de una disolución de nitrato de cromo (111) em10 u 0 .6 a u i) 04 D 00 -30 ¡ i °""""',da,d ~litrad..o&, :"",l!,ll!C, -20 -10 o 10 20 60 Ti ompo (m1n) Fig. LO. Degradación del cristal violeta al usar los materiales de Sm 21nTa07• CIEIKIA UAI ll, Al.JO 15 / lo 60 OCTUBRE - DICIE/. ◄ BRE 2012 o Fig. l l . Análisis del COT en la reacción de degradación del colorante cristal violeta. 49 (\) �NUEVOS ÓXIDOS MULTIFUNOONAI.ES SM,FETAO I Y SM,INTAO1 PARA LA DESCONTAMINACIÓr•I DE AGUA picado como referencia.Para verificar si parte del Cr (III) se adsorbe en la superficie del material 11) o Sm)nTa07, se procedió a recuperar el material al o finalizar la reacción; el polvo se filtró y se secó a 50°C, - luego se analizó mediante espectroscopía de u reflectancia difusa. En dicho análisis, solamente se detectaron las bandas de absorción características del Sm2InTa0 7; por lo ta.neo, el Cr (III) no está adsorbido ~ ~ 1:19 ~ 1 1 a a:: en la superficie del forocatalizador y permanece en disolución como fue discutido anteriormente. Los resultados de la fotorreducción de Cr (VI) se presentan en la figura 12, en la cual se observa que mediante el proceso de fotólisis es posible reducir CU, ~ º :.io IJO 1ZQ lilffll?O (mi n} Fig. 12. Fotorreducción de Cr (VI). en la ausencia y presencia de los materiales de Sm1 lnTaO7• en 28% el contenido de Cr (VI). Dicha disminu- la superficie del fotocatalizador, y se genera una ción se atribuye a la radiación de luz UV, 31 la cual en mayor cantidad de sitios activos, en los cuales se rea- primera instancia (reacción 1) genera el rompimiento lizan las reacciones de oxidación-reducción. 26 de la molécula del agua y subsecuentemente (reacción 2) se lleva a cabo la reducción del Cr (VI). Por CONCLUSIONES otro lado, en presencia del Sm)nTa0 7 la reacción de reducción del Cr (VI) se ve favorecida al alcanzar Es posible llevar a cabo la síntesis del nuevo óxido 52% y 40% para el material sintetizado por sol-gel y tipo pirocloro de composición SmleTa07 de ma- estado sólido, respectivamente. nera pura, utilizando tanto el método de estado sólido como el de so l-gel, así como la síntesis de Reacción 1: 2 H 1 0 ,.., uv > 0 2 + 4 H • + 4 e- Sm2 InTa0 7 por sol-gel. Se determinó que cuando se utiliza sol-gel como método de síntesis, los polvos obtenidos presentan un tamaño de panícula pequeño y u.n área superficial de w1 orden de magnitud mayor, en comparación con el método de estado sólido. Los resultados anteriores indican que el compues- El SmleTa0 7 cristaliza en el sistema monoclínico to Sm)nTa07 es capaz de lograr la fotorreducción y grupo espacial Clic, mientras que el Sm 2InTa0 7 cris- de iones Cr (VI) presentes en la fase acuosa. En el taliza en el sistema cúbico y grupo espacial Fd-3m. caso del material sintetizado por sol-gel, se observó Ambos materiales, SmleTa07 y Sm)nTa07, son una mayor eficiencia al compararlo con el material potencialmente aplicables a la degradación de con- sintetizado por estado sólido. Dicha diferencia po- taminantes en solución acuosa, como el colorante dría estar asociada con la mayor área superficial ob- índigo carmín, el cristal violeta y la reducción de tenida por el método sol-gel. Además, el material iones cromo (VI), respectivamente. En particular, obtenido por sol-gel presentó menor tamaño de par- las características del material SmleTa0 7 permiten tícula, lo que significa que los pares hueco-electrón, su uso como un fotocatalizador bajo condiciones focogenerados, migran de manera más rápida hacia reales y variantes de radiación solar. (\) 50 CI EI JCIA UA11L I Af10 15 1lo 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �l~AYRA Z FIGUEROA TORRES, LETICIA M TORRES GUERRA, MIGUEL A RUIZ GOMEZ, ISA/AS JUAREZ RANdREZ, CHRISTIAN GÓMEZ SOL IS ABSTRACT RESUMEN This work reports che synrhesis of a new pyrochlore En esta investigación se reporta la síntesis por pri- compound SmleTaO 7 by both salid state reacrion mera vez del óxido tipo pirocloro, con composición Sm 2 FeTaO 7, por el método de estado sólido y el and sol-gel synthesis routes as well as che firsc time synrhesis of the Sm)nTaO7 by sol-gel. The resulrs método sol-gel, así como el óxido con composición revealed thac SmleTaO7 crystaliized in the mono- Sm2 InTaO 7 por el método sol-gel. Los resultados de clinic system wich space group C2/c and th e la caracterización estructural revelaron que el com- Sm)nTaO 7 in the cubic system with a space group puesto SmleTaO 7 cristalizó en el sistema Fd-3m. This indicares chat an important factor rhat monoclínico con el grupo espacial C2/c, mientras determines che cryscal structure of the compou11d is que el compuesto Sm)nTaO 7 cristalizó en el siste- che nature and size of the elemenrs used. Moreover, ma cúbico y grupo espacial Fd-3m. Esto indica que ir was also found rhat when sol-gel was used as syn- un factor muy importante en este tipo de compues- thesis rouce, ir is possible ro synchesize che materials tos es la elección de los elementos químicos, ya que ar lower temperature and less reaction time when de ello depende la estructura cristalina que presen- compared wich salid state reaction. Boch materials tará el material. Para ambos óxidos, cuando se utilizó el método sol-gel como ruta de síntesis se obtu- prepared by sol-gel processing present lower parcicle sizes and one arder of magnirude higher in che spe- vieron los materiales de forma pura a menor cific surface area values than che salid stace produced temperatura y tiempo de reacción que cuando se utiliza el método de estado sólido. Además, los re- compounds. Additionally, che photocatalyric resulcs sultados de la caracterización indican que el método showed that índigo carmine molecule can be degraded under solar light irradiation using de síntesis también es determinante en las propieda- SmleTaO 7 _ while Sm 2 lnTaO 7 is able to cause che des morfológicas y superficiales de los mismos, prin- photoreduction of Cr (VI) ions and degrade crystal cipalmente, en su tamaño de partícula y aunado a violet dye in aqueous solution. ello su valor de área superficial específica. La evaluación forocatalítica mostró que los óxidos tipo Keywords: Advanced materials, Sol-gel, Solar pho- pirocloro SmleTaO 7 y Sm)nTaO 7 son materiales mulrifuncionales atractivos para emplearse como tocatalysis, Dyes degradarion, Cr (VI) reduction fotocacalizadores en las reacciones de eliminación de Agradecimientos contaminantes tóxicos presentes en solución acuosa, como el colorante índigo carnún, cristal violeta Los autores agradecen a la UANL por el apoyo fi- así como la reducción del cromo (VI). nanciero, otorgado a través de los proyectos Paicyt- Palabras clave: Materiales avanzados, Sol-gel, UANL 2010 clave IT607-10, IT1 76-09 e IT1 7 109; al Conacyc, por el apoyo económico a través de Fotocatálisis solar, Degradación de colorantes, Re- los proyectos de Ciencia Básica 2007, clave 84809 y ducción de cromo (VI). clave 83923, así como Ciencia Básica 2008 clave 98740, y el apoyo de beca de doctorado a los M.C. Miguel A. Ruiz Gómez y M.C. Christian Gómez Salís. CIEI lCI"' UAI ll , Al.JO 15 / lo 60 OCTUBRE - DICIE/ . ◄ BRE 2012 51 (\) �IJUEVOS OXIDOS MULTIFUI ICIOI JPJ.ES SM,FETA0 1 Y SM,I I ITA0 1 PARA LA DESCO~ITAMII JACIOr l DE AGUA REFERENCIAS 17 . G.V. Bazuev, T.I. Ch upakhina. l norgan ic Macerials, 45 (2009) 409 . 1. C.K Macsuda, F.F. lvash ica, A. Paesano, Jr. , E.V. Pan nunzio Miner, M.C. Blanco, R.E. Carbonio, J .B. Marim on da Miyamoto. Journal of C u nha, L. Gh ivelder. Physical Rev iew B, 8 1 (20 1O) (2004) 177. P. Srrobel, S. Zouari, R. Ballou, A. Cheikh-Rouhou, Jean- M. Crofc, F. Srowasser, J. Haderman n, G. V. Tendeloo. Claude Jumas, J. O livier-Fourcade. Solid Scaces Science, Journal of Marerials C hemimy, 14 (2004) 1623. 20. l. Levin, T.G. Amo s, J.C. 12 (2010) 570. 3. B. Vijaya Kumar, R. Velchuri, G . Prasad, B. Sreedhar, K. Reaney, C.A. Randall, M .T. Lanagan. Journal ofMacerials Research, 17(2002) 1406. 21. J.S. Gard ner, M.J.P. Gingras, J .E. G reedan. Reviews of M. Sellami, V. Caignaerc, M. Hamdad, A. Bekka, Beccahar. Journa1 Alloys and Compou nds, 482 (2009) 13. 6. M.A. Subramanian, G. Aravamudan , G.V. Subba Rao. 7. J. Luan, K. Ma, B. Pan, Y. Li, X. W u, Z. Zou. Journal of Progress in Solid Scace Chemiscry, 15 (1983) 55. Molecular Caralysis A: Chemical, 32 1 (201 O) l. 8. J. Lu an, M. Ni , K. Ma, Y. Li , Z. Zou. Chemical Engineering Journal, 167 (20 11) 162. 9. Modern Physics, 82 (20 10) 53. Z. Teixeria, L. Ocubo, R. Figueredo Gouveia, O. Luiz AJves. Macerials Chemisuy and Physics, 124 (201 O) 552. 5. ino , T.A. Vanderah, I.M. Ravikumar, M. Vichal. Ceramics lnrernational, 36 (20 10) 1347 . 4. Alloys a nd Co mpounds, 374 19. G. M . Veich , M. V. Lobanov, T. J . Emge, M . Greenblacc, 0144 17 . 2. 18. G. C hen , H. Takenoshica, H. Saroh, N. Kamegas h ira, M. X. T.,ng, H . Ye, Z. Zhao, H . Liu, C. Ma. Caralysis Lerrers, 133 (2009) 362. 1O. X. Tang, H . Ye, H. Liu, C. Ma, Z. Zhao. Journal of Solid Sra ce C hemisrry, 183 (20 1O) 192. 11. J. Luan, K. Ma, Y. Li, Z. Zou. Journ al of Materials Science, 46 (2011 ) 8 13. 12. L.L. Garza-Tovar, L.M. Torres-Martínez, D. Berna] Rodríguez, R. Gómez, G. del Ángel. Jo u rnal of Molecular Cacalysis A: Chem ical, 247 (2006) 283. 13. M. Marros, B. Julián-López, E. Cordonci.llo, P. Escribano. Journal of Physical Chemiscry B, 112 (2008) 2319. 14. A. N . Rad hakrishnan, P. Prabhakar Rao, K. S. Sibi, M. Deepa, P. Koshy. Journal of Solid Scace Chemiscry, 182 (2009) 23 12. 22. H. akano, A. K.i sh igami, M . Hisa, N . Kamegash ira. Macerials Research Bullecin, 34 (1999) 2075 . 23. J. Tauc, R. Gr igorovici, A. Vancu. Physica Srarus Solidi, 15 (1966) 627. 24. S. Murugesan, M. . H uda, Y. Yan, M.M. Al-Jassim, Y. Subramanian. Journal of Physical Chemistry C, 114 (20 1O) 10598. 25. T. Umebayash i, T. Yamaki, H . [coh, K. Asai. Journal of Physics and Chemisrry of Solids, 63 (2002) 1909 . 26. A. H agfeldc, M. Graeczel. Chemical Reviews, 95 (1995) 49. 27. T. M iwa, S . Kaneco, H. Karsumara, T. Suzuki , K. Ohca, S. C. Yerma, K. Sug ih ara. lncernacional Jo u rnal of Hydrogen Energy, 35 (2010) 6554. 28. Y.G . Adewuyi. Environmencal Science and Technology, 39 (2005) 8557 . 29. J. Liqiang, Q. Yichu n, W. Baiq i, L. Shudan, J. Baojiang, Y. Libin , F. Wei , F. Honggang, S. Jiazhong. Solar Energy Macerials and Solar Cells, 90 (2006) 1773. 30. Q.L. Yang , S. Z. Kang , H . C hen, W. Bu , J. M u . Desali nacion , 266 (2010) 149. 31. S.L. Wang, C.C. Chen, Y.M. Twu , C. L. H su, J .H. C hen , C.F. Lin. Journal ofHazardous Marerials, 164 (2009) 223. 15. J. Luan, H. Cai, X. H ao, J . Zhang, G. Luan, X. Wu, Z. 16. Zou. Research on Chemicals lmermed iaces, 33 (2007) 487. Recibido: 1 de septiembre de 2012 J. A ceptado: 1 de septiembre de 2012 Luan, W. Z hao, J . Feng, H . Cai, Z. Z heng, B. Pan , X. \v'u, Z. Zou, Y. Li. Journal of H aza rdous Macerials, 164 (2009) 78 1. (\) 52 CIEI ICIA U Al IL AJ '10 15 ! Jo 60 OCTUBRE . DICIE 1-1BRE 20 1 2 �c1ENC1AXVuANL AN I VERSARIO Disección molecular de la función dual de Antenapedia en el control genético del desarrollo en Drosophila melanogaster D 1ANA REsÉNDEZ P ÉREZ*, DIA A L. CÁRDE AS CHÁvEZ*, RccARDo CANALES DEL CASTILLO*, KARlNA VtLLANUEVA SEGURA * Los genes homeóticos están involucrados en el control genético del desarrollo de los diferentes organismos que permiten la especificación del plan corporal, a lo largo de los ejes antera -posteriores y dorsoventrales en los organismos bilaterales. 1•3 Estos genes presentan una secuencia altamente conservada denominada homeobox, que codifica para un polipéptido de 60 ami noácidos , conocido como homeodominio (HD), el cual representa el dominio de unión al D A, 4· 7 y contiene un motivo de cuatro aminoácidos altamente conservado, denominado "YPWM", involucrado en interacciones proteína-proteína. ª· 11 En este trabajo se investigó la paradoja de los genes Hox, que consistió en determinar el mecanismo molecular mediante el cual las homeoproteínas altamente similares adquieren distintas fw1ciones durante el desarrollo. Debido a lo anterior, se realizó la disección molecular de la homeoproteína Antenapedia (Antp), para determinar su actividad funcional durante diferentes etapas del desarrollo de D. melanogaster. Para ello, se analizó la actividad fun- El presente ortfcvlo está basado en la mvestigoc1ón "Dis:ecciór) molecu lar de lo función dual de Antenopedia en el con lrol genético del desarrollo en Drosoph i/o me/onogosler ", galardonado con el Premio de lnve sligación UAN L 2012 , en lo calegorío de Ciencias Naturales, otorgado en sesión solemn e del Consejo Uni ve rs1la rio , en septiembre de 20 12 CIEtKIA UAIJL / Al·lo 15 r fo 60 OCTU BRE - DICI EMBR E 2012 cionaJ de Anrp, mediante un análisis mutacional de YPWM, el enlazador corto y largo entre el HD y YPWM, así como la sustitución y fusión al dominio de represión WRPW La mutación de YPWM en Antp mostró que este motivo es necesario e indispensable para la función in vivo de Amp en la involución de la cabeza, en las transformaciones torácicas Tl a T2 y antena-tarso, mediante represión de los genes de la antena y activación de los genes tarsales. Esta función dual del motivo YPWM también se demostró a nivel molecular en la activación y represión de los genes blancos específicos de Antp, en la que se requirió para la activación ectópica de los genes teashirt (tsh) y grain (grn), así como para represión endógena de Ser y ectópica de Salm y dan. Por otro lado, la sustitución y fusión del mo tivo WRPW rescató e incrementó, respectivamente, el fenotipo en la actividad represora de YPWM en Antp, y no afectó su activación funcional en las transformaciones tarsales, ni en la activación de los genes blanco de Antp analizados. Adicionalmente, las variaciones en la longitud del espaciador (4-8 aminoácidos) que se presentan en las diferentes isoformas de Antp incrementaron preferencialmente la eficiencia en la activación/represión, al sugerir la participación del espaciador en la especificidad funcional de Antp. ~ Universidad Autónoma de Nuevo León . FCB. diaresendez@gmail.com 53 (\) �DISECOOr J MOLECU LAR DE LA FU IKION DUAL DE ANTEl~APEDIA EN EL CONTROL GEN ETICO DEL DESARROLLO METODOLOGfA Construcción de plásmidos recombinantes La construcción de las secuencias codificantes para Antp y las mutantes se realizaron en el vector pUAST, La detección de las señales de inmunohistoquímica e inmunofluorescencia se realizó mediante observación en microscopía visible y confoca1-láser. 19 RESULTADOS El tetrapéptido YPWM de Antp es necesario para con los procedimientos estándares de biología molecular.12·14 la función homeótica en D. melanogaster Generación de moscas transgénicas y cruzas Para analizar la función in vivo del tetrapéprido genéticas YPWM, se llevó a cabo la expresión ecrópica de la homeoproteína silvestre (YPWMLLAntp) y mutantes en Para la generación de las líneas de moscas transgénicas, los plásmidos recombinantes se introdujeron en YPWM , por un bloque de alaninas (-.\AAAAntp) o por el dominio de represión WRPW (''<'RrwAnrp), así la línea germinal de D. melanogaster, mediante microinyección, 15 para su posterior identificación y como la fusión de este dominio en el extremo Cterminal de Antp (YPWMAntp WRPW) y mutante de balanceo de los cromosomas en las líneas transgénicas. Todas las líneas de Drosophila melanogaster se alaninas (AAAAAnrp wRrw), durante la etapa de mantuvieron como homocigotas viables, o líneas línea productora nullo-GAL4. 4 preblastodermo y blastodermo del embrión con la balanceadas, a 18ºC en rubos de comida estándar Las larvas que sobreexpresaron Antp mostraron (Fisher Scientific). Para la expresión ectópica de Antp pérdida rora! de la involución de la cabeza, transformación homeótica del primer segmento prororácico y las mutantes, se utilizó el sistema binario de regulación GAL4. 16·20 Las cruzas genéticas se realizaron (T l) a mesotóracico (T2) y reducción de dentículas con moscas vírgenes de las líneas productoras ptc- pro torácicas (figura 1B). Por el contrario, que la sus- Ga/4, nullo-GAL4, Dlf-GAL4 y Safm-facZ, y machos titución de alaninas en YPWM mostró w1 fenotipo de las líneas reporteras yw; UAS-Antp y UAS mutantes, como se describió previamente. 16 La co- normal (figura lA), ya que no se detectó transfor- lecta sincronizada de los embriones y la preparación la cabeza (figura lC). En contraste, la activación de las cutículas embrionarias se llevó a cabo con el método antes descrito. 16·17 ectópica de las mutantes que contienen el dominio WRPW (figuras lD-F) mostró transformación Visualización de la expresión génica mediante procorácicas. La fusión de WRPW en el extremo C- inmunohistoquímica e inmunofluorescencia terminal de Antp generó el fenotipo más dramático, Para la rinción de los embriones, se emplearon los representado por pérdida drástica de la involución de la cabeza y transformación completa Tl ➔T2, así anticuerpos Anri-Anrp4C3 1:250 (U. Iowa), Anti- como la deformación del embrión (figura lE). Ade- Ser 1:100, 22 Anti-b-gal 1:500 (Molecular Probes) y Anti-tsh 1:2000, de acuerdo a procedimientos estándares previamente descritos por Sullivan et al. 18 más, la sobreexpresión de mutantes con el enlazador corto (figuras 2G y H) causó un bloqueo pronun- mación homeórica o alteración de la involución de homeótica de Tl a T2 y represión de dentículas (\) 54 ciado de la involución de la cabeza, y ocasionó la CI EI JCIA UAI JL Al 10 15 1Jo 60 OCTUBRE - DICIEUBRE 2012 �DIANA RESÉNDEZ PÉR EZ, DIANA L CÁRDENAS G-IÁVEZ, RICARDO CANALES DEL CASTILLO, KARINA VIL LAl'sJUEVA SEGURA Antp requiere la presencia del dominio funcional YPWM para inducir la transformación antena-tarso Para analizar si el motivo YPWM se requiere en las transformaciones tarsales de la antena en Drosophila, utilizamos el sistema UAS-GAL4, con el potenciador Distal-less (Dll), para dirigir A.ntp y mutantes a la antena. La inducción ectópica de patas torácicas T2 con cerdas apicales y preapicales en la tibia distal se generaron en las líneas que contenían el dominio YPWM (figuras 2B y 2G). En contraste, no se detectó transformación en la mutante de alaninas (figura 2C), únicamente muestra un leve engrosamiento de la arista y unas pocas cerdas ectópicas en el segmenrn número 3 de la antena (A.3), debido probablemente a la presencia del HD en la proteína. Fig. 1. Efecto de la ex presión ec tópica de Antp y muiantes en la transformación homeótica e in vol ución de la cabeza. El diagrama en la parte st1perior representa la estructura de la homeoproteína Antenapedia y sus mutantes en YPWM. enlazador y fusió 11 de WRPW. El enlazador largo de ocho aminoácidos se describe como LL (del inglés long linker) )' el espaciador corto de cuau·o aminoácidos se representa como SL (del inglés short /i,rker) . Las proteínas con LL serán referidas en el texto únicamente como Antp. AMA Antp. w••w Antp. YPll'"Ampw••w y A.\A•Antp"'""''. La imagen inferior muestra un embrión silvestre con un desarrollo normal (A). mientras que la expresión ectópica de Antp (B) y mutantes que contienen WRPW (D-F) bloquearon la involución de la cabeza y presentaron transformación torácica TI -T2. a diferencia de la linea A-'-"'Antp (C). Las lineas SL (G; H) mostraron un fenotipo idé ntico a sus contrapartes LL (B, D). Los números representan los segmentos protorácico ( 1), mesotóracico (2) y metatorácico (3). Las flechas y asteriscos muestran las denúculas protorácicas y defectos en la involución de la cabeza. respectivamente. Resultados similares se obtuvieron con la mutante de alaninas fusionada al dominio de represión WRPW (AA,,\AAntpwRP\'C'), en la que numerosas cerdas tarsales y ausencia de la arista fueron identificadas en la antena (figura 2E). Asimismo, la sustitución de YPWM por WRPW en A.ntp causó un sobrecrecimiento del segmento A.3 (figura 2D) . Las transformaciones tarsales dependieron del tamaño del enlazador entre YPWM y el HD de Antp, ya que pérdida completa de estructuras bucales, en comparación con sus contrapartes con el enlazador largo (figuras 1By D). Estos resultados indican que el tetrapéptido YPWM se requiere para la función homeótica de Antp, la cual es favorecida por la presencia del enlazador cono; mientras que la sustitución de este motivo por el dominio WRPW permite conservar la especificidad funcional de esta homeoproteína en la expresión ectópica en la cabeza. CIEtKIA UAI JL / Al-l O 15 f fo 60 OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 Fig. 2. Transfonnaciones tarsales generadas por Antp con el motivo YPWM. La presencia de YPWM en Antp incrementa fuertemente la transformación tarsal de la antena (B. E, G): )' su ausencia genera una muy débil transformación (C. F ). La doble mutante YPl\'"AntpWR""' induce transformaciones iarsales (E). a diferencia de la sustitución con WRPW. que confiere únicamente e11grosamiento débil de la arista (D, H). Los segmentos antenales están indicados con lineas curvas seguidas de números que corresponden a los diferentes segmentos (2= segundo segmento antena!. 3=tercer segmento antena!. Ar=ari sta). La cerdas de la pala se selialan con fl echas negras. e indican una transformación débil del segmento A3 . y la presencia de cerdas apicales/preapicales (cabeza de flecha roja) indica la identidad de patas mesotorácicas (T2). Los ganchos tarsales y segmentos antenales transformados se señalan con un asterisco azul o color rojo. respectivamente. 55 (\) �DISECOÓ~J MOLECU LAR DE LA FU IKIÓN DUAL DE ANTENAPEDIA EN EL CONTROL GENÉTICO DEL DESARROLLO las líneas con el enlazador largo mostraron un efecto diante la sus tirució n d e YPWM co n el motivo más dramático que con el corco de cuatro aminoácidos (figuras 2G y H). Estos resultados muestran, sin WRPW (figuras 3E, F y H). lugar a dudas, que la transformación de an tena a La activación del grn por Antp requiere la presen- tarso requ iere la presencia del dominio funcional YPWM de Anrp, y que el dominio de represión cia de YPWM WRPW no sustituye la función de este motivo, mien- Las transformaciones tarsales requieren la accivación tras que el enlazador largo favo rece transformacio- ectópica de genes específicos de pata, como grain nes más dramáticas. (grn) . Para evaluar la actividad funcional de YPWM en Antp, se analizó la activación de grn en discos La activación del gen blanco tsh por Antp es de- imagin ales, con el potenciador Df!-Ga/4. La tinción pendiente de YPWM de b-gal mostró los patrones de expresión endógena Se utilizó el gen blanco tsh como modelo para deter- y activación ectópica, debido a la expresión de las diferentes mutantes de Antp (figura 4). Estos resul- minar la función activadora de Amp in vivo (figura 3.A) . En codas las construcciones evaluadas se mos- tados confirmaron un requ erimiento absoluto de tró que la activación de tsh en la región anterior del embrión (cabeza) requiere del motivo funcional de YPWM de Antp para la activación ectópica de grn en el disco de la antena (figuras 4C, D, F y H). Las líneas con la sustirución de YPWM por alaninas (fi- YPWM de Antp (figuras 3C, D, Fy H). Sin embar- guras 4C y F) mostraron el mismo parrón de expre- go, se observaron diferencias en las líneas con cüs- sión endógena que el control (figura 4.A), mientras tinta longitud del espaciador; la activación inducida por YPWMSL_Anrp fue menor que vrwMLL_Antp (figuras que las mutantes en las que WRPW reemplazó al motivo YPWM fallaron en la activación de grn (fi- 3B y G) . Asimismo, se logró mocüficar la función guras D y H), confirmaron así el requerimiento de activadora de Antp a parcialmente represora, me- YPWM para la activación transcripcional. En contraste, la adición de WRPW no alteró la regulación de Antp sobre grn (figura 4E). Asimismo, no se ob- Fig. 3. La activación ectópica de tsh en segmentos anteriores depende de YPWM de Antp. Los embriones, en la parte superior. muestran la expresión de tsh (rojo) y en la infe rior la colocalización (amari llo) de 1.,1, con Antp (verde), Tod as las líneas AS se induj eron con el potenciador ¡,rc-OA L4. El dominio de activación ectópica de tsh se señala con líneas punteadas, (A) La tinción de los embriones muestra la expresión de los genes endógenos. (B) Activación anterior de tsh por Antp. (C, D) La sustitución de YPV,'M por alaninas o WRPW inhibe la función activadora de Antp . (E. F) En contraste. la adición de WRPW no alteró su acti vidad. pero la doble mutación causó un decremento. (G. H) Las líneas con el enlazador corto exhiben una reducida fun ción activadora, donde la sustitución con WRPW inhibe totalmente la activación de rsh por Antp. (\) 56 rig. 4, Actrvación ectópica del gen espec ífico de pata gm en el djsco de la antena, (A) Patrón de expresión endógena de gm en el disco del ojo y nervio de Bolwi n. mediante ti nción de b-galac tosidasa. (B) Activación ectópica de gm en el disco de la antena por Antp. (C) La mutación de YPWM por alaninas inhibe completamente la activación ectópica. y (D) la sustitución por WRPW inhibe ligeramente esta activación. (E) L1 adición de WRPW en Antp no modi fica la activación de gm. (f¡ La adición de WRPW no modifica la pérdida de actividad en la sustilllción de YPWM por al aninas. (a H) Las variantes de enlazador cono activan o inhiben gm, de igual manera que las variantes del largo. CIEI JCIA UA11L I Af10 15 1lo 60 , OCTUBRE - DICIE MBRE 20 12 �DIANA RESÉNDEZ PÉR EZ, DIANA L CÁRDENAS G-IÁVEZ, RICARDO CANALES DEL CASTILLO, KARINA VIL LAl'sJUEVA SEGURA servaron diferencias entre la construcción con el nas con el enlazador corto exhiben una mayor activi- enlazador largo y con el corro (figuras 4B y G). dad represora en comparación con las del largo (figuras 5G y 6H). Estos resultados demuestran la importancia El motivo YPWM de Antp es esencial en la repre- del motivo YPWM en la actividad funcional de Antp sión de Ser endógeno para la represión de Ser; asimismo, sugieren que la capacidad represora de la homeoproteína Antp depende La represión endógena de Sex combs redueed (Ser) parcialmente del tamaño del enlazador. por Antp se usó para determinar la habilidad de Antp para actuar, directa o indirectamente como represor YPWM de Antp es crucial para la represión del gen rranscripcional. Para ello se utilizó el potenciador antena! Salm patehed (ptc) , que dirige la expresión ectópica de las construcciones de Amp en el compartimiento ante- Las transformaciones tarsales en el disco antenal tam- rior de cada parasegmento; posteriormente, se ana- bién requieren la represión de genes Salm y dan ne- lizó su efecto en la expresión endógena de Ser. Los cesarios para la morfogénesis de la antena. Esta re- resultados mostraron la represión de Ser en el seg- presión permite que las células del disco antena! se mento labial y T l por Antp (figura 5B). En contras- rediseñen para el desarrollo de la pata. 24 Como se te, la mutación de YPWM por un bloque de alaninas no ocasionó la represión de Ser en el embrión (figu- esperaba, la expresión ecrópica de Antp mostró la represión de SaLm en el disco de la antena (figura ra SC) , mientras que la sustitución por el dominio 6B). Este gen blanco se reprime completamente en WRPW ('wrwAntp) muestra una represión parcial (fi- el segmento antena! A3 en rodas las mutantes probadas (figuras 6D-H), con excepción de la línea que presenta la sustitución de alaninas en YPWM (figura 6C). Las proteínas mutantes de enlazador corto no mostraron diferencia con Antp (figuras 6G y H). gura 5D). Las mutantes con la fusión de WRPW en el extremo C-terminal de Antp presentaron la actividad ectópica de Antp normal (figuras SE y F), y las proreí- Fig. 5. La re presión de Sel' en embriones requ iere la presencia de YPWM en Antenapedia. Las imágenes superiores corresponden a un acercam iento de la región de represión, y las inferiores muestran el embrión completo. (A) Sa se expresa nonnalmente en los segmentos labial (lb) y T I del embrión (rojo). (B, D-H¡ L1 expresión ectópica de Antp y mutantes (verde) con sustitución de YPWM por WRPW o adición de \.VRPW en el extremo C-tenninal reprimen total o parcialmente la expresión endógena de Ser. ( C) La sobreexpresión de la mutante AAA.' Antp no ocasionó la represión de Ser en el embrión, observándose una colocalización de ambas proteínas (amarillo). CIEtKIA UAI JL / Al-l O 15 f fo 60 OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 Fig. 6. La expresión ectópica de Antp repri me Salm de manera dependiente de YPWM . (A) Expresión endógena )' ectópica de Salm (rojo) y Antp (ve rde), respectivamente. en el disco imagi na! ojo-antena. (B. D-H) Las mutantes con dominio YPWM y WRPW repri men la expresión de Sa/111 en el segmento antena.!. (C) La línea ·" '-'-'Antp no afecta la expresión del gen blanco Sa/111 ocasionando la colocali zación de ambas prole/nas (amarillo). 57 (\) �DISECOOr J MOLECU LAR DE LA FU I KION DUAL DE ArJTEI JAPEDIA EN EL CONTROL GENETICO DEL DESARROLLO Estos resultados corroboran la importancia de la pre- YPWM. En la etapa adulta de la mosca, la expresión sencia del motivo YPWM en Antp, para llevar a cabo la represión del Salm en el disco imagina! de antena. ectópica de Antp generó además la transformación homeótica del segmento antena! A3 a tarso y la presencia de cerdas en la tibia distal. Como se esperaba, DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES las mutantes con sustitución de YPWM por alaninas presentaron una transformación nula o débil de la Una de las esrrategias empleadas en D. melanogaster antena, y corroboraron así la importancia funcional para analizar la función in vivo, ya sea activadora o de YPWM en la actividad homeótica de Antp. Re- represora de las homeoproteínas , es expresarlas sultados similares se obtuvieron en la combinación ectópicamenre en un lugar donde normalmente no de AAAA-Antp y una forma activa constitutiva del se expresan. receptor 5 •26 Por ello, utilizamos el sistema de re- otch,9 o en la sustitución de YPWM por gulación UAS/GAL4 para dirigir la expresión de la AAAA en fushi tarazu.32 En contraste con los defec- homeoproteína Antp y las mutantes en YPWM, re- tos en el desarrollo embrionario, las mutantes que gión enlazadora o fusionadas con WRPW en dife- contienen WRPW mostraron únicamente un engro- rentes etapas del desarrollo. Este dominio se encuen- samiento del segmento tra altamente conservado en proteínas represoras con minio represor no sustituye la función de YPWM es tructura bHLH (Hairy, Huckebein, etc.), y su en la transformación antena-tarso. A3, indicando que este do- importancia se demostró en la secuenciación de los Dado que la transformación homeótica depende alelos del gen Hairy, que presentaba dos mutaciones de la activación/represión de genes endógenos, se que afectaban específicamente al dominio WRPW evaluó el papel del motivo YPWM en la expresión de esta proteína. 27· 28 Nuestros resu ltados muestran que la expresión de los genes blanco tsh, grn, Ser y Salm como modelo de estudio. El gen homeótico tsh se expresa nor- ectópica de Anrp generó la transformación homeótica T l -T2, con pérdida de involución de la malmente en los parasegmentos 3-13 del embrión. 33 cabeza, lo cual corrobora que esta sobreexpresión causa la represión de genes requeridos en el desarro- La sobreexpresión de Antp induce la activación ectópica de este gen blanco en la región anterior del embrión.34·36 La ausencia de activación de tsh en la llo normal de la cabeza. 24 •21 En este caso, el dominio mutante Antp con alaninas confirma que YPWM es YPWM es responsable de la actividad represora de indispensable para la activación de este gen blanco Antp, ya que la mutación de este motivo por alaninas mostró un fenotipo larvario normal. Además, la fu- en Drosophila. Sin embargo, estudios realizados con sión de un segw1do dominio represor (WRPW) in- establecieron que el motivo YPWM es necesario para crementó la capacidad represora y el efecto fenotípico la ac tivación de tsh in vivo. 36 las homeoproteínas ftz de Drosophila y Tribolium de la homeoproteína, debido probablemente a la Asimismo, estos resultados proponen la forma- interacción con el correpresor Groucho, que reconoce el dominio WRPW. 29 -3 • La sobreexpresión de ción de un heterodímero con el cofactor Exd para la regulación del gen blanco tsh, debido a que la expre- las mutantes con sustitución del motivo YPWM por sión de este gen blanco en embriones nulos de .Exd WRPW mostraron un fenotipo similar al obtenido con Antp, sugiriendo que el dominio WRPW resca- se reduce considerablemente. 37 Ensayos adicionales de transactivación y retardación en gel corrobora- ta la actividad homeótica de Anrp, en ausencia de ron la interacción Antp/Exd mediada exclusivamente (\) 58 CIEI JCIA U.'.\I JL Al10 15 !J o 60 OCTUBRE - DICIE r-1BRE 20 12 �DIAIJA RESEtlDEZ PER EZ, DIAi !A L CARDENAS CHAVEZ RICARDO CANALES DEL CASTILLO, KARlt JA VIL LAl'1UEVA SEGURA por el rerrapéprido YPWM de Antp, 38 Orros esrudios revelan que el morivo YPWM también une la homeoproteína Antp con la maquinaria transcrip- tos las mutantes con sustitución de YPWM por WRPW conservaron la actividad represora, debida probablemente a la presencia de este dominio, mien- cional basal, a través del factorTAF155, 11 En el caso tras que la fusión de WRPW al extremo C -terminal de las transformaciones homeóricas antena-tarso, se de Antp mostró una mayor represión, ya que contiene dos dominios represores (YPWM y WRPW). requiere principalmente la activación de genes específicos de para y represión de genes necesarios para En relación a esto, la adición del dominio de repre- la antena. 24 Los resulrados obtenidos muestran que sión engrailed (En), que es capaz de unirse a Gro in la sobreexpresión de Anrp resultó en una activación vívo, 42 no confirió cambios significantes en la activi- ectópica del gen grn en el disco imagina! de la antena,39 y esta activación presenta el mismo patrón de dad de Antp (resultados no mostrados). comportamiento que el gen blanco tsh: un requeri- en Antp sustenta la noción de que diferentes reglas miento absoluto del motivo YPWM de Antp. pueden aplicarse en la regulación transcripcional Este requerimiento diferencial del motivo YPWM Por otra parte, el gen homeótico Ser se expresa activadora y represora mediada por las homeopro- normalmente en el segmento protorácico (TI) del embrión, pero no en el mesoróracico (T2), debido a teínas. La comparación de secuencias de sitios de la expresión endógena de la homeoproteína Antp.•0 .4 1 Sorprendentemente, la expresión ecrópica de Antp Pbx se encuentran en potenciadores de genes activados por el complejo Hox-Pbx, mientras que los ele- es capaz de reprimir Ser en el segmento TI, a dife- mentos regulatorios con sitios individuales Hox (si n rencia de la mutante que presenta la sustitución de la unión de Pbx) se distribuyen igualmente entre los YPWM por alaninas, lo cual permite concluir que YPWM es crucial en Antp para la represión de este genes activados o reprimidos por estos factores. En conclusión, nuestros resultados son contun- gen blanco. De igual manera, la represión del gen de dentes, al demostrar que la homeoproteína Antp tiene antena Safm en el disco imaginal ojo-antena por la una función dual para la activación de los genes re- sobreexpresión de Antp o mutantes que con tienen un dominio funcional YPWM, con excepción de AAAAAntp, indican que este motivo presenta un pa- queridos en la morfogénesis del tórax, así como la unión Hox 8 muestran que los sitios bipartitas Hox- represión de los genes de la cabeza en D. melanogas- ter como se detalla a continuación: pel esencial en el reclutamiento de correpresores para la regulación de estos genes blanco. El potencial represor de YPWM fue adicional- La actividad funcional dual in vivo de Antp en las transformaciones homeóticas, en emamena ➔ mente corroborado mediante su fusión al extremo briones y C-terminal de la proteína transactivadora GAL4 la presencia de YPWM. (GAL4YPWM). El análisis de la actividad transcripcio- El dominio YPWM de Antp es necesario para nal de esta proteína mostró una reducción significativa de 55%, debido a la presencia de YPWM, con- la activación de los genes blanco tsh y grn en la región anterior del embrión y el disco firmando que este motivo actúa como un dominio antena! de D. mefanogaster, respectivamente. de represión transcripcional de manera similar que la fusión GAL4-WRPW previamente descrita. 30-3 8 Es La represión de los genes blanco: Ser en embriones, Salm y dan en el disco de antena de- importante mencionar que en todos los experimen- pende del tetrapéptido YPWM de Anrp. CIEI !CI"' UAJ ll , Al.JO 15 f lo 60 OCTUBRE - DICIE/.• BRE 2012 tarso en adultos, requiere 59 (\) �DISECOOr J MOLECU LAR DE LA FU IKION DUAL DE ANTEl~APEDIA EN EL CONTROL GEN ETICO DEL DESARROLLO La sustitución y fusión del motivo WRPW rescata e incrementa, respectivamente, el fenotipo de la actividad represora de YPWM en Antp, y no afecta su activación funcional. El enlazador largo incrementa la capacidad de activación, mientras que el corto aumenta la represión de Antp en D. melanogaster. genes blanco de Antp, ya que se requirió para la activación ectópica de los genes blanco teashirt (tsh) y grain (grn), así como para represión endógena de Ser y ectópica de Salm y dan . La sustitución y fusión del motivo WRPW rescataron e incrementaron, respectivamente, la actividad represora de YPWM en Antp, sin afectar su activación funcional en las transformaciones tarsales ni en la activación de los genes blan- RESUMEN co de Antp analizados. Por otro lado, las variaciones en el número de aminoácidos que separan YPWM Los genes homeóticos están involucrados en el con- del HD en las isoformas de Antp incrementaron trol genético del desarrollo de los diferentes organis- preferencialmente la eficiencia de Antp para la acti- mos que permiten la especificación del plan corpo- vidad de represión o activación, lo que sugiere su ral. Estos genes presentan una secuencia altamente participación en la especificidad funcional de Antp. conservada denominada homeobox, que codifica para Los resultados obtenidos permiten conclu ir que el un polipéptido de 60 aminoácidos, conocido como tetrapéptido YPWM de Antp tiene una función dual homeodominio (HD), el cual representa el dominio de unión al DNA y contiene un motivo de cuatro para la activación de los genes requeridos en la inducción del tarso, así como la represión de los genes aminoácidos altamente conservado denominado antena, ya que mostró ser indispensable y crucial para "YPWM", involucrado en interacciones proteína- la activación y represión de los genes blanco de Antp proteína. En este trabajo se investigó la paradoja de los genes Hox, que consiste en determinar el meca- en diferentes etapas del desarrollo de D. melanogaster. Lo anterior es altamente relevante, ya que la acti- nismo mediante el cual homeoproteínas altamente vidad funcional de los diferentes genes blanco se re- similares adquieren distintas funciones durante el gula por interacciones proteína-proteína, a través del desarrollo. Se realizó la disección molecular de An- tetrapéptido YPWM, modulando la selección de los tenapedia (Antp) para determinar su actividad fun- genes blanco de Antp, que permiten el desarrollo cional durante el desarrollo de D. melanogaster. Para del tórax y reprimen los genes de la cabeza en D. ello se realizó el análisis mutacional de YPWM, el melanogaster. Este mecanismo molecular de activa- enlazador entre el HD y YPWM, así como la susti- ción-represión génica sugiere la interacción con diferentes cofactores {activadores o represores), en una tución y fusión al dominio de represión WRPW en la actividad funcional que permite la activación y forma dinámica que permite la especificidad funcional represión de los genes blanco de Antp. La mutación de Antp durante el desarrollo de D. melanogaster. de YPWM en Antp mostró que este motivo es necesario e indispensable para la función in vivo de Antp en la involución de la cabeza, en las transformacio- Palabras clave : D. meLanogaster, Antenapedia, YPWM, WRPW. nes torácicas Tl a T2 y tarsales mediante represión de los genes de la antena y activación de los genes tarsales. Esca función dual del motivo YPWM tam- ABSTRACT bién se mostró en la activación y represión de los The homeotic genes are involved in the genetic con- (\) 60 CI EI JCIA UAI JL Al 10 15 1Jo 60 OCTUBRE - DICIEUBRE 2012 �DIAIJA RESEtlDEZ PÉR EZ, DIAi !A L CARDENAS CHAVEZ, RICARDO CANALES DEL CASTILLO, KARINA VIL LAl'1UEVA SEGURA trol of development of the different organisms che ics involvemenc in che funcional specificicy of Antp. specificacion of body plan, These genes have a highly conserved sequence known as homeobox, which The results obtained indicare rhat che terrapeptide YPWM of Antp has a dual role in the activation of encocles a polypeptide of 60 aminoacids known as homeodomain (HD), which represents che DNA genes required for che induction of rarsus, as well as binding domain and contains four highly conserved che repression of antenna genes, which proved to be essential and crucial for the activation and repres- amino acids called «YPWM», involved in protein- sion of genes rarger of Antp in differenc develop- procein interactions. In chis study the paradox of Hox mencal stages of D. mefanogaster. The latter is highly genes is studied, to determine che mechanism by relevant, as che functional activicy of che different which highly relaced homeoproteins acquire differ- target genes can be regulated by protein-protein in- enc functions during development. teractions, rhrough che tetrapeptide YPWM modu- We performed molecular dissection of lacing the seleccion of targec genes that allow the de- Antennapedia (Ancp) to determine their functional velopment of thorax by Antp and repress che head accivicy during developmenc of D. melanogaster. To genes in D. melanogaster. The molecular mechanism do this, we performed murational analysis ofYPWM, the link between HD and YPWM, as well as che of activation and repression gene suggests interac- substitution and fusion inco che WRPW domain of repression to dtermine che functional activicy chat in a dynamic way thac allows che functional speci- cion wirh different cofactors (activator or repressors) flcity of Antp during development of D. mefanogaster. allow activacion and repression of targec genes Antp. The muration of YPWM showed that chis motif is Keywords: D. mefanogaster, Antennapedia, YPWM, necessary and indispensable for che in vivo function of Ancp in the involution of che head, in che tho- WRPW. racic transformarions of Tl to T2, and in the rarsal AGRADECIMIENTOS cransformation rhrough repression of genes of che antenna and carsal gene activation . This dual funccion ofYPWM was also shown in the activation and Los autores agradecen al grupo del Prof. Walter Gehring, de la Universidad de Basilea, en Suiza, por repression of carger genes Antp because ic was re- la colaboración, apoyo y discusión al presente traba- quired for ectopic activacion of target genes teshirt jo. Asimismo, al Conacyr, por el apoyo en el proyecto 39479-Q, ya! Paicyr, con el proyecto CN1341-06. D.L. (tsh) and grain (grn), as well as for endogenous repression of Ser and eccopic repression of Safm and dan. The replacemenr and fusion of the WRPW motif rescued and increased respectively the repressive accivicy of YPWM in Ancp, wirh no effecr on che functional activation of tarsal changes, or in che activation of che analyzed Antp target genes. On che other hand, variations in che number of amino acids which narurally separare YPWM from HD in che Antp isoforms preferentiallly increased efficiency of Antp for repression or accivation activicy, suggesting CIEI JCI"' UAI ll , Al.JO 15 1lo 60 OCTUBRE - DICIE/ . ◄ BRE 2012 C-irdenas y K. Villanueva agradecen el apoyo de las becas de Conacyr 46659 y 167042, respectivamente. REFERENCIAS 1. Gehring, W. Homeoboxes in che srudy of developmenc. Science 1987; 236: 1245- 1252. 2. Lewis, E. A gene co mplex controlling segmenracion in Drosophila. Narure 1978 ; 276(5688): 565-70. 3. McGinnis W. and Kruml aufR. Homeobox genes and axial 61 (\) �DISECOOt J MOLECU LAR DE LA FU I KIOt l DUAL DE AfHEI l AP ED IA EN EL CONTROL GEN ETI CO DEL DESARROLLO 14. Bello, B., Reséndez-Pérez, D. et al. Sparial and temporal patterning. Cell 1992; 68(2) : 283-302. 4. 5. 6. 7. Gehring W.J., Kloter U,, Suga H . Evolmion of che Hox control of gene expression in Drosophila by means of gene complex from an evol urionary ground state. Curr Top tetracycline responsive promocers Development 1998 Dev Biol. 2009; 88: 35-61. 125:2193-2202. Kmi ta-Cunisse M., Loosli F. et 11/. Homeobox genes in che 15. Reséndez-Pérez, D. , Canales-del Castillo, et al. Arquitec- ribbonworm Lineus sanguineus: evolurionary implicarions. tos moleculares en el diseño del cuerpo: an:ílisis funcional Proc Nad Acad Sci USA. 1998; 95 (6) : 3030-3035. de Anrennapedia en Drosophila. CiENCiAUANL 2002. McGinnis, W., Garber, R. eral A homologous protein- V3: 305-315. coding sequen ce in Drosop hila homeotic genes and its 16. Moreno-Rocha, J.C. , Rodríguez-Padilla, C. et al. Visuali- conservation in od1er metazoans. Cell 1984; 37(2): 403- zación de la expresión específica de tejido mediante mi- 8. croscopía confocal láser. CiENCiAUANL 2004 VIl:3348- Scott M.P. and Weiner A.J. Strucmral relatíonships among 354. genes that control development : sequence homology ber- 17 . Villanueva-Segura, O .K. Efecto del motivo WRPW en la ween che Antenn apedia, Ultrabirhorax and fushi tarazu activid ad funcional de Anrenn apedia en Drosophila mela- loci ofDrosophila. Proc Nad Acad Sci USA. 1984; 81(13): 4 11 5-4 11 9, 8. Gehring , \Y/., Y. Qian , et a l. Homeodomain-O A recognition. CeU 1994; 78(2): 2 11 -23. 9. Protocols CSH Laborarory Press 2000. 19. Canales-del-Castillo, R. Actividad funcional del retrapép- Qian, Y.Q., Otring G. , Furukubo-Tokunaga K. , Affo lrer tido YPWM de Antennapedia en la regulación de los ge- M., Gehring W .J . and Wurhrich K. NMR st rucrure nes blanco durante el desarrollo embrionario de Drosophi- determinarion reveals rhat che homeodomain is connected Úl melanogaster: Tesis de maestría en ciencias, FCB/UANL, rhrough a flexible linker 2005. to che main body in che Droso- phila Antennapedia prorein. Proc. Natl. Acad. Sci. 1992; 20. Brand A.H. , Manoukian A.S. and Perrimon N. Ecropic expression in Drosophi la. Merhods Cell Biol. 1994; 44: 89: 10738-42. 1O. Qian, Y.Q., Reséndez-Pérez, D. et al. The des{l-6) Antennapedia homeodomain: Comparison of che NMR sol urion 635-654. 21. Gibson, G. and W. Gehring. Head and thoracic rransfor- strucmre and che DNA-binding affi nity wich che intact mations caused by ecropic expression of Ancennapedia Antennapedia homeodomain. Proc. Nad. Acad. Sci. USA during Drosophi la development. D evelopment 1988; 1994 91:4091-4095. 102(4) : 657 -675. 1 1. Prince, F., Katsuyama T. et al. The YPWM morif links Anrennapedia to d1e basal rranscriprional machinery. D e- velopment 2008; 135 : 1669-1679. 12. Green, M .R. and Sambrook, J, Molecu lar Cloning: A La- borarory Manual, Cold Spring H arbor Laborarory Press, Cold Spring H arbo r, New York Fourd1 Edirion. 13. Cárdenas-Ch:ívez, D.L. Purificación de las proteínas An- (\) nogaster Tesis de maestría, FCB/UANL 2007 . 18. Sullivan , M. , Hawley, R.S. Asburner, M. Drosophila 22. Kaufman, T.C. , Seeger, M .A, and Olsen, G . Molecular and generic organizarion of che An ren napedia gene compl ex of Drosophila melanogaster. Adv. Gener. 1990; 27 : 309362. 23. Panganiban G. , Sebring A., et al. The developmenc of crusracean limbs and che evolurion of arthropods. Science 1995; 270(5240): 1363-1366. tennapedia, GAL4 y mutantes en el tetrapéprido YPWM: 24. Struhl, G.A gene produce required for correcr initiation of Dominio de represión rranscripcional en Anrennapedia. segme nta! decerminarion in Drosophila. Namre 1981; Tesis de Maestría en Ciencias FCB/UANL 2007. 293(5827): 36-41. 62 CIEI ICIA U Al JL AJ '10 15 ! l o 60 OCTUBRE . DICIE 1-1BRE 20 1 2 �DIAIJA RESEtJDEZ PER EZ DIA1 !A L CARDENAS CHAVEZ RICARDO CArJALES DEL CASTILLO KARltJA VIL LAl'1UEVA SEGURA 25. Duffy J .B. GAL4 sysrem in Drosophila: A Ay geneticisc"s swiss army knife. Genesis 2002;34: 1-15. function of rh e Ancp and Ser homeotic genes: the N 26. Li, X. , Murre C. et ,d. Accivicy regulacion of a Hox protein and a ro le for che homeodomain in inhibí t in g J. 1999; 35. Zeng, W., D. Andrew, et a l. Eccopic express ion and terminus of che homeodomain is crit ica! to funccional specificicy. Development 1993; 118(2): 339 -352. 18: 198-2 11. 36. Lohr, U. , M. Yussa, et al. Drosophila fushi rarazu, a gene 27. Wainwrighr S.M. and lsh-Horowicz D. Poinc mucacions on che border of homeotic fun ction. Curr. Biol. 2001; rranscriptiona1 acrivation. EMBO in che Drosophila hairy gene demonstrate in vivo requirements for basic, helix-loop-helix and WRPW domains. Mol. CeU. Biol. 1992; 12(6): 2475-2483. 28. Goldstein, R.E. , Jiménez G. et al. Huckebein repressor activicy in Drosophila terminal parterning is mediated by Groucho. Developmenr 1999; 17: 3747-55. 11 (18): 1403-12. 37. Rauskolb C. and \Viesduus E. Coordinare regulacion of downscream genes by ex cradencicle and che homeotic selector proteins. EMBO J. 1994; 13(15): 3561-3569. 38. Papadopoulos D.K., Reséndez-Pérez D ., Cárdenas-Chávez D.L., et al. Functional synchetic Ancennapedia genes and 29. Dawson, S.R. , Turner D.L. et al. Specificicy for che hairy/ che dual roles of YPWM motif and lin ker s ize in enhancer of splic basic helix-loop-helix (bHLH) proteins transcriprional activarion and repression. PNAS 2011 ; 108 maps ourside rhe bHLH domain and suggest rwo separable modes of rranscriptional repression . Mo l. Cel l. Biol. 1995; 15: 6923-6931. (29): 11959-64. 39. Grieder N.C. et al. Spalt major conrrols che developmenc of the notum and of wing hinge primordia of rhe Droso- 30. Fisher, A.L., Ohsako, S., Caudy, M. The WRPW motif of che hairy-relared basic helix-loop-hel ix represso r proteins ph ila melanogaster wing imagina! d isc. Dev Biol 2009; 329:315-326. acts as a 4-amino-acid transcription repression and protein- 40. Riley P. D. , Carroll S.B. and Scott M.P. The expression protein inreraction domain. Mol. Cell. Biol 1996; 16: and regulation of Sex combs reduced protein in Droso- 2670-2677. phila embryos. Genes Dev. 1987; 1(7): 7 16-730. 31. Parkhurst, S.M. Groucho: making irs Marx as a 41. Pelaz S., Urquía N. and Morara G. Normal and ectop ic transcriptional co-repressor. Trends. Genetic. 1998; 14: domains of rhe homeotic gene Sex combs reduced of Dro- 130- 132. soph ila. Developmenr 1993; 11 7(3 ): 9 17-923. 32. Lohr U. and Pick L. Cofactor-inceractions motifs and che 42. Tolkunova E. ., Fujioka M ., et al. Two distincr cypes of cooption of a homeoric Hox protein in to che segmenration repression domain in engrailed: one interacts with rhe parhway of Drosophila melanogascer. Curr Biol. 2005; groucho corepressor and is preferencial!)' active on 15(7): 643-649 . inregrated rarget genes. Mol Cell Biol. 1998; 18(5): 2804- 33. McCormick A., Coré ., et al. Homeoric response 28 14. elemenrs are tighdy linked co rissue-specific elemenrs in a transcriprional en hancer of the teashirc gene. Developmenr 1995; 121: 2799-2812. Recibido: 1 de septiembre de 2012 Aceptado: 1 de septiembre de 2012 34. Roder, L., C. Yola, et al. The role of che ceashirr gene in trunk segmenta! identiry in Drosophila. Development 1992; 115(4): 101 7 -1033. CIEI 1Cl4. UAr ll 4.1 10 15 1lo 60 OCTUBRE - DICIE/.•BRE 2012 63 (\) �c1ENC1AXVuANL ANIVERSARIO Autonomía y bienestar en las mujeres divorciadas BLANCA MrRTHALA I .... / ', ·. , (PRU110D';\ INVUTIGACIO~ UANL 2012 T AMEZ V ALDEZ*, MANUEL R.rnEJRo FERRElRA ** El divorcio constituye un fenóme- En México, durante las ú.ltimas décadas, se ad- no social en expansión, ya que tanto en el estado de Nuevo León, como a nivel naciona.l, se advierte vierte una clara tendencia ascendente, siendo aún un notorio incremento en las últimas décadas (figura 1). No obstan- más evidente a nivel estatal. De acuerdo con las estadísticas oficiales, entre 1971 y 2008 la relación entre el número de divorcios registrados por cada 100 matrimonios prácticamente se ha cuadruplicado a te, el comportamiento es distinto al observado en nivel nacional, en el transcurso de las últimas cuatro países desarrollados, apareció más tarde y sin llegar aún a los niveles observados en dichos países: Espa- décadas. En el estado de Nuevo León llama la atención el comportamiento causado por el divorcio, el ña presentó una tasa de 59% en 1991; en Estados cual se ha triplicado en lo que va del presente siglo Unidos, 50% de los matrimonios llegó al divorcio en l 998, y Austria alcanzó 65% en 2005. 1 (figura 1). 2 Además del sostenido incremento del divorcio, En los países más industrializados son marcadas diferencias en torno a dicho fenómeno: por un lado, un elemento de suma importancia para su estudio estriba en que éste representa un signo de los cam- en Estados Unidos, Reino Unido, Suecia y Noruega bios observados en la disolución conyugal. b A nivel se observó un pronunciado incremento a fines del siglo pasado, mientras que en los últimos años se sociodemográfico, conforma uno de los principales indi cadores de la llam ada "segunda transición han estabilizado sus tasas de divorcio; por otro lado, sociodemográfica", que a su vez se vincula a una se- España, Francia e Italia muestran, hasta el momento, un incremento sostenido en el registro de divor- rie de transformaciones ocurridas al interior de la familia, ligadas de manera directa con un cambio en cios. De acuerdo con estadísticas oficiales brindadas por el papel de la mujer, especia1mente el aumento en el Eurostat," tan sólo entre 1998 y 2005, España presentó un incremento de 100%, Italia, a su ve::z, lo vio incrementarse en 40%, y Francia en 30%. 1 • Eurostat (Oficina Estadística de la Unión Europea). Fundada en 1953, su cometido es reuni r y analizar datos de los diferentes insci ruros de escadística europeos y producir datos co mparables a nivel de la UE. El presente artículo e:.tá basado en lo inve:.tigoción '~utonomío y bienestar en las mu jeres divorciado:.11, galardonado con el Premio de I nvestiga- ción UAN L 2012 , en la rnfegoría de Gencias Sociales, otorgado en se· sión solemne del Conse10 Universilono, en septiembre de 2012 . (\) 64 En México, la principal forma de disolución conyugal ha sido la viudez y, en menor medida , la rupru ra o separación de los cónyuges. A panir de los dacos senalados, esca úlcima cobra cada vez mayor imporcancia en el país aun cuando sigue conscicuyendo la segunda en proporción. 6 ~ Universidad Aucónoma de Nuevo León , FTS. manuelribeiroferreira@hotmail.com CI EI JCIA UAI1L I Af10 15 1lo 60, OCTUBRE . DICIEMBRE 2012 �BLNJCA MIRTHAlA TAMEZ VALDEZ, MANUEL RIBEIRO FERREIRA 30 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 25 + - - - - - - - - - - - - - - - -~ ...----, 20 +----------------+---! dios realizados sobre los efectos del divorcio en las mujeres, 3-8 indica una situación de mayor vulnerabilidad en ellas, en particular por el hecho de que generalmente conservan la custodia de los hijos y conforman en gran medida familias de tipo monoparental; mientras en lo laboral, en ocasiones dejaron de trabajar, otras veces mantuvieron una carrera intermitente a partir del ciclo de vida fami liar, o se mantuvieron trabajando tiempo parcial en muchos casos, dificultando su reincorporación a un o trabajo de tiempo completo y en condiciones propiEstatal ~ Nacional cias para enfrentar la jefatura del hogar y responsabilizarse de las necesidades familiares. Esto resalta la Fig. I, Relación de divorcios por cada 100 matrimonios a nivel nacional y en el estado de Nuevo León, Fuente: Elaboración propia con datos del INEGI (2009}. importancia del estudio de estos efectos en este grupo particular_ El presente documento muestra los resultados de un estudio realizado sobre el divorcio en el área metropolitana de Monterrey, enfocado en la relación nivel de su autonomía, así como de los nuevos significados adquiridos por estos cambios en las relacio- entre el nivel de autonomía que las mujeres perci- nes familiares. A nivel microsocial, en la dimensión familiar, el nivel de bienestar. La perspectiva teórica que guía la interpretación de los resultados obtenidos se encuen- ben haber tenido antes y después del divorcio y su divorcio consiste en un proceso de ruptura y trans- tra conformada principalmente por la teoría de la formación familiar que muestra una creciente y compleja diversidad, lo que ha tornado el fenómeno en estructuración y praxis social de Giddens,9 que de diverso y heterogéneo, haciendo hincapié en la necesidad de incorporar su estudio dentro del análisis de las transformaciones familiares, particularmente en México, donde los estudios con respecto a esta cuestión son escasos. El aumento del divorcio conforma un indicador relevante de las transformaciones sociales y fami liares, cuyo análisis permite adentrarse de manera alterna en las transformaciones ocurridas a nivel macrosocial, así como en las repercusiones de éstas en los cambios ocurridos al interior de la familia. Además, la situación diferencial que enfrentan las mujeres, tanto al interior de la familia como en el mercado laboral, aunado a los reportes de los estu- CIEIKlü, UAI ll, Al-JO 15 f lo 60 OCTUBRE - DICIE/, ◄ BRE 2012 la mano con los conceptos de agencia y bienestar desarrollados por Sen, 10 y en combinación con la perspectiva de género, brinda las herramientas de análisis que permiten la lectura de la evidencia obtenida. OBJErlVO DEL ESnJDIO Estudiar la relación presente entre el nivel de autonomía percibido por las mujeres que alguna vez han enfrentado el divorcio, tanto durante su matrimonio, como después del divorcio y el nivel de bienestar que ellas señalan tener; además, revisar los efectos, sociales y materiales, señalados por las mujeres tras el divorcio, centrándose en las mujeres divorcia- 65 (\) �AUTOl✓ OMIA Y BIEI-JE STAR El J LAS MUJE RES DIVORCIADAS das que viven en el área metropolitana de Monte- cuales 189 son de opción múltiple y 30 abiertas. La rrey. cédula fue elaborada por el equipo de investigadores dirigido por Manuel Ribeiro, tras una revisión ex- HIPÓTESIS PLANTEADAS haustiva, tanto de bibliografía en torno al tema, como A. El nivel de autonomía percibido por las mujeres de otros estudios que abordan distintos aspectos del fenómeno en cuestión. Asimismo, fue validada por presenta un aumento después del divorcio. B. El nivel de bienestar que las mujeres perciben será mayor en el momento posterior al divorcio. C. A mayor nivel de auronomía percibido por las mujeres con respecto al momento anterior al di- jueces expertos en el tema, probada y corregida a través de una prueba piloto y revisada de forma exhaustiva por el equipo investigador. Para su aplicación se utilizó la entrevista dirigida. Las dimensiones que contiene el instrumento vorcio, menores efectos negativos presentarán tras el divorcio. elaborado son: a) datos de identificación, b) com- D. A mayor nivel de autonomía percibido por las d) trabajo, e) relación con excónyuge, /) salud, g) mujeres de manera posterior al divorcio, meno- estado de ánimo, h) situación antes y después del res efectos negativos se presentarán en este grupo divorcio, i) apoyos j) autonomía, k) bienestar, L) in- de estudio. E. El nivel de auronomía que las mujeres perciben durante el matrimonio influye en el nivel de bien- posición familiar, e) matrimonio, divorcio e hijos, gresos familiares. Muestra estar que percibieron durante el mismo período. F El nivel de autonomía que las mujeres perciben, después del divorcio, influye en el nivel de bien- Se diseñó una muestra no probabilística para el estudio, al no contar con datos de localización de los estar de éstas en el mismo momento. sujetos de estudio; siendo mixta, se eligieron, en un primer momento y de forma aleatoria, las zonas de Mlm)DO aplicación: áreas geoestadísticas básicas (AGEB) y El estudio siguió un diseño de tipo transversal, cuan- divorciadas en cada AGEB. Se buscó la representati- titativo y correlacional, a través del cual se aplicaron vidad de las distintas zonas del área metropolitana y 779 cédulas a 322 hombres y 457 mujeres que algu- que la selección de AGEB se encontrara conforma- na vez enfrentaron el divorcio y viven en el área me- da por distintos niveles socioeconómicos. tropolitana de Monterrey. La aplicación se realizó Para el cálculo de la muestra, se consideró el toral de áreas geoestadísricas básicas (AGEB) conteni- muestreo por cuota para la selección de personas entre los meses de noviembre de 2009 y septiembre de 2010, incorporándose principalmente ocho de los diez municipios que conforman el área metropolitana de Monterrey: Monterrey, San Nicolás de das en el área metropolitana de Monterrey, siendo éste de 1200 unidades. Para calcular las AGEB requeridas en la m uestra, de acuerdo a la fórmula apli- los Garza, Guadalupe, San Pedro, Santa Catarina, cada, se consideró un margen de error de .05 y un Apodaca, Escobedo y Juárez. El instrumento diseñado para el estudio consiste alfa o intervalo de confianza de 95%. La muestra se calculó de acuerdo con la fórmula en una cédula con un total de 219 preguntas, de las siguiente: (\) 66 CI EI ICIA UAI IL Al 10 15 1Jo 60 OCTUBRE - DICIEUBRE 2012 �BLNJCA MIRTHAlA TAMEZ VALDEZ , MANUEL RI BE IRO FER RE IRA Haber enfrentado el proceso de divorcio, por lo n = ------ Se obtuvo como resultado 298 AGEB (tamaño de muestra con alfa de 95% y margen de error de 0.5). Se seleccionaron 300 AGEB, cuya relación quedó distribuida de la siguiente manera: en Monterrey fueron seleccionadas 123 AGEB (4 1%), en San Ni- menos una vez Haber concluido su trámite de divorcio legal Vivir en el área metropolitana de Monterrey. Criterios de exclusión: Personas que no han concluido su trámite de di- colás de los Garza 21 AGEB (7%), en Guadalupe 42 AGEB (14%), en Apodaca 37 AGEB (12%), en vorcio legal y se encuentran únicamente separa- Escobedo 29 AGEB (9.7%), en Santa Catarina 25 Personas que no viven en el área señalada. dos. AGEB (8 .3%), en San Pedro 12 AGEB (4%) y en Juárez 11 AGEB (3.7%). El porcentaje se determi- Cabe señalar que a partir de éstos fueron inclui- nó con base en la proporción de AGEB de cada mu- das en el estudio mujeres que enfrentaron alguna vez nicipio, en relación con el total del área metropoli- el divorcio, independientemente del número de divorcios enfrentados, así como de su estado civil ac- tana de Monterrey. En una segunda fase se diversificó el método de captación de los sujetos de investigación, tual y el tiempo transcurrido después de su divorcio. recurriéndose a diversas fuentes que facilitaran el ANAl.lSIS DE RESULTADOS acceso a éstos: como grupos de apoyo a divorciados en diversos municipios de dicha área (San Pedro, Perfil sociodemográfico del grupo de estudio Guadalupe, San Nicolás de los Garza y Escobedo); quienes acuden al Tribunal Eclesiástico de Nuevo El grupo de estudio estuvo conformado por 457 León para solicitar la anulación de su matrimonio mujeres, cuya edad fluctuó entre los 19 y 82 años, religioso; y voluntarios que acudieron a dos juzgados de lo familiar en Monterrey. La incorporación con una media de 40 años; una escolaridad prome- de estas fuentes brindó la posibilidad de ampliar y fluctuando entre O y 26 años; advirtiéndose que su- diversificar la muestra, captando personas que reali- pera mucho al promedio de escolaridad en la pobla- zaron su divorcio en distintos tiempos, sumándose tanto casos recientes como los de personas que presen- ción general (nueve años), según las cifras oficiales (INEGI, 2011). El estado civil que predomina entre taban mayor tiempo de divorciados, lo cual facilitó d las participantes es el de divorciadas (siete de cada análisis de las principales variables incluidas en relación diez), siguiendo las casadas en segundas o terceras al tiempo transcurrido tras el divorcio. nupcias (dos de cada diez) , el resto está constituido Cabe señalar que aún después de diversificar las fuentes de captación, se cuidó que las encuestas cap- por quienes viven en unión libre (siete de cada cien) y, en mínima proporción (una de cada cien), por tadas se ajustaran a la distribución esperada en los quienes enviudaron o se encuentran separadas de un distintos municipios del área señalada, respetándose la proporción de población que vive en los distintos segundo matrimonio. En torno a la actividad económica que realizan, municipios de la misma. Criterios de inclusión: se observó que 83% se encuentra incorporado al CIEIKlü, UAI ll, Al.JO 15 f lo 60 OCTU BRE - DICI E / , ◄ BR E 2012 dio de 14 años aprobados en la educación formal, 67 (\) �AUTONOMÍA Y BIEl,JE STAR El J LAS MUJERE S DIVORCIADAS mercado laboral al momento del estudio, resaltando dad es mayor en su expareja (3 a 11 años). Lo ante- que de ellas 70% comenzó a hacerlo de forma previa a su divorcio, mientras que 9% lo hizo al mismo rior indica que las mujeres igualaron o superaron la escolaridad de su expareja, aunque por limitan tes del tiempo que se divorciaba, únicamente 21 % inició estudio, ignoramos en qué momento ocurrió. su actividad laboral de forma posterior al divorcio. Esta evidencia muestra que las mujeres participan- Características del divorcio tes trabajaron regularmente durante su matrimonio en mayor proporción que la población total de mu- Las participantes en el estudio presentan una media jeres casadas lo hace actualmente (39%), de acuerdo de 7 .54 años de divorciadas, con un rango de 44 (O con los datos oficiales mostrados por la Encuesta a 43 años), aunque generalmente estuvieron separa- Nacional de Ocupación y Empleo (INEGI, 20 10). das en promedio 18 meses y pensaron en el divorcio Características del matrimonio durante un promedio de 2 1 meses antes de la separación . En cuanto a la iniciativa de divorciarse, en seis de cada diez casos lo decidió la mujer; en tanto Entre las características del matrimonio resalta la que en sólo dos de cada diez casos lo decidieron duración legal ,< que en promedio fue de nueve años, ambos y, en menor proporción, fue la expareja quien con un rango de 45 (O a 45 años). Asimismo, la situación de homogamiad presente en las parejas, por un lado, se observó que en torno a edad la mitad de lo hizo. Con respecto al tipo de divorcio, la mayoría (siete de cada diez) decidió por el divorcio voluntario, las participantes refirió presentar homogami a, al una séptima parte ruvo un divorcio necesario, en mostrar una ligera o nula diferencia con su expareja (O a 2 años). Sin embargo, una proporción muy si- igual proporción tramitaron un divorcio administrativo, y solamente en una de cada cien procedió la milar señaló tener una diferencia de entre 3 y 28 anulación del matrimonio. En torno a la custodia años, siendo mayor el varón; mientras que solamen- de los hijos, 90% de quienes tenían hijos menores te cinco de cada cien presentan una edad mayor al de edad al momento del divorcio conservó la custo- varón (entre 3 y 20 años). Por el contrario, con respecto a la escolaridad, actualmente con alguno de sus hijos; la cuarta parte dia, en tanto siete de cada diez mujeres indicó vivir los datos indican que seis de cada diez parejas presentan nula o escasa diferencia (O a 2 años) con su señaló no haber tenido hijos. expareja; pero en corno a la hecerogamia sobresale La prueba de hipótesis que la cuarta parce mostró mayor escolaridad que el hombre con quien estuvieron casadas (3 a 12 años), Para medir el incremento en el nivel de autonomía mientras que en sólo quince de cada cien la escolari- que las muj eres perciben entre el periodo anterior al divorcio y el actual, planteado en la hipótesis ''A" , se utilizó la prueba t para comparar la media de los ' El estudio presentado realiza una disti nción entre la duración legal que corresponde al tiempo que la pareja permaneció casada legal men te y la duración social que im plica el tiempo que permanecieron viviendo juntos, es decir, hasta la separación fis ica de la pareja. d Homogam ia es el rérmino utilizado para referirse a la igual dad presente em re los miembros de la pareja en romo a aspectos como: escolaridad, edad, posición social, ere. (\) 68 puntajes obtenidos en cada una de las variables en cuestión: nivel de autonomía que las mujeres p erciben durante su matrimonio y nivel de autonomía que p erciben al momento del estudio. Se observó un valor de CI EI JCIA UAI JL Al 10 15 1lo 60 OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �BLAI JCA MIRTHA!.A TAMEZ VALDEZ MAi JUEL RI BE IRO FER RE IRA t = 14.360, el cual indica una diferencia estadística- divorcio y las variables independientes, entre las que mente significativa en la percepción de ambos mo- destacan las referidas al nivel de autonomía percibido mentos (tabla l) . La prueba estadística permite rete- por fas mujeres, tanto de forma anterior, como poste- n e r la hipótesis p lanteada , lo que indica un rior al divorcio. incremento estadísticamente significativo, en torno al nivel de autonomía que las mujeres perciben des- A partir de los valores arrojados por la prueba estadística, es posible retener la hipótesis "D", que pués del divorcio. señala una relación entre el nivel de autonomía posterior al divorcio y los menores efectos enfrentados Tabla l. Medidas de tendencia central en ambos puntajes . tras el divorcio, pero no así la hipótesis "C " q ue indica una relación entre el nivel de autonomía durante el matrimonio y dichos efectos tras el divor- Medidas de tendencia central Media Mediana Moda Desviación estándar N Rango Autonomía percibida antes del divorcio 12.82 13.0 5.8 Autonomía percibida después del divorcio 16.33 15.0 15 4.6 457 0-25 457 7-31 9 cio, misma que se rechaza a partir del resulrado obtenido (tabla III). Cabe señalar que en torno a la percepción de los efectos que las participantes indicaron, se observa que la mayoría, 94%, indicó una clara mejoría en su situación al comparar varias situaciones (salud, trabajo, estado de ánimo, sentimientos de soledad, sen- /""' 14.360 Sig11if,ca11cia es1adística~ .000 timientos de felicidad, relación con los hijos, situación económica, vida amorosa, vida socia l y relaciones con amigos), entre el momento anterior al divorcio y el posterior al mismo; mientras que la Para probar la hipótesis "B" del presente estudio, minoría indicó percibir un empeoramiento de su si- también se utilizó la prueba t, de tal forma que per- tuación , principalmente en la relac ión con su mitiese analizar la diferencia estadística entre los expareja. puntajes obtenidos en: nivel de bienestar que fas mujeres perciben durante su matrimonio y nivel de bienestar que p erciben después del divorcio. Se obtuvo un Thbla II . Medidas de tendencia central en pwllajes obtenidos en la percepción de bienestar. valor de t = 20. 7 59, que indica la existencia de una Medidas de tendencia central diferencia estadísticamente significativa entre ambos puntajes, y permiten retener la hipótesis "B", que plantea un incremento significativo en el momento posterior (tabla JI). Media Mediana Moda Desviación estándar En la prueba estadística realizada para confrontar la evidencia empírica con el planteamiento de las hipótesis "C" y "O", se eligió la prueba de regresión lineal, que fue corrida luego de revisar detenidamente Rango los valores de correlación presentes entre la variable dependiente: efectos percibidos por fas mujeres tras el CIEI JCl 4. UAJ ll Al.JO 15 1lo 60 OCTU BRE - DICIE/.• BRE 2012 t= Bienestar percibido antes del divorcio 21.18 21.00 33 7.7 Bienestar percibido después del divorcio 30.08 32.0 33 4.1 36 1 0-33 385 10-33 20.759 sig11ifica11cia esiadística=.000. 69 (\) �AUTOl•JOMIA Y BIEl•JE STAR El J LAS MU JERE S DIVORCIADAS Tabla m. Modelo que explica el nivel de efectos enfrentados tras el divorcio. Indicadores Valor R .623 .388 3.543 R Square Error estándar de la estimación Grados de libertad F Beta de : Diferencia en biene tar Escala de autonomía después Esco laridad Escala de necesidades Duración soc ial del matrimonio Duración legal del matrimonio como por el valor elevado mostrado por la variable independiente, cuya varianza permite explicar en gran medida a la variable dependiente (tabla IV). ivel de significancia Tabla IV. Modelo que explica el bienestar que las mujeres perciben haber tenido durante el matrimonio. 6 22.625 .000 .471 .000 .181 .194 . 122 .002 .001 .037 -.38 1 .004 .296 .024 Al realizar un análisis más fino, que permmese distinguir los grupos de mujeres que presentan mejoría de las que no la perciben, llama la atención que las diferencias en torno a la percepción de estos efectos no son significativas a parcir de su situación de trabajo, ni por el hecho de tener o no hijos, como tampoco se denota influencia del tiempo que llevan de divorciadas; la diferencia significativa aparece en función principalmente de la iniciativa tomada en relación al divorcio, así como de forma menos significativa en cuanto a la escolaridad de la mujer. A fin de probar la relación planteada por la hipótesis "E" entre el nivel de autonomía que las mujeres perciben haber tenido durante su matrimonio y el bienestar mostrado en ese mismo momento, se urilizó la prueba de regresión lineal, para determinar si Indicadores Va lor R R Square Error estándar de la estimación Grados de libertad F Beta de: ivel de autonomía antes del divorcio Duración legal del matri monio Edad de la mujer Duración social del matrimonio .516 .266 6,582 Nivel de significancia 4 29,522 .000 .519 .000 .433 .146 .0 13 -.321 .022 .002 o obstante, llama la atención que, por un lado, la duración legal del matrimonio influye directamente en el nivel de bienestar; por otro lado, la duración social del mismo muestra una relación inversa con el bienestar. Ello sugiere que una mayor convivencia con la expareja influye de manera inversa en el nivel de bienestar que la mujer percibió durante el matrimonio, a diferencia de la combinación de nivel de autonomia con la duración legal del matrimonio y la edad, las cuales, al incrementarse, ven aumentar su percepción de bienestar. Finalmente, al probar la hipótesis "F" se buscó la relación presente entre el nivel de autonomía percibido al momento posterior al divorcio con el bien- la hipótesis independiente es mantenida por el modelo de regresión que explica o predice la variable estar en el mismo momento. A parcir del valor arro- dependiente. jado por la prueba, se advierte que en gran medida el nivel de bienestar posterior al divorcio se explica De esta forma, el análisis estadístico permite retener la hipótesis "E", tanto por el nivel de significancia del modelo arrojado por la prueba, o predice por la varianza de una combinación entre el nivel de autonomía percibido por las mujeres tras CI EI ICIAU-'II IL AJ10 15 llo 60 OCTUBRE. DICIEr-1 e �BLAI JCA MIRTHAJ.A TAMEZ VALDEZ, MAi JUEL RIBEIRO FERRE IRA el divorcio con su nivel de escolaridad, lo que indica familiar. Por otro lado, con respecro aJ nivel de bien- que se trata de una combinación de recursos tanto estar, fueron ocho de cada diez mujeres quienes per- autoritarios como distributivos, de acuerdo con lo cibieron una mejoría de grado en torno al bienestar señalado por Giddens en su teoría de la estructura- que muestran después del divorcio, observándose que ción y praxis social (tabla V). el incremento de forma más evidente se da en torno a la satisfacción que muestran con su nivel de auto- CONCLUSIONES nomía, así como la que presentan consigo mismas. Con respecto a la relación observada entre el ni- A partir de las evidencias empíricas, es posible seña- vel de auronomía y el nivel de bienestar percibido lar que la percepción de las mujeres en torno a los por las mujeres, se advierte que la combinación del njvel de autonomía y el nivel de escolaridad de la mujer, principalmente en el momento posterior al Tabla V. Modelo que ex.plica el bienestar de las mujeres después del divorcio. divorcio, predice en gran medida el nivel de bienestar y mejoría observada en los efectos. Ello permite Indicadores R R Square Error estándar de la estimación Grados de libertad F Beta de: Nivel de autonomía después del divorcio Escolaridad de la mujer divorciada Va lor Nivel de significancia .518 .269 retomar y confirmar el planteamiento realizado a la luz de la reoría de la estructuración y praxis social, con respecto a que la combinación de recursos en la mujer, tanto auroritarios (nivel de autonomía) como 3.8 63 2 42.427 distributivos (nivel de escolaridad), le permite a la .000 mujer cambiar su circunstancia, responsabilizándose de su situación y la de sus hijos, para producir un cambio que conlleva mejoras en su calidad de vida y .489 .000 .117 .041 con ello su nivel de bienestar. 9 Dicha combinación de recursos (autoritarios y distributivos) predice o explica en forma significativa el nivel de bienestar mostrado por las mujeres de manera posterior al divorcio. efectos del divorcio es principalmente de mejoría. De esta manera, las evidencias obtenidas parecen De forma paralela a esta mejoría, se advierte el noto- señalar que las participantes, en promedio, vivieron rio incremento reportado por el grupo, tanto en el un proceso de emancipación, superándose en lo edu- nivel de autonomía como en el de bienestar, al com- cativo (años de escolaridad), así como en su partici- parar el que percibieron antes del divorcio con el pación laboral, pero principalmente en torno a su que perciben en un segundo momento, posterior al divorcio. Por un lado, en torno al nivel de autono- participación en la toma de decisiones y el control de sus recursos, lo que permitió una sensible mejo- mía se observó que siete de cada diez participantes ría de su situación luego del divorcio enfrentado. percibió un incremento en el mismo, siendo más Los datos obtenidos parecen revelar que, a la par, evidente en quienes indicaron tener un nivel bajo también estuvo presente un proceso al interior del durante su matrimonio. El incremento fue más no- marrimonio, en el que generalmente las mujeres de- torio en torno a la libertad para decidir sobre su riem- cidieron divorciarse luego de algunos meses de pen- po libre y la ljbertad para decidir sobre el ingreso sarlo y, en ocasiones, tras una variable separación fí- CIEI JCI"' UAI ll , Al.JO 15 I lo 60 OCTUBRE - DICIE/ , ◄ BRE 2012 71 (\) �AUTON OMIA Y BIEl·JE STAR El J LAS MUJERE S DIVORCIADAS sica de su excónyuge. Por otro lado, a nivel macro es amount of independence that women perceive to posible observar que las mujeres divorciadas conforman principalmente familias de tipo monoparenta1, have had at the moment prior to their divorce and soon after, and their state of well-being. The infor- especialmente cuando tienen hijos menores de edad, mation analysis is performed under che Giddens aunque también se advierte una tendencia a volver a unirse o casarse mayor a la presente en décadas ante- theoretical perspective of structure and social praxis, reviewing the social phenomenon as a process in- riores, así como a regresar a su familia de origen o volving break- up and family transformation; mean- conformar hogares unipersonales, sobre todo cuan- wh ile incorporating che sociodemographic context. do no tuvieron hijos. Asimismo, se denota que las mujeres divorciadas en promedio tienen una escola- Keywords: Divorce, Autonomy, Welfare, Women. ridad mayor a la promecLo, trabajan también en mayor mecLda, au n cuando tengan hijos, y deman- REFERENCIAS dan, por lo tanto, requerimientos de apoyo a la política social, particularmente a la laboral. I, Eurosrar (2009), Oficina Estadística de la Uni6n Europea. Instituto Nacional de Estadística en Espana. hrrp:// RESUMEN europa.eu/ documen ration/ statistics-polls/index_es. h tm 2, El presente documento aborda el análisis de los re- cios. Aguascalientes: Instituto Nacional de Estadística, sultados arrojados por un estudio sobre los efectos del divorcio, realizado en el área metropolitana de INE GI (201 O). Estadísticas sobre Matrimonios y Divor- Geografía e Informática. 3. Monterrey. Se centra en la relación presente entre el nivel de autonomía que las mujeres perciben tamo Bursik, K. (1991). Correlates of women's adjus tm em during the separation and divorce process. In: Sandra S. Volgy (199 1) . Women a nd divorce, Men and divorce. en el momento previo al divorcio como posterior a1 Gender d ifferences in separation, divorce and remarriage. mismo y su nivel de bienestar. El análisis de los da- New York: The H aworth Press, tos se realiza desde la perspectiva teórica de la es- 4, Garvin, V. ; N. Kalrer & J. Hansell (1993) .Divorced tructuración y praxis social de Giddens, con una re- women: factors conrriburin g to resilency and vul nerabiliry. visión del fenómeno social como proceso de ruptura In: Journal of divorce & remarriage. Vol, 21 (1/2), Pp.21- y transformación familiar; e incorpora a su vez el 39. contexto sociodemográfico. 5. Henríq uez, M. ( 1998). Significaciones en el proceso de d ivorcio, Esrudios de caso en mujeres de secto res medios Palabras clave: Divorcio , Autonomía, Bienestar, de la Ciudad de México. México: Tesis para optar por el Mujeres. grado de maesrrfa en antropología social. CIESAS: Centro de Investigaciones y Estudios Superiores en Antropo- ABSTRACT logía Social. 6. Mauldin, T. (1991 ). Economic conseq uences of divorce Trus document discusses the analysis of che resul ts or separation among women in poverry. In: Sandra Volgy. obtained by a study on the effects of divorce, conducted in the metropolitan area of Monterrey, Women and divorce, Men and divorce. Gender differences Mexico. It focuses on che relationship becween che Haworth Press. (\) 72 in separarion, divorce and remarriage. New York: The CI EI ICIA UAI IL Al 10 15 1Jo 60 OCTUBRE - DICIEUBRE 2012 �BLAI KA MIRTHAJ.A TAM EZ VALDEZ MPJ !U El RIBEIRO FERREIRA 7. Molina, O. (1999) . The effecr of divorce on african amer ican working women. In : Journa l of divorce & remarriage, vol. 32 (1/2) . pp.1-15. 8. Molina, O . (2000). Srresses and srrengrhs of working 9. Giddens, A. (1984). The Consciturio n of Sociecy. O udi ne of che Theory of Scruccuration. Cambridge: Poli ry Press. 1O. Sen , A, (2002). Desarrollo y libertad . Barcelona: Editorial Planeta, S. A. women in a divorce supporr group. In: Journal of divorce & remarriage, vol. 33 (3/4) pp. 145-160. Recibido: 1 de septiembre de 2012 A ceptado: 1 de septiembre de 2012 CIEI ICl4. UAr 1, :..1·10 15 1lo 60 OCTUBRE - DICIE/.•BRE '.'012 73 (\) �c1ENC1AXVuANL ANIVERSARIO Violencia y perdón en personas con antecedentes de mal trato infantil. Diagnóstico del procesamiento cognitivo MA. lsoLDE HEoLEFS AauILAR*, ERN ESTO O. LóPEZ RAMiR.Ez*, G ADALUPE E. MORALES MARTfNEZ* El maltrato infantil se ha señalado porque no se cuenta con una cifra exacta del número como un factor de riesgo o predis- de casos de maltrato infantil. Sin embargo, el Fondo posición para diferentes desórdenes de las Naciones Unidas para la Infancia (UNICEF) 12 emocionales (por ejemplo, trastor- estima que, al año, entre 500 y 1,500 millones de no por estrés postraumático, ansie- niños padecen violencia, y señala que entre los países dad). Asimismo, las experiencias con mayor número de muertes por maltrato infantil de maltrato durante la infancia tienen w1 efecto poco se encuentran: México, Estados Unidos y Portugal. 13 favorab le sobre el desarrollo psicosocial 4 y causan En el caso particular de México, el Sistema de Desarrollo Integral de la Familia acional (DIF) 14 1- 3 cambios potencialmente adversos en la estructura y funcionamiento del cerebro. 5-9 El maltrato infantil parece estar correlacionado con la aparición de desórdenes psiquiátricos y del comportamiento. 8• 10• 11 En general, el rango de los síntomas del maltrato es muy amplio. registró y comprobó entre 17 ,000 y 35,000 casos de maltrato infantil severo, durante el periodo que comprende 2001-201 O, observó además una tendencia a incrementarse en los más años recientes. Las estadísticas disponibles a nivel mundial y en México Aunque las experiencias de abuso o daño físico, señalan al maltrato infantil como un problema de psicológico, emocional, sexual y abandono que da- amplio espectro social y de salud pública, por lo que ñan la integridad de una persona durante su infancia (el maltrato infantil) tienen consecuencias desfavo- han surgido esfuerzos académicos para ampliar la comprensión de este fenómeno. rables a corto, mediano y largo plazo en su vida, es La mayoría de estos esfuerzos se ha centrado prin- dificil medir el verdadero alcance de este fenómeno , cipalmente en la exploración de casos clínicos, 15 • 16 la obtención de indicadores para la detección y pre- El presente artic ulo está basado en la investigación wN ueva, fonnos de vención del maltrato infantil, 17 y el estudio de la diagnóstico del procesamient o cogn itivo de eventos de violen cia y perdón en person as con antecedentes de maltrato in fa ntil "', galardonada con el Premio de lnveol1gación UAN L 2012, en la categoría de Huma nidades, otorgado en ,esión solem ne del Con,ejo Univeroita ri o , en sep tiembre de 20 12 (\) 74 Universidad Aurónoma de Nuevo León, Labo rato rio de Psico logía Cogn iriva, FaPsi. lab.cogni rive@gmail.com CI EI JCIAUA11L ;Af1015 flo 60,OCTUBRE-DICIEMBRE2012 �MA !SOLDE HEDLEFS AGUI LAR, ERI JESTO O LOPEZ RAMIR EZ, GUADALUPE E MORALES MARTlrlEZ transmisión intergeneracional de conductas de maltrato, 18 Sin embargo, aún se conoce poco sobre el Lo anterior significa que, en el proceso de perdón, los mecanismos cognitivos de evaluación emo- efecto de los eventos estresantes de violencia en la cional de la persona son especialmente relevantes. Sin infancia sobre la estrucrura cognitiva de las personas embargo, dado que estos procesos se dan de manera que los experimentan. Hay poca información sobre qué tipo de mecanismos de procesamiento emocio- implícita en una estructura cognitiva automática que no es accesible a la conciencia, ha sido difícil explo- nal preatentivo se instala, dados los antecedentes de rarlos, porque la mayoría de los instrumentos dispo- maltrato y cómo es que posibles esquemas concep- nibles miden la estructura mental del perdón a nivel tuales disfuncionales en memoria a largo plazo sobre consciente y explícito, esto señala la necesidad de violencia se pueden organizar y mantener. Además, nuevas direcciones metodológicas en el estudio del se desconoce cómo dichos mecanismos y esquemas perdón dentro del maltrato infantil. regulan o influyen las estrategias cognitivas de afrontamiento exitosas ante el trauma de haber vivido vio- El empleo de instrumentos de medición implícita y automática, como los utilizados en el presente lencia, por ejemplo, el caso del perdón humano. trabajo, es relevante en el estudio cognitivo del per- El perdón humano es un proceso mediante el cual dón y el maltrato infantil, porque nos permitirá de- los pensamientos, sentimientos y comportamientos terminar si las personas con antecedentes de maltra- negativos hacia el transgresor se transforman en aspectos positivos. Y algunos estudios señalan que a to que reportan recuperación presentan estilos de procesamiento automático emocional no concienti- éste le subyace una estructura multifactorial que com- zados que pueden representar un factor de riesgo para prende al menos un factor de cambio de actitud hacia el agresor (cambio de corazón), un factor moral, el desencadenamiento de desórdenes emocionales en un factor relacional (relación entre considerar dos o situaciones de estrés extremo, también permitiría determinar si el estilo de procesamiento emocional más personas) y un factor que motiva el arrepentimiento.19 La estructura mental del perdón se ha en- auromático en personas con maltrato infantil es di- con rrado en adultos de África, 20 Uruguay y Francia. 21 En México, al igual que en otros países en desarro- anterior representa uno de los principales intereses de esta investigación. llo, se desconoce si la estructura factorial que subyace Por otra parte, también se hipotetizó que habría al proceso de perdón es similar a la encontrada en los esrudios anteriores, también se desconocen los me- diferencias de afrontamiento emocional por factor de género y de edad en los participantes, con y sin canismos cognitivos bajo los que se da este proceso antecedentes de maltrato infantil. Y se asume que en las personas que han sido maltratadas. habría formas de procesamiento automático emocio- ferente a los presentes en una población típica. Lo Al respecto, es necesario considerar que en el caso nal atípico en las poblaciones con antecedentes de del maltrato infantil, el perdón implica la recupera- maltrato 25 ' 26 que involucrarían sesgos evaluativos dis- ción o sanación de un antecedente de violencia por parte de un agresor, 22 -24 por lo que para que la persona funcionales (atípicos) 27 sobre el contenido de infor- maltratada pueda perdonar necesitará reformar e inte- persona con antecedentes de maltrato que no ha es- grar en su estructura cognitiva la información sobre los eventos de maltrato que ha vivido, así corno reconcep- tablecido estrategias de afrontamiento exitosas ante su experiencia de maltrato. En contraste, se asume tualizar a la persona que la ha maltratado. que el afrontamiento exitoso de la persona que se CIEI ICl4. UAJ ll Al.JO 15 I lo 60 OCTUBRE - DICIE/,•BRE 2012 mación violencia. Son éstos los que tipifican a una 75 (\) �\/IOL EI JCIA Y PERDOI 1 ErJ PERSOHAS CON AHTECED El'JTE S DE MALTRATO lt,IFAI ffl l reporta completamente recuperada no debe mostrar MATERIALES procesamiento automático atípico cuando evalúa información de violencia, y es probable que dicho pro- En la primera fase se utilizaron hojas de papel con la cesamiento involucre el uso de reglas cognitivas es- palabra perdón impresa. En la segunda, se utilizó una pecíficas (á lgebra cognitiva implícita) aún desconocidas en esta área del comportamiento humano. 28 lista de conceptos extraída de las respuestas de los participantes en la primera fase, los cuales se presentaron con el software Super Labpro. Finalmente, formas de significar el perdón, dada una representación mental, pueden estar asociadas Participantes al mantenimiento de un procesamiento emocional disfuncional sobre la información de violencia, como Se requirió la participación de 108 personas univer- en el caso de los desórdenes emocionales de la ansie- sitarias, sin antecedentes de malrrato infantil, de en- dad y la depresión. 27 No hay evidencia académica al tre 18 y 25 años. respecto, y en este sentido la presente investigación aporta información nueva y valiosa, obtenida a tra- Procedimiento vés de los siguientes estudios. MÉTODO A los participantes se les soücitó que generaran conceptos definidores del perdón sin usar frases , artÍculos, pronombres o conjuntivos. Se realizó una serie de estudios de ciencia cognitiva de representación mental del perdón y de procesamiento cognitivo emocional automático relaciona- Estudios de procesamiento automático do con eventos de violencia, para determinar cómo A) Diseño experimentales de facilitación semántica la información de perdón y violencia es organizada, significada, procesada e integrada en la estructura La facilitación semántica permite reconocer cómo la cognitiva de parricipantes, con y sin antecedentes de información, en este caso de violencia y perdón, se maltrato infantil. organiza semánticamente en la memoria a largo plazo. 30 Dicho paradigma experimental asume que la Estudio de representación del conocimiento del perdón. Diseño con fa técnica de p rototipia presentación de un estímulo (facilitador) puede interferir o facili tar el reconocimiento de otro (objetivo), dependiendo de la relación semántica que di- Se llevó a cabo un estudio cognitivo descriptivo de chos conceptos mantengan en el lexicón humano. prototipia semántica29 sobre la categoría de perdón, Dado que un propósito del presente escudio fue ob- para determinar la organización semántica del perdón en la estructura cognitiva de las muestras explo- servar si conceptos de perdón son semánticamente relevantes a los participantes, se emplearon palabras radas. La técnica de prototipia permitió obtener de- seleccionadas del estudio de prototipia (tabla I). finiciones , de las cuales fue posible elegir aquellos conceptos que son más familiares al pro totipo del perdón humano. (\) 76 CI EI ICIAU.'.\I IL A110 15 !Jo 60 OCTUBRE. DICIEr-1BRE 2012 �MA !SOLDE HED LEFS AGUI LAR, ERI JESTO O LOPEZ RAMIR EZ, GUADALUPE E MORALES MARTlrlEZ ,......... ---""' ,., ,_ ~,.,. .utUPIHl"OO M,2 ,_ 100 AUIIIO 17' .,17'' .....,.,.,. -_ COII- ,u to fl2 00Nfl,Ut ---u- . -., 1 ., ' wcuuz 17.1 .,•1'' IIJl'EIWt T1WCUUOo\0 17.1 . .J ..,. ...,,...,. .., A<Nl4JI AllAEGIMt ~ ~MAPA fOltC;INTAJI .. _,,ANl'I 7'_l ....... •e~ IWIOL~• ACEl'T.ut ....... ~-. ma: l..aEIWtUI! ,,.,.. ...2 to Aa,,r!AA Mal ARCTO -- Mal IW'tlll!NQI '" tu OUOflt c:ourr~nvo •p:>toewt A8$01,VEJ1 OlalU.O 74.l ,._, 71' .,, , , 57 .I 57. 1 M.:l ,...., $4..2 OIISVIYAJI ,'J'ECTAJI ,,. Bm!EO,t, 51' s, .. Ofl:NSII ,u TIIISTfZA IAST.wt ESCUC>IAA 61 C0IUJI! ''"'"" 4H '" 40 treconaclmlento :11 1 '" ,n .... .... "" IIU ewlA•a -DO ...,.._. fadlitadón . PO«:C.CNTA.JI 0fl:NIIER Wff,Ut .. n,• IUH 8□8 • efertl>1e (vlolenda) "' "'', ~A.U.ltta FIN Enudlode IO<IUt-._ _, Ettlmulo ISI 157 C0NINl,Ut ,u .,..,.., ,u ,u .,,..,._,.""""5 ... --~ .....,. ~ as tu OJU'll EU,IIIWI ... ., • ___ .__ 10 ,.,..,..._ -~- ...... ·--~ - . --.. RES1All!Cf!I s•nÚintica ,u tu .NllCDl'TA.111 &tudlade focillt..:ió 91' ...-mEJt IIIEMU!AII Ul&IWI .....,,. _,_,., -- __,...,. Elñnulo Wlmulo do oontnclcln v&uol Tabla L Lista de palabras del estudio de prototipia con sus porcentajes y frecuencia de generación, 11, ...., '" .. 2 . ._l .. 2 ,,». ...., Estud ode • aloctlva hKl•ll 200ms. 250ms. H ■,t ■ que decid■ 50 ms. ol partldp.11111 Fig, 1. Secuencia de los en,ayos experime t1tales para el estudio de procesamiento automático de relaciones semánticas y emocionales (visua les y faciales), )U ~ 257 257 Participantes Participaron 12 1 personas {niños, jóvenes y adultos) con y sin maltrato infantil. En sí, la muestra constó de 18 niños (ocho con antecedentes de maltrato infantil, diez sin antecedentes de maltrato infantil), cuyo ~DON \IIOI.DtCIA· VIOL.fNCIA NO RELACIONADA-, IWACIOHADA -~ -AU.,\ ~ IIIOlBCA.ttolVA.JA CCM>REJ<DER-ElfTEMl:CR w.Ll'RA~S MADUIIMMI\Dl-'IEZ ~ OUEl!RM:LEVADOR eu::HARMQIA &ANIJl-9ENT1MENl'OS <JO..P9.00lOA 81JPEJVJ!.l11.t.NOUUOiD -- ~ ~ ~ -- CAA'T~ . Qlfrr.zo.MBEl0A ,,._,._TIEMA ~ A8ANlONO-TRISTEZA ~TI! R!:OONOUAR- CASf100,&IC8UW0 AZUCAR..RAHA ~TRATAR ~ Fig, 2, Estímulos del estudio de facili tación semántica, rango de edad osciló entre 9 y 11 años, 103 jóvenes y adultos (89 sin antecedentes de maltrato y catorce seguido por un blanco de 50 ms (SOA de 300 ms: jóvenes con antecedentes de maltrato infantil), cuya edad oscilaba entre 16 y 60 años, ISI 50 ms.), después se presentó el objetivo sobre el Se utilizó una lista de conceptos relacionados con perdón seleccionada del estudio de prototipia, considerando sus porcentajes y frecuencia. cual habría que decidir si se trata de una palabra bien o mal escrita (figura 1). La figura 2 muestra los pares de palabras para comparar relaciones semánticas de perdón y violencia con respecto a estímulos neutros. Procedimiento B) D iseños experimentales de facilitac ión afectiva A los participantes se les citó en sesiones individuales y se les presentó en una compucadora con pares Por otra parte, para verificar el tipo de procesamien- de estÍmulos verbales (palabra facilitador -palabra to cognitivo emocional automático sobre eventos de objetivo) . El facili tador fue presentado por 250 ms, violencia, tanto en población típica como en pobla- CIEI ICl4. UAJ ll Al.JO 15 i lo 60 OCTUBRE. DICIE/,•BRE 2012 77 (\) �\/IOL EI JCIA Y PERDOI 1 ErJ PERSOHAS CON AHTECED El'JTE S DE MALTRATO lt,IFAI ffl l ción con antecedentes de maltrato, se aplicó una se- Resultados del estudio de p rototipia rie de estudios experimentales de facilitación afectiva. Este paradigma experimental propone que la valencia En este estudio se observó que 30 conceptos se emocional de un evento {cara de felicidad) "facilita" o interfiere el reconocimiento de la valencia emocio- tipificaron como relevantes a la categoría del perdón (tabla II). La tabla II muestra que 20 de estos con- nal de otro evento u objeto {cara enojada). 31 ceptos se relacionan con la estructura multifactorial del perdón de Mullet et al. 16 Dichos conceptos pare- Participantes En ambos estudios de facilitación afectiva, 79 personas (n inos, jóvenes y adultos), con y sin maltrato in- cen agruparse de acuerdo a dos categorías de la va- Tabla □. Conceptos relacionados con la categoría del perdón organizados por lorns de control. fantil, fueron requeridas para participar. De manera específica, la muestra constó de 56 jóvenes y adultos sin antecedentes de maltrato y nueve ninos, catorce jóvenes y adultos con antecedentes de maltrato infantil En la construcción del instrumento de imágenes de violencia se emplearon 20 imágenes con extrema violencia, que se compararon con pares de imágenes positivas y neutras. Para construir el instrumento de reconocimiento facial, se seleccionaron 18 imágenes faciales del sistema Be-Face, construida y validada por Morales et al. 32 PROCEDIMIENTO En ambos estudios (imágenes y caras) se citó a los participantes en sesiones individuales y se les presen- Locus interno Locus extemo No relacionado con el perdón Reflexionar Alivio Comprender Entender Madurar Madurez Sanar Sentim ientos Superar Tranquilidad Acción Aclarar Arreglar Anepentido Comprensión Confiar Reconciliar Reparar Resolver Liberarme Irrevocable Estancado Subl imar Engañarse Vengarse Resignarse Angustia Humillación Lastimarse Rencor riable de locus de control, la cual es de suma relevancia en el mantenimiento y la recuperación de un desorden emocional o trauma psicológico. 33 Obsérvese la tabla, diez de estos conceptos se relacionan con el no perdón. De ahí que los pares de palabras usados para explorar la existencia de relación semántica en el lexicón humano, a través del taron los pares de estímulos, con la secuencia experi- estudio de faci litación semántica, provengan de los 20 conceptos considerados por la estructura psico- mental ilustrada en la figura l. Nótese que a diferen- lógica de perdón. cia de los estudios de facilitación semántica, la tarea cognitiva en este tipo de esrudios es decidir si el objeti- Resultados del estudio de facilitación semántica vo es emocional o no. Esto permite el análisis del estilo de procesamiento emocional de un participante. 31 Los resultados del estudio de facilitación semántica, con las palabras del análisis de prototipia en el grupo RESULTADOS control, se muestran en la figura 3. Las palabras seleccionadas por el análisis de pro- Se presentan sólo los hallazgos de mayor relevancia, totipia para el esquema de perdón fueron semántica- por razones de espacio. mente diferentes de los pares de palabras no relacio- (\) 78 CI EI ICIAU.'.\I IL A110 15 !Jo 60 OCTUBRE - DICIEr-1BRE 2012 �MA !SOLDE HEDLEFS AGUILAR, ERtl ESTO O LOP EZ RAMIR EZ, G UADALUPE E M ORAL ES MARTI H EZ ESTUOIO oe FACILITAC!ON SEMANTICA ............... ktwlttdetatamMI ,. .... q F(2. 128);~5.sa~ p=(l,0000 ~ .,~ . o: e "'lí1 ~ ¡: F(.& R¡tia.204,l1. ,-.,,._ 8 1- 1: 1250 1150 MlM#WiMNADOlilf~ A 1:,00 1200 ,ACIJTAOOA'YIOLWn.10 Ul'\ICIOotPMa.11,trOOll~ICA -.-----------, 1350 ~ .. ·-· _,... ..,._ IYJfflCJPNf1"" 4 EFECTO PRJNCIPAl PA~ TIPO OE Ra.ACION '. ! w .. "' 1100 _,___--:---...,-.--.-.,-IIUACIÓN--:--~ ... 10!!0 -· --- 1000 ,-NillTlll; lrAPfft:.) g50 Eduollt&dlllionlil....,,,MlftMlifa: ~~ Cfmo tflndNI 900 ... otr,,CnlQ !llTU:IOR::~MlUT.-CllCIN~ f'~lleNIIIDClfil'\'~ 11111. . . . . . . . . . . . -.-----------, D lfe,&3)0,_M"lM, rJINlJ 850 800 NO R9..ACIOHAOO PEROON 111'.l,ENC!A TIPO Da Ral.ACION Fig. 3. Se muestran las latencias de relación semántica entre conceptos de perdón y violencia. l'(flOÓI nadas y de violencia. El patrón de datos sugiere que la información conceptual de violencia y perdón es YIOUJiPA NCHl:(tA(l(IN Fig. 4. Fonnas de integración de información sistemática de violencia y perdón sin efec to principal de fac ilitación semántica (A. B) y con efecto pri ncipal de facil itación semántica (C, D). de relevancia semántica en la memoria a largo plazo de los participantes. Nótese también que el procesa- guir una regla multiplicativa. Cabe resaltar que alre- miento conceptual de perdón humano consume dedor de 80% de los participantes con antecedentes mayor tiempo, dada su complejidad semántica. de maltrato no mostró dicho patrón sistemático de Además de los análisis grupales, se llevaron a cabo integración, más bien estilos personales no sistemá- análisis de un solo caso, considerando que para el ticos denotados por gráficas de interacción significa- grupo experimental las rutinas traumáticas de mal- tiva, como se muestra en la figura 5. trato infantil son específicas y personales para cada participante. Para ello se realizó el examen de los datos MRllOPANTE 1 desde la perspectiva del álgebra cognitiva, la cual P,\TRÓN DE tNTfl\ACOÓN 2000 permite detectar el procesamiento cognitivo sistemático. 34 Esta perspectiva cuenta con una sólida evidencia sobre la existencia de reglas algebraicas cognitivas en una gran vari edad de comportamiento humano.j 5 La figura 4 muestra evidencia acerca de esta forma de procesamiento en personas con antecedentes de maltrato, ya que la información de perdón y violencia parecen integrarse de acuerdo a una 1900 !z º ~ a: UJ e ~ :E UJ 1800 1700 1600 1500 1400 1300 ¡:: 1200 1100 regla de procesamiento sistemático. En particular, cuando se observa el efecto que los estím ul os PEROON NO RELACIONADA VIOLENCIA FACILITADOR facil itadores de violencia y perdón tienen sobre sus objetivos (4.B y 4.D), el procesamiento parece se- CIEIKIA UAIJL I Al-JO 15 1lo 60 OCTU BRE - DICI E/.<BR E 2012 Fig. 5. La gráfica muestra una interacción signi fi cati va y. por lo tanto. una ausencia de integración sistemática de información de violencia y perdón. 79 (\) �VIOLEl'1CIA Y PERDÓl'1 E~J PERSOt"AS CON ANTECED El'JTE S DE MALTRATO lf'lfAI JTI L En la misma Ünea de presentación de resultados, en los estudios de facilitación afectiva se presenta el desempeño de la población típica para la identifica- información positiva, esto es típico y frecuentemen te reportado en la bibliografía. 32 ción de valencia emocional de imágenes de violencia GRAFICA DE INTEAACCION FACILITADOR \IS OBJETIVO F(4. 44)=1.2854. P" 29028 (figura 6) y de estímulos faciales emocionales (figura 7). En ambos estudios, las latencias del reconocimiento emocional negativo son levemente superiores a la 1300 información neutra, y se facilita la identificación de OBJETIVO UECTO PRINCIPAi. PARA ESTUIJO DE FACl,JTACION Al'cCTNA ...... POSITIVO ~ lt.lAGEHES DE V10lENC4A F(2. 22)-22 Oll , P" 00001 ..... NEGATIVO VIOLENCIA ~ 1050 :1 1000 Ui F HOO 11300 ~"' ~ 8!10'-----'----~----~----~ POSITl\fO NEGATIVO VIOLENCIA 1200 1100 FACILITADOR i!l ~ 1000 ~ 950 900 Fig. 8. Evide ncia de una regla cogni tiva sumativa en la población típica, cuando se evalúa emocional mente información de violencia. 900 800 POSJTIVAS N~TIYAS \IJOlINCIA Fue relevante encontrar que en el estudio de nPODe: RELACION facilitación afectiva sobre imágenes de violencia, la Fig. 6, Desempeño de los participantes en el es1udio de facili tación afectiva con imágenes de violencia. población típica utilizó una regla aditiva para integrar la información emocional (figura 8). EFECTO PRINCl•M. PAAA EL ESTIJOIO DE FACILnACIOOI AFECTII/A RECONOCIMIENTO F,-CW. F(2. 4)-7.3700, P".00151 En el caso de la población con antecedentes de maltrato, hubo al menos dos participantes que presentaron este comportamiento (figura 9) . Sin embargo, ningún participante con antecedentes de maltrato presentó reglas cognitivas de integración en el estudio de reconocimiento de valencia emocional facial . Finalmente, de los participantes que presentaron reglas de integración en el estudio de faciLtación semántica, ninguno presentó reglas cognitivas de integración en los estudios de facilitación afectiva y POS11111M HlGATNAS rmmw TIPO DE RELAClON viceversa. Lo anterior señala que hay una especie de estilística cognitiva muy variada, cuando se evalúa información de violencia y perdón por parte de la Fig. 7. Desempeño de los participantes en el estudio de facilitación afectiva con imáge nes fac iales emocionales. (\) 80 población con antecedentes de maltrato. Algunos CI EI JCIAUAI JL , Af10 15 llo 60 OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �MA !SOLDE HEDLEFS AGUILAR, ERrJESTO O LOP EZ RAMIR EZ, GUADALUPE E MORALES MARTll'-I EZ PARTICIPANTE CON ANTECEDENTES DE MALTRATO FACILITADOR. VS OBJETIVO ESTUDIO DE IMAGENES DE VIOLENCIA Esto sucede a pesar de que haya un efecto principal, comparando pares positivos y neutros en el diseño Current effect. F(4, 12}-.31284, P"' 86394 2'400 experimental F(6, 12) = 3.6126, p= .02777. Este fil- 2200 iz o ~ peración del desorden emocional de la depresión. 36 08JETNO -+- POSITIVA ........ NEGATIVA VIOLENCIA 2000 1600 tro cognitivo no se presentó en ninguno de los adultos que tomaron los estudios de facilitación afectiva y que reportan recuperación del trauma. ir: 1600 "'o ~2 "'¡::: DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN 1.00 1200 El desempeño de los participantes, a través de las 1000 diferentes condiciones experimenrales de procesa- 800 POSITNA NEGATIVA VIOLENCIA FACILITADOR Fig. 9. Evidencia de una regla cogni tiva sumat iva en un caso de la población con antecedentes de maltrato, cuando se evalúa emocionalmente información de violencia. miento automático, muestra características del procesamiento cognitivo que son difícilmente detectadas por medidas exp lic itas de autorrepone y cuestionarios. 37 Aun con el uso de medidas e indicadores de pruebas estándar de magnitud internacional especializados en el diagnóstico de recuperación muestran patrones cercanos a la población promedio, pero en su mayoría se tipifica con estilos de pro- del desorden emocional, formas de procesamiento cesamiento diferentes, esto aun y cuando hayan re- automático pasan desapercibidas,38 y dejan un vacío portado que se recuperaron del trauma. en el diagnóstico de posibles efectos colaterales no deseados de la intervención clínica. 36 Aquí es impor- Este aspecto diferencial de estilos de procesamiento se mantiene incluso a nivel intragrupo en las mues- tante señalar que, hasta donde es de nuestro conoci- tras de maltrato. En particular, cuando se compara- miento, los estudios aquí reportados son seminales ron las latencias de desempeño en un estudio de en el tratado de los estilos de procesamiento auto- facilitación afectiva de reconocimiento facial emocional por género en w1 grupo de niños, se encon- mático de violencia y perdón. Los resultados de estos esfuerzos académicos ini- traron diferencias significativas dado este factor. Por ciales por expandir la comprensión de los mecanis- ejemplo, la aplicación del estudio de facilitación mos automáticos de evaluación emocional en pobla- afectiva de reconocimiento facial a nueve niños que ciones con maltrato señalan que los niños recién habían sufrido violencia extrema trajo como maltratados parecen fomentar por lo menos dos es- resultado que 90% de las mujeres y sólo 5% de los trategias de procesamiento automático, esto es, fil- varones presentaran un filtro cognitivo disfuncional trando información negativa o bien eliminándola. 25 sobre información con contenido negativo. Posteriormente, en la adolescencia y en la madurez parece que dicho estilo de afrontamiento desaparece Dicho filtro se caracteriza por presentar una respuesta errónea 100% de las veces, cuando se trataba de reconocer u na cara negativa. Esto es , implementaban un filtro de selección emocional preatentiva, tal y como sucede en procesos de recu- CIEIKI"- UAI ll, Al.JO 15 / lo 60 OCTU BRE - DICI E / . ◄ BR E 2012 y es reemplazado por formas de procesamiento auromático, que en algunas ocasiones involucran reglas cognitivas sistemáticas en el procesamiento de violencia y negatividad, así como de violencia y perdón. 81 (\) �\/IOL EI JCIA Y PERDOI 1 ErJ PERSOt JAS COI J AHTECED EI JTES DE MALTRATO lt,lfAI JTI L Aun cuando la mayoría de los participantes con ABSTRACT antecedentes de maltrato infantil no pareció usar dichas reglas cognitivas, es interesante el hecho de que 586 participants were divided into groups of chil- exista esta posibilidad de comportamiento cognitivo. dren, adolescents, and adules with a history of child Si este procesamiento sistemático es el resultado de que el participante con antecedentes de maltrato fue abuse. Their performance in experimental studies through semantic and affective priming experiments sumergido posteriormente en ambientes sanadores o recibió intervención clínica, no se establece de la and their knowledge representacion about forgive- presente investigación; esto señala la necesidad de abuse. Children who suffered malcreatment devel- nuevas líneas de investigación con el uso de los mé- oped dysfunctional pre-atcentive processing of nega- ness were compared to chose without a history of todos y técnicas como los utilizados en el presente tive information. This affective sryle is later replaced estudio. Finalmente, esta investigación provee, por during adolescence and adulthood by a personal sryle primera vez, una forma de diagnóstico a nivel implí- where information about violence and forgiveness cito para evaluar el impacto que las intervenciones is integrated, which is occasionally guided by cogni- clínicas tienen sobre la estructura cognitiva que ha tive algebraic rules like the ones proposed by the sufrido maltrato extremo. lnformacion lntegration Theory. RESUMEN Keywords: Child maltreatment, Automatic emo- A 586 participantes se les dividió en muestras de niños, adolescentes y adultos con antecedentes de mal- Affective and semantic priming. trato infantil, los cuales se compararon en desempe- REFERENCIAS tional processing sryle, Forgiveness and violence, ño con participantes sin antecedentes en estudios experimentales de facilitación afectiva y semántica y 1. Marry, C.M., & Carvajal, C.A. (2005). Maltrato in fantil en un es tudio de representación del conocimiento como factor de riesgo de trastorno por estrés postraumático del perdón. Se evaluó si la información conceptual en la adulrez. Rev. Ch il. Neuro-Psiquiatry, 43 (3), 180- de perdón y violencia se integra en reglas cognitivas de procesamiento aucomático. Se observó que niños con maltrato implementan 187. 2. procesamiento De Bellis, M.O. , Keshavan , M.S., Shiffiect, H ., lyengar, S. , Beers, S. R. , Ha ll , J., & Moritz, G. (2 002). Brian disfuncional preatentivo. Este estilo se reemplaza en strucrures in pediatric maltreatment-relared posttraumatic la adolescencia y en la madurez por un estilo perso- st ress disorder: A sociodemographically matched study. nal de integración de información de violencia y per- Biological Psychiarry, 52(11), 1066-1078. dón, que en ocasiones obedece a reglas cognitivas 3. algebraicas como las propuestas por la teoría de integración de la información. 4. De Bellis, M .D . (2005). The psychobiology of neglect. Child Malcreacmenr, 1O (2), 150-172. Pollak, S. D. (201 O). El impacto del maltrato infanti l en el d esarrollo psicosocial d e los ni/íos peque/íos. En R. E. Palabras clave: Maltrato infantil, Estilo de procesa- Tremblay, R. G . Barr, R. DeV. Perers & M. Boivin (Eds.) , miento aucomático emocional, Perdón y violencia, Enciclopedia sobre el Desarrollo de la Primera Infancia Facilitación afectiva y semántica. (pp. 1-6). Monrreal, Quebec: Centre ofExcellence for Early (\) 82 CI EI JCIAU.'.\I JL AJ10 15 llo 60 OCTUBRE - DICIEr-1BRE 2012 �MA !SOLDE HEDLEFS AGUI LAR, ERI l ESTO O LOPEZ RAMIR EZ, GUADALUPE E 'li0RALES MARTIJJEZ Chi ld hood DevelopmenL Disponible en: h crp:// 201 1, de www, encielo ped ia-i n fan tes, com/ docu men t s/ concencradomalcrato_pdf/concencrado.pdf Pollak.ESPxp,pdf 5, 6. 7. 15. Loredo, A.A. (2004). Maltrato en nifios y adolescentes. Escobar, A, , & Gómez, B,G. (2006). Violencia y cerebro. Rev, Mex, México: Ed itores de Textos Mexicanos. 16. Loredo, A.A., Trejo, J.H. , Jordán, euroci., 7 (2), 156-163. Pollak, S,D, , & Kiscler, D.J, (2002). Early experience is Mufioz, A.G ., Perea, A.M., & Ridaura, C.S . (2006). Maltrato in fanti l y sínd rome de muerte súbita del lacta nte: tations for fac ial expressions of emocion. PNAS, 99(13), estrategias para el diagnós tico diferencial. Medigraph ic, 63, 9072-9076. doi: 10.1073/pnas. 142 165999 269-275. Te icher, M,H., Andersen, S,L, Polcari, A., Anderson , & Nava l ca, C. P, 17. Loredo, A.A., & Perea, A.M. (2005). La atenció n integral (2002). Developmenral y la prevención del maltrato infantil en México. Acta neurobiology of childhood stress and trau ma. Psychiatric C linics of Pediarr. Mex., 26 (3), 137-140. 18. Gómez, E.P., & De Paúl, J. (2003). La transm isión inrer- orch America, 25, 397-426. Rick, S., & Douglas, D.H. (2007). Neurobiological Effeccs generacional del maltrato fisico infantil: estud io en dos ofChildhood Abuse. Journal of PsychosociaJ N ursing. 45 generaciones. Psico thema, 15, 452-457 . 19. (4), 47-54. 9. .T.G., López, G.N. , associated wich the developmenr of categorical represen- C, M., 8. hcrp://www.dif.gob.mx/Escadisricas/media/ M ull e t , E., Girard, M., & Bakh shi , P. (2004). Teiche r, M.H. , Dumonc, N.L. , leo, Y., Vaicuzis, C. , Giedd, Concepcualizacions ofForgiveness. European Psychologist, J .N ., & And ersen, S. L (2004) . Chi ld hood negl ecc is 9 (2); 78-86. associated with reduced co rpus callosum area. Biological 20. Kadiangandu , J.K., Gauché, M. , Vinso n neau, G., & M ulle t, E. (2007). Conceptualizat ions of Forgiveness Psychiacry, 56(2), 80-85. 1O. Nacional Research Council, Panel o n Re.search on Ch ild Co llectivi st- Congo lese versus lndividu a lisc-French Abuse and Neglect (199 3) . Underscanding Child Abuse Viewpoinrs. Journal ofCross-CulcuraJ Psychology, 38 (4): a.nd Neglecr. \'v'ashingcon , DC: Nai:ional Academy Press. 11 . 432-437. Rosen berg, D., Lu, W. , Mueser, K.T., Jankowski, M.K., 21. Bagnulo, A. , Mufioz-Sascre, M .T., & Mullet, E. (2009). & Cournos, F. (2007). Correlares of Adverse Childhood Conceprualizacions of forgiveness: A Latin America- Evencs Among Adules wich Schi zop hre ni a Speccrnm Western Europe Compariso n. Universiras Psychologica, 8 Disorders. Psychiacric Services. 58 (2), 245-253. 12. Fondo de las Naciones Unidas para la Infancia (U (3): 673-682. ICEF) 22. Enright, R.O. , & Coyle, C.T. (1998). Researchi ng che 2009 . Co ncentrado de datos estadísticos de menores mal- process mod el of fo rg iveness wirh psyc h o logica l tratados Periodo co mprendido de 200 1 a 2009. Recupe- incervenrions. En E.L. Worchi ngton (Ed. ), Dimensions of rad o el 5 marzo de 201 1, de h rcp://w,'IW.u ni cef.org/ forg iveness (pp. 139-161) . Radnor, PA Tem pleton Foun- spanish/media/media_4545 1.hcm l 13. Lozano, A.R., Del Río , A., Azaola , G.E., Castro, P. R., dation Press. 23. Harris, A., Luskin, F., Norman , S., Standard, S., Bruning, Pamplona, R.F., Atri án, S.M. & Hij ar, M. M. (2006). J., Evans, Extracto del Informe Nacional sobre Violencia y Salud. Forgiveness lncervenrion on Forgiveness, Perceived Stress, México: D .R. Secretaría d e Salud . and Traic-Anger. Jo urna l of Cli n ical Psycho logy, 62(6), 14. Desarro llo Integral de la Familia (DIF) 201 l. Concentrado de datos esradís cicos de menores malr.rarados. Periodo com p rend ido de 200 1 a 2009. Recuperado en mayo de CIEI ICl4. UAr IL :..1·10 15 1lo 60 OCTUBRE - DICIE/.•BRE 2012 S., & Thoresen, C. (2006). Effects of a Group 7 15-733. 24. Suwarrono, C., Prawasti, Y., & Mullet, E. (2007). Effect of culture on forgiv ingness: A Souchern Asia-Western 83 (\) �VIOL EI JCIA Y PERDOI 1 Et J PERSOI IAS COI I Al JTECEDEI JTES DE MALTRATO lt•IFAI JTIL Europe comparison. Personalicyand Individual Differences, (20 1 O). La psico logía de las emociones: La expresión fa- 42, 513-523. 25. Hedlefs, A.M.I. (2007). M ecanismos cogn itivos de evaluación emocional de palabras de violencia e imágenes emocionales en niños con maltrato infantil. Tesis de licenciatura inédita. Un iversidad Autó noma de Nuevo León. 26. México: Tri ll as. 33. AJloy, LB., Abramson , L.Y., Safford, S.M. & Gibb, B.E. (2006) . The Cogn itive Vu lnerabiliry co Depression (CVD) Hedlefs, A.M.!. (2009). Mecanismos cognitivos de eva- Projec r: Currenc Findi ngs and Fucure Direcrions. In: Lauren, A. Alloy & Joh n H . Riskind (Es.). Cognitive ancecedences de maltraco infantil. Tesis de maestría inédi- vu lnerabilicy co emocional d isorders. Mahwah, New Jer- Un iversidad Autónoma de 27. Williams, J.M.G ., Watts, F. uevo León. ., MacLeod, C. y Machews sey: LEA. 34. Anderson , . (200 1). Empirical directions in design and A. ( 1997) . Cogni tive psychology and emocional d isorders, analysis: Scienrific Psychology Series. Mahwah, New Jer- «2nd Ed. Chichester: Willey. sey: LEA. H edlefs, A.M.I., & López, R.E.O. (2011). Mecanismos 35. Ande rso n , N.H. (2007). Unified Social Cognrion. cognitivos de evaluació n de imágenes de violencia en jóve- Sciencific Psychology Series. New York: Psychology Press. nes ad ul tos con historia de malcrato infantil. Psicología y 36. Rosas, U.M.E. & López, R.E.O. (20 11 ). La depresión: Nuevas herram ientas psicorerapéuticas. México, D .F.: Tri- Salud , 21 (2): 195-204. 29. cial como una revelación de la emoción y el pensamiento. luación de imágenes de violencia en jóvenes y adulros con ta. 28. 32. Mora les, M.G.E. , López, R .E.O. & H edlefs , A.M.I. Kearns, J. ., & Fin cham , F.O . (2004). A Prococype Analysis of Forgiveness. Personalicy and Social Psychology Bulletin, 30, 838-855. from memory and word recogn itio n. N ew York: Psychology Press. findings a nd rheories. 37. Gawronsky, B. & Payne, B.K. (20 10). Handbook ofsocia l implici r cog nicion : Meas u rement , Th eory and 30. Me amara, T.P. (2005). Sema nri c prim ing: Perspeccives 31. Klauer, K.C., y Musch, llas . applicacions. New York: Guilford Press. 38. Hedlefs, A.M.I. , López, R.E.O. & Amona C.C.J. (20 10). Social anxiecy assessment chrough self repon and auromacic J. (2003). An En: J. Musch, affec rive priming: processi ng of emocional informacion. In : Cirilo H. García y K. Klauer, The (Ed.). Nova Pub lisher: Hispanic Psychology Yearbook, Vol. psychology of eval uation: affective processes in cog nirion 1, pp. 167- 176. and emocion (págs. 7-50). New Jersey: Lawrence Erlbaum associates p ublishers. Recibido: 1 de septiembre de 2012 A ceptado: 1 de septiembre de 2012 (\) 84 CI EI ICIA U Al IL AJ ·10 15 ! lo 60 OCTUBRE . DICIE 1.1BRE 201 2 �c1ENC 1AXVuANL AN I VERSARIO Degradación de un herbicida en m edio acuoso med iante la generación in situ de especies oxidantes M. V1LLANUEYA RooR.fauEz*, J. M. P ERALTA HERNÁNDEZ*, A. H ERNÁNDEZ R AMiREz* Uno de los recursos más importan- La fotocatálisis heterogénea pertenece a los PAOs tes a nivel mundial es el agua; en y consiste básicamente en la activación de un semi- México, aproximadamente 77% de conductor con fotones de la región ultravioleta o este recurso se emplea en la agricultura, 1 actividad en la que, debido al visible. 6 Un semiconductor posee una región vacía incremento en la demanda de ali- de energía entre la banda de valencia (BV) y la banda de conducción (BC) llamada banda de energía mentos, se promueve el uso de productos agrícolas, prohibida (Eg). Cuando la radiación aplicada al se- como fenilizanres y plaguicidas, los cuales, en ocasiones, debido al poco control sobre su uso y dispo- miconductor es de energía igual o mayor a la Eg, un electrón de la BV es promovido a la BC del semi- sición, originan un problema ambiental. Dentro de conductor, y forma así el par electrón-hueco . Los los plaguicidas se encuentran los herbicidas, de los huecos formados oxidan a las especies que se encuen- cuales el ácido 2,4-Diclorofenoxiacético (2,4-D) es tren presentes en el medio y oxidan al agua y produ- ampliamente utilizado para el control de hierbas dicotiledóneas. 2 Este herbicida causa problemas de sa- cen así los radicales OH. Por otra parte, la eficiencia de la foto catál.isis he- lud tanro en humanos como en otros seres vivos, terogénea en la degradación de un conraminante por su toxicidad y posible efecto carcinogénico. A fin de reducir el impacto de contaminantes depende del catalizador utilizado, de las condiciones de reacción 7·8 y de la fuente de radiación, 9•10 entre otras, orgánicos, se ha desarrollado una serie de tratamien- para propiciar la formación de las especies oxidantes: tos oxidativos, entre éstos los procesos avanzados los huecos fotogenerados y los radicales hidroxilo. 3 de oxidación (PAO), que se basan en la formación La oxidación anódica, otro tratamiento pertene- de especies oxidantes, principalmente el radical ciente a los PAOs, se basa en la generación de radi- hidroxilo (HO"), el cual posee un elevado poder cales HO• formados durante la oxidación del agua, oxidante (E 0 = 2.8 V vs. ENH). 4•5 empleando diferentes electrodos. En este proceso, uno de los principales problemas observados es la El pre,ente a rt ículo está basado en la in vestigació n "Degradac1óo de un herbicida en m edio acuoso mediante lo generación in sjh.J de e!ipecie:.: ox id ante,•, galardonada con el Premio de Investig ación UANL 20 12, en la categoría de Ingeniería y Tecnología, otorgado en sesaóo solemn e del Come¡o Universitario, en septiembre de 20 12. CIEIKIA UAHL / A1°lO 15 rfo 60 OCTU BRE - DICI EMBR E 2012 ~un iversidad Autónoma de Nuevo León, FCQ. aracely.hernandezrm@uanl.edu,mx 85 (\) �DEGRADACIÓf ¡ DE ur" HERBICIDA rn MEDIO ACUOSO MEDIAi JTE LA GEi IERACION IN S/Tu DE ESPECIES OXIDAt ITES disminución de la actividad causada por la evolu- TiO 2 yTiO 2 -Fe2O 3 al 0.5 y 1.0%, por la técnica sol- ción de 0 2 y la formación de películas sobre la superficie del electrodo. Los electrodos de diamante gel a pH3. Los productos obtenidos se caracterizaron, entre otras técnicas, por especcrofocometría UV- dopado con boro (DDB), por sus propiedades electroquímicas, reducen estos inconvenientes. 11 ·12 Vis (Lambda 12), con reflectancia difusa y difracción Además de los radicales hidroxilo HO·, otra especie fuertemente oxidante es el ión ferrato (FeO / de rayos X (difractómetro Siemens D500). En la degradación con ferrato elecrrogenerado, ), el cual posee un potencial de reducción de 0. 7 V se realizó la caracterización electroquímica del ferraro con estudios de volcamperometría cíclica (VC), usan- vs. ENH en medio alcalino, y 2.2 V vs. E .H en do un porenciostato/galvanoscaro BAS-Epsilon y medio ácido, un valor mayor que el de otros desinfectantes comunes, como 0 3 o H 2O 2 • 13• 14 El ferraco microscopía electroquímica de barrido (MEQB), en se considera un agente amigable con el ambiente, no nerador-ti p colector (SG -TC) , en un microscopio genera residuos peligrosos, como los subproductos derivados del tratamiento con cloro. 13 Se han obser- electroquímico modelo CHl9 I 0B; ambos estudios sobre electrodos de DDB (Adama.ne Technologies), vado mejores resulrados conforme disminuye el va- con disoluciones de Fe 2• y Fe3• como precursores de lor de pH, lo que se explica por el elevado porencial ferrato en HC1O 4 . El ferrato generado también al de reducción del ferrato en med io ácido y la reaccividad de sus especies protonadas. 15-17 Algunas de las aplicaciones más comunes del ferrato como aplicar un potencial constante (2.5 V) se cuantificó, especcrofocométrica.mente, aA=415nm, por la técnica ABTS 2,2'azino bis (3,ecilbenzotiazolina-6- sal de K2Fe0 4 es su uso como agente oxidante y sulfonato) de diamonio.25 coagulante en rrata.mienco de aguas residuales y en la desinfección de agua, al inaccivar algunos micro- Pruebas de degradación modo de retroalimentación y en modo sustrato ge- organismos patógenos·. Sin embargo, las soluciones de esca sal de ferrato presentan elevada inestabilidad Degradación Jotocatalítica. Una solución de 250 mL en solución; 18 además, la síntesis de ésta resulta costosa.19·2º De aquí que la tendencia actual en el trata.mien- del 2,4-D de 50 mg L· 1 (pH 3.5), con 0.6 g L·1 de to con ferrato es la generación in sittt de esta especie catalizador en suspensión, se irradió con una lámpara de que emite radiación de ·11,=365 nm. Asimismo, oxidante para la eliminación de los contaminantes. 21 se realizaron pruebas de adsorción con los cataliza- En este sentido, con base en que el ferrato se genera a partir de una sal de Fe 2• en medio ácido, con dores sin irradiar con luz, y pruebas de focólisis sin adicionar el catalizador. un electrodo de DDB, se aplicó la decrrogeneración Degradación electroquímica. Se llevaron a cabo in situ de esta especie oxidante como un método para degradaciones de una solución de 2,4-D de 50 mg la degradación del 2,4-D 23•24 y se comparó con la de- L· 1, con un electrodo de DDB como ánodo, y un gradación del herbicida por fococacálisis heterogénea. alambre de platino como cátodo en una celda no dividida. La actividad oxidante del ión ferrato se MATERIALES Y Mtl'oDOS evaluó con diferentes concentraciones iniciales de Fe 2• (0.5, 1 y 3 mM) y de Fe3• como precursores. 22 Para la degradación del 2,4-D , por fococacálisis he- Escas degradaciones se realizaron tanto a potencial terogénea, se llevó a cabo la síntesis de catalizadores constante (2.5 V), como a corriente constanre (5 mA (\) 86 CI EI JCIAU.'.\I JL A110 15 !Jo 60 OCTUBRE - DICIEr-1BRE 2012 �M Vl LLAtfüEVA RODRIGU EZ, J M PERALTA HERt JÁI JDEZ, A HERHÁI JDEZ RAMÍREZ cm-2 y 50 mA cm-2) . Los resultados se compararon con oxidación anódica, es decir, sin agregar hierro. I 0.0020 Degradación con sal de ferrato. Para efeccos comparativos, se evaluó la degradación de 2,4-D, utilizando la sal comercial de KleO 4 en una relación molar de 1:5 (2,4-D: ferraco), en buffer de fosfatos/ boratos (pH 9.1). l // ¡,: 0.0015 5""'50, i ~ 0.0010 __)/ e d e b a 0.0005 Fe(IIQ El seguimienco de la degradación del 2,4-D se evaluó por cromatografía de üquidos de alta resolución (CLAR), en fase reversa con detector UV-Vis a 0.0000 ==-~ Fe(IQ -0.0005 ' - - - ' - - - - ' - - ~ - ' - - ~ - - ' - ~ - - ' - ~ - - ' --r O.O 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 285 nm; mientras que el grado de mineralización se llevó a cabo por la determinación del carbono orgánico total (COT). El principal compuesto de degra- EvsN,J/Aga Fig. l. Voltamperometrfa cíclica de FeSO, 6 mM en HCIO, 0. 1 M sobre llll electrodo de DDB a d iferentes velocidades de barrido: (n) sin FeSO,, (b) 10 mV s·'. (e) SO mV s·' . (á) 100 mV s·', (e ) 250 mV s·' y (j) 500 mV s·'. dación (2,4-diclorofenol se identificó y analizó bajo las mismas condiciones de análisis que el 2,4-D). La formación de compuescos más simples, como los Caracterización electroquímica del ión ferrato. En los ácidos orgánicos, se evaluó por cromatografía, con estudios de VC (figura 1) se observaron dos picos una columna de exclusión iónica. anódicos, uno a 1.0 V y el otro entre 2.3 y 2.SV vs. Ag/AgCl, los cuales se asignan a la oxidación del Fe RESULTADOS Y DISCUSIÓN (II) a Fe (III) y Fe (VI), respectivamente. También se Caracterización de catalizadores. De acuerdo con los se asignó a la reducción a Fe CTI). En MEQB, en el apreció una señal catódica a 0.2 V vs. Ag/AgCI, que resultados de difracción de rayos X, se obtuvo la fase modo operativo de retroalimentación, se observó un cristalina anatasa del TiO 2 , mientras que los espec- cambio significativo en la corriente desde distancias tros de absorción UV-Vis muestran un desplazamien- lejanas, debido a la contribución de la formación to en la banda de absorción hacia la región visible en del ión ferrato y, posiblemente, a un proceso catalítico el catalizador modificado con Fe 2O 3 En la rabia I se del ferrato a Fe3• y 0 muestran los valores de Eg, calculados a partir de los SG-TC24 • espectros de absorción UV-vís de los sólidos. éste se electrogeneró a partir de diferentes concen- 2, lo cual se constató en el modo En cuanto a la cuantificación de ferrara, traciones iniciales de Fe 2 +, y se obtuvieron concentraciones simi lares de esta especie oxidante (0 .2 mM). Tabl a T. Valores de Eg de diferentes cata lizadores. Fotocatálísis heterogénea. De acuerdo con los resultados de la degradación fotocatalítica del 2,4-D, mos- Catalizador Valor Eg (eV) trados en la figura 2 , se aprecia que la adsorción del TiO 2 Degussa 3.1 2,4-D con los catalizadores y la fo tólisis por sí sola, TiO 2 Sol-Gel 2.92 prácticamente no disminuyen la concentración del TiO 2-Fei03 0.5 % 2.44 herbicida. En esta misma figura, se observa que los CIEIKIA UAIJL I Al.JO 15 f lo 60 OCTU BRE. DICI E /. ◄ BR E 2012 87 (\) �DEGRADACIÓN DE UH HERBICIDA EH M EDIO ACUOSO MEDIAl'>JTE LA GE~IERACIÓH IN SITU DE ESPE CI ES OXIDN ITES dos catalizadores presentan una actividad semejante 1 .0 en cuanto al porcentaje de degradación del contaminante (96%); sin embargo, con el TiO 2 se logra 0 .9 0.8 0.7 1,1 ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - ~ jij "ü 0 .6 ·e j.: 0.5 oU ...... 0,8 ~ 6u 0,7 5' 0,6 ~ 0,5 0 .4 o.3 --- TiO, -+- TiO, Fe,o, 0 .5% 0 .2 - - Ti02 Fe,03 1.0% 0 .1 0,4 ---- T.O, _._ T.O f'<l,O, 0.5% 0,3 __¿.._ R:M;;s;s ■'-..,_ '\ o " • ·- -- -~•- • 0,1 o 50 100 150 200 250 300 60 120 180 240 300 360 Tiempo (minutos) ■..__" ""-• ' .......____ ___ _ --T- Ad,m;on Adsol'cion T.OfeP,0.5% TIOz --+- 0,2 O.O •'--. '\ Fig. 3. Remoción del carbono orgánico total en la degradación fotocatalítica de 2.4-D, con los diferentes catalizadores sillleti zados 350 Tiempo (nin) Durante el seguimiento de la reacción de degra- Fig. 2. Degradación fotocatalítica de w1a solución 50 mg L·'de 2.4-D, 0.6 g L" de catalizador, radiación 365 nm de 800 mW cm·'. dación de 2.4-D por CLAR, se observó un interme- este porcentaje de descomposición en menor tiem- diario de la degradación, el cual se identificó como: 2,4-Diclorofenol (2,4-DCF}, uno de los compues- po (240 min). tos más reportados en la degradación del 2.4-D en Por otra parre, en cuanto a los resultados de la remoción de COT, se obtuvo hasta 60% de reduc- tratamientos forocatalícicos 20 y en otras tecnologías.1 1·12 La formación del 2,4-DCF, durante el pro- ción en cuatro horas. Con respecto a la remoción de ceso fotocatalítico, comienza a evolucionar hasta una carbono orgánico total (COT) durante el proceso concentración máxima en aproximadamente cuatro horas, y después disminuye gradualmente. La con- fotocatalítico, se observa mayor porcentaje de remoción de COT con el semiconductor TiO 2 sintetiza- centración más alta de 2,4-DCF se obtiene con el do por sol-gel, en comparación con el óxido modifi- catalizador sin dopar. Otros intermediarios forma- cado (figura 3). Este comportamiento se debe, posiblemente, a la diferencia en las propiedades del dos en la degradación forocatalítica de 2.4-D fueron identificados, como en el caso del ácido fórmico que catalizador mixto por la presencia del hierro que se identificó en el cromatograma a un tiempo de re- propicia otro número y tipo de si rios activos, los cuales en las condiciones en las que se lleva a cabo la tención de 14.07 min. reacción (tipo de radiación , pH de la solución, y cantidad de catalizador) no son favorecidos. 24 Sin Degradación electroquímica. Se aplicó un potencial embargo, de acuerdo a la caracterización UV-Vis con de celda de 2.5 V, que además de oxidar a la molécula de 2,4-D evita la polimerización sobre el ánodo, reflectancia difusa, el catalizador modificado posee favorece la formación de radicales hidroxilo y gene- una Eg menor (2.44 eV), lo cual le da la posibilidad ra al mismo tiempo al ión ferrara en el medio de que bajo otras condiciones de radiación, como la reacción. La figura 4 muestra el descenso de la con- solar, pueda presentar mejor actividad. centración del 2,4-D, cuando se genera el ferrara y (\) 88 CI EI JCIAUAI JL , Af10 15 llo 60 OCTUBRE. DICIEMBRE 2012 �M Vl LLAt l UEVA RODRIGU EZ, J M PERPJ.TA HERr JÁI m EZ, A HERr JÁI mEZ RAMIREZ se compara contra la oxidación anódica, apreciándose que la formación del ferrato mejora la degradación del herbicida. Por otro lado, se observa que a medida que aumenta la concentración de la sal ferrosa añadida, disminuye la velocidad de eliminación del fórmico (tr = 13.6 min), en que se observaron diferencias en la evolución de estos ácidos, cuando se forma el ión ferrato en comparación a la oxidación anódica, lo que indica que el poder oxidante del ferrato propi- 2,4-D, y esto puede deberse a que un exceso de iones cia una ruta de degradación más eficiente. Asimismo, se observó que el proceso de electro- ferroso actúa como secuestrante de los radicales HO·, generación de ferrara se ajusta a una cinética de pseudoprimer orden, como en el caso de la oxidación 55 , anódica y en el proceso fotocatalítico del 2,4-D. 18 En la tabla II, se muestran los parámetros cinéticos de la degradación del 2,4-D por estos tres procesos, calculados de acuerdo al modelo LangmiurHinshelwood. De acuerdo con estos datos, se aprecia que la oxidación del 2,4-D fue más favorecida con Tabla II . Parámetros cinéticos de la eliminación del 2,4-D por fotocatá lisis heterogénea, electrooxidación y electrogeneración de ferrato. 0 ---'r----~-~~~~~~~~~~~~~-r-' O 30 60 90 120 150 180 210 240 Tiempo (min) Fig. 4. Eliminación de 2.4-D 50 mg L·' con ferrato electrogenerado. a partir de una sal ferrosa, y aplicando un potencial de 2.5 V. (*) sin hierro (oxidación anódica), (1 ) Fe'•O.S mM , ( o ) Fe'' 1.0 mM y ( Á) Fe 2'3.0 mM. y además provoca una mayor concentración de Fe3Ten Experimento TiO1 TiO1-Fe2OJ 0.5 % Oxidación anód ica b[Fe 27 0.5 mM b[FeH] 1.0 mM h[FeH] 3.0 mM % Degradació1 k (mio·) (4 h) J.22 X 10·89.37 4.47 x 10'' 64.16 70.32 93.12 78. 15 72.58 4.67 8.66 6.25 4.80 X X X X 10·' 10'' 10·' 10'' t 1 (min) 56 155 148 80 110 144 disolución, lo que inhibe la formación del ión ferrato . • Concentración de la sal ferrosa como precursor del ion ferrato . La remoción de COT mostró un comportamiento similar en las diferentes condiciones de reacción, el proceso fotocaralírico con TiO 2 como catalizador, y se logró remover aproximadamente en 30%. El compuesto 2,4-DCF fue también uno de los princi- seguida de la degradación del herbicida, con la generación de ión ferrato, a partir de Fe 2 • 0.5 mM. Sin embargo, la acción de los radicales HO •, en combi- pales intermediarios identificados, y la velocidad de formación del 2,4-DCF fue mayor cuando se gene- 2,4-D en una mayor cantidad de intermediarios de ró el ión ferrato; y se observó que conforme avanza cadena corta, como los ácidos orgánicos de bajo peso la reacción de descomposición, aproximadamen te a los 150 minutos, la concentración de 2,4-DCF dis- molecular, lo que dará como resultado una solución nación con el ferrato logra romper la molécula del acuosa sin compuestos tóxicos. minuyó notablemente. Se identificaron además algunos ácidos orgánicos de cadena corta por croma- CONCLUSIONES tografía de líquidos de exclusión iónica, tales como: ácido maleico (tr = 8.2 min), málico (tr = 9.4 min), Los resultados obtenidos indicaron que la descom- acético (tr = 14.9 min), oxálico (tr = 6.9 min) y posición del 2,4-D, por la acción de los radicales CIEI l CI"' UAJ ll Al.10 15 1lo 60 OCTU BRE - DICI E /. ◄ BR E 2012 89 (\) �DEGRADACIÓ f ¡ DE ur" HERBICIDA rn MEDIO ACUOSO MEDIAl'ffE LA GEt IERACION IN SITU DE ESPECIES OXIDAt ITES hidroxilo generados en el proceso fotocatalítico, de- Palabras clave: Ferrara, Fotocatálisis, Ácido 2,4-D. pende del catalizador, del uso y de las condiciones del proceso. Mientras que por el proceso electroquí- ABSTRACT mico, la degradación del herbicida se debe a la acción del radical hidroxilo y del ión ferrara electrogenerados in situ. De aquí que estos procesos son viables In the present study, the decomposition of a commonly used herbicide, 2,4-dichlorophenoxyacetic como metodologías alternas para tratamiento de acid (2,4-D) was carried out by different processes aguas contaminadas con herbicidas. that involve che generation of strongly oxidizing spe- De acuerdo a los intermediarios, formados por cies: hydroxyl radical (HO•) and ferrare ion [Fe042-]. la destrucción de la molécula durante el proceso de The processes by which these species were generated degradación del herbicida, se encontró que la des- for rhe degradation of che herbicide were heteroge- composición del compuesto orgánico sigue una ruta neous photocatalysis, anodic oxidation, and the diferente según el proceso oxidativo aplicado . De electrogeneration of ferrare ion from a ferrous salt. The results showed that che decomposicion of 2,4- aquí que, dependiendo de la finalidad del tratamiento, puede optarse por un tratamiento u otro en tér- D by che accion of hydroxyl radicals generated in minos de costo, el grado de remoción de compues- che medium during the photocacalytic process de- tos orgánicos y de toxicidad del efluente, según las características que se deseen en el agua tratada. pends on the catalyst used and che process conditions. While in che electrochemical process, degradation of the herbicide occurs due to che action of the RESUMEN hydroxyl radical and electrogenerated ferrare in situ. En el presente estudio, se llevó a cabo la descompo- Keywords: Ferrare, Photocatalysis, 2,4-D. sición de un herbicida de uso común, el ácido 2,4diclorofenoxiacético (2,4-D), mediante diferentes REFERENCIAS procesos que implican la generación de especies fuertemente oxidantes: los radicales hidroxilo (HO•) y 1. Sisrema Nacional de Inform ació n d el Agua (SINA) . Esta- el ión ferrato [FeO / -J. Los procesos mediante los d ísticas del Agua en México (2008). www.conagua.gob.mx cuales se generaron dichas especies para la degrada- consultado 10/08/2010. ción del herbicida fueron la fotocatálisis heterogé- 2. nea, la oxidación anódica y la electrogeneración del Backgrounder WHAT IS 2,4-D? www.24d .org Co nsulta- ión ferrara a partir de una sal ferrosa. Los resultados obtenidos indicaron que la descomposición del 2,4- do 14/ 10/09. 3. D por la acción de los radicales hidroxilo generados en el medio, durante el proceso fo tocatalítico, depende del catalizador a utilizar y de las condiciones Tnduscry Task Force II on 2,4-D Research Dara, Issue Interna ci ona l Agency for R esearch o n Cancer. Chlorophenoxi herbicides. IARC Mo nographs Supplemenc 7 (1987) 156-160. 4. R. Andreozzi , V. Caprio, A. Inso la and R. Marocca . del proceso. Mientras que por el proceso electroquí- Advanced ollidacion processes (AOP) forwacer purifica tion mico, la degradación del herbicida sucede debido a la acción conjunta del radical hidroxilo y del ión and recovery. Catalysis Today 53 (1999), pp. 51. 5. M. Pera-Tirus, V. García-Molina, M.A. Baños Jaime ferrara electrogenerados in situ. Gi ménez, S. E.splugas. Degradacion of chlorophenols by (\) CIEI JCIA UAI JL Al 10 15 1l o 60 OCTUBRE - DICIEUBRE 20 12 90 �M \/l LLAt l UEVA RODRIGU EZ, J M PERN.TA HERI !Al m EZ. A HERI !Al mEZ RAMIREZ 6. means of advanced oxidarion processes: a general review. 15. Y. Lee, S.G. Zimmermann, A. K.i eu, U. Von Guren. Ferrare Applied Caralysis B: Environmencal 47 (2004) 219-256. (Fe(VI)) Applicacion for Municipal Wasrewarer Treatmenr: K. Kabra, R. C haudhary, R.L. Sawhney. Trearmenr of A Novel Process for Simulraneous Micropollurant hazardous orga ni c and ino rgan ic compounds rrhough Oxidarion and Phosphace Removal. Environmencal Science aqueous phase phorocatalysis: A review, Industrial & and Technology 43 (2009) 383 1-3838. Engineering Chemistry Research 43 (2004) 7 683-7696. 7. 8. M. Trillas, J. Peral and X. Domenech. Redox phorodegradation Sludge Odor by Oxid izing Sulfu r-Concaining Compounds of 2 ,4-dichlorophenoxyacetic acid over TiO2 Applied wich Ferrare (VI). Environmenral Science and Technolo- Cacalysis B: Environmencal 5, lssue4 (1995) 377-387. gy 43 (2009) 5890-5895. Y. Rodríguez-González, A. Moreno-Rodríguez, M. May, 17. Y. Lee, 1-H. Um and J. Yoon. Arsenic(III) Oxidation by F. Tzompanrzi, and R. Gómez. Slurry phocodegradation lron(Vl) (Ferrare) and Subsequenr Removal of Arsenic(V) of 2,4-dichlorophenoxyacecic acid: A com paracive scudy by lron(III) Coagulacion. Environmenral Science and Te- of impregnaced and sol-gel In2O3-TiO2 mixed ox ide chnology 37 (2003) 5750-57 56. ca ralysrs. Journal of Phocochemiscry and Phocobiology A: Chem iscry 193 (2008) 266-270. 9. 16. C. He, X. Zhongli, Y.K. Sharma, S. Yuli. Elimination of S.P. Kamble, S.P. Deosarkar, S.B. Sawanr, 18. J.M. Schreyer, L.T. Ockerman. Stabilicy of che Ferrare (VI) Ion in Aqueous Solucion . Analycical Chem isuy. Vol. 23, J.A. Moulijn, No. 9 0 951) 1312-1 314. and V.G. Pangarkar. Phorocacalycic Degradarion of 2,4- 19. J.Q. Jiang, B. Lloyd . Progress in che developmenr and use Oichlorophenoxyacetic Acid Using Concencrared Solar of ferrare (V I ) sa le as an ox id anr and coagu lan c Radiarían: Batch and Concinuous Operation. Industrial for water and wasrewacer rreatmenr. Water Res. 36 (2002) & Engineering Chemiscry Research 43 (2004) 8178-8187. 1397. J. 20. Y.O. Perfiliev, E.M. Benko, DA. Pankracov, Y.K. Sharma, Blanco.TiO2-based solar phorocacalytic decoxification ofwacer S.K. Dedushenko. Formacio n of lro n(Vl) in Ozonalysis containing organic pollucancs. Case srudies of2,4-dichlorophe- of lron (III) in Alkaline Solucion. Inorg. C him. Acra. 360 noxyacericacid (2,4-D) and ofbenzofuran. Applied Caralysis (2007) 2789. 10. J.M. H errman n; J. Disdier, P. Pichar, S. Malato and B: Environmencal 17 lssues 1-2 (1998) 15-23. 1 1. F. Beck, W. Kaiser, H . Krohn. Boron doped diamond 21. J.Q. J iang, C. Sranford , M. Alsheyab. The on li ne genera ri o n and applicarion of ferrare (VI) for sewage (BDD)-layers on ritanium su bsrrates as electrodes in rreatment - A pilot scale rrial. Separarion and Purificarion applied electrochemisc.ry. Electroch imi ca Acta 45 (2000) Technology 68 (2009) 227-231. 469 1-4695. 12. M . Panizza , G . Cerisola. Cri tical review. Application of 22. J. Lee, O.A. Tryk, A. Fuj ishima and S-M. Park . EleClrochemical generarion of ferrare in acidic media at diamond e leccrodes ro eleccrochemica l processes. boron-doped Elecuochimica Acta 51 (2005) 19 1-1 99. Comm un icacions (2002) 486-487. 13. J.Q. Jiang. Research progress in che use offerrace (VI) fo r diamond electrodes. C h emica l 23. M . Villan ueva-Rodríg uez, A. H ernández- Ramfrez, J .M. che enviro nm encal remediacion. Journal of Hazardous Peralca-Hernández, Erick, R. Bandala, Marco A. Quiroz- Macerials 146 (2007) 617-623. N fu.ro. Enhancing che elecrrochemical oxidarion of acid-yellow 14. Y. Lee, M. Cho, J.Y. Kim, J. Yoon. Chem istry of ferrare (Fe(Vl)) in aqueous solurion and ics appl ications as a green chem icaJ. Industrial & Engineering C hemistry Vol. 1O No. 1 (2004) 16 1-1 71. CIEI JCl4. UAr ll 4.110 15 1lo 60 OCTUBRE - DICIE/.•BRE 2012 36 azo dye using boron doped dia.mond elecrrodes by addition offerrous ion.]. H azard. Macer. 167 (2009) 1226. 24. M. Villanueva, C. M. Sánchez, V Monriel, E. Brillas, J. M. Peralta, A. Hernández. Characrerization of ferrace ion 91 (\) �DEGRADACIO I l DE Uf l HERB ICIDA Erl M EDIO ACUOSO 1/,EDIAI JTE LA G El IERACI0~1 IN SITU DE ESP ECI ES OXIDAl ITES electrogeneration in ac idic media by voltametry and 25. Y. lee, J. Yoon , U. von Gunre n. Spectrophoromerric scan ning eleccrochemical microscopy. Assesmenr of irs determination offerrate (Fe (VI)) in water by ABTS. Water reacciviry o n 2 ,4--dichlorophenoxiacetic acid degradation. Research 39(2005) 1946- 1953. Electrochimica Acta 64 (2012) 196- 204. Recibido: 1 de septiembre de 2012 Aceptado: 1 de septiembre de 2012 (\) 92 CIEI ICIA U Al IL AJ '10 15 ! l o oO OCTUBRE . DICIE r ',BRE 20 12 �c1ENC 1AXVuANL AN I VERSARIO Barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas J AN ANro 10 AoutLAR ÜARIB *, RoMÁN JAB1R AYA QuINTERo•·••, SoPHIE GulLLEMET-FrurscH**, MARTiN EDGAR REYES Mao\ BERNARD D uRAN D.. Los capacitores, elementos esencia- Una fo rma de satisfacer esta condición consiste les en la industria electrónica, al en preparar polvo de material dieléctrico en una sus- igual que otros componentes de ese pensión con la que se forma una capa delgada a la tipo, están expuestos a las exigen- que luego se le colocan los electrodos mediante un cias comerciales y energéticas corres- proceso serigráfico. Entre las técnicas más directas pondientes a la reducción en tama- para producir estas capas delgadas a escala industrial ño y peso ; asimismo, mantienen su eficiencia se encuentra el vaciado de cintas (tape casting) que la energética. El principio de funcionamiento de un capacitor requiere de un material de alta constante industria continúa utilizando a pesar de que se ha llegado a un límite en el cual ya no parece posible dieléctrica en capas cada ve:z más delgadas, apiladas en una forma denominada cap acitor muiticap a obtener capas de espesor más delgado. El trabajo más (CMC). La figura 1 m uestra el arreglo de este por ende, del capacitor, está en el diseño de una sus- capacitor en el que las capas se conectan en paralelo, con lo que la capacitancia de cada capa se suma. pensión cuyas propiedades reológicas sean adecuadas para su vaciado en capas delgadas, cintas que sean importante en la reducción del espesor de la cinta y, continuas. Una revisión amplia muestra 1- 3 que el límite práctico al que ha llegado hasta ahora mediante tape casting es de 3.5 µm. En este trabajo se diseña una formulación que reúne las mejores condiciones reológicas para obtener cintas delgadas, de espesor menor de 3.5 µm, mediante tape casting, por lo que siendo que este valor el Límite práctico para esta técnica, cualqu ier esFig. 1. Arreglo de un capacitar multicapas. El presente orlícu lo está basado en la investigac ión "D iseño de suspen· siones paro producir ci ntas cerámicas ultrodelgadas paro capacitores mu lticapa, mediante lope cosling", gal a rdonado con el Premio de Investigación UANL 2012, en lo categoría de Ing eniería y Tecnología, olorga· do en sesión solemne del Consejo Uni versita rio, en septiembre de 20 12. CIEtKIA UAIJL / A1°l O 15 rfo 60, OCTU BRE - DICI EMBR E 2012 pesor menor a éste calificaría de ultradelgado. " Universidad Autónoma de Nuevo León, FIME. º Universidad de Toulousse 111, Paul Sa batier, Centre lnterun ivers taire de Recherche et d ' Ingeniere des M atériaux. juan.aguilar@uan l.ed u.mx 93 (\) �BARBOTII--.JA PARA PRODUOR OI--.JTAS CTRÁMICAS ULTRADELGADAS río; en condiciones extraordinarias el espesor míni- Tape casting mo reportado es de 2 itm, mientras que en la indus- La figura 2 muestra w1 esquema del proceso de tape tria el mínimo reportado es de 3.5 µm. casting en el que se hace pasar a la suspensión por debajo de la cuchilla, entre ésta y un sustrato. El es- Prueba en modo oscilatorio pesor de la cinta formada depende de la velocidad de arrastre, de las propiedades reológicas de la suspen- Este tipo de prueba, también llamada dinámica, con- sión y del espacio bajo de la cuchilla. siste en la aplicación de una füerza de corte oscilatorio con una frecuencia W a la muestra en estudio. No se trata de un régimen transitorio, sino armónico per- e ila Suspensión manente. Significa que durante el movimiento pe- EvaporaciOll de solvente riódico la ondas correspondientes, el esfuerzo a (t) y lll la rasa de d eformación y (t) evolucionan de manera sinusoidal, con respecto al tiempo, con la misma frecuencia pero con un ángulo de desfasamiento entre ellos. Fig. 2. Esquema del proceso de vaciado en ci ntas wpe cc,sting. El control del espesor se lograría con sólo fijar el espacio por el que pasa la suspensión, si no hubiera componenre elástico en el comportamiento reológico A partir del análisis de las señales sinusoidales de esfuerzo y tasa de deformación, se define el desfasamiento entre la rasa d e corte y el esfuerzo de la muestra y su razón: de la suspensión; pero sí lo hay, lo que conlleva una O" G* = - º Yo dificultad para obtener cintas delgadas. La figura 3 muestra los desarrollos industriales y científicos en el campo de las cintas gruesas y delgadas. El proceso tape casting se considera un método de fabricación para cintas gruesas a nivel laborato- o ó0 y ií0 que representan, respectivamente, las amplitudes máximas del esfu erzo y la deformación. Esta razón se denomina módulo de deformación o rigidez,6 Pel 1culas gruesas 1 ,. • . '!D . '· .. (1) .: • 100 ... .. .. .. ., 1 1 .. U ne.11 b11se .!! 1 ~ . 1 . " 1 ft•fentnda .. . ·1 - -· 11 1 1 y, . y(t) = Yoe i(@t- S ) 1 1 1 1 ¡¡ 1 G* = 1 ,,,.- 1 1 O1 Bp,,,,r(¡.rm) Fig. 3. Estado del arte de los avances académicos e industriales de cinta~ de lgadas y espesas para aplicaciones de CCM. 1-3A., (\) 94 (2) De ahí se tiene que: 1 2000 10 y se expresa en pascales (Pa). 1 . .. 1 ¡ i . Pelfculas delgadas O"o y 0 (cos5 + isen5) (3) Donde, G' = G *cos5 (4) G' = G * senó (5) CI EI JCIA UA11L I Af10 15 1lo 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �JUAN Al•lTONIO AGUI LAR G , RO MÁN J NAVA Q , SOPH IE GU ILLEMET F , MARTÍN EDGAR REYES MELO , BE RNAR D DURAf,ID Así, la energía elástica conservada y restituida durante un periodo es proporcional a G', el módulo Tabla J. Carac1erfs1icas físico-químicas de los polvos de BaliO,. elástico (o de conservación); mientras la energía disipada por fricción debido a la viscosidad durante el mismo ciclo es proporcional a G", el módulo viscoso (o de pérdida). El desfasamienro 8 se corresponde con los módulos por la relación: G" tanó= - (6) G' El cual sería de Oº (para un sólido elástico perfecto, si G"=0) y 90º (para un líquido puramente viscoso sin componente elástico, G '=Ü). Cabe señalar que 8 y tan8 - se denominan, respetivamente, dngulo de pérdida y tangente de pérdida. Muestra Fabricante Tamaño de partícula prome-dio 0(4,3] (nm) Area sup erlicia! (m2/g) Morfologia Estrucl11fa cristalina Ruta de síntesis BT-01 BT-02 Sakai Chemica l Co. 102 454 24 1 587 12 .5 7.3 Esférica Cúbica Pseudocúbica 11 idrotem1al M'í-02 1 MT-03 Marion Technologies 91 550 1445 11482 11.8 7.2 Irregular TetragonaJ Cúbica Oxa lato La dependencia de las variables reológicas oscilatorias, en función de la frecuencia, resulta en una especie de filtro en la que sólo hay respuesta de los grupos con tiempos cercanos a las frecuencias de pulsación urilizadas. 9 Las características dinámicas informan acerca de los grupos que componen la estructura, técnica importante para el desarrollo de dispersiones de alro rendimiento. 10 MATERIALES Se utilizaron dos polvos de BaTiO3 elaborados por Marion Technologies, y dos más de Sakai Chemical, en función de los criterios de pureza (>99%), mor- Fig. 4. Imágenes en MEB de polvos de BaTiO,, a) BT-01 b) BT-02 e) MT-03 dJ MT-02. fología esférica y tamaño de parrícula. La tabla I agrupa los polvos caracterizados en esre rrabajo, y la Solvenres morfología d e los polvos de BaTiO 3 utilizados se muestra en la figura 4. Se seleccionó un sistema binario de solventes compuestos por un líquido con constante dieléctrica elevada (polar) y otro de baja {no polar). 7 La tabla II agrupa los detalles de los solventes utilizados. CIEIKIAUAI JL / AI.JO15 lfo 60 OCTU BRE-DICI EMBR E 2012 95 (\) �BAABOTII 1A PARA PRODUOR Cll~TA5 CTRNldCA5 ULTRADEL GADA5 Aglutinante Tabla Il. Solventes utilizados para fabricar barbotinas. A b ajas concentraciones, el PVB ac tú a como Solvente Constante dieléctrica relativa a la frecuencia nu la 2.2 24.3 33. 1 2.4 79.0 Tolueno Etano l Metano! Xileno Agua dispersance, dado que en su estructura conriene grupos hidroxilo y éster. Entonces, para evitar la competencia de éste con el dispersanre para la adopción sobre las partículas cerámicas, el aglucinance se agrega después de los procesos de molido o dispersado. 17 Dispersan tes Se seleccionaron eres cipos, con respecto al peso molecular, de PVB (tabla IV) para formar cintas cerá- Se agregan agenres dispersanres para garantizar la vo la misma concentración de grupos OH- y burilo metaestabilidad de la dispersión. La disminución de especies polares para d isociar los pares de iones en la remanenre, para comparar sólo el efecto de la longi- micas con espesores menores que 3 µm , y se mantu- tud de cadena. superficie de las partículas de BaTi0 3 es más probable lograrla con la ayuda de macromoléculas que forman una capa alrededor de éstas. Lo anterior es una señal de que una dispersión debe escab ilizarse con Tabla IV. Características químicas del PVB _ Id. Peso molecular culas. Históricamente, ha existido un reto en cuanto sz la compatibilidad de sistemas solventes con los tipos s de dispersances utilizados, como lo reporta la biblio- MS macromoléculas que promuevan mecanismos de repulsión estérica que eviten la agregación encre partí- grafía. 6 •8 •9 Concentración de grupos butilo (% mol) 32,000 Concentración de grupos hidroxilo (% mo l) 21 23 ,000 22 74 ± 3 53 ,000 22 74 ± 3 77 min. L1. tabla III muestra los d ispersances utili- zados para los diversos experimentos. MÉTODOS EXPERIMENTALES Tabla III. Dispersantes utilizados. Arreglo para el tape casting Nombre comercial M l 206 Fcn-o Electronics R.S410 Rhodia USA l'D 2206 Uniquema México l'D 1000 K.D 6 Triton X100 (\) Fabricante 96 Uniqucma México Uniqucma México Aesar, Estados Unidos Familia Mezcla de ctanol-diocti l ftalato c hidrocarburos Fosfato éster polioxictilcno tridec il Poliéster alifático (copolímero en trib loquc ABA) Poliéster oligomético (l igera-mente aniónico) Copolímero grafcado tipo AB" Octilfcnol ctoxilado Se adaptó una máquina de tape casting manual para evaluar el comportamiento de la suspensión, en la que es posible variar la distancia entre la base y la cuchilla, mediante lám in as de al umi nio y micrómetros de ajuste de altura (figura 5) . Formulación y fabricación de barbotinas Se utilizó la técnica de sedimentación para seleccionar el sistema polvo+ solvente+ dispersance, de acuerCI EI ICIA UAI IL Al 10 15 1Jo 60 OCTUBRE - DICIEUBRE 2012 �JUAN Al lTOI JIO AGUILAR G. ROMAIJ J NAVA Q, SOPHIE GU ILLEMET F . MARTII J EDGAR REYES MELO, BERNARD DURAt,I0 ron muestras aptas o metaesrables aquéllas en las que, después de diez días, la razón H/H0 fue de al menos 0.7. En la figura 6 se aprecia cómo se sedimentan las suspensiones, se consideran para las siguientes pruebas sólo las que cumpüeron con el criterio mencionado de 70%. Fig. S. Esquema de la cuchilla de la máquina aplicadora: 1) Micrómetro de ajuste, 2) Lai na de aluminio. 3) Mylar. do al grado de compatibilidad en función de su metaestabilidad. A conrinuación se describen las tres etapas de formulación de dispersiones: sedimentación, determinación de la concentración de dispersante y selección del agluti nante. Sedimentación Los polvos y dispersantes se prepararon de la siguiente manera: se agregaron 2 g de BaTiO 3 a 10 ml de mezcla de solvente-dispersante , el contenido de dispersante fue de 3% en peso, con respecto a la cantidad de BaTiO 3, codo se puso en un tubo de ensayo y se selló con una tapa de hule. Las suspensiones (pol- Fig. 6. Pruebas de sedimentació n. Optimización de la suspensión Las suspensiones que cumplieron satisfactoriamente la etapa de sedimentación se seleccionaron para determinar la concentración óptima de dispersan te. Es vo + solvente+ dispersante) se dejaron estabilizar por decir, se prepararon suspensiones a diferentes concentraciones, las cuales fueron: 0% (sin dispersante) , 30 minutos, para que el dispersante se adsorbiera a 2%, 4% y 6% en peso. El procedimiento de fabrica- las partículas. Enseguida, se agitaron mediante ultrasonido durante 1O min, a una frecuencia de 42 ción de éstas fue el siguiente: el polvo cerám ico se agregó a la mezcla de solvenre y dispersante. Poste- Hz. Luego, las muestras se dispusieron en posición riormente se procedió a un paso de dispersión para vertical denrro de un cuarto con una temperatura controlada entre 21 ºC y 23°C y 60% de humedad romper los agregados, en una jarra de polietileno con relativa. La altura máxima se registró como (H) y es la referencia. La altura del frente de sedimentación (H) se midió periódicamente cada 8 h. Las mediciones se realizaron durante dos semanas. Se considera- CIEI l CI"' UAI ll , Al.JO 15 1lo 60 OCTU BRE - DICIE/. ◄ BRE 20 12 bolas de molido de zirconio de tamaño de 0.65 mm. Las condiciones fueron: 120 rpm durante 24 h. El método de anál isis y selección de suspensiones fue mediante reología en modo estático y dinámico, única manera de conocer los dos módulos de la viscosidad. 97 (\) �BAABOTll,JA PARA PRO0UO R Cll~TAS CTRAMICAS ULTRADEL GADAS Optimización de la barbotina Fabricación de cintas cerámicas Una vez que la concentración Óptima de dispersan te El tape casting se realiza con un volumen de disper- se determinó para las suspensiones preparadas, se fabricaron las dispersiones {barbotinas) mediante la adición y homogenización del aglutinante y el sión de 3 ml, depositado para aplicarse sobre una sección de Mylar mediante un esfuerzo de corte dado por la cuchilla, al desplazarse linealmente a una velo- plastificance. La preparación del aglutinante se reali- cidad constante de 50 mm/s y una apertura de apli- zó en paralelo a la preparación de la suspensión, y se cación de 2.5 µm. La longitud de la cinta elaborada agregó 15.7% en peso de PVB en polvo a una mez- fue de 26 mm. El espesor de las bandas se midió con cla de solventes (compacibles con el solvente urilizado en la suspensión). La solubilización del PVB se microscopía electrónica y perfdometría de contacro. Las dos cécnicas mostraron resultados escadíscicamen- realizó mediance la agitación de la mezcla (PVB sol- ce iguales con resolución para cincas de espesores ventes), durante 24 ha 75 rpm y a cemperatura am- delgados. biente. Las suspensiones preparadas con la cantidad óp- Resultados y discusión tima (con base en sus propiedades viscoelásticas mostradas) se dividieron en eres partes proporcionales para agregar los tres cipos de aglutinantes (B 1 con Formulación de suspensiones un peso molecular de 23,000, B3 de 32,000 y B5 de Sabiendo qué variables cienen mayor influencia so- 53,000) más el plasrificante. La proporción en peso bre la viscosidad y al opcimizarse permitirán reducir de suspensión-aglutinante-plastificante fue de 1.41: 1:0.04. Una vez completada la mezcla, se pro- el espesor de las cincas, aun cuando el tamaño de cedió a homogeneizarla mediante rolado durante 24 ción se presenta la reformulación de suspensiones para ha 10 cpm. El método de análisis de las dispersiones obtener viscosidad baja (100 cPs) y un módulo elás- fue la reología, al igual que con las suspensiones. tico lo más bajo posible, de manera que permitan elaborar cintas cerámicas "delgadas" y homogéneas. Reología de dispersiones La interpretación de los fenómenos que ocurren de- partícula sea menor o igual a 300 nm, a continua- bido a las interacciones de los componentes de la En este trabajo se construyeron reogramas, en modo suspensión se realizará a parcir de los resultados del estático y en modo dinámico. Para el primero, las análisis reológico en modo escárico y oscilatorio. curvas son de viscosidad aparente contra tasa de corte en un rango comprendido enrre 0.001 s-1 y 500 s-1; Sedimentación mientras que para el segundo las curvas son de los módulos conrra frecuencia en un rango de 0.01 a 500 Hz a 25º C, con una amplitud de 5% de la de- La sedimentación da w1a idea de la metaestabilidad del sistema. Un tiempo de sedimentación corto in- formación total bajo condiciones isotérmicas. Las dica una fuerte interacción entre partículas cerámi- mediciones reológicas se realizaron con un reómetro cas y una pobre efectividad del dispersante. En la tabla V se enÜstan sólo las formulaciones que pre- Physica MCR301. senraron los tiempos de sedimentación determina- (\) 98 CI EI ICIA UAI IL Al 10 15 l lo 60 OCTUBRE . DICIE1,1BRE 2012 �JUAN Al lTOI JIO AGUILAR G, ROMAIJ J NAVA Q, SOPHIE GU ILLEMET F . MARTII J EDGAR REYES MELO, BERNARD DURAt,I0 dos para considerase aptos (H/H 0 ?. 0.7 después de 10 días). Tabla V. Muestras de la prneba de sedimentación . Tamaño de partícu la (nm) Solvente 100 To lueno/ etano l Identificación pobre compatibilidad con el medio y no se extienda, da un peso adicional a la partícula y provoca la sedimentación. Efectividad de los dispersantes Las suspensiones superaron el valor límite de sedi- To lueno/ metano! Xilene/ etanol 200 Dispersante cadena correspondiente a la parte no polar, tenga una To lueno/ etanol Xileno/ etanol Fosfato éster Copo limero graft ABA Po liéster oligomerico Copo li mero graft AB. Copo limero graft AB. Copo li mero graft ABA Po liéster oligomérico Copo limero graft ABA Copo limero graft AB n Fosfato éster mentación y se caracterizaron reológicamente. Para BT0ITERS4 BT0ITEPD2 cada dispersión seleccionada, la concentración del BT0ITEPD I dispersante varió en O, 2, 4 y 6% en peso. Se clasificaron los dispersantes seleccionados en BT0ITEKD6 BT0 ITM KD6 BT0 IXEPD2 dos familias, con base en su estructura química. La primera, compuesta por macromoléculas "lineales" que comprenden los dispersantes de tipo éster fosfato y el éster oligomérico; y la segunda, compuesta por BT0 IX EPDI BT02TEPD2 BT02TEKD6 BT02XERS4 macromoléculas en bloque o injerto (grafr) con estructuras ABA y AB •. La denominación Lineal utilizada para clasificar a los dispersantes de tipo éster sólo los diferencia de otros con estructuras más complejas, como los copolímeros grafeados, y se decidió así, porque sus respuestas reológicas fueron similares. Los sistemas binarios utilizados como medios de dispersión, compuestos por un líquido polar y otro Dispersantes de macromoléculas lineales débilmente polar al que se puede considerar no polar, han resu ltado compatibles con algunos de los Las viscosidades aparentes de las formulac iones sin dispersantes seleccionados. Es el caso para los polvos dispersante (esto es, BTO l TE, BTOIXE, BT02XE) BT-01 y BT-02, en las mezclas de tolueno-etanol y tienen un comportam iento pseudoplástico, y las xileno-etanol. Por otra parre, todas las suspensiones muestras BTO 1TE y BTO lXE poseen una viscosi- en las que se utilizó el dispersante tipo octilfenol dad más elevada qu e la identificada como BT02TE. etoxilado resultaron inestables. Este dispersa.nte tiene una estructura molecular con un grupo OH- y Lo anterior puede atribuirse al efecto del área super- otro fenol ligado a un grupo alquilo. Los grupos OHse adsorben en la superficie de las partículas cerámicas, 8 mientras que el grupo feno l ligado a la cadena de hidrocarburos, en teoría, se debe expandir hacia el medio. La inestabilidad presente provoca que la corona, que debe formar la parte no adsorbida de la CIEI l CI"' UAI ll , Al-JO 15 1lo 60 OCTU BRE - DICIE/. ◄ BRE 20 12 fi cial, la cual es más elevada en el polvo BTO 1 y, por ende, éste tendrá una fuerte tendencia a formar agregados. 10 Un comportamiento pseudoplástico también se observa en las muestras con dispersante dentro del rango que va de 10·3 s· 1 a 100 s·1 para luego tornarse a un comportamiento de tipo newtoniano y, fmalmente, dilatan te por arriba de 100 s· 1• Las muestras 99 (\) �BARBOTll'-IA PARA PRO0UOR Ol'-ITAS CTRÁMICAS ULTRADEL GADAS compuestas por xileno-etanol con dispersa.me tipo 1000000 poliéster oligomérico (PD 100) tienen un comportamiento similar al mostrado por las muestras com- 100000 puestas con tolueno-etanol y fosfato éster (RS410). La adsorción de dispersa.mes clasificados como lineales de es te esrudio puede ser descrita conside- 10000 -¡;; e:."e- i •• 1000 ... .. 100 001 1E-3 la cadena de hidrocarburos. Por su parte, para el lf;..j 1E-4 1E-3 0 .01 fosfato éster es el grupo éster fosfato el que se adsorbe g 10C0 C" 1CO ,, 1 •• 10 ·•. .. 100 1000 10000 Inn2~ 1-: J.t w l ■ • ll J l)~.\f HS-..12 _. l tTl)~;\ l' US.H ♦ IITfJi:\ J:Hs;(, 10 ~ 0. 1 cidos) son diferentes a la liga fósforo-oxígeno para el caso del fosfato éster, y la liga carbono-oxígeno para La adición de dispersan te a las suspensiones base IJ'l(Jl ,Xt l'l)lt.i 7 (s·' ) 100CO -¡;; 001 el oligómero éster, tienen un carácter aniónico en 0.1 1OOO(lJ los grupos químicos que se adsorben (dipolos indu- ambos. ....... 10000(Xl el medio son amp liamente diferentes entre momento dipolar de los iones ligados al oxígeno en Jf) OI I tKSH ll'fC!IT l:U.S l6 Fig. 7. Reologia de una suspensión con polvo BT-01 . dos casos, las interacciones de la parte no polar con estrucrurales, y dependen del grupo éster para el mecanismo de adsorción. No obstante, aun si el .. ... .. Tasa decotle , erilenos oxidados se extiende hacia el medio. En los dispersantes, debido a las diferentes conformaciones 1m1rn¡Rs.z • llTUl\"F BllllXEPDll llT0IXEPDl4 o., y la parte que se extiende al medio se compone por a la superficie del Ba.Ti03, mientras que la parte de •. 10 po éster, el cual se adsorbe en la superficie del BaTi03, DllllTE ♦ j rando que en el caso del éster oLgomérico es el gru- ■ • •• ¿. •• :.. . ..••tt••···· 1E-4 1 E-4 • •• . 1E.J 1E-3 0.01 0.1 10 Tosadecorl~ , 100 1000 10000 r (s·') Fig.8. Reologfa de una suspensión con polvo BT-02. BaTi03 mejora las propiedades de fluidez, debido a una reducción importante en la magnitud de la vis- Es evidente el cambio en el comportamiento vis- cosidad aparente, de cuatro órdenes de magnimd, coso alrededor de 5 s· 1, pues denota una frontera entre observada en todas las muestras (figuras 7 y 8). Durante la dispersión de partículas en el "molido" o, dos mecanismos de in teracción: por un lado, mejor dicho, "dispersado", pues involucra más la tiempo es lo suficientemente larga para favorecer las desintegración de aglomerados que la rup tura de interacciones entre partículas-dipolos inducidos y dipolos inducidos-con el medio; por otro lado, partículas, se facilita la adsorción de las macromoléculas a la superficie del BaTi0 3, cuando son separa- pseudoplásrico cuando es menor a 5 s·' y la gama de das por la energía mecánica para que luego ya newtoniano cuando es mayor a 5 s· 1 y los tiempos de interacción al interior de la estructura son tan cortos recubiertas no se vuelvan a aglomerar. Este proceso que en promedio no hay un cambio, y en sistemas reduce las interacciones partícula-partícula y mejora la fluidez. de este tipo se consideran como esferas rígidas bien dispersas por todo el medio, con una viscosidad cercana a la magnitud reportada para el solvente. 7 (\) l 00 CI EI JCIA UAI JL I Af10 15 f lo 60 OCTUBRE - DICIEMBRE 201 2 �JUAN Al ITOI JIO AGUILAR G, ROMAIJ J I IAVA Q SOPHIE GU ILLEMET F . /.~ARTII J EDGAR REYES MELO, BERNARD DURAt•ID Por debajo de 5 s-1, la formulación con polvo de En general, se observa que las suspensiones con 100 nm con dispersante oligomérico éster y la form ulación con polvo de 200 nm con dispersante dispersante tipo éster oligomérico presentan una viscosidad mayor que aquéllas con éster fosfato. Lo cual fosfato éscer, ambos en un medio xileno-etanol tie- sugiere, en cada sistema, una interacción más fuerte nen un comportamiento mixto: newtoniano pseudopláscico. entre el solvente y el medio solvente, con respecto a la longitud de la corona que se extiende hacia el me- Este comportamiento se acribuye en este trabajo, para los dos sistemas con el mismo medio, a una fuer- corona y las moléculas que la rodean, hay una dife- te influencia de las moléculas del solvente sobre las rencia debido al cipo de dispersante en la gama com- cadenas poliméricas no polares. La reología como prendida entre 50 y 100 s·1, los cuales se reportan dio y la naturaleza de las especies que conforman la único método de caracterización de suspensiones no como los valores característicos de tape casting. No explica totalmente esce fenómeno; sin embargo, es obstante, las diferencias de estructura y el conoci- posible suponer la existencia de fuertes interacciones miento de la contribución elástica sirven para establecer la metaestabilidad de la suspensión, con res- entre las moléculas del solvente sobre los grupos de la parte polar y la longitud de la corona que se extiende al medio. pecto a la concentración de dispersante. En el modo oscilatorio (figura 9), se evidencia el Las suspensiones con dispersance de tipo fosfato éster tienen una transición pseudoplástico-dilatantenewtoniano alrededor de 5 s-1, que sugiere un efecto efecto de los dispersantes. No importa que la concentración de la magnicud del módulo elástico y de dado por el dispersante, ya que sólo se presenta para movilidad del sistema, con respecto a la condición el fosfato éster por causa de una transición en la distancia de equilibrio y la influencia electroestática de sin dispersante. Las suspensiones de polvo sin dispersante son muy agregadas, debido a que el me- los grupos etoxilados. Por otro lado, la región newto- dio es débil para reducir su energía libre, lo cual ga- niana de las dispersiones tiene un interés práctico, rantizaría la metaestabilidad de la dispersión. En esta debido a que el proceso de tape casting se desarrolla dentro de esta gama de tasas de deformación. 8 condición la suspensión puede imaginarse como una Mientras el esfuerzo de corre aumenta, las partículas llegan a un estado en el que la distancia de equi- pérdida sean muy pequeños e indiquen una alta red tridimensional de agregados con fuertes interacciones. librio se reduce y la probabilidad de que las partícu- A frecuencias altas en las suspensiones con dispersante, el módulo de pérdida ( G') es la lectura las se encuentren aumenta, de manera que se generan que el aparato muestra, e indica que el comporta- repulsiones estéricas creadas por el entrecruza.mien- miento elástico está fuera de la gama medible de la to de las partes no polares extendidas al medio. Este geomecría. Mientras que el módulo elástico (G ') sea impedimento físico se manifiesta a 160 s· 1, para el igual o menor que el módulo de pérdida (G'), el sis- fosfato éster, y a 230 s· para el oligómero éster; y se marca por un cambio a w1 comportamiento dilatante. tema tendrá un comportamiento de tipo fluido donde las moléculas del solvente no tienen una interacción De manera que las cadenas compuestas por hidro- de tipo elástico, debido a su gran movilidad, así como carburos generan una barrera física; las de grupos polietoxilados, más de tipo eleccroestático, debido a la tienen también las partículas. 1 la presencia de oxígeno en la cadena. CIEI JCI"' UAJ ll Al-JO 15 1lo 60 OCTUBRE - DICIE/. ◄ BRE 2012 1 O1 (\) �BARBOTll'-IA PARA PRODU O R Ol'-ITAS CTRÁNdCAS ULTRADEL GADAS El punto donde G 'y G" son iguales está en fun 100) 1000 100 100 10 10 01 CI 001 001 l ¡,, ción de la dispersión. Esto depende del tipo de dispersante mediante sus interacciones en la i il dio. Este es el caso que se supone en este trabajo para las muestras de las figuras 9a y 96. Mientras tanto, a "l bajas frecuencias hay un ligero incremento en los i •i l ~ SI 1 polarizabilidad electrónica de las moléculas del me- ~ 1E-3 E,3 1E-1 1E-4 de tipo elástico (G ') . Esto se asocia en el presente 1E-5 1E-5 trabajo al comportamiento browniano de las partí- 0.1 1000 100 10 FreCtlf'nCltl , módulos , y la tendencia es a un comportamiento más culas, debido a que las moléculas adsorb idas al f (H?J Fig. 9a. Suspensiones con dispersan tes gr<1feados, BT-0 1 en tolueno-etanol con fosfato éster BaTiO 3 evitan la interacción entre partículas durante la deformación. - • - u· 1n<1 1·1·r -- - O' lm lll l ftl) l.2 10000 1000 100 • ~ 'º ¡_, - Como conclusión en cuanto a los dispersan tes - - G"OTil lTFYll ll - ~ - O" lff(J ITl;;.t•Olof - n"l-l"lll1'rl,JJl] J6 .-• . . . -... --..... "'9- •-•-•---•-•---• -•---•-•-• •-•-•-•-·--• -• -•-•, I ~ ~-- .,,/ ~\'~:::;;✓ - -- - _.,- 0.1 i -o·rm 11TPDIO ..--.. .. ..--- ·-· 8 1 -O'DTil l nMJJ.I - • - U''BTOIU: ' lineales, el polvo BT-01 con tamaño promedio de IOOl 100 nm tiene el mejor comportamiento reológico 100 'º 1 i 01 -~ 0 01 10000 001 l q j 1E-l IE-3 IE.< IE-" IE-5 1E-5 001 10 01 con este tipo de dispersantes. Lo que indica que éste es más compatible con los mecanismos de adsorción que se desarrollan entre los grupos de tendencia aniónica del dispersante y los grupos OH en la superficie, producto del método de síntesis. Dispersantes de macromoléculas grafeadas (en blo- 100 que) F-lfm11tnC1B , ! (Ht} Fig. 9b. Su spensiones con dispersantes .. grafeados· •. BT-0 1 en tolueno-etanol con oligómero éster. La adición del dispersa.me genera una reducción en 10000 la viscosidad aparente. No obstante, el efecto de la - • - G' BTO:?TF - · - o· BT0?rEKD62 ... CI' l~JO:? l\~t-,l)(l,-1 - • -O" BTOJH. - G" 13T021U ,:.r>5 : - V-13 IU;;.'! 11::.UX,4 -e- o· nro211::f.:D6.6 - -G"oro21n ,:.066 • 1000 1000 ~ 10 10 f ~ ~ 0 1 "' lo observado en los mismos sistemas con polímeros ,oc 100 <!) viscosidad a bajas tasas de deformación es diferente a 10000 1 L'ls muestras de 100 nm con dispersan te graft tipo l o., 1 AB ", a una concen tración de 2% en peso 001 0.01 'l (BT0 1TEKD62) tiene un comportamiento l E-3 IE-3 1E• 4 u;:., Posteriormente, tiene un comportamiento pseudo- 1E-5 plástico hasta el fin de la gama de medición. Por su 0 .1 1E-5 0.1 10 100 ~ Fig. 9c. Suspensiones con dispersantes "grafeados". BT-02 en xileno-etanol con fosfato éster. 102 newtoniano de 240 Pa-s entre 0.001 s·• y 0.007 s· 1• 1000 F~ ~s. f (H2.) (\) clasificados como lineales. parte, la muestra a 4% en peso (BT0I TEKD64) y 6% en peso (BT0 1TEKD66) expresan un comportamiento mixto; esto es, a 4% en peso un comporta- CIEI JCIA UAI JL , Af10 15 l l o 60 O CTUBRE - DICIE MBRE 20 12 �JUAN Al lTOI JIO AGUILAR G, ROMAIJ J NAVA Q, SOPHIE GU ILLEMET F . MARTII J EDGAR REYES MELO, BERNARD DURAt,I0 miento pseudoplástico que va de 4.76 Pa-s a 0.0009 s- 1 hasta 0.194 Pa-s a 0.027 s-1, luego tiene un ligero diferentes concentraciones de dispersan te. Las mues- comportamiento plástico, hasta llegar a un compor- tras con el polvo de 200 nm revelan una viscosidad menor en comparación al de 100 nm. tamiento newtoniano, que comienza en 8.32 s-1, con El polvo de 100 nm a una concentración por arri- una viscosidad de 0.01 Pa-s para pasar a ser dilatante por arriba de los 252 s- 1• Un comportamiento pare- ba de 4% sugiere una mejor dispersión, pues a 2% en peso el comportamiento es completamente cido lo muestra la suspensión a 6%, excepto que la pseudoplástico en la gama medida. Lo cual puede región pseudoplástica es continua hasta llegar a 8.32 estar asociado a una pobre densidad de polímero s- 1 con una viscosidad de 0.01 Pa-s. adsorbido alrededor de la partícula y que la corona Las muestras con el mismo dispersante, pero con partículas de 200 nm a 2% en peso (BT02TEKD62), que las recubre no es suficiente para impedir las fuer- tienen un comportamiento pseudoplástico en una con 4% en peso y 6% en peso tienen un comporta- gama de entre 4.36 Pa-s a 0.001 s-1 y 0.006 Pa-s a 3.63 s-1• En seguida, el comportamiento se torna miento similar al observado en los dispersantes con tes interacciones entre partículas. Las formulaciones macromoléculas lineales y en los cuales este compor- newtoniano hasta 147 s- para, finalmente, pasar a tamiento, en este trabajo, se asocia a la buena disper- ser dilarante. No se pudo medir por debajo de una sión de partículas. tasa de corte de 0.90 s-1, debido a la sensibilidad de 1 o obstante, ambas suspen- En la suspensión con el polvo de 100 nm a concentraciones por debajo de 4% en peso tienen un siones presentan un comportamiento newtoniano de comportamiento mixto a tasas de corte por debajo 3.63 s-1 a 147 s-1, y dilatan te arriba de este último de 2 s-1, es pseudoplástico como en las formulacio- valor. nes xileno-etanol y en los dispersantes fosfato éster y oligómero éster. Por la configuración y longitud de la geometría utilizada. Los copolímeros grafeados o de bloque son ramificaciones laterales de un tipo de homopolímero "A" los grupos no polares que se extienden al medio, se que se encadena a otro "B". Éstos tienen un com- especula que en esta región el sistema se encuentra portamiento anfotérico, debido a que uno de los blo- dentro de una gama de tiempos de relajación corres- ques es compatible en una de las fases y el otro miscible en la otra fase. 13 En este estudio, el dida y el medio durante el desplazamiento de partí- dispersante de fórmula AB (tipo peine) tiene como "A" un grupo polimetil mecacri lato (PMMA) con 0 pondientes a las interacciones entre la corona extenculas en la deformación del fluido. Entonces, de la misma manera que en los grupos hridoxilos y éster que se adsorben a la super- dispersantes lineales, este comportamiento sugiere la ficie de la partícula de BaTiO_¡; mientras que "B" es existencia de fuertes interacciones ejercidas por las moléculas del solvente; sin embargo, el método se un grupo de cadenas polietoxiladas que se extienden al medio. Para los copolímeros en bloque de fórmula ABA, el grupo "A" son cadenas de hidrocarbones limita para descomponer cada efecto. En el modo enlazados a grupos éster que adsorben a la partícula, oscilatorio, las suspensiones con polvo de 100 nm y una concentración de dispersante arriba de 4% en mientras los grupos "B" son cadenas de polioxietileno peso tienen un comportamiento viscoelástico. La que se extienden al medio. En función del tamaño de partícula, se observan diferencias notables en la suspensión con 2% y polvo de 100 nm soporta la suposición de un mal recubrimiento de partículas magnitud y comportamiento de las suspensiones a en razón de presentar un comportamiento "tipo só- CIEI lCI"' UAI ll , Al-JO 15 1lo 60 OCTUBRE - DICIE/. ◄ BRE 2012 1 03 (\) �BARBOTII--.JA PARA PRODUOR OI--.JTAS CTRÁMICAS ULTRADELGADAS !ido", 14 que se manifiesta como pseudoplástico en En el caso del PD 2206, el grupo que se adsorbe es modo estático, como consecuencia de un gran número de interacciones influenciadas por las molécu- una cetona con dos grupos por molécula; entonces, es posible que la eficacia de adsorción disminuya las del medio que rodean a las partículas. En el caso de los dos polvos, el módulo de conservación no se debido a las características de la pureza de la superficie, con respecto a grupos OH- y C0 3-" . Por esta registró, lo que significa una débil sensibilidad de razón, se especula que el polvo BT-01, con una pér- esta geometría en la gama de medición. Con base en dida de 1.5% en peso (en ATG), tiene un pobre des- las curvas, se llega a pensar que el mecanismo que se empeño con el dispersante PD 2206. impone sobre la movilidad es la deformación del sol- En general, con los dispersantes grafr el polvo BT- vente, ya que mientras los módulos disminuyen a 02 muestra mejor desempeño, con respecto a sus ca- bajas frecuencias no hay información, excepto la for- racterísticas reológicas de viscosidad y el módulo elás- mulación con partículas de 200 nm con una con- tico con los dispersantes "lineales". Es posible que la centración de 6% en peso. Para el copolímero en bloque ABA (PD 2206) , causa de que el tamaño de partícula aumente genere que el mecanismo de repulsión estérico sea más efec- hay una influencia del tamaño de partícula sobre el tivo, debido a la longitud y la compatibilidad de la desempeño a la deformación y la dispersión de par- corona extendida al medio. tículas en la suspensión. Por su lado, el polvo de 100 nm (BT-01) tiene un pobre desempeño con el Reología de dispersiones: efecto del aglutinante dispersante de bloque, debido a la manifestación de interacciones comp lejas con manifestación Las suspensiones seleccionadas con base en un com- pseudoplástica en modo estático y de respuesta débil, con respecto a sus módulos en función de la fre- portamiento newtoniano por arriba de una tasa de corte de 1 s-1 y un comportamiento viscoso predo- cuencia en modo dinámico al igual que la suspen- minantes (débil modulo elástico). Cada suspensión sión sin dispersante. Asimismo, el desempeño del se mezcló con tres diferentes aglutinantes y el mismo polvo BT-02 (200 nm) (figura 1O) con el dispersan te contenido de plastificante (DOP). En la figura 11 se muestra el comportamiento reológico de los aglutinantes utilizados en un sistema tolueno-etanol. de bloque es similar para los dos tipos (ABA y ABJ - • - t,' lfflt'.!1f. - 10000 - • - - t.r rn112n .t-..Dri2 - - ( i'RrtCrl }:J, nt,-1 - u· nr11n H-.Dt-6 - □ -c1 · ITT{r2TU.:.Df.l; - Dispersiones de la familia de dispersantes lineales ffU I UH L · ITTt1~1TJ.J)~ ~ U' Ul il~ IU,l.)t,-l 10000 1000 000 1 00 00 ¡ o 10 - ¡,, ~ ~ . .¡¡ I" 0. 1 0 .1 O.DI 0.01 1Eo3 E,3 1E.d t E,4 1F -5 l F-5 o, 10 100 1000 Fig. l O. Su spensión con BT-02 (200 nm) en modo oscilatorio. (\) De pruebas reológicas del mismo tipo surge que una i ~ l 04 l ¡¡ i e, ~ dispersión de polvo con tamaño de 100 nm (BT-01) y dispersante fosfato éster. Es evidente la fuerte influencia del aglutinante para imponer sus propiedades viscodásticas al sistema. Por ello, las diferencias entre el comportamiento reológico de la dispersión y la suspensión se deben a las interacciones moleculares entre la suspensión, el aglutinante y el plastificante. De ahí la importancia de la estructura CI EI JCIA UA11L I Af10 15 1lo 60, OCTUBRE . DICIEMBRE 2012 �JUAN Al•lTO~JIO AGUI LAR G, ROMAN J NAVA Q, SOPH IE GU ILLEMET F , MARTÍN EDGAR REYES MELO, BE RNAR D DUR~ID - DJ 8 . mientos: pseudoplástico antes de 1 s-1 y newroniano. U1 C1~%m ~L-SH (tl~½.ri l ohJll!r o.J:. t.aner, 83 ( 15%m BL 5Z / 8.5%1l - ◊lueno Etanol] 05 ( 1S%m DM.SZ J 8~/ cll'I Totr,ot-ro-Cctl'o0 La primera región indica una evolución de la dispersión a nivel molecular, bajo el efecto de un esfuerzo ¡ ' de corre, y la segunda de una cantidad de interacciones con tiempo de relajación cortos. La dispersión con BT-01 en xileno-etanol y PDMIL tiene el mismo comporramienro antes mencionado. Finalmente, el efecto de rotación de las macromoléculas del 1E- 3 OC, 1 J1 10 Toi~OS-c;ooo , ;~ (s 100 PBB predomina bajo la deformación y, por ende, en 1000 1) el comporramiento reológico de ésta. Además, la Fig. l la. Comportamiento reológico de los aglutinantes. en modo estático. concentración volumétrica de las partículas no mostró un efecto importante en su reología. Por ello, las suspensiones no se mejoran al agregar el PVB, pues en un estado de agregación el aglutinante lo manten- 81 ( 5'>.-,Lm BL-SH J 8~%ru Toli,i~Uno1) e, ( :i%m BL•tiZ /6S%m - olwliltl1"El~Qt) 85 ( 5'Aim BMSZ l 8&'"6111 ohren<1-E:la11cl] 10000 1000> ~ (!) 100 100 'º 10 j En el modo dinámico , las propiedades ~ ~ ¡; a- .1 8 1 drá. 1000 1000 ' 0.1 , 0.0 1 0.01 "! '""", ,._. 1E-3 l 1E•4 IE.S o, 0:.01 ,o ,oo IE-, F~cuern:.ia, f /Hz) Fig. 11 b. Comportamiento reológico de los aglutinantes en modo oscil atorio . viscoelásticas del aglutinante predominan. Es evidente que el efecto de la suspensión disminuye al agregar el aglutinante, pues espera que la movilidad de las partículas cerámicas se reduzca hacia la zona de altas frecuencias , en tanto que las moléculas del medio solvente se deforman. Mientras que la frecuencia disminuye los éster grandes como las partículas se trasladan e interactúan entre ellas. En el caso de las dispersiones con PVB del peso molecular alto BM-SH, del aglutinante que, para el caso de la dispersión BT0l TERS42Bl (BL-SH), tiene un comportamien- el aumento en la magnitud de los módulos (en especial el elástico) indica el enlazado de cadenas en fun- to mixto en el análisis estático. Es decir, la geometría ción a su longitud. no es sensible a las interacciones por debajo de 0.01 s 1- , después se observa una gama de transición de un Dispersiones de la familia de dispersantes grafeados comportamiento dilatante a uno newroniano después de 1 s-1 • Este comportamiento puede estar goberna- En los resultados para una dispersión con BT02 (200 do por las interacciones entre los grupos hidroxilo nm), en un medio tolueno-etanol con un dispersante del aglutinante y la parte polar de las moléculas del tipo copolímero grafr (KD-6), esta dispersión muestra que por el contrario de los dispersantes de la fa- dispersan re por el efecto de dipolos inducidos, el cual crea una fricción a rasas de corte bajas. Asimismo, los efectos del aglutinante B3 ( BL- milia (lineales), hay un efecto sobresaliente de la dis- 5Z) y B5 (BM-SH) tienen una gran influencia en la persión en el comportamiento del aglutinante, cuando la cadena de PVB es tan larga como en B5 gama medida, y por ello se observan dos comporta- (BM-SH); mientras que los aglutinantes Bl y B3 tie- CIEIKIA UAIJL I Al-JO 15 1lo 60 OCTU BRE - DICI E,•.•.BR E 2012 l 05 (\) �BAABOTII-JA PARA PRO0UO R Cll~TAS CTRAMICAS ULTRADEL GADAS nen un comportamiento similar al observado con de mayor peso molecular. El aglutinante B3 (BL-SZ), los dispersanres aniónicos. Lo anterior sugiere que las macromoléculas de polioxitileno se extienden con un peso molecular de 32,000, muestra las propiedades viscoelásticas más adecuadas para (tape hacia el medio e interactúan con las moléculas de casting) de cintas (delgadas). PVB, dicho efecto genera una fricción durante la dih1sión de partículas a través del medio y reduce. Fabricación de cintas cerámicas Por tanto, el comportamiento pseudoplásrico sugiere el efecto antes mencionado con un grado de Las formulaciones descritas en la tabla VI confor- desorden de las cadenas poliméricas en el solvente. man cintas sobre el Mylar. Un cuarto polvo (MT- Si bien la deformación se conserva y la tasa de corre 02), elaborado por la empresa Marion Technologies, aumenta, es de esperarse un cierto grado de orden en se utilizó en reemplazo del MT-03. Estas corridas la alineación de cadenas arriba de 2 s 1 , tornando al experimentales se realizaron para obtener el sistema sistema con tiempos de relajación cortos y un comportamiento newtoniano. Entonces, el sistema se tor- estable y débilmente viscoso. na mucho más dinámico, lo que sugiere que no se debe a interacciones entre partículas. En el caso del modo dinámico, las propiedades viscoelásticas del aglutinante predominan; es evidente, el efecto de la Tabla VI. Fomrnlaciones de baJ"bolinas para el tape casting. suspensión se debilita cuando se agrega el aglutinante por la reducción en la movilidad y la difusión de Ref. Poivo Solventes Disper -sa nte BI BT01 Toluenoetanol B2 BT01 Toluenoetanol B3 BT02 Toluenoetanol B4 MT -02 Toluenoetanol Copolímero graft AB. Fosfato éster Copolímero graft AB 0 Fosfato éster las partículas, sobre todo a altas frecuencias en las que las moléculas del solvente se desplazan. Conforme la frecuencia disminuye, las fracciones como las partículas que podrían ser desplazadas en el medio en los que las moléculas de PVB y el plastificante están suspendidas e interactúan con la corona de las partículas. Este efecto es muy fuerte cuando la dispersión tiene cadenas largas, lo que significa un entrelazamiento, como en el caso de los dispersantes (lineales). Se espera que la magnitud de los módulos sea también más larga, debido a que la longitud de las cadenas en bloque es en su mayoría larga, con respecto a Dispersanie (% peso) 4 Tipo de PVB (Peso mo lecu lar) BL-SZ (32,000) 2 BL-SZ (32,000) 4 BL-SZ (32,000) 3 BL-SZ (32,000) las cadenas lineales. La dispersión con polvo BT02 (200 nm) en un sistema tolueno-etanol y PD2206 muestra un comportamiento similar al discutido. En general, el comportamiento reológico es gobernado por el aglurinante, y a bajas deformaciones se observa un efecto del aglutinante y el dispersante en función a su estructura, siendo el de mayor influencia el (\) l 06 Después del secado, se determinaron el espesor y la rugosidad de la cinta. Los tres pasos a continuación son primordiales en las etapas de fabricación de CCM con la tecnología tape casting, pues se determinan según la calidad y el desempeño de capacitores. CI EI ICIA UAI IL Al 10 15 l lo 60 OCTUBRE - DICIE1,1BRE 2012 �JUAN Al•lTONIO AGUI LAR G, ROMÁN J NAVA Q, SOPH IE GUI LLEMET F , MARTÍN EDGAR REYES MELO, BE RNAR D DURAf,ID Morfología y relación espesor-formulación desintegrados durante la etapa de molido o a la con- Primero, se ha determinado el espesor de cinta en taminación del material proveniente del recubrimiento del molino. Las imágenes de la superficie de la crudo después de haber optimizado la dispersión. La banda 83 obtenidas en el interferómetro corroboran figura 12 muestra el espesor en func ión de la formulación, así como la rugosidad en función a la formu- esta hipótesis (figura 14). El valor de rugosidad de esta cinta B3 es más bajo que aquélla en la banda B 1. lación. Las formulaciones presentan las propiedades De este modo se ha reducido el espesor de ban- adecuadas para fabricar cintas de espesores (delga- das hasta el límite permitido por los ajustes; sin em- dos). El valor reportado es el estadístico predomi- bargo, la contaminación debida a la erosión del molino es un factor a considerar. Sin duda, la barrera nante (la moda) medido por un perfilómetro de contacto y el MEB. tecnológica bajo la técnica tape casting para la subsecuente reducción de espesor de cinta será la eliminación de agregados y de ajustes mecánicos en la altura " l ,.u i ..,. " ·¡¡ ! l •-• 111 .,, e "' g: •• 'eo. ~ 18 w de la cuchilla. •• ,, ., -ª. I l ,, 81 82 83 84 •• Condición Fig. 12. (Negro) Espesor de bandas en función de la formu lación. Altu ra de la cuchilla: 2.5 µm. (Azul) Rugosidad (R.) de ci nta por imerfe rómetro. El valor de la rugosidad reportada proviene de las lecturas del interferómerro. La figura 13 muestra las Fig.13a. Imágenes laterales de cinta B l. cintas de espesor de 2. 1 y 2.5 µm obtenidas con los polvos BTOl y BT02, respectivamente. Sin duda, la reducción del tamaño de partícula es un factor ligado a la obtención de espesor. Se aprecia que los valores de espesores más grandes son para las cintas elaboradas con el polvo BT-01 (Bl y B2), que sugiere una concentración más elevada de agregados. Las muestras B3 y B4 manifiestan una concentración de agregados menor al igual que espesores bajos. Ahora bien, es posible visualizar una etapa suplementaria durante la elaboració n de la cinca, como una filtrac ión para retener los agregados no Fig. 13b. imágenes laterales de cinta B3. CIEtKIA UAIJL / Al.JO 15 1fo 60, OCTU BRE. DICI EMBR E 2012 l 07 (\) �BAABOTll'-IA PARA PRO0UOR Ol'-ITAS CTRANdCAS ULTRADEL GADAS Una característica importante de las cintas cerá- CONCLUSIONES micas elaboradas es su facilidad para despegarse del Mylar, con el propósito de apilarlas para fabricar es- Para reducir el espesor en cintas cerámicas es necesa- trucruras mulcicapas. En nuestro caso, todas las cin- rio que las propiedades reológicas de la formulación tas se despegaron sin dejar residuos cerámicos, algo importante, pues las bandas desarrolladas en este es- sean de baja viscosidad y débil contribución elástica. Se ha establecido una relación cuantitativa entre los tudio son factibles de ejecutarse con los métodos tra- materiales urilizados y el espesor final de cinta. El dicionales de la fabricación de CCM. peso molecular promedio del aglutinante es el factor A partir de los resultados anteriores y en función de la hipótesis postulada, se demostró que una dis- dominante para reducir la viscosidad de la dispersión en medios no acuosos. La selección de los sol- persión con una baja viscosidad y un bajo modo elás- ventes y el dispersante están en función del tamaño tico es apta para conformar una cinta cerámica de 2 de parcícula para dispersiones de BaTi0 3 concentra- µm por tape casting. Por otro lado, este esrudio de- das a 15% (en volumen). Se encontró que la simple adición de dispersante al sistema reduce la viscosi- muestra la utilización de polvos nanométricos, que no tienen una señal de capacitancia hacia la reduc- dad hasta cuatro órdenes de magnitud, sin importar ción de espesor, porque la agregación juega un papel el tipo de polvo de BaTiO _ o el tamaño de partícula preponderante. utilizado. El diseño de experimentos desarrollado en este trabajo considera indispensable el uso de la reología dinámica para el diseño de dispersiones adecuadas para elaborar cintas cerám icas delgadas. Muchos trabajos caracterizan formulaciones de BaTi O J desde el punto de vista estático y con una visión de medio continuo; en cambio, el enfoque de este trabajo es de un punto de visea escructural: la viscosidad se toma como una variable compleja con una componente eláscica (conservación) y otra viscosa (pérdida) . Se observó que el cricerio de selección de suspensiones Fig. l 4a. Imagen se la superficie de cinta BID en donde se aprecian los agregados (en rojo) . capaces de conformar cintas de espesor de 2 µm son una viscosidad por debajo de los 100 Pa•s y un módulo de conservación menor al de pérdida en los tiempos de relajación propios del tape casting. El límite de espesor para conformar cintas cerámicas delgadas uniformes por medio de la técnica tape casting es de 2.5 ~lm, está limitada por los ajustes mecánicos que puedan realizarse a una escala tan pequeña. Este valor del espesor se considera como ulcradelgado para la técnica tape casting, pues alcanza los límites de otras Fig. 14b. Imagen se la superficie de cinta B3D en donde se aprecian los agregados (en rojo). (\) 108 técnicas desarrolladas especialmente para producir CI EI JCIAUAI JL , Af10 15 !lo 60 OCTUBRE -DICIEMBRE 2012 �JUAN Al lTOI JIO AGUILAR G, ROMAIJ J NAVA Q, SOPHIE GU ILLEMET F. MARTII~ EDGAR REY ES MELO, BERNARD DURAt,ID película delgada: dip coating, spin coating, deposita- che viscoelast behavior of che slip, which is usually ción química en fase vapor, no necesariamente útiles al tape casting para producción a escala industrial. not taken into account in che rheological characterization of chis kind of materials, and that was proven relevan e over che final chickness of che tape chat is RESUMEN produced. Several BaTi03 powders, solvents, dispersants, and agglutinants far preparing che barbotine En este estudio se diseñó una barbocina cuyo com- were cried. Ir was found chac che most suicable sol- portamiento viscoelásrico resulta óptimo para obte- vent is a mixture of toluene-ethanol, and that de- ner cintas cerámicas con base en BaTi0 3 de espesor pending on che kind of ceramic, che dispersan e could menores de 3.5 µm, mediante tape casting. Se considera la caracterización de la parte elástica del com- be a grafc AB" or phosphate ester. The agglurinant used was PVB of medium molecular weight. These portamiento viscoeláscico de la suspensión, la cual tapes are commonly employed in che manufacture por lo común no se toma en cuenta en la caracteriza- of multilayer ceramic capacitors. Ir is considered in ción reológica de este tipo de materiales, y se demues- che industry chat che mínimum achievable thickness tra que es relevante en el espesor final de la cinta que by means of "tape casting" is 3.5 µm , which accord- logre producirse. Se probaron diferentes polvos de ing to che resulcs of chis work could be considered BaTi03, solventes, dispersantes y aglutinantes para preparar una barbocina, y se encontró que el solven- in these terms as ultrathin, since layer thinner than 3 µm were obtained. te más adecuado es una mezcla tolueno-etanol, y que dependiendo del cipo de cerámico el dispersance Keywords: Viscoelasticicy, Sip, Tape casting, Ti8a03• puede ser copolímero grafc AB" o fosfato éster. El aglurinante fue PVB de peso molecular medio. Escas cintas se utilizan regularmente en la industria de los Agradecimientos capacitares cerámicos mulcicapas. Se considera en la industria en general que el espesor mínimo que se puede obtener mediante tape casting es de 3.5 ~lm, Este trabajo se desarrolló en el marco del proyecto Conacyt PCP 11 /07 (Programa de Colaboración de por lo que los resultados de este trabajo correspon- Posgrado) que involucra a la Universidad Autónoma derían en estos términos a cintas ulrradelgadas, ya de Nuevo León, particularmente a la Facultad de que se obtuvieron valores menores de 3 ~lm. Ingeniería Mecánica y Eléctrica, a la Universidad Paul Sabatier, en específico al Institut Carnot Cirimac, a Palabras clave: Viscoelasticidad, Suspensión, Tape Kemet de México y a Marion Technologies en Francia. casting, TiBa0 3• Se agradece el apoyo del MC Leonel Moncelongo Con- ABSTRACT cha, de Kemet Charged de México, y del Dr. Joseph Sarrías, de Marion Technologies. Asimismo, se reconoce la colaboración de Jean-Jaques Demai (Cirirnat), A barbotine design, whose viscoelasric behavior is Celine Combettes y del Dr. Zarel V,,ldez Nava. optimal far "tape casting" of ceramic tapes based on BaTi03 of rhickness lower rhan 3 .5 µ.m, is presented. This design considers che elastic characterization of CIEIKI"- UAI ll, Al.JO 15 1lo 60 OCTUBRE. DICI E /. ◄ BRE 2012 l 09 (\) �BARBOTII 1A PARA PRODUCIR CI I JTA5 CERA'ldCA5 ULTRADELGADAS REFERENCIAS 7. V in o rin i (V.), Sing ( P. ), Ba lasu bra m a n ia n (M .) . Oprimization ofba rium tiranare nanopowder slip for rape 1. casting, Nguyen (D. Q .) , Lebey (T. ), Castelan (P.), Bley (Y.), Boulos (M .), G uill eme t-Fritsch (S.), Co m bertes (C.), Durand 8. (B.). - Electrical a nd Phys ical C haracreriza t io n of Bul k Cera m ics a nd Th ic k Layers o f Bari u m T i tana re manufac ru red using 2. anopowders, ASM Inc., 16, pp. 626- a base de CaCu Ti Ü a fone permicrivité 3 1 12 Pure Bariu m T itanate Proceedings of a special co nfere nce 183 , 1983. 1O. Yoo n (D .H .), Lee (B.!.), Effecrs of excess barium ions on Universi eé Toulouse III - Paul Sabacier, 2009. aqueous bari um titanate rape propercies, J. Amer. Cer. Soc., C ho (C.W ), Yeo (J.G .}, Ju ng (Y.G.) , Paik (U .) . Green 87[6], pp. 1066- 107, 2004c. J. of Ma r. Sci. Leer. 11 . MARCUS (Y.). The p rope rcies of Solvenrs, Joh n Wiley and Sons, Vol. 4, pp. 67-1 21 , 1999 . 12. Woo n (C.C.), Gu (Y.].), G il (J.Y.) , U ngyu (P. ). G reen 22, pp. 1639-64 1, 2003. Sakabe (Y.) , Wada (N .) , lked a (J.), H amaji (Y.) . Ceram ics mi crosrructure a nd m echanical prope rri es o f BaTiO 3- for U lcra-rhi n Dielectric Layer of M ul ci layer Ce rami c poly(vi nyl bu cy ral) tape-case bod ies, Capaci cors, IEEE, 98, p. 565-569 , 1998. J. of Mar. Sci. Lert. 22, pp. 1639-1 641 , 2003. Sakabe (Y.) . Recenc D evelopmenc in Mulrilayer Ceram ic 13 . Tad ros (T.F.) . Ap pl ied Su rfacrants: P rin c ip ies an d Capaciro rs, Ce ra m ic Vol um e Tran sacri o ns , Vol. 9 7 , Appl icatio ns. German y, W iley-VCH Verlag G m bH & Co, Mulrilayer Elecero nic Ceram ic D evices, ed . J .-H . Jean, T. K. 200 5 . Gup ca, K.M. N ai r, and K. iwa, pp. 3- 15, Am. Cerm . Soc., Westerville, O H , 1999. 14. Lew is (J.A). Collo idal Processi ng of Cerami cs , J. Amer. Cer. Soc. 83 [101, pp. 234 1-2359 , 2000. Tseng (W.J .}, Wang (S.R.). O ispersio n and rheology of BaTiO 3 nano parricles in echa nol-isopropa nol solven rs, Eleccroceram , 18, pp. 197-204, 2007 . (\) Mikeska (K. ), Cann on (R.). Dispersants fo r Tape Casting Sociecy, held on April 24-27 , C hicago Illi nois, pp. 164- poly(vinyl bucyral) rape-case bodies, 6. 9. Bar b ier ( B. ). E la bora ri o n et caraccérisa ri o n de mi crosu uc rure a nd mecha ni ca l pro pe rri es of BaTiO 3- 5. BaTiO 3 powders (Pare [), Cer. lnr., 10, p. 43-48, 1984. of ch e 85 th Ann ual Meet ing of che America n Ceramic relacive pour I' élecrronique de puissance, These de doctorar, 4. Mater. Sci., 4 1, pp. 7082-7087, 2006. 634 , 2007. condensateurs 3. J. Mizuta (S .), Parish (M .) , Bowen (H .K.). Oispersio n of I lO J. Recibido: 1 de septiembre de 2012 Aceptado: 1 de septiembre de 2012 CIEI ICIA U Al IL AJ ·10 15 1l o 60 OCTUBRE - DICIE r 1BRE 20 1 2 �A N I V E R S A R I O Entrevista a la Dra. Blanca Mirthala Tamez Valdez, Premio de Investigación UANL 2012, en el área de Ciencias Sociales ESPERANZA ARME DÁRIZ En México, eL número de divorcios se ha incrementado en forma significativa en fa última década, y Nuevo León ha registrado estadísticas sorprendentes, considerando que se ha cuadriplicado la cantidad de parejas que terminan el matrimonio de manera legal La Dra. Blanca Mirthafa Tamez Valdez, como investigadora de los fenómenos sociales más apremiantes, Le apostó a este tema tan controversia/ para postularse al Premio de Investigación UANL 2012, del que fue ganadora en la categoría de Ciencias Sociales. EL objetivo de este proyecto fue estudiar La relación presente entre el nivel de autonomía percibido por fas mujeres que alguna vez han enfrentado el divorcio (tanto durante su matrimonio, como después del divorcio) y el nivel de bienestar que ellas perciben; asimismo, revisar los efectos sociales y matffiales señalados por las mujeres tras el divorcio, centrándose en las mujeres divorcia- das del área metropolitana de Monterrey. tra mixta, se eligió de manera aleatoria un total de ¿Qué metodología se empleó en esta investigación? 300 AGEBs en los que se estableció una cuota de cuatro sujetos de estudio por zona; pero en una se- El estudio se centró en la relación entre el nivel de gunda fase, la muestra se diversificó. También abri- autonomía que ellas perciben y su nivel de bienestar, antes y después del divorcio. Es un estudio cuantita- mos la muestra a otras fuentes para captar a personas divorciadas que atendieran las encuestas, a través tivo, transversal y a nivel correccional, con una mues- de grupos de apoyo en cuatro municipios diferentes CIENCIA UAIJL / Al~O 15, 1'1o 60, OCTUBRE - DIO EMBRE 2012 1 11 (\) �Et ITREVI STA A LADRA BLA/' ICA MIRTHALA TAM EZ VAlDEZ, PREMIO DE IINESTI GACION UANL 2012 , Ei'J EL AREA DE CIErKIAS SOCIALES del área metropolitana a los que acuden al vivir el Sin embargo, los resulcados de nuestra investiga- proceso de divorcio; al tribunal eclesiástico (para aquellas mujeres que pedían anulación religiosa) y ción sí que nos sorprenden; pero es evidente que ellas vivieron un proceso de duelo o separación, que dura se tomaron algunos voluntarios de dos juzgados de al menos dos años; y cabe señalar que muchas lo lo familiar. vivieron durante el matrimonio, porque pensaron en el divorcio dos años antes de concrecarlo. ¿Qué resultados arrojó el estudio? ¿Otros hallazgos que tuvieron en esta investigación? En una serie de áreas se pidió a las mujeres comparar el anees y el después del divorcio, en los aspectos económico, emocional, familiar, amoroso, social; y Nos llama la atención que las más escolarizadas son los resulcados nos sorprendieron, porque una gran que no haya rupcuras en niveles de baja escolaridad, cancidad de mujeres, una proporción elevada, seña- pero lo que pasa es que no se formaliza y queda en las que llegan hasta el divorcio. Esto no quiere decir la escar mejor después del divorcio, al comparar su una separación. Entrevistamos a 457 mujeres y re- sicuación con el antes; sólo en la sicuación económi- gistramos a algunas sin escolaridad o sólo con pri- ca, la mitad indica que escá mejor y el resto dice que maria, hasta aquéllas con estudios de posgrado; el empeoró o está igual. Pero reportan mejoría en su vida social y en el promedio (de estudios) es de 14 años, y es mayor al promedio de 10, que hay en el estado. estado de ánimo. En relación de autonomía y bienestar, ellas reportan que tienen un mejor nivel de autonomía que durante su matrimonio, es decir, la ¿Había estudios previos acerca del tema? libertad que ellas perciben en la toma de decisiones, Claro, y han registrado que se está incrementando la en el control de los recursos y la administración en proporción de mujeres que vuelven a casarse o a el hogar, así como en la educación de sus hijos. unirse después del matrimonio, esto significa que la mujer no cuestiona la institución del matrimonio, Que sin duda esto impacta en lo social y emocio- solamente la manera en que se desarrolló ese matri- nal. .. monio en particular. Influye de manera direcca en su bienestar. En el nivel de autonomía, siete de cada diez mujeres tienen ¿Qué estadísticas hay en relación a este indicador? mayor libertad y control de sus recursos; en cuanto al bienestar, son ocho de cada diez las que respon- Sólo una de cada cuatro mujeres se vuelve a casar o a unir; vemos una cuestión multifactorial, en la cual den positivamente. las transformaciones sociales-familiares, el papel de ¿Este estudio rompe los mitos en torno al divorcio? la mujer está cambiando y las relaciones de la pareja también. Ahora hay distintos tipos de pareja, ya no es sólo el esquema tradicional. Hay parejas que lo- Esperábamos encontrar mayor diversidad. Sí, hay otros estudios que nos reportan que las mujeres sentían ali- gran tener cierta equidad y otras que no; se quedan en una transición o se ven obligadas al cambio. Ade- vio y una liberación cuando ellas tomaban la decisión. más, escas cransformaciones que ocurren en el papel (\) 11 2 CI EI JCIA UAHL / AfjO 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �E5PERAf,JZA AA MEN DARIZ de la mujer y los hijos cam- mejor calidad; la competen- biaron, y las expectativas de cia es con uno mismo, al tra- la mujer también: busca más tar de mejorar lo que uno ha a una pareja que trabaje realizado. codo a codo, más que alguien que le dé protección. ¿Qué temas atraen a los estudiantes en relación con la ¿De este estudio continúa investigación en el área de alguna otra línea de inves- ciencias sociales? tigación? Ahora mismo tengo cuatro Seguimos analizando los re- grupos que trabajan sus pro- sultados. Este estudio es la yectos, son muy entusiastas tesis que presenté para ob- y están muy interesados en tener el doctorado en la Fa- la investigación. Les intere- cultad de Trabajo Social y sa mucho el bulling, sobre Desarrollo Humano; antes codo en las secundarias; el realicé la investigación "La envejecimiento, la violencia solidaridad fami li ar hacia los adultos mayores en que se manifiesta en el noviazgo, y algunos se han Monterrey", un estudio sobre envejecimiento, el cual enfocado en la violencia hacia la mujer, pero tam- me hizo ganadora del Premio a la Mejor Tesis de bién hacia los hombres; la discriminación que viven Maestría, en 2007. los discapacitados. ¿Es su primer Premio de Investigación por parte de ¿Qué encuentra en la investigación? la UANL? Uno busca aportar, profundizar un poco en el estuSí, y la verdad no me lo esperaba, porque había dio de los fenómenos sociales, que luego arroja re- mucha competencia, incluso colegas de mi misma sultados muy reveladores. Nosotros queremos co- Facultad, así que me sorprendió mucho de entrada. nocer más acerca de la problemática y de las Estoy muy contenta por haberlo obtenido, que haya tendencias sobre el rema. llamado la atención mi trabajo con esta línea, en un tema controvertido. Estoy muy agradecida con la UA L, por el apoyo y el estímulo recibidos. ¿Qué compromisos cree que debe asumir un inves- La Dra. Blanca Mirthala Tamez Vaidez, desde 1998, ha estado vinculada a pmyectos de investigación en fa tigador al obtener este reconocimiento? Facultad de Trabajo Social y DesarroLio Humano Sí, es un compromiso, y de alguna forma me motiva (FTSyDH}; sus lineas de investigación son envejecimiento, familia y divorcio. Actualmente imparte fa a seguir con la investigación, haciendo trabajos de cátedra de metodología de la investigación. CIEN CIA UAIJL / Al~O 15, 1'1o 60, OCTUBRE - DIO EMBRE 20 12 1 13 (\) �A N I V E R S A R I O Entrevista a la Dra. !solde Hedlefs, Premio de Investigación UANL 2012, en el área de Humanidades J ESS[CA B ALDERAS S ALAZAR A partir de la exploración de fa naturaleza cognitiva de Íos mecanismos de evaluación de información sobre violencia y perdón en pn-sonas que experimentaron maltrato infantil en diferentes etapas del desarrollo, estableciendo, ademds, un sistema de diagnóstico cognitivo para determinar si existe procesamiento disfuncional de información de eventos de violencia en esta población, esta investigación fue vencedora entre 21 proyectos del drea de Humanidades. "Nuevas formas de diagnóstico del p rocesamiento cognitivo de eventos de violencia y perdón en personas con antecedentes de maltrato infantil': es el proyecto realizado por especialistas de la Facultad de Psicología, encabezados por la Dra. !solde Hedlejs, con el apoyo del Dr. Ernesto Octavio López Ramírez y la Dra. Guadalupe Elizabeth Morales Martínez. La doctora HedLefs ahonda en dicho trabajo y nos comenta al respecto. maltrato infantil procesan la información de violenEl estudio que le hizo ganadora del Premio de Investigación UANL, ¿de qué trata? cia y perdón. ¿Cómo surge esta investigación? Trata sobre los mecanismos cognitivos de evaluación emocional que subyacen al procesamiento de eventos de violencia y perdón en niños, jóvenes y adultos con antecedentes de maltrato infantil. Básicamente se trató de mostrar cómo las personas que sufrieron (\) l l4 El Fondo de las Naciones Unidas para la Infancia (UNICEF, 2009) estima que, al año, entre 500 y 1,500 millones de niños padecen violencia, y entre los países con mayor número de casos de muerte CI EI JOA UAHL / Af~O 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �JESSICA BALDERAS SALAZAR por maltrato infantil se encuentran: México, Esta- a nivel teórico, la exploración de los sesgos en la per- dos Unidos y Portugal (Lozano et al, 2006). cepción o preferencia de determinada información De manera particular, en el caso de México, los emocional en personas que han experimentado vio- registros estadísticos del Sistema de Desarrollo Inte- lencia en edades tempranas, contribuye a la com- gral de la Familia Nacional (DIF Nacional, 2011) prensión de los mecanismos de evaluación emocio- señalan que las denuncias sobre casos de maltrato nal de esta población. A su vez, los avances en este infantil en la última década se han incrementado campo favorecen el establecimiento de formas notablemente. Sin embargo, en México no había confiables y efectivas de diagnóstico; aquí, las técni- investigaciones sobre cómo las personas que sufrie- cas utilizadas para este proyecto no sólo permiten ron maltrato infantil procesan la información emo- determinar el impacto de los eventos de violencia en cional a nivel automático, o sobre cómo esta condi- el aparato cognitivo de las personas que han experi - ción les afecta. Entonces, esto marcó la necesidad de mentado maltrato, también brindan parámetros para enfocar líneas de investigación sobre dicho tema, y saber cómo dichas experiencias afectan procesos de así nace esta investigación. relevancia en cualquier ser humano. Por ejemplo, el perdón es un proceso de relevancia para la vida hu- ¿Cuál es el alcance de este trabajo? mana; desde muy temprano, las personas se ven en la necesidad de desarrollar estrategias y habilidades La presente investigación es relevante en varias áreas; CIENCIA UAIJL / Al~O 15, 1'1o 60, OCTUBRE - DIOEMBRE 20 12 para superar e, incluso, en ocasiones extremas, so- 1 15 (\) �EI HREVISTA A LA ORA ISOLDE HEDLEFS. PREM IO DE Ir IVESTIGACIOH UANL 2012, Hl EL AR EA DE HUMANIDADES brevivir a las transgresiones de otros. En el caso del Uno de los primeros resultados que nos sorprendió maltrato, éste es un tema especial, porque el proceso del perdón surge como una posible aproximación mucho, y nos motivó a seguir en esta misma línea de investigación, fue que cuando realizamos el estudio de sanación; en este sentido, la presente investiga- de reconocimiento facial con tiempos de reacción, ción brinda herramientas que permiten determinar cómo las personas significan este tipo de procesos, los datos sugirieron que las niñas y los niños con maltrato infantil parecen presentar diferencias en sus que es un primer paso para delimitar las herramien- estilos de procesamiento afectivo. tas psicológicas con las que cuenta un individuo que ha experimentado el maltrato. Los resultados de la investigación sugieren que Tuvo relevancia, ya que las niñas, aunque reportaban verbalmente el reconocimiento de caras nega- personas con antecedentes de maltrato infantil tien- tivas, eilas bloqueaban o filtraban este tipo de información; es decir, no categorizaban la información den a desarrollar una forma particular de estilo de negativa como tal, sino que la juzgaban sin emoción procesamiento preatentivo sobre información de vio- o neutra; mientras que los niños con maltrato pre- lencia y perdón, y sólo en ocasiones dicho procesa- sentaban un proceso de rumiación disfuncional a miento particular parece seguir reglas de integrnción niveles de procesamiento automático sobre la infor- de información de violencia y perdón. mación negativa. ¿Cuánto tiempo lleva este proyecto? ¿Cuánto tiempo llevó lograr los restdtados deseados, cómo se llevó a cabo cada una de las etapas? Ha sido un proceso largo, aproximadamente de ocho años, en los que han surgido varias ponencias y tesis de todos los niveles académicos. Debido a que es difícil el acceso a la población, en este caso niños, adolescentes y adultos que habían sufrido ¿En qué etapa se encuentra actualmente? periodo aproximado de entre seis meses y un año. Aunque la línea de investigación ha alcanzado ma- ¿De qué manera beneficia a la sociedad este pro- durez en diferentes aspectos, aún falta mucho por yecto? maltrato infantil, cada experimento se realizó en un realizar en este campo, desde la perspectiva cognitiva. Específicamente, la siguiente etapa sería la construcción de un modelo teórico, en el que se vean Un beneficio primordial es que este proyecto culminó con una batería de diagnóstico denominada vul- nerabilidad cognitiva ante eL maltrato infantil, una enclavadas las variables cognitivas y emocionales desde el procesamiento automático, así como su eva- herramienra para los terapeutas que trabajan con esta luación. población. Dicha batería está diseñada para auxiliar ¿Cuáles fueron sus primeros resultados, sobre todo en el diagnóstico y la evaluación de los pacientes con maltrato infantil, y puede utilizarse para monitorear los que encaminaron a este estudio a buscar otra la eficiencia de la terapia a través de explorar el pro- fase mejor preparada? cesamiento de información emocional, ya sea controlado o en automático. (\) 116 CI EI JCIA UAH L / AfjQ 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �JESSICA BALDERAS SALAZAR ¿Qué tanto se estudia este tema en México? ¿Cómo se convierte en investigadora de la Universidad Autónoma de Nuevo León? Debido al contexto que desafortunadamente vive nuestro país, el interés por explorar este tipo de temas se ha incrementado relativamente; sin embargo, hasta donde sabemos, el estudio de los mecanis- ción de la UA L llamado Provercyt, por medio del cual comencé en la preparatoria con actividades de Todo comenzó a través de un proyecto de investiga- mos cognitivos hacia los eventos de maltrato y investigación, en el Laboratorio de Ciencia Cogni- violencia no se había explorado desde una perspec- tiva que dirige el Dr. Ernesto López. A través de este tiva cognitiva. Incluso, al parecer, en el país somos proyecto, descubrí que mi pasión era la investiga- el único laboratorio que estudia desde una perspec- ción, me enamoré de la investigación y la elegí como tiva de ciencia cognitiva el procesamiento de la in- mi camino. Esta labor me ha dejado muchas cosas, formación emocional relacionada con eventos de desde crecimiento académico hasta crecimiento per- maltrato y violencia. sonal. Así como la línea de investigación creció con los años, así crecí yo, tanto académica como perso- ¿Qué significa este reconocimiento? nalmente. Significa un aplauso al esfuerzo y a la dedicación que como equipo hemos realizado. En lo personal, ¿Qué sigue ahora? es una satisfacción saber que, a través de estos proce- Seguir haciendo investigación. Como comenté an- sos de difusión, muchas personas conocerán nuestra tes, todavía hay muchas cosas por hacer en esta área, investigación y probablemente surgirá interés en otros profesionales por unirse a esta línea de investi- en especial por el contexto que vive nuestro país. Los esfuerzos por comprender los efectos de la vio- gación. Significa brindar oportunidades de diagnós- lencia ayudan a generar conciencia del costo que tie- tico con herramientas sofisticadas que impactarían ne este tipo de experiencias, no sólo a nivel indivi- en la planeación de los procesos de sanación de aque- dual, sino en términos de desarrollo humano, para llas personas que han experimentado maltrato in- cualquier sociedad. fantil. CIEtKIA UAI IL / AJ':J O 15, 1'1o 60, OCTUBRE · DIOEMBRE 20 12 1 17 (\) �A N I V E R S A R I O Entrevista a la Dra. Ma. Aracely Hernández Ramírez, Premio de Investigación UANL 2012, en el área de Ingeniería y Tecnología J ESSLCA B ALDERAS S ALAZAR UANL 2012, en el área de Ingeniería y para degradar contaminan tes que se encuentran en el agua; dichas especies son el radical hidroxilo y el Tecnofogla, el trabajo denominado "De- ión ferrato, que son más oxidantes que el cloro y el gradación de un herbicida en medio acuoso mediante fa generación in si cu ozono, por ejemplo. Ganador del Premio de Investigación de especies oxidantes': fue un proyecto encabezado por ¿Cómo nace la idea de realizar esta investigación? la Dra. Ma. Aracely Hernández Ramírez, en conjunto con los investigadores Minerva Viffanueva Rodríguez y Las especies oxidantes que se generan in situ, en esta juan Manuel Peralta Hemández, del Laboratorio de investigación, el radical hidroxilo y el ión ferrato, se Fotocatálisis y Electroquímica Ambiental de la Facul- pueden producir por diferentes rutas o procesos, entre tad de Ciencias Qulmicas. éstos la forocatálisis heterogénea y la vía electroquí- Al competir contra 17 proyectos, resultaron dos ganadores, entre ellos éste, en el cual se Lfeva a cabo la descomposición de un herbicida de uso muy común, el ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D), mediante diferentes procesos que implican la generación de especies fuertemente oxidantes: Los radicales hidroxilo (HO") y mica. En nuestro grupo de investigación tenemos ya varios años estudiando la fotocatálisis, proceso que requiere de un catalizador y luz para producir los radicales hidroxilo, fuertemente oxidantes, y así destruir los contaminantes; sin embargo, las caracterís- J. A profundidad, la doctora Her- ticas del catalizador y las condiciones del medio definen la eficiencia del proceso, por eso en nuestra nández Ramírez nos cuenta sobre este importante pro- investigación estamos sintetizando nuevos cataliza- yecto. dores o modificando los ya existentes, como en el caso de la modificación del óxido de titanio o el óxi- Su estudio ganador del Premio de Investigación do de zinc con pequeñas cantidades de óxido de hierro, esto permite que su activación genere la produc- el ión ferrato [FeO / UANL, ¿de qué trata? ción de los radicales hidroxilo más eficientemente al Acerca del desarrollo de nuevos procesos que permitan la generación de especies muy oxidantes in situ, estar en concacto con el contaminante y de esta manera destruirlo. Además, la modificación de es tos es decir, en el medio acuoso donde se van a aplicar materiales permite su activación con luz solar, lo que (\) 11 8 CI EI JCIA UAHL / At~O 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �JESSICA BALDERAS SALAZAR hace más sustentable el proceso. Por otra parte, las sales comerciales de ferrato; como ferrato de potasio, que no se estén produciendo sustancias más tóxicas que las que se están tratando. son también muy oxidantes, sin embargo el costo de éstas es muy elevado y son inestables, deben mante- ¿Cuánto tiempo llevan trabajando con este proyec- nerse en medios alcalinos para su aplicación en el tratamiento de contaminantes en aguas residuales. to? En este sentido, en nuestro grupo, y como parte de No es un proyecto aislado, son varios, tenemos más la tesis doctoral que dirigí, de la Dra. Minerva de diez años trabajando en procesos avanzados de Villanueva, con la coasesoría del Dr. Juan Manuel oxidación, especialmente para el tratamiento de aguas Peralta, planteamos la idea de generar ambas espe- residuales, buscando alternativas. No existe un pro- cies, el radical hidroxilo y el ión ferrato in situ por la ceso que destruya todos los contaminantes; algunos vía electroquímica para probar su eficiencia en la degradación de un herbicida como el 2,4-D. Inclu- resultan efectivos para degradar un tipo de sustancias tóxicas, pero presentan algunos inconvenientes so, se investigó el mecanismo de la producción del según la matriz donde se encuentran los contami- ión ferrato generado en medio ácido y la sinergia que nantes. Entonces hay que investigar otra forma de entre éste y el radical hidroxilo se presentó para des- producir las especies oxidantes para resolver el pro- truir el contaminante. Finalmente, para complementar nuestro proyecto, se realizó un estudio comparativo de los procesos estudiados, tanto del blema de contaminación. ¿Cuáles fueron sus primeros resultados, sobre todo fotocatalítico como del electroquímico, y se generó los que encaminaron este estudio a buscar otra fase conocimiento en la aplicación de ambos procesos al seguir los intermediarios que se formaron durante la mejor preparada? descomposición del herbicida. Iniciamos la investigación en fotocatálisis para la producción de las especies oxidantes, aplicando la ra- ¿Hasta dónde llega esta investigación? diación que requiere el proceso mediante lámparas que emiten luz UV, lo cual conlleva un costo eleva- Con la investigación de estos procesos, englobados do, ya que este tipo de radiación es de muy alta ener- entre los procesos avanzados de oxidación, que per- gía. Sin embargo, en búsqueda de reducir costos, la miten la generación de especies oxidantes in situ, investigación se encaminó hacia la obtención de ca- pretendemos desarrollar tecnologías de tratamiento talizadores que se activen con menor energía, es de- de contaminantes recalcitrantes en aguas residuales, cir, con radiación del espectro visible, lo cual impli- como una alternativa a la oxidación química, evitan- ca el uso de lámparas menos costosas o la aplicación do el gasto de reactivos químicos costosos, por ejem- de luz solar; esto último disminuye los costos de ope- plo, el uso del cloro o el ozono que además pueden generar subproductos tóxicos. Por eso en esta inves- ración haciendo el proceso más sustentable. En cuanto a la generación electroquímica del ión ferrato en tigación no sólo se estudió la generación de las espe- el medio de reacción, uno de los primeros resultados obtenidos, alentadores, fue la aplicación de éste en la cies oxidantes y la degradación del contaminante, sino que se realizó el seguimiento de los subproductos que se fo rman durante el proceso, para asegurarnos de CIEtKIA UAIJL / Al~O 15, 1'1o 60, OCTUBRE - DIOEMBRE 20 12 degradación de colorantes; sin embargo, era necesario caracterizar la formación del ión en el medio, y 1 19 (\) �Ei'JTREVISTA A LADRA MA ARACELY HERNANDEZ R, PRE MIO DE 11,JVESTIGACIO~I UAML 2012, rn EL AREA DE INGEt llERÍA Y TEO IO LOGIA para esto se llevó a cabo el esrudio del mecanismo de calcitrantes, es decir, aquéllos que son muy difíciles la electrogeneración del ferrato en medio ácido a partir de una sal ferrosa en solución. de destruir, de aquí que el beneficio a los diversos sectores de la sociedad sería la resolución de los problemas relacionados con la contaminación del agua. ¿De qué manera beneficia a la sociedad este proyecto? ¿Qué significa para ustedes este premio como reconocimiento a su trabajo? En varios aspectos, uno de ellos, y quizá el más importante, es en la preparación de recursos humanos, Es un aliciente para seguir trabajando y formando como la formación de maestros y doctores en ciencias, quienes van a forjar la investigación del futuro. recursos humanos de muy buen nivel, nos motiva como grupo a redoblar esfuerzos, motiva a los estu- Por otra parte, cada vez son más variados los com- diantes de nuestro posgrado y de nuestra Facultad a puestos tóxicos que se encuentran en el agua, los interesarse más por la investigación. Nuestra labor métodos tradicionales que se aplican no son efecti- como investigadores a la par de la docencia de algu- vos para la remoción de compuestos orgánicos re- na manera se ve recompensada; sin embargo, esto (\) 120 CI EI JOA UAH L / Af~O 15, No 60, OCTUBRE · DICIEMBRE 2012 �JESSICA BALDERAS SALAZAR representa un reconocimiento no sólo a nuestro gru- ¿Qué le ha dejado ser investigadora? po de investigación, sino también a nuestra Facultad por el apoyo al trabajo en conjunto. Muchas satisfacciones, paso a paso, poco a poco, en ¿Cómo llega usted a ser investigadora en la Uni- cada uno de los estudiantes que formamos en una tesis de licenciatura, de maestría o de doctorado, versidad Autónoma de Nuevo León? vemos recompensados los esfuerzos realizados; el tra- En mi caso, inicié mi carrera profesional en nuestra te, pero yo les digo a mis estudiantes: tarde o tem- Universidad como profesora en la Facultad de Ciencias Químicas, adscrita a la carrera de QFB; sin em- prano se recogen los frutos, es cuestión de tener bajo en la investigación es arduo y muy demandan- paciencia, la recompensa llega. bargo, ya como docente, la misma Universidad me dio la oportunidad de realizar los esmdios de pos- ¿Qué sigue ahora? grado; primero la maestría en la que me inicié en la investigación y continuando el doctorado en inge- Continuar con el trabajo, seguir con la investiga- niería cerámica de nuestra propia Facultad; esto me ción de la generación de este tipo de especies, para que estos procesos deriven en tecnologías "verdes" permitió proseguir con la tarea de investigadora. Posteriormente, la dirección de tesis de licenciatura, de maestría y de doctorado en los programas de estu- con bajos consumos de energía que permitan descontaminar el agua eficientemente y a bajo cos- dios de nuestra Facul tad, me ha permitido seguir en to, ya sea para su reutilización o para permitir su este camino de combinar la docencia y la investigación, descarga cumpliendo con los requerimientos esta- obteniendo resultados tan alentadores como éste. blecidos ... todavía hay mucho trabajo por hacer. CIEtKIA UAI IL / AJ':J O 15, 1'1o 60, OCTUBRE - DIOEMBRE 20 12 12 l (\) �A N I V E R S A R I O Entrevista al Dr. Juan Antonio Aguilar Garib, Premio de Investigación UANL 2012, en el área de Ingeniería y Tecnología ESPERANZA ARME DÁRIZ El Dr. juan Antonio Aguiiar Garib encabezó un estudio para producir una utilizar este mismo método para fabricar algo más delgado. Dado el límite del tape casting, definimos cinta cerámica de menos de 3.5 micras como ultradelgada a la cinta con espesor menor de de espesor mediante un método conocido como rape casting. Este valor se ha 3.5 micras y que se fabrique mediante este método. Para este trabajo se tomaron en cuenta las pro- reportado como el límite práctico para este método, p ero piedades reológicas, considerando que la viscosidad en este trabajo se diseñó una suspensión cuyas propie- tiene una componente viscosa, que señala cómo se dades reológicas, en ciertas condiciones de vaciado, per- deforma; y una componente elástica que correspon- miten la obtención de cintas de menor espesor. de a la tendencia del material para recuperar su forma. La mayoría de los trabajos tratan sólo la parre Numerosos reportes recomiendan que La suspensión tenga baja viscosidad, sin considerar que también existe una contribución eldstica, por Lo que el comporta- viscosa, y nosotros encontramos que la parre elástica es también relevante para la formulación de las sus- miento de las suspensiones es viscoelástico. pensiones que hacen posible la producción de estas El científico nacido en Matamoros, Tr.tmaulipas, cintas, que hemos definido como ultradelgadas. adscrito a la Facultad de Ingeniería M ecánica y Eléctrica desde 1991, ha recibido el Premio de Investiga- ¿Cómo se traducen estos resultados en la indus- ción UANL en cuatro ocasiones, lo que confirma su tria? constancia en fa generación de conocimiento nuevo en las áreas de ingeniería y tecnología. Primero re comento que este proyecto está dentro ¿Cuál era el objetivo de esta investigación? de un marco de colaboración: el Programa de Cooperación del Posgrado (PCP) entre México y Fran- La idea es producir capas cerámicas para capacirores ción industrial, lo cual es uno de los propósitos de multicapas lo más delgado posible mediance tape este programa. El PCP también provee el marco para casting, pero este método tiene un límite práctico, en la industria, de 3.5 micras, por lo que el objetivo realizar actividades de doble titulación; me enteré es encontrar las condiciones con las que se podría Nuevo León ha otorgado cuatro grados de doctor cia. Los resultados del PCP se traducen en innova- (\) 122 recientemente que la Universidad Autónoma de CI EI JCIA UAH L / At~O 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �E5PERAf,JZA AA MENDARIZ de carácter internacional en esra modalidad. Personalmente he tenido el honor de dirigir, en corutela, ¿Por qué hacer este estudio específico? ¿Había un interés concreto de la industria? a dos de ellos. El PCP exige que la investigación involucre a científicos mexicanos y franceses que Marion Technologies produce polvos y tenía interés codirijan un trabajo, debe haber una institución educativa y una empresa de cada país, en este caso la UANL y la Universidad de Toulouse III Paul Sabatier en evaluar el potencial del polvo de titanato de bario que ellos producen, y Kemet hace capacitares que utilizan este material como dieléctrico; entonces, a de Francia; junto con Kemer de México y Marion Technologies. la empresa mexicana le atrajeron las películas, y a la francesa los polvos. Uno de los impulsores de este proyecto fue el MC Leonel Montelongo, por cierto egresado del posgra- ¿Con este trabajo Kemet reduce costos, aumenta do de FIME, por parre de Kemet, y el Dr. Joseph producción o cuál es el impacto que tiene? Sarrías en la contraparte en Francia, quienes fueron los copatrocinadores de esta investigación. Los re- Cuando se habla de ciencia e ingeniería se trata de sultados de este trabajo tienen trascendencia, pues hacer algo que hasta el momento otros no pueden se graduó un doctor que trabaja en Kemet de Méxi- hacer, ahí está el secreto de la competitividad. Esta- co en investigación y desarrollo. mos haciendo algo que no se puede hacer de otra CIEtKIA UAI IL / AJ':J O 15, 1'1o 60, OCTUBRE - DIOEMBRE 20 12 123 (\) �El~TREVISTA AL DR JUAI~ AN TO! l lO AGU ILAR GARIB , PREMIO DE 11 IVESTIGACIOr J UAI JL 20 12 Er J El ÁREA DE IN GEN IERIA Y TEGJOLOGIA manera; los otros métodos para crear películas del- ¿Dirige a estudiantes de posgrado? gadas son muy complicados, prácticamente de laboratorio, muy coscosos. Hay maneras muy sofisticadas Accualmente tengo dos estudiantes de doctorado y para elaborar películas delgadas que si se pueden uno de maestría. evitar reducirán los costos, que es una pregunta que mucha gente hace, pero también aspiramos a fabri- ¿Cómo provocar en los alumnos la pasión por la car otros productos de mayor valor agregado con un ciencia? mayor margen. En realidad, por naturaleza, todos somos investiga¿Esta línea de investigación ya la había trabajado? dores. Un niño que explora, quiere ver qué hay del He trabajado un buen tiempo en el área de cerámi- dinero o no, sólo quiere saber. Vamos creciendo y cos y una persona muy importante en esto, una cla- dependiendo de las sociedades, hay quienes están otro lado; no le parece importante si sirve o no, si da ve, es el Dr. Edgar Reyes Melo, un experto en interesados en ¿para qué sirve?, y se llega a pensar reología, quien fue esencial en este proyecco. Junto que "si no sirve o no da dinero", no interesa. El estu- con la experiencia en cerámicos propia de la Dra. diante debe aprender a ser paciente, que los frucos Sophie Guillemet-Fritsch, del Dr. Bernard Durand, hicimos una alianza en la que el Dr. Román Jabir no se dan de la noche a la mañana, ya verá que esta actividad también brinda satisfacciones y satisfacro- Nava Quintero se graduó en cotutela. res. ¿Y las líneas de investigación, cómo han evolucio- ¿Y cuál es la tarea de los investigadores ante este nado en su carrera como científico? reto? He trabajado en procesamiento de materiales y hace Podemos educar con el ejemplo, que nos vean inves- algunos años me incliné al procesamiento de cerá- tigando, haciendo, interesados, explorando. Un in- micos. Me interesan las propiedades funcionales, vestigador hace lo que un niño: explora. La diferen- aquéllas que se refieren a lo que el material puede cia entre el niño y el investigador formado es que el hacer, de los cerámicos, en contraste con las propie- segundo ha sido entrenado y puede aprovechar las dades estrucrurales. Se inició la relación con Francia experiencias de otros investigadores. El investigador al trabajar con termistores, que también son cerámi- explora con método -no necesariamente el método cos, procesados mediante microondas, por lo que científico que se pregona, pero posee herramientas y cubrimos diferentes formas de procesamiento. medios para investigar-, y lo que hace al dirigir es en realidad dejar que lo vean, dejar que lo sigan, se- ¿Qué le atrajo de este material? Las propiedades que escoy llamando "funcionales", ría muy difícil hacerle al Quijote y obligar a que a todos les interese la inves6gación; pero el ejemplo, me interesa qué pueden hacer los materiales. bueno o malo, arrastra, hay que ser de los buenos. (\) 124 CI EI JCIA UAl~ L / AfjO 15, N o 60, OCTUBRE - DICIE MBRE 2012 �E5PERAtJZA AA MEf IDARIZ La ventaja de los alumnos de posgrado es que desde conocido como un médico o un abogado, y mucho que se inscriben como alumnos de tiempo completo, les interesa la ciencia, y ese interés lo adquieren al con- menos como un artista o un futbolista. La ciencia no recibe muy buena promoción y, según me expre- tacto con investigadores desde la licenciatura. san algunos estudiantes, a los que les he hecho la ¿Cómo integrar la licenciatura con la investigación? misma pregunta, a quienes les surgió el interés lo tomaron de las pláticas a favor de la ciencia de sus La licenciatura es muy importante. Tenemos que estar que no es porque ya les llamó la atención otra cosa, presentes en la licenciatura para integrarla a la inves- o, según ellos, en general la perciben como de mu- tigación, pero sin distraernos mucho, es decir, hay cho trabajo y poco futuro, económico por supuesto. que escoger elementos clave en la licenciatura: si eres Lo bueno es que siempre hay a quien le guste esto. profesores, no necesariamente investigadores; y a los investigador, dar clases que están relacionadas con lo que haces y ver a los estudiantes en acción. Los ¿Qué lo inspira? mejores estudiantes que hemos tenido en el posgrado no siempre fueron los mejores alumnos en la li- Pensar que todo, hasta lo que no lo necesita, tiene cenciatura, pero sí los más dispuestos a trabajar. una explicación. Creo que es una tarea noble de gen- La idea de estar en la licenciatura es que en el salón se puede ver más que en el kárdex, porque conoces a los estudiantes, los ves todos los días, sabes te noble. ¿Qué lo motiva cada día? si están interesados y luego ellos mismos se acercan para ayudar, es cuando haces permear el posgrado en la licenciatura; sin embargo, la vida de una facultad está En realidad, más que investigador, uno es profesor. No resistimos la tentación de enseúar y de genuina- en la licenciatura, es algo que no debe descuidarse. mente tratar de ser tutores, no asesores, porque que- Actualmente imparto la clase de mecánica de flui- remos que te vaya bien en todo lo que haces. Esta dos en la licenciatura, w1a materia relacionada con vocación de profesor es la que alimenta la labor de investigación. La investigación no es monótona, a fenómenos del transporte, y en el posgrado de materiales se trabajan muchas líneas en este tema. A los veces es solitaria, porque andas metido en cosas que ni estudiantes no hay que tomarlos al último, porque entiendes, porque a veces no sabes ni cómo explicarlas. ya tienen planes y hay mucha competencia de inte- Tuve la forruna de tener en la primaria muy bue- reses, ya están formados. nos profesores, que era obvio que disfrutaban al enseÍlar. Otra cosa que me ayudó personalmente es que Con respecto a los estudiantes ¿por qué a unos les estudié en una ciudad pequeÍla, los grupos no eran surge el interés por la ciencia y a otros no? numerosos y había mayor oportunidad de interac- Esto es algo que depende del ejemplo que demos que haces lo que te gusta. tuar con los profesores. Pero lo más motivance es como sociedad; en México, el científico no está re- CIEtKIA UAI IL / Al ':J o 15, 1'1o 60, OCTUBRE - DIO EMBRE 2012 125 (\) �A N I V E R S A R I O CIENCIA EN BREVE integrantes de la Junta de Gobierno fue unánime al Asume Jesús Ancer Rodríguez Rectoría de la UANL ratificar al doctor Ancer Rodríguez al frente de la Universidad Autónoma de Nuevo León. En sesión solemne del H. Consejo Universitario, el doctor Jesús Ancer Rodríguez asumió el cargo de rector de la Universidad Autónoma de Garza Tamez destacó los proyectos establecidos por Ancer Rodríguez en el plan de trabajo para el nuevo periodo, enfocándose en áreas estratégicas: uevo León para el trienio 2012-2015. Acorde a lo establecido por la Ley Orgánica y el Estatuto General de la UANL, el presidente de la Junta de Gobierno de la educación de calidad, administración y gestión, vinculación e internacionalización, así como la investi- Máxima Casa de Estudios, Juan Francisco Garza gación y desarrollo tecnológico. Tamez, realizó la toma de protesta al funcionario Agregó que este plan dará continuidad a diversas reelecto, teniendo como testigo de calidad al gobernador Rodrigo Medina de la Cruz. acciones que se traducirán en la consolidación de la calidad, pertinencia y cobertura educativa en todos El acto protocolario se llevó a cabo en el Teatro sus niveles, que ha impulsado del rector de la UANL durante los tres años anteriores. Universitario del Campus Mederos, después de que el doctor Jesús Ancer Rodríguez presentara su Ter- Garza Tamez subrayó el incremento en la matrícula escolar de más 130 mil alumnos en el 2010, a cer Informe Anual de Actividades, correspondiente más de 153 mil en el 2012: "un logro de gran exce- al periodo 2011-2012. Antes del juramento de ley, el ingeniero Juan lencia es el incremento de becas otorgadas a alumnos por limitaciones económicas; la calidad de la Francisco Garza Tamez resaltó que la decisión de los educación se manifiesta en mantener el 100 por ciento de la matrícula de licenciatura en programas de calidad, el incremento sostenido en la incorporación de programas de posgrados al padrón nacional del Conacyt". También destacó acciones concretas que han permitido avances significativos en la formación de proe;. fesores : incremento de investigadores adscritos al sistema nacional de del Conacyt, consolidación de los cuerpos académicos, al incrementarse la población (\) 126 CI EI JOA UAH L / Af~O 15, N o 60, OCTUBRE - DICIE MBRE 2012 �CI EH CIA El'-! BREVE científica, la presencia de la tecnología y el reconoci- Tecnología, resaltó que el conocimiento es una he- miento de los investigadores que han traspasado las fronteras del país. (Fuente: Prensa UA L)(Luis E. rramienta imprescindible en la toma de decisiones para enfrentar la desigualdad que "aqueja a todos los Gómez) sectores de la sociedad". Manifestó que la construcción de una sociedad del conocimiento democráti- Inicia consulta para definir agenda sobre ciencia y co, equitativo y con desarrollo sostenible, requiere que la ciencia y la tecnología formen parce de la agen- tecnología da nacional, y que sea tomada en cuenta la participación de la ciudadanía en el diseño de las políricas que fomenten esta importante área del desarrollo social. En tanto, el senador Juan Carlos Romero Hicks, titular de la Comisión de Educación, expresó que las instituciones tienen que responder con soluciones a las demandas de la población en sus servicios básicos. (Fuente: El Occidencal) (Luis E. Gómez) Rinde rector de la UANL Tercer Informe de Actividades En el Senado de la República, dio inicio la primera consulta nacional para definir una Agenda ciudadana de ciencia, tecnología e innovación con diez prioridades en materia de agua, cambio climático, edu- El rector de la UANL, Jesús Ancer Rodríguez, presentó su Tercer Informe de Actividades, correspondiente al ejercicio 2011-20 12, en acto que encabezó cación, energía, investigación espacial, medio ambiente, migración, adicciones, salud pública y seguridad alimentaria. La consulta se realizará a nivel el gobernador Rodrigo Medina de la Cruz, en el Tea- nacional vía Internet, y concluirá el 30 de enero del 2013. La población podrá conocer los retos propues- testa del doctor Ancer Rodríguez para continuar al frente de la Máxima Casa de Estudios, para un pe- tos y emitir su opinión en el portal: riodo comprendido de 2012 al 2015. El ingeniero tro Universitario. En este mismo evento, se realizó la toma de pro- ww,..1.agendaci udadana. mx. La iniciativa, impulsada por la Academia Mexicana de Ciencias, forma parte de la propuesta presentada a los tres poderes de la Unión por 62 instituciones de educación superior, encabezadas por el rector de la Universidad acional Autónoma de México, José arro Robles. Durante el evento, que se llevó a cabo en el Auditorio "Octavio Paz", el senador Alejandro Tell o Cristerna, presidente de la Comisión de Ciencia y CIEtKIA UAI IL / AJ ":J O 15, 1'1 o 60, OCTU BRE - DICIEMBRE 20 12 127 (\) �CI EHCIA El'-! BREVE Juan Francisco Garza Tamez, en calidad de presi- rante la ceremonia en la dente de la Junta de Gobierno , tomó la protesta de ley, ante el pleno del Consejo Universitario. que ingresó como miembro correspondiente a la Jesús Ancer Rodríguez expuso cada una de las Academia Mexicana de Ciencias (AMC), en una estrategias que se han establecido durante su administración para alcanzar a plenitud la Visión 2020, puesta en marcha para posicionar a la UANL como una institución socialmente responsable y de clase ceremonia realizada ayer en el Centro de Investigación y de Esrudios Avanza.dos (Cinvestav) . "El objetivo de la investigación es el conocimien- mundial por su calidad, relevancia y contribuciones al desarrollo científico, tecnológico, la innovación, to, y éste debe orientarse si es posible a producir ri- la construcción de escuelas de pensamiento y al de- queza. Investigar es usar dinero para producir ideas, sarrollo humano de la sociedad nuevoleonesa y del luego la transferencia a tecnología es usar esas ideas país. para producir más dinero del que se ha invertido en Explicó que, para lograrlo, se constituyó un Plan la investigación. Los países más ricos hoy son los de Desarrollo Institucional en el que se consideran que más invierten en investigación, y eso lo sabemos desde hace años". diez puntos específicos: acceso a la educación con calidad y equidad, fortalecimiento del modelo educativo, aumento en el número de cuerpos académicos, mantener la calidad en todos los niveles forma- portante por dos aspectos: "Primero, porque la co- tivos, incrementar las acreditaciones internaciona- munidad científica mexicana reconoce el trabajo de les, inscribir a las preparatorias en el Sistema ac10nal de Bachillerato, fortalecer la vinculación, mejo- investigación que hemos hecho entre muchos, y a nivel personal es que viene de mi querido México. Sobre su ingreso a la AMC, el experto en arquitectura de supercompuradoras comentó que es im- rar la situación laboral de su planta docente, formu- Yo me considero mexicano, he venido 60 veces, ten- lar planes de estudio pertinentes, y mejora de la edu- go muchos amigos, he dado sinfín de conferencias, cación continua. soy doctor Honoris Causa de la Veracruzana, profe- Ancer Rodríguez manifestó que los logros alcanzados en este primer periodo de su gestión han sido sor distinguido del Politécnico ... qué más puedo decir". (Fuente: AMC)(Luis E. Gómez) posibles gracias al trabajo colectivo, de la participación de toda la comunidad universitaria, de los dife- Dan a conocer la iniciativa de energía renovable rentes sectores de la sociedad y de las autoridades a nivel estatal y federal. (Fuente: Prensa UANL) (Luis E. Gómez) Hacer frente a los fenómenos climáticos adversos asociados al calentamiento global y contribuir a la reducción de emisiones de C02 a la atmósfera, es Una investigación bien hecha produce riqueza una tarea que demanda la unión de esfuerzos de numerosos científicos con miras a desarrollar proce- La investigación bien hecha es aquélla que produce sos altamente sustentables que beneficien a largo pla- riqueza; la que no la produce no lo es, dijo categórico el científico español Mateo Valero Cortés, líder zo a la sociedad mexicana. Por ello, el Consejo Nacional de Ciencia y Tec- mundial en computación de alto rendimiento, du- nología presentó la iniciativa Fotosíntesis artificial, (\) 1 28 CI EI JCIA UAHL / At~O 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �CI Et l CI A Ei'J BREVE Conacyt, cuyos objetivos se centrarán, durante un primer periodo de un año, en avanzar en el desarrollo de nanomateriales y aprovechar el enfoque multidisciplinario en materia de fotocatálisis y microscopía electrónica aplicados a este proyecto. Por su parte, la Dra. Leticia Torres Guerra, directora adjunta de Desarrollo Científico del Conacyt, destacó que el equipo de trabajo buscará desarrollar la tecnología necesaria para optimizar y economizar procesos de transformación de agua y dióxido de carbono en energéticos, como el metano! o el hidróque responde a la necesidad de articular proyectos innovadores de largo alcance que ayuden a asegurar la sustentabilidad energética. geno, éste último un combustible eres veces más potenre que la propia gasolina o el diese!. (Fuente: Conacyt) (Luis E. Gómez) Durante la presenración del proyecto, el Dr. Enrique Villa Rivera, director general del Conacyr, recordó que éste responde en parte a los señalamientos Sin el mismo idioma digital hechos en el Plan Nacional de Energía, establecido Si bien en México hay más de 40 millones de internautas, los mexicanos no hablan el mismo idio- por la Secretaría de Energía, que sugiere la modificación, a 25 años, de los métodos para obtener energéticos, así como el desarrollo de nuevas fuentes de energía sustentable basadas en recursos renovables. ma digital, ni a nivel empresarial, educativo o en los hogares, pues se dan interpretaciones diferentes a temas y conceptos incluso coridianos. Señaló que la inversión inicial será de 30 millo- Para el experto en Internet, Sergio Gutiérrez nes de pesos para apoyar la primera fase del proyec- Garay, los mexicanos tienen distinras interpretacio- to en la que se profundizará la investigación en materiales nanoestructurados, materiales catalíticos y nes para conceptos como redes sociales, Internet, computación en la nube, software, ACTA, entre otros polímeros para mejorar la infraestructura experimen- más . tal, pues el objetivo central es que nuestro país desarrolle tecnología propia que le permita crear dispositivos que lleven a cabo la fotosíntesis de manera artificial. El funcionario federal dijo que para este fin se esrableció un consorcio mulcidisciplinario de investigadores mexicanos de alto nivel internacional de instituciones como el Instituto Politécnico Nacional (IP ), la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) y el Centro de Investigación de Materiales Avanzados (Cimav), centro de investigación del CIE t KIA UAI IL / AJ.J O 15, 1'1 o 60, OCTU BRE · DICI EMBRE 20 12 129 (\) �CIEHCIA El'-! BREVE Sin embargo, este fenómeno también tiene consecuencias delicadas, que van desde desacelerar el uso productivo de las tecnologías de la información y comunicación (TIC), hasta la dificultad para describir claramente el perfil de vacantes que requiere una empresa. Y es que, las compañías generalmente utilizan frases como: «orientado a la tecnología», «buen ma- director general de Relaciones Internacionales de la Universidad de Medicina Tradicional China de Nanjing; el doctor Santos Guzmán López, director de la Facultad de Medicina y Hospital Universitario "José Eleuterio González"; el doctor Thomax Fox, presidente del Consejo Consultivo Internacional de la UANL, y el doctor Gerardo Muñoz Maldonado, subdirector de Posgrado de la Facultad de Medici- nejo de computadora», «80 por ciento de hojas de cálculo», «manejo de redes sociales», para describir na. las características o el perfil que necesitan para con- en la UANL luego de observar las necesidades de la o hablar el mismo población que busca medidas alternativas para su idioma digital también pone en ocasiones en franca tratamiento y control; en esta alianza de institucio- desventaja al consumidor cuando adquiere algún cipo nes académicas hay cooperación con el Instituto tratar algún experto en TIC. La maestría en medicina tradicional china surge acional (IPN,) a través de la Escuela de tecnología. Asimismo, dificulta a las personas Politécnico comprender el alcance real de sus conocimientos: Nacional de Medicina y Homeopatía. (Fuente: Pren- qué sabe, cuánto sabe, para qué le sirve y económicamente cuánto vale lo que sabe. (Fuente: El Periódico de México)(Luis E. Gómez) sa UANL) (Luis E. Gómez) Destinan sólo 0.43% del PIB a ciencia y tecnolo gía en este sexenio Impartirán maestría en medicina tradicionaJ china En los últimos seis aÍlos, la inversión en ciencia y La Universidad Autónoma de Nuevo León ha pues- tecnología registró un promedio de apenas 0.43 por to en marcha un nuevo programa académico de pos- ciento anual como proporción del producto interno grado en la Facultad de Medicina, con siete alum- bruto (PIB), según revelan los anexos del Sexto In- nos inscritos: la maestría Integración de la medicina tradicional china con la medicina occidental, con especialidad en acupuntura y moxibustión, que se concreta en alianza con la Universidad de Medicina Tradicional China de Nanjing. Así, la máxima casa de estudios de uevo León se constituye como la primera institución de educación superior en México que ofrece una maestría profesionalizante en medicina alternativa, programa que se imparte en las mejores universidades del mundo y que ahora ve nuevos horizontes en la región norte del país. La ceremonia de apertura fue encabezada por el rector Jesús Ancer Rodríguez; el doctor Dai Shen, (\) 130 CI EI JCIA UAHL / AfjO 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �CI EH CI A El'-! BREVE forme de Gobierno del presidente Felipe Calderón. Esta cifra se ubica muy por debajo del mínimo internacional recomendado que debería ser de al gadores pro cada 10 mil trabajadores. (Fuente: El Universal)(Luis E. Gómez) menos uno por ciento, y muy lejos de lo que desti- Exigen presupuestos acordes con la necesidad nan otros países integrantes de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos del país (OCDE), como Estados Unidos, Canadá, Alema- La comunidad científica y tecnológica de México nia, España, Japón, Italia, Reino Unido y Francia. entregó al Poder Judicial Federal la denominada Bernardo Olmedo Carranza, investigador del Instimto de Investigaciones Económicas (IIE) de la "Agenda acional en Ciencia, Tecnología e Innova- ción", que en lo fundamental propone invertir uno UNAM, aseguró que la inversión destinada por por ciento del producto interno bruto (PIB) del país México a ciencia y tecnología en los pasados 30 años en esos rubros durante la próxima administración es prácticamente inexistente. «Lo que antes era una brecha ahora es un abis- federal. Durante el acto, efectuado en las instalaciones mo», y hoy no es suficiente aumentar el gasto en de la Suprema Corte de Justicia de la Nación (SCJ ), ciencia y tecnología al uno por ciento, sino mucho ante la presencia del presidente del máximo tribu- más arriba. Recordó que Corea del Sur se dio a la tarea de incrementar este 2012 la inversión en cien- nal, ministro Juan Silva Meza, el rector de la Universidad acional Autónoma de México, José Na- cia y tecnología a una proporción de 5 por ciento rro Robles, destacó que México tiene una deuda his- del PIB, después de que lograron llegar el año pasa- tórica con la pobreza y la desigualdad, y que sólo do a 4 por ciento del PIB. Los informes oficiales detallan que la inversión con mayor inversión en educación, ciencia y tecnología se saldará esa deuda. interna en investigación científica y desarrollo expe- En su mrno, el ministro Silva Meza, quien habló rimental en México fue en 2006 de apenas 0.38 por en representación del Poder Judicial Federal, sostuvo que la cúpula judicial y la comunidad jurídica ciento del PIB; en 2007, 0.37; en 2008, 0.41; en 2009, 0.44; en 201 O, 0.48, y en 201 1, 0.46 por cien- «haremos de la ciencia una prioridad de Estado, para to. Lo anterior contrasta con lo destinado en este exigir la asignación de presupuestos acordes con las mismo rubro durante el último año por Estados necesidades del país en el siglo XXI». Unidos, que alcanzó 2.90 por ciento del PIB; Canadá, 1. 74; Alemania, 2.82; España, 1.39; Japón, 3.26; tura Federal refirió que una justicia de vanguardia, Italia, 1.26 y Francia, 2.25 por ciento del PIB. preocupada por el respeto de los derechos humanos, El también presidente del Consejo de la Judica- Esta ínfima inversión en ciencia y tecnología pro- no puede tener cabida en un espacio ajeno a los avan- pició que el número de investigadores en México en ces de la ciencia: «por eso celebramos que las institu- 201 O, último año registrado en los anexos del Sexto Informe de gobierno, sea de 11 por cada 10 mil in- Judicial de la Federación para compartir las propues- tegrantes de la fuerza de trabajo, cuando en Estados tas planteadas por los especialistas de la ciencia y la Unidos esta proporción es de 95; en Canadá, 86; en Alemania, 81 ; en España, 72; en Japón, 104; en Ita- tecnología (al nuevo gobierno federal que está por comenzar en diciembre próximo) ». (Fuente: La lia, 43; en Reino Unido, 76 y en Francia, 91 investí- Jornada)(Luis E. Gómez) CIEtKIA UAI IL / AJ ':J O 15, 1'1 o 60, OCTU BRE - DICI EMBRE 20 12 ciones científicas del país hayan pensado en el Poder 13 l (\) �CI EH CIA El'-! BREVE Es momento de atender mercados emergentes "Estamos con ustedes" de robótica La comunidad científica tendrá más de su lado a partir de la elaboración y presentación que hizo de una propuesta en ciencia, tecnología e innovación , que si no se hubiera expresado sobre cómo ayudar al país a alcanzar un desarroUo económico sostenible, consideró la coordinadora del Foro Consultivo Científico y Tecnológico (FCCT), Gabriela Durrénit Bielous. La integrante de la Academia Mexicana de Ciencias señaló que la entrega que se realizó en días pasados a los principales tomadores de decisión en el país México está en el momento óptimo para participar en los mercados emergenres que se abrirán durante los próximos diez años en el área de robótica móvil, del documento "Hacia una agenda nacional en ciencia, tecnología e innovación", elaborado por un extenso grupo de instituciones académicas, científicas aseguró el investigador de la Universidad La Salle, y empresariales, es un acto simbólico importante. Luis Lupián Sánchez. De la Agenda, apuntó que fue una actividad central, porque se puso de acuerdo un número signifi- Al dar a conocer los detalles de Robo Show México 2012, dijo que el país tiene muchas oportunida- cativo de instituciones y organizaciones. La investi- des que aprovechar en materia tecnológica. Una de gadora de la Universidad Autónoma Metropolitana ellas, expuso, es el uso personal de robots, área que dijo que el mensaje en todos los discursos en los diferenres actos de entrega-recepción del documento crecerá durante los próximos diez años y será tan ((común como tener una computadora en casa». A su vez, el tirular de la Dirección de Tecnolo- -las Cámaras de Senadores y Diputados, la Conago, gías Urbanas y Sociales del Instituto de Ciencia y la Suprema Corte de Justicia de la ación y el presidente electo Enrique Peña Nieto- fue: "Estamos con Tecnología del Dimito Federal (ICyTDF) , Rodrigo ustedes". Pero subrayó que espera que esta palabra Montufar Chávez Nava, consideró que exposicio- se cumpla y se concrete en los hechos. (Fuente: AMC)(Luis E. Gómez) nes de este tipo promueven el interés en los jóvenes por las tecnologías de la información y la comunicación (TIC). Aseguró que ello permitirá en el futuro El proceso artificial de la fotosíntesis tener «una gran cantidad de jóvenes que, mediante el desarrollo tecnológico, puedan brindar soluciones a problemas y generen recursos económicos para El estudio de los procesos fotosintéticos a nivel in- el país», tanto en mercados conocidos como emer- ternacional ha merecido diez premios Nobel, desde 191 7 . En la década de los sesenta, se descubrió el gentes. (Fuente: fenómeno forocatalítico de la descomposición del (\) 1 32 otimex)(Luis E. Gómez) CI EI JCIA UAHL / AfjO 15, f lo 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �CI EH CIA El'-! BREVE agua, lo que sentó un precedente para fortalecer los estudios que adelantaron que la fotosíntesis artificial era posible. Dentro de su esquema, el proceso artificial de la fotosíntesis se suma al conocimiento que se tiene de los procesos fisiológicos de las plantas, las capacidades de observar y manipular la estructura de los nanomateriales para elaborar dispositivos que repli- parse sobre la producción de hidrógeno a partir de la luz solar, influenciados por los trabajos de producción directa de hidrógeno mediante catalizadores que se realizan en Japón. En esa misma línea, el coordinador de la UANL, Dr. Isaías Juárez, explicó que su grupo analiza la obtención de hidrógeno a través de la fotoca rálisis, donde han acumulado experiencia en la observación de nanoestrucruras, pues "esos semiconductores son susceptibles de mejora para agilizar el proceso". (Fuente: Conacyr)(Luis E. Gómez) Sería algo histórico: Asomoza quen la fotosíntesis. Para René Asomoza Palacio, En México, la comunidad académica respondió a la necesidad de innovar en este proceso, considera- director del Centro de Inves- do, a nivel internacional, como la oferta tecnológica tigación y de Esrudios Avanzados del Instituto Politécni- más avanzada para obtener energéticos renovables de aira potencia mediante el aprovechamiento de la luz solar, el agua y la absorción del C0 2 ambiental. Por ello, el Conacyt presentó el proyecto Fotosíntesis artificial, primero en su tipo , que agrupa a in- vestigadores nacionales especializados en fotocatálisis, electroquímica, microscopía electrónica, el desarrollo de nanomateriales, entre otras disciplinas, para que desarrollen en el mediano plazo la tecnología propia, que permita a nuestro país crear sus propios dispositivos que utilicen la luz solar para realizar la fotosíntesis artificial. A decir del Dr. Ricardo Gómez, investigador de la UAM Iztapalapa, y uno de los seis coordinadores académicos de este esquema: "ésta sería la primera vez que México estuviera en una búsqueda de este tipo, pues se parte de la ciencia básica para obtener estos resultados( . .. ) y no podemos esperar diez años para que nos digan que ya se puede hacer". El académico destacó que desde hace cinco años su grupo de trabajo , en conjunto con la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) , comenzó a ocu- H A UAIIL / AJJO 15, 1'1 o 60, OCTU BRE - DICIEMB RE 20 12 co Nacional, la propuesta titulada "Hacia una agenda nacional en ciencia, tecnología e innovación", es fundamental, porque es un planteamiento único, elaborado por un gran número de instituciones que han logrado ponerse de acuerdo. "Si esto da lugar a una política de Estado en ciencia y tecnología, creo que sería histórico", dijo al abandonar el Palacio Legislativo, donde la propuesta fue entregada a la Cámara de Diputados. Sobre la importancia de recepción del documento por parte de los legisladores, Asomoza Palacio, miembro de la Academia Mexicana de Ciencias, dijo que se trata de algo sumamente importante: "porque finalmente estamos hablando de modificar la ley en ciertos rubros, de modificar los reglamentos, y los diputados son los que tienen a cargo esa tarea. Pero, además , la actitud con la que lo han recibido no sólo los diputados, sino otras instancias ha sido excelente, yo creo que ese es un gran avance. Todos �CIEHCIA El'-! BREVE los organismos que lo han recibido se han mostrado hemos hecho el plantea.miento», expuso. favorab les y eso es algo que hay que resaltar". En relación a la propuesta de crear w1a nueva El titular del Ejecu tivo tendrá que tomar algunas determinaciones, y ahí está esa posibilidad de crear Secretaría de Estado, el doctor señaló: "Para mí eso la Secretaría de ciencia, de crear la Agencia nacional es un instrumento. Primero necesitamos tener un plan, necesitamos proyectos importantes que resuel- de innovación, y de hacer una serie de ajustes en la estructura de gobierno en lo que se refiere a ciencia. van problemas y una secretaría es un ente que nos puede ayudar a llevarlo a cabo, no es un fin en sí, (Fuente: más bien es un mecanismo para poder llevar a cabo Se reúnen científicos con Peña Nieto un proyecto más ambicioso. (Fuente: AMC)(Luis E. Gómez) otimex)(Luis E. Gómez) La reunión de la comunidad cienrífica del país con el presidente electo, Enrique Peña Sí hay recursos ieto, fue pro- ductiva y se dio en un ambiente de confianza, pero para que efectiva.mente se traduzca en mejores con- El rector de la UNAM, José Narro Robles, destacó diciones para el sector, debe haber voluntad para que que con un presupuesto con el tamaño del que tiene su presupuesto aumente hasta llegar a uno por cien- el país es indiscutible que hay formas para encontrar que se incremente cada año una décima de punto del Producto Interno Bruto (PIB) a la ciencia, la tec- to del producto interno bruto (PIB) a finales del sexenio que está por iniciar, señaló el presidente de nología y la innovación; señaló, además, que de esa Sin embargo, más allá del número, lo primordial manera el próximo sexenio terminaría en 2018 con al menos uno por ciento del PIB destinado a esos es que las organizaciones involucra.das lograron formular un documento consensuado y se lo entrega- rubros. la Academia Mexicana de Ciencias, José Franco. ron a Peña Nieto, quien en principio manifestó buena Agradeció el compromiso del senador Emilio voluntad para incorporarlo en su programa. de go- Gamboa Patrón, presidente de la Junta de Coordinación Política del Senado, de subir un punto de bierno, dijo el astrónomo. Durante el encuentro titulado "Hacia una agen- acuerdo que se haga llegar a la colegisladora, la Cá- da nacional en ciencia, tecnología. e innovación", el mara de Diputados, en favor de que México tenga exgobernador del Estado de México aseguró que es- un presupuesto más robusto, mejor para la ciencia, la tecnología y la innovación. Sobre la posibilidad de la creación de una Secretaría de Ciencia y Tecnología, consideró que «nuestra perspectiva es útil, pero al mismo tiempo hemos dejado muy claramente sentado en el documento que es factible encontrar, con la estructura que tenemos, la posibilidad de caminar en el sentido correcto. ¿De qué depende entonces? Depende del titular del Ejecutivo. Le hemos presentado al presidente electo de México en el mes de septiembre el documento y le (\) 134 CI EI JCIA UAl'-l l / AfjO 15, f lo 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �CI EH CI A El'-! BREVE tos rubros serían utilizados por su gobierno como una "palanca" para redireccionar el rumbo del país México, con bajo desempeño en innovación hacia esquemas más competitivos, lo cual "implica México ocupa el lugar 79 que entendió la propuesta", añadió Franco. (Fuente: otimex)(Luis E. Gómez) de 141 países clasificados en el Ranking Global de Innovación 2012, por su El cambio de gobierno permitirá replantear agen- «capacidad de innovación da nacional o habilidad para inventar nuevos productos». Esto lo Al dar un espaldarazo a la propuesta sobre ciencia, tecnología e innovación impulsada bajo el liderazgo coloca por debajo de Chile, Brasil, Colombia, Uruguay, Argentina, Perú y de la UNAM, el presidente de la Conferencia Nacional de Gobernadores (Conago), César Duarte, Guyana. consideró que a partir del primero de diciembre no dial de la Propiedad Intelectual de la ONU y el lnstitut habrá un cambio de gobierno, sino un "cambio de Européen d'Administration des Affaires (Insead), con régimen" que permitirá replantear la agenda nacio- sede en Francia, y considera en la medición elementos nal -incluida la de este rubro- y "romper" la dinámica que nos ha llevado "a un desgaste social y a un sufrimiento colectivo impensable". como nuevas patentes, inversión en investigación y desarrollo y el clima empresarial y regulatorio. En un comunicado, la Academia Mexicana de Anee representantes de dicha agrupación, así Ciencias explicó que dicha clasificación es para los como académicos y funcionarios universitarios, el rector de la UNAM, José arro Robles, reiteró que 141 países evaluados en tres categorías. La primera agrupa a los «líderes»; la segunda, a los que «apren- es imperativo incrementar anualmente una décima den » o «están aprendiendo», y finalmente, la tercera de punto porcentual del Producto Interno Bruto categoría incluye a los de «bajo desempeño», en la cual se ubica México. (PIB), para que en 2018 se destine uno por ciento de inversión al sector, tal como establece la ley desde El ranking fue elaborado por la Organización Mun- hace más de ocho años. La próxima década de nues- Según el ranking, el número uno es Suiza, seguido de Suecia, Singapur, Finlandia, Inglaterra, Ho- tro país debe ser la del conocimiento, insistió. landa, Dinamarca, Hong Kong, Irlanda y Estados En la entrega a la Conago del documento "Hacia una agenda nacional en ciencia, tecnología e inno- Unidos, países que conforman los diez líderes mundiales en el campo de la innovación. vación", realizada en la torre de Rectoría, los acadé- Por América Latina, sólo Chile figura entre los micos participantes subrayaron la responsabilidad del 50 líderes en dicho campo, ocupando el lugar nú- gobierno federal en el financiamiento de este sector. mero 39. Le siguen Brasil (59), Colombia (65), Uru - Tan sólo para llegar a la meta de uno por ciento al guay (67), Argentina (70), Perú (75), Guyana (77), finalizar el próximo sexenio, se requiere pasar de un México (79), Paraguay (84) , Panamá (87), El Salva- monto actual de 61 mil millones de pesos a más de dor (93), Ecuador (98), Guatemala (99), Nicaragua 150 mil millones de pesos, puntualizó el abogado general , Luis Raúl González Pérez. (Fuente: La (105), Honduras (111), Bolivia (114) y Venezuela Jornada)(Luis E. Gómez) Gómez) CIEtKIA UAIJL / A!~O 15, 1'1 o 60, OCTU BRE - DICI EMBRE 20 12 (118). (Fuente: El Periódico de México)(Luis E. 135 (\) �CIEHCIA El'-! BREVE El crecimiento económico del país es posible, si se 20 12, la AMC presentó el proyecto Agenda Ciuda- invierte en tecnología dana, que promueve la participación de los ciudadanos en el siguiente presupuesto científico e inci- El titular del Institu- dir en la clase política para que reflexione sobre la to de Ciencia y Tecnología del Distrito importancia de este sector, del cual depende el crecimiento del país. (Fuente: otimex)(Luis E. Gómez) Federal (ICyTDF), Julio Mendoza, llamó Las sociedades deben tomar la decisión final a los sectores público E 8 y privado a invertir en ciencia y tecnología, pues es la única forma de levantar la econo- t8 Ante el reto de generar nuevos conocimientos cien- E tunidad extraordinaria para invertir en este sector, '< porque «nada mejor que un nuevo gobierno para ~ ~ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _gci. tíficos y avances tecnológicos, México tiene una opor- mía y transformar a fortalecer este compromiso», afirmó Carlos López México en una nación Orín, científico español galardonado con el Premio de vanguardia, para que deje de ser solamente un México de Ciencia y Tecnología 2011. Estado maquilador. Opinó que para la siguiente administración fe- En conferencia de prensa, donde dio a conocer la jornada de conferencias que dictará en varias uni- deral debe ser una prioridad el financiamiento de versidades del país, destacó que en un co ntexto mun- productos y diseños mexicanos de valor agregado que dial de crisis la principal amenaza es que se pierda el se exporten al extranjero, pues el país presenta un rezago muy importante en comparación con el resto «hilo conductor» de una generación de científicos con sus esrudiantes, ante la falta de oportunidades de miembros de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE). para incorporarse a la investigación de airo nivel y El funcionario capitalino destacó que México se «que todo el esfuerzo hecho durante años esté en riesgo de desaparecer». encuentra actualmente en el lugar 79 de 142 países El experto destacó que los grandes retos científi- en el Ranking G lobal de Innovación 2012, por de- cos que enfrenta la humanidad es una tarea en la bajo incluso de Chile (39) o Colombia (65). Esta que «no hay atajos, y cada vez está más cerca lo im- situación se debe a que México sólo cuenta con 40 posible del mundo de lo posible, como el acceso a mil investigadores, y destina únicamente 0.4 por una medicina personalizada». Sin embargo, enfatizó ciento de su Producto Interno Bruto (PIB) a la in- que este conocimiento en campos como la genómica, vestigación. genética y biología también demandarán a las socie- Por su parte, el director de la Academia Mexica- dades futuras la toma de decisiones. Se trata, insis- na de la Ciencia (AMC), José Franco López, llamó al equipo de transición del presidente electo Enri- tió, de cernas en los que «todos debemos aportar, y que Peña ieto, para que consulte a las institucio- definiciones finales no son cuestión de los científi- nes científicas del país en el marco de la elaboración de una política pública en la materia, de largo plazo. cos, sino de la sociedad. Los especia.listas pueden dirigir la conversación, pero la sociedad debe tomar Durante la Semana de la Ciencia y la Innovación (\) 136 tener opiniones muy bien argumentadas, porque las la decisión». (Fuente: otimex)(Luis E. Gómez) CI EI JCIA UAl'-l l / AfjO 15, f lo 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �CI E~ICIA El'-! BREVE Secretaría de Ciencia debe unir educación superior mos avanzar, consideró el biólogo. (Fuente: El e investigación U niversal)(Luis E. Gómez) José Sarukhán Kermez, exrector de la UNAM, afir- Hay que construir un mundo mucho mejor y más mó que una secretaría de ciencia, tecnología e innovación no resolvería nada, si no incorpora también justo la educación superior. La tradición en México indi- El Consejo ca que lo único que ocurre es que se burocratiza todo. y Tecnología (Conacyt) fue la Si va a haber algo nuevo en ese sentido, debería ser sede para u na conferencia de una secretaría que una a la educación superior con prensa que ofreció el científico la investigación, indicó el miembro titular y tam- español Carlos López Orín, ex- bién expresidente de la AMC. perto en bioquímica y biología acional de Ciencia Sarukhán Kermez añadió que la existencia de molecular, ganado r del Premio dicha secretaría sin una percepción del Estado de México de C iencia y Tecnología que la función de la investigación no sólo es ciencia, 20 11 , quien , como parte de su visita académica a y verla en su sentido más ampl io es un aspecco cen- México, compartió sus conrribuciones en el estudio tral para tener herramientas que puedan cambiar al país. Con respecto al documento "Hacia una agenda nacional en ciencia, tecnología e innovación", que del cáncer y envejecimiento prematuro. Al dar la bienvenida, en representación del titular del Conacyr, la Dra. Lericia Torres Guerra, di- José Narro, actual rector de la UNAM, presentó a rectora adjunta de Desarrollo Cienáfico, enfatizó que invertir en ciencia no debe considerarse un gasto, los representantes de los tres poderes de la Unión, Sarukhán Kermez consideró que contiene planteamientos que se han expuesto por décadas, aunque también hay algunas propuestas nuevas. En la medida en que la sociedad y los gobiernos no entiendan que la forma de cambiar al país es con sino una inversión, y expresó su beneplácito por tener en nuestro país al Dr. López Orín, quien se ha convertido en "referente fundamental " para el estudio del cáncer, "cuyo enfoque innovador lo ubica en la frontera del conocim iento". la generación de inteligencia, con conocimien tos para Por su parte, el Dr. Jorge Flores, coordinador ge- entender los problemas y resolverlos, poco podre- neral del Consejo Consultivo de Ciencias, en su calidad de vicepresidente del Consejo de Premiación del Premio México, agradeció la visita del científico a nuestro país, ofreció una semblanza del mismo y detalló el programa de conferencias que brindará en diversas instituciones de educación superior nacionales. El Dr. López Orín mencionó que en esta visita académica espera encontrar curiosidad, afán de conocimiento, ganas de aprender "y aprender yo mismo", toda vez que el discurso académico y el discurso científico nunca fluyen en una misma d irección, CIEtKIA UAI IL / AJ':J O 15, 1'1 o 60, OCTU BRE - DICIEMBRE 20 12 137 (\) �CI EHCIA El'-! BREVE por lo que se enriquecen mutuamente desde múltiples perspectivas. Las contribuciones científicas, añadió, conducirán a que todos podamos construir un mundo mucho mejor y más justo. (F uente: Conacyr)(Luis E. Gómez) Investigación y Estudios Avanzados del Instituto Politécnico acional (Cinvestav), mencionó que "Entre Pares" es la consecuencia de una labor continua por parte del Conricyt, que, en su estrategia de incrementar la producción y actividad científica de la comunidad académica nacional y promover su Realizan primer seminario para publicar en redes difusión a nivel internacional, plantea un espacio de de información científica encuentro con las principales editoriales científicas internacionales. Señaló que entre las metas más importantes del seminario destacan: difundir el pro- Con el propósito de facilitar el acceso a la información científica a las universidades y centros de inves- grama del Conricyr, como una iniciativa interinsti- tigación del país y posicionar a las revistas científi- tuciona l que a dos años de su creación está cas mexicanas en el plano internacional, se inauguró impactando positivamente en la comunidad acadé- el primer seminario para publicar y navegar en las mica de nuestro país, al incrementar sustancialmen- redes de información científica, denominado "Entre Pares". dades y centros de investigación, con el fin de coadyu- Este seminario fue el resultado de la labor conti- te el acceso a la información científica a las universi- mación Científica y Tecnológica (Conricyt), que, en var en la productividad científica de nuestra comunidad. Impulsar que las revistas científicas mexicanas de alta calidad incrementen su visibilidad a ni- su estrategia de incrementar la producción de publi- vel internacional y que los jóvenes investigadores caciones científicas nacionales y difundirlas a nivel mundial, estableció un espacio de encuentro entre tengan acceso al acervo bibliográfico que les permita mejorar su competitividad, en un espacio que pro- las principales editoriales cienríficas internacionales y la comunidad científica nacional, en el Centro mueva su talento y habi lidad científica. (Fuente: Conacyt)(Luis E. Gómez) Cultural Universitario de la UNAM, en Tlatelolco. Durante el Seminario, el doctor Marco Antonio Centros educativos y científicos darán diagnóstico Meraz Ríos, secretario de Planeación del Centro de del sector nua del Consorcio Nacional de Recursos de Infor- En los próximas meses, representantes de instituciones de educación superior y centros científicos entregarán al presidente electo, Enrique Peña Nieto, al Congreso de la Unión y a los gobiernos y legislativos locales, el documento Agenda nacional para la ciencia, la tecnología y la innovación, donde se establece el diagnóstico sobre el estado acrual del sector y las estrategias necesarias para convertirlo por fin en palanca real del desarrollo nacional. Frente al deterioro y abandono presupuesta! de los dos últimos sexenios hacia la ciencia, la tecnolo- (\) 1 38 CI EI JCIA UAHL / At~O 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �CI EH CI A El'-! BREVE por sus aportaciones en los diferentes campos de su especiaüdad. El documento es el resultado de varias reuniones de trabajo entre integrantes de las instituciones, agrupaciones e instancias firmantes, que se desarrollan desde hace al menos un año. (Fuente: El Periódico de México) (Luis E. Gómez) La ciencia requiere más estudiantes y un cambio de actitud Pablo Rudomín, expresidente de la AMC, conside- gía y la innovación mexicanas, a iniciativa del rector ró que la importancia del documento "Hacia una agenda en ciencia, tecnología e innovación", radica de la Universidad aciana! Autónoma de México (UNAM), José arro Robles, unas 80 instituciones en que ayudó a los miembros de la comunidad cien- académicas y científicas de los sectores público y que vive el país. También opinó que la inversión en privado aportaron elementos constitutivos a esa agenda, la cual representa el primer gran diagnóstico del estos sectores debe ser gradual hasta llegar al uno por ciento del producto interno bruto (PIB), e ir rubro en el país. acompañada de cambios estructurales para que los El documento fue elaborado y suscrito con las tífica a tener una idea más objetiva de los problemas recursos ser utilicen de manera eficiente. Instituto Politécnico Nacional, la Universidad Au- El documento contiene unas propuestas más reaLstas que otras, y nuestras necesidades como país tónoma Metropolitana; de claus tros cienríficos, son inmensas. Creo que no debemos ver lo que se como el Consejo Consultivo de la Ciencia, las aca- dice, sino lo que se puede hacer. En opinión del neu- demias Mexicana de Ciencias, de Ingeniería y de rofisiólogo, preparar más científicos no se logra de un día para otro, pues antes se necesita tener estu- aportaciones de, entre otros, la propia UNAM, el Medicina y el Foro Consultivo Científico y Tecnológico; el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología y la Asociación Nacional de Universidades e Institu- diantes y un cambio de actitud hacia la ciencia y la ciones de Educación Superior (Anuies). Está avalado también por organismos del sector privado, como la Asociación Mexic.1.na de Directivos de la Investigación Aplicada y el Desarrollo Tecnológico, la Confederación Patronal de la República Mexicana, la Confederación acional de Cámaras Industriales y la Cámara aciana! de la Industria de la Transformación (Canacintra), entre otras. Del mismo modo y a título individual, emre los signantes, figuran científicos y tecnólogos merecedores de distinciones tanto nacionales como internacionales CIEtKIA UAIJL / A! ~O 15, 1'1 o 60, OCTU BRE - DICI EMBRE 20 12 139 �CIEHCIA El'-! BREVE tecnología. Se requiere de un esfuerw concertado. No basta decir: "ya llegó la varita mágica y ahora vamos a tener ciencia de primer mundo". Tenemos momento el cáncer acaba de superar la primera causa de muerte, las enfermedades cardiovasculares, eso indica que hay que ponerse a trabajar para que la muy buenos científicos de forma individual, pero atención oncológica. sea capaz de encontrar respues- como comunidad todavía tenemos mucho por hacer. ta para aquellos tumores que hoy por hoy no se pueden curar todavía, o al menos convertirlos en una Sobre la creación de una secretaría de ciencia y situación crónica con la se pueda vivir el mayor tiem- tecnología, menciona que algunos piensan que es lo po posible", expresó el Dr. Carlos López Orín. más positivo, pero otros consideran que hay países - El ganador del Premio México de Ciencia y Tec- como Estados Unidos- que funcionan sin esa mo- nología 2011 dictó la conferencia "El paisaje genómico del cáncer y del envejecimiento", en el Centro dalidad. En ellos cada agencia tiene sus propios programas, y esta opción puede ser otra salida. Como siempre, el Poder Ejecutivo tiene la responsabilidad de decidir; ciertamente, lo acertado de sus decisiones dependerá mucho de la gente de la que se rodeé. de Investigación y Desarrollo en Ciencias de la Salud (CIDCS), en el inicio de una serie de visitas por instituciones de educación superior en México. López Orín agregó que los esfuerzos de la medi- (Fuente: La Jornada)(Luis E. Gómez) cina han sido tan significativos, que actualmente el López Otín en la UANL 50 por ciento de los tumores malignos se curan. Advirtió que ahora la investigación es universal y la En relación al cáncer, en un futuro próximo una de cos. cada tres personas padecerá una enfermedad oncológica, cifra que lejos de ser alarmante, es el re- Precisó que los proyectos genoma del cáncer son ahora la gran iniciativa mundial para conocer labio- comunidad científica se une en proyectos específi- flejo de la vida actual: la esperanza de vida es mayor grafía de los tumores malignos, y que se van a reque- y las estrategias de diagnóstico permiten detectar más rir unos cinco o seis años de acumulación de datos oportunamente los tumores. "Y antes estas estadísticas, el compromiso está en para poder dar el siguiente paso, que es identificar los genes más frecuentemente murados en cada tipo de rumor. (Esperanza Armendáriz) redoblar esfuerzos en investigación, porque en este Realizan Cuarta Jornada Nacional de Innovación y Competitividad Al inaugurar la Cuarta Jornada acional de Innova- ción y Competitividad, el Dr. Enrique Villa Rivera, director general del Conacyt, aseguró que las capacidades científicas y tecnológicas de u11 estado deben servir para favorecer el desarrollo económico de una región , pues en la medida en que se invierta en ellas se logrará consolidar el esquema de atracción de inversiones que apoyen las iniciativas de innova- (\) 140 CI EI JCIAUAHL / AfjO 15, No 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �CI Et l CI A Ei'J BR EVE ción que requiere el Villa Rivera explicó que en años recientes la re- país. Acompañado del distribución de recursos públicos ha sido favorab le, por lo que en la presente administración federal el gobernador del estado de Puebla, Rafael Moreno Valle, así presupuesto del Conacyr se duplicó, lo que ha permitido avanzar en la formación de capital humano de calidad, pues en este año se han registrado 47 mi l rios de la entidad y de invitados internacionales ex- becarios, formados en México y el extranjero. De ellos, 17 mil cursan actualmente estudios de docto- pertos en el tema de la innovación, el ticular del rado. como por funciona- Conacyc expresó que esperan obtener elementos de- La Cuarta Jornada Nacional de Innovación y cisivos que ayuden a que la ciencia, la tecnología y la Competitividad dio inicio formal con la conferen- innovación impacten favorablemente el crecimien- cia magistral del investigador español Carlos López Orín, La vida desde fa ciencia: Mirando al futuro, en to económico del país. Recordó que la OCDE establece a la innovación la que se pronunció por "sembrar semillas de cien- como un elemento cenera! para el desarrollo de las cia", pues a la postre la imaginación de un científico naciones, por lo que en México es necesario impul- y la fuerza de la innovación y la tecnología -que fa- sar el crecimiento de las empresas para que puedan competir con las industrias rransnacionales, y con- vorecen a los más preparados-hacen que seamos capaces de mejorar como sociedad. (Fuente: Conacyt)(Luis E. Gómez) tribuyan a que el país crezca a tasas mayores del tres por ciento anual. CIE t KIA UAt IL / AJ.J O 15, lfo 60, OCTUBR E - DICI EMBR E 20 12 14 l (\) �A N I V E R S A R I O COLABORADORES Juan Antonio Aguilar Garib Diana L. Cárdenas Chávez Ingeniero mecánico y maestro en metalurgia por el Insti- Bióloga y maestra en ciencias, con especialidad en micro- tuto Tecnológico de Salcillo. Doctorado en ingeniería de biología, por la FCB-UANL. Candidata a doctora en cien- materiales por la UANL. Premio de Investigación UANL, cias, con especialidad en microbiología, por la UANL. en 1991 , 2001, 2003 y 2012. PremioTECNOS, en 2000. Durante su desarrollo profesional ha realizado estancias Profesor-investigador de la FIME y el CIIDIT de la de investigación y colaboración con instituciones nacio- UANL. Miembro del SNI, nivel I, y de la AMC. nales, como el Instituto de Neurobiología de la UNAM y el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Esperanza Armendáriz IPN, Campus Monterrey, e internacionales como el Ins- Licenciada en ciencias de la comunicación, con especiali- tituto Biozentrum de la Universidad de Basilea, Suiza. dad en periodismo por la UANL. Publica en la página de la UANL y en los periódicos El Porvenir y Vida Universi- Alan Castillo Rodríguez taria. Colabora en secciones de cultura y tendencias en Ingeniero y maestro por la UANL. Realizó una estancia Milenio del Diario de Monterrey, del Grupo Mulcimedios de investigación en la Universidad Estrellas de Oro. Técnica de Clausthal, Alemania, donde obtuvo doctorado en ingeniería de materiales. Entre sus reconocimien- Jessica Balderas Salazar tos destacan las becas para estudios de posgrado por el Licenciada en ciencias de la comunicación, con especiali- Conacyt y el Servicio Alemán de Intercambio Académ ico dad en periodismo por la UA L. Ha colaborado en pu- (DMD), el Reconocimiento al Mérito del Desarrollo blicaciones como el periódico Alas, de la región citrícola, Tecnológico, el Premio a la Investigación UANL. Reco- y Vida Universitaria de la UA L. nocido como honorable educador iberoamericano por el Consejo Iberoamericano en Honor a la Calidad Educati- Ricardo Canales del Castillo va. Miembro del S I, nivel l. Actualmente es director de Químico bacteriólogo parasitólogo, maestro en ciencias, Investigación de la UANL y de la revista CiENCiAUANL. con especialidad en microbiología. Doctor, con especialidad en manejo de vida silvestre, por Bernard Durand la FCB-UANL. Actualmente se desempeña como profe- Ingeniero de la Escuela Superior de Química de Mulhouse. sor de tiempo completo en la misma institución, donde Maestro en electroquímica de Strasbourg, doctor inge- desarrolla proyectos principalmente con aves, de genética niero por la Universidad Claude Bernard en Lyon y doc- de la conservación, füogeografía y evolución molecular, tor de estado en ciencias. Profesor emérito de la Universi- en colaboración con el Rocky-Mountain Bird Observatory dad de Toulouse III, Paul Sabatier, en Francia. y la Universidad de Washington. Candidato al S l. (\) 142 CI EI JCIAUAHL / At~O 15, N o 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �Mayra Zyzlila Figueroa Torres Humberto González Rodríguez Egresada de la carrera de ingeniería en materiales d el Ins- Profesor-invest igador de la FCF-UANL. Maestro en cien- tituto Tecnológico de Morelia. Maest ra en ciencias, con cias, M .Sc., y doctor, PH .D., por la Texas A&M U niver- especialidad en ingeniería metalúrgica, por el IPN. Doc- sity, USA. T iene especialidad por la Internacional Crops tora en ciencia de materiales por el Cenero de Investiga- Research lnstirute for the Sem i-Arid Tropics (IC RISAT), ción en Materiales Avanzados. Su línea de investigación Ind ia. Inge niero agró nomo fitotecn ista por la UAN L. se centra en el desarrollo de materiales avanzados con M iemb ro del S I, nivel II . Sus líneas de investigación aplicacio nes am bientales y energías al ternas. Actualmen- son la adaptació n y fl ujos de materia y energía en ecosis- te es profesora- inves tigadora en el Departamento de temas fores tales. Ecomateriales y E nergía de la FIC-UANL Pertenece al s l. Marco Aurelio González Tagle Profesor-investigad or de la FCF-UANL. Doctor en cien- Marco Vinicio G6mez Meza cias forestales por la Geo rg-August U niversitat Go ttingen, Profesor-investigador de la FaEco-UANL. Doctor en es- Alemania. Maes tro en ciencias fores tales e ingeniero fo- tadística por la U n iversidad de Texas A&M , EUA. Inge- res tal por la FCF-UAN L. M iembro del S I, nivel l. Sus niero agrónomo fiotecnista por la UANL y maestro en líneas de inves tigación son la silvicu.lru ra, el manejo inte- estadística por el Colegio d e Posgraduados de la U niversi- gral de incendios fo restales y el manejo forestal . dad Autó noma de Chapingo. M iembro del SNI, nivel l. Sus líneas de investigación son los métodos estad ísticos, Sophie Guillemec-Fritsch la esti mació n de componentes de varianza, las técnicas de Graduad a en física y ciencias apl icadas de la U niversidad m uestreo y los modelos lineales en el área de ciencias so- de Haute Alsace, M ulhouse. Maestra en metal urgia por ciales. la U niversidad de París IX, Orsay. D octora en ciencia de Christian Gómez Solís en la Universidad de Princecon. Es invest igadora C Licenciad o en química y maestro en ciencias q uímicas po r en la Universidad Paul Sabatier, To ulouse, Francia. materiales por la Universidad Paul Sabatier y posdoctorada RS la U n iversidad de G uanaj uato en colaboración con la U niversidad Tecnológica d e Nagaoka, Japó n, donde rea- María Isolde Hedlefs Aguilar lizó una estancia de investigación. Doctor en ingeniería y Licenciad a en psicología, maestra y doctora, codas en la ciencia de los materiales. Realizó u na estancia de inves ti- FaPsi-UANL. Acreed ora a diferentes reco nocim ientos por gación en el Kumoh National Institute ofTechnology yen la investigación científica. La línea de invest igación en la que Sun Moon University, Corea del Sur. Sus inves tigaciones se es pecializa es sobre el p rocesamiento cogn itivo d e la están relacionad as pri ncipalmen te con la síntesis y carac- información de violencia y perdón en personas que su- terizació n de materiales multifu ncionales. friero n maltrato infa ntil. Cuenca co n publicaciones nacionales e internacionales; as im ismo, u n li b ro y cap ítulos Luis Enrique G6mez Vanegas de libros. Egresado de letras h ispán icas de la Facultad de Filosofía y Letras de la UANL. D iplomado en periodism o científico Aracely Hernández Ramírez por la FCC-UANL, donde además participó como inves- Q uímica farmacéutica bióloga por la FCQ-UANL. Maes- tigado r en el libro Violencia y ciudad. Autor del li bro Sole- tra en ciencias por el ITESM y docto ra en ciencias, con dades . Es secre t ar io de re d acción de la revis ta orientación en ingen iería cerámica, por la FCQ-UAN L. CiENCiAUANL, y revisor de Entorno Universitario, de la Sus áreas de investigación son la síntesis y caracterización Preparatoria 16-U ANL. de materiales cerámicos vía sol gel, co n aplicaciones en CIEtKIA UAIJL / Al~O 15, 1'1o 60, OCTUBRE - DIO EMBRE 2012 143 (\) �incorporación de fármacos en matrices cerámicas, celdas FaPsi-UANL. Investigadora y docente en Laboratorio de electroquímicas, catálisis y procesos avanzados de oxida- Ciencia Cognitiva del Centro de Investigaciones Psicoló- ción para tratamiento de contaminantes en medios acuo- gicas de la FaPsi-UA L. La línea de investigación en la sos (fotocatálisis heterogénea, Fenton, y foto -Fenron). que se especializa está relacionada al estudio de la emo- Perfil Promep. Miembro del S I, nivel I, y de la AMC. ción en diferentes poblaciones. Cuenta con publicacio- Es profesora-investigadora en la FCQ-UANL y coordi- nes de libros, capítulos de libros y artículos científicos nadora del Doctorado en C iencias reconocido en el Pro- nacionales e internacionales. grama Nacional de Posgrados de calidad de Conacyr. Román Jabir Nava Quintero Wibke Himmelsbach Ingeniero mecánico electricista y maestro en ciencias de Doctora en manejo de recursos naturales por la FCF- la ingeniería mecánica, con especialidad en materiales, por UA L. M.Sc. en "Tropical and internacional forestry" y la UANL. Doctor en cotutela por la UANL y la Universi- B.Sc. en "Forest sciences and forest ecology" por la Georg- dad Paul Sabatier de Francia. Actualmente labora en el August-Universitat Gotringen, Alemania. Sus líneas de área de investigación y desarrollo de Kemet de México. investigación son la ecofisiología, en especial, la adaptación de árboles a factores ambientales, y sus estrategias de supervivencia. Juan Manuel Peralta Hernández Estudió la licenciatura en ingeniería química en el IT Toluca. Maestro y d octor en electroquímica por el lsaías Juárez Ramírez CIDETEQ. Ha realizado estancias de invest igación en la Licenciado en química industrial y doctor, con orienta- Plataforma Solar de Almería-España y en la Universidad ción en ingeniería cerámica, ambas por la UANL. Cuen- de Barcelona-España. Actualmente es miembro del SNI, ta con más de 30 arrículos científicos publicados en revis- nivel l. Ha publicado 29 artículos en revistas indexadas, tas internacionales indizadas. Ha recibido cerca de 15 un übro y ocho capítulos de libro. Sus intereses de inves- premios y distinciones. Profesor-investigador en la FIC- tigación incluyen la electrocoagulación, la oxidación elec- UANL. Tiene a su cargo la Coordinación de Investiga- troquímica (BDD) , elect ro y fotoelectro-Fenton, así como ción del Departamento de Ecomateriales y Energía. Es la fotocatálisis. miembro del SNI , nivel 1, de la AMC y de la Red Nacional de Ecomateriales. Diana Reséndez Pérez Química bacterióloga parasitóloga. Maestra en ciencias y Ernesto O ctavio L-0pez Ramfrez doctora en ciencias, con especialidad en biología molecu- Trabaja en el Laboratorio de Ciencia Cognitiva del Cen- lar e ingeniería genética, por la UANL. Posdoctorada en tro de Investigaciones Psicológicas de la FaPsi-UANL. genética y biología del desarrollo en el Biozentrum de la Doctor en cognición humana por la Universidad de Wis- Universidad de Basilea en Suiza. Profesora-investigadora consin, Madison, EUA. Sus principales líneas de estudio de la FCB-UANL, donde actualmente dirige el Departa- son la memoria y la emoción humana; en particular, a mento de Biología Celular y Genética, así como la Subdi- través de técnicas de simulaciones neurocomputacionales, rección de Posgrado. Sus líneas de investigación son el psicofísica y diseño experimental para el estudio de la contro l genético del desarrollo, genes homeóticos, deter- memoria y la emoción. Autor de numerosas publicacio- minación y diferenciación celular, regulación génica me- nes nacionales e internacionales. diante microRNAs y análisis genómico de hormigas. Guadalupe Morales Martínez Martín Edgar Reyes Melo Licenciada en psicología maestra y doctora, todas en la Ingeniero en industrias alimentarias por la Facultad de (\) 144 CI EI JOA UAH L / Af~O 15, N o 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 �Agronomía de la UANL. Maestro en ciencias de la inge- empresas privadas. Sus líneas de investigación son el en- niería mecánica, con especial idad en materiales, por la vejecimiento, el divorcio y la familia. FIME-UANL. Doctor en ingeniería de materiales, por la Universidad Paul Sabatier de Toulouse, Francia. Ha ob- Leticia M. Torres Martínez tenido el Premio de Investigación UANL en 1999, 2004, Licenciada en química industrial por la UANL. Doctora 2009, 2011 y 2012. Catedrático investigador en la FIME en química de materiales cerámicos avanzados por la y el CIIDIT de la UANL. Miembro del SI , nivel I. Universidad de Aberdeen, Escocia. Actualmente es directora adjunta de Desarrollo Científico en el CONACYT. Manuel Ribeiro Ferreira Miembro del SNI, nivel III. Ha publicado más de 135 Licenciado en sociología por la Universidad Iberoameri- artículos científicos en revistas indizadas con arbitraje in- cana. Maestro y doctor en ciencias de la educación por la ternacional y cuenta con más de 750 citas auténticas. Ha Universidad Laval de Quebec, Canadá. Además, cursó recibido más de 50 premios y distinciones a nivel nacio- una especialización en género y desarrollo en la Universi- nal e internacional. Ha ganado en 17 ocasiones el Premio dad de Manchester, Inglaterra, y realizó una estancia de Investigación UANL, en la modalidad de C iencias posdoctoral en el Instituto Quebequense de Investigacio- Exactas e Ingeniería y Tecnología. nes sobre la Cultura en Moncreal, Canadá. Es autor de 20 libros, 43 capítulos en libros, 31 artículos con arbitra- Eduardo Javier Treviño Garza je y 13 artículos en revistas de divulgación. Trabajó como Profesor-investigador de la FCF-UANL. Doctor en cien- investigador en el Instituto Mexicano de Es tudios Socia- cias forestales por la Georg-August Universitat Gottingen, les, A.C. , y como consultor en UNICEF. Profesor de tiem- Alemania. Biólogo por la FCB-UA L. Miembro del S I, po completo titular " D" en la FTS-UANL. M iembro del nivel I. Sus líneas de investigación son la geomática apli- S I, nivel II. cada a la evaluación y monitoreo de los recursos naturales. Miguel Ángel Ruiz Gómez Licenciado en química industrial y maestro en ciencias, Minerva Villanueva Rodríguez con especialidad en ingen iería ambiental, ambas por la Química farmacéutica bióloga y doctora en ciencias, con UANL. Ha ganado en dos ocasiones el Premio de Inves- en orientación en química analítica ambiental, ambos tigación de la UANL. Cuenta con cinco artículos cientí- grados por la UANL. Actualmente cursa un posdoctora- ficos en revistas internacionales indizadas. do en el Colegio de la Frontera Sur, ECOSUR, Tapachula. Candidata al SNI. Blanca Mirthala Tamez Valdez Licenciada en trabajo social. Maestra en ciencias, con O. Karina Villanueva Segura orientación en trabajo social, y doctora en filosofía, con Bióloga y maestra en ciencias, con especialidad en micro- orientación en trabajo social y políricas comparadas de biología, por la FCB-UANL. Actualmente estudia el doc- bienestar social, todos por la UANL. Ha trabajado para torado, con especialidad en entomología médica en la diversas inst ituciones, además de desempeñarse como UANL Durante su desarrollo profesional se ha desem- docente y participar en algunos proyectos de investiga- peñado como personal no docente en la Facultad de Me- L. Ha realizado algunos proyectos dicina, y como personal docente en FCB. Asimismo, se ción en la FTS-U de investigación para diversas instituciones educativas y CIEtKIA UAI IL / Al ':J o 15, 1'1 o 60, OCTU BRE · DIO EMB RE 20 12 ha desempeñado como bioanalista en la industria privada. 14 5 (\) �m Inform ación pa ra los autores La revista CiENCiA UANL tiene como propósito difundir la producción científica y tecnológica de la Universidad Autónoma de Nuevo León en los ámbitos académico, científico, tecnológico y empresarial. CiENCiA UANL está dirigida a aca-démicos, científicos, tecnólogos y profesionales en general interesados en aumentar sus conocimientos y fortalecer su perfil cultural. En sus páginas se presentan avances de investigación científica, desarrollo tecnológico y artículos de difusión en cualesquiera de las siguientes áreas: Ciencias Exactas, Ciencias de la Tierra, Ciencias Biológicas, Biomédicas y Químicas, Ciencias Naturales, Ciencias Sociales e Ingenierías. En el caso de las áreas de Arquitectura, Psicología y similares, sólo se aceptarán trabajos con resultados experimentales. Se invita a todos los profesores e investigadores a enviar sus artículos de carácter científico o tecnológico. Lascolaboraciones deberán estar escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible a lectores con formación profesional. Las colaboraciones serán evaluadas por especialistas por área científica. Los criterios aplicables a la selección de textos serán : el rigor científico, la calidad y precisión de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Se publicarán artículos en inglés sólo si todos los autores tienen como primera lengua un idioma diferente al español. ginales, entendiendo por ello que el contenido sea producto de su trabajo directo y que una versión similar no se haya publicado o enviado a otras revistas. En el caso de los trabajos de difusión, además de los lineamientos deberá considerarse lo siguiente: * El autor debe demostrar haber trabajado y publicado en el tema del artículo. • El artículo debe ofrecer una panorámica clara del campo temático. * El artículo debe ser ordenado. Separar las dimensiones del tema y evitar romper la línea de tiempo. * Debe considerarse la experiencia nacional y local, si la hubiera. * Debe estar adecuadamente (cantidad y ca lidad) il ustrado : fotos , diagramas, etc. No se aceptan reportes de mediciones. Los artículos deben contener no sólo la presentación de resultados de medición y su comparación , también deben presentar un análisis detallado de los mismos, un desarrollo metodológico original, una manipulación nueva de la materia o ser de gran impacto y novedad social. Sólo se aceptan modelos matemáticos si son validados experimentalmente por el autor. No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen mediciones y se efectúe un análisis de correlación para su validación. Criterios editoriales Lineamientos editoriales No se aceptarán trabajos que no cumplan con los criterios y lineamientos indicados. Sólo se aceptan artículos ori- El autor deberá entregar o enviar, para su consideración editorial, un original y dos copias del artículo impresos, así (\) 146 como un CD o DVD con el archivo del mismo en formato .doc de Word, originales de material gráfico, fichas biográficas de cada autor de máximo 100 palabras y carta firmada por los autores que certifique la originalidad del artículo y cedan derechos de autor afavor de la UANL. Los artículos deberán remitirse a: Revista CiENCiAUANL Biblioteca Magna Universitaria "Raúl Rangel Frías", So. Piso Av. Alfonso Reyes 4000 Nte. C.P. 64440, Monterrey, N.L. , México Los originales deberán tener una ex tensión máxima de cinco páginas (incluyendo gráficas y fotos) de acuerdo al formato que a continuación se especifica: - Formato. Tamaño carta. El margen superior deberá ser de 2.5 cm y el resto de 2 cm . -Título. Máximo dos renglones, tipografiado en altas y bajas, tipo Times New Roman a 24 puntos, con interlínea normal, en negritas. - Nombre del autor o autores. En mayúsculas oon alineación al margen derecho, misma fuente tipográfica en 12 puntos, asterisco sobreescrito al final. - Adscripción. Colocarla en pie de página de la 2a. columna antecedida por un asterisco, en tipografía Times New Roman de 8 puntos. - Cuerpo del texto. Ados columnas, con tipografía Times New Roman de 1Opuntos, justificado. - Resúmenes. No mayores de 100 palabras tanto en inglés como en español. Incluir a lo sumo cinco palabras clave tanto en inglés como en español para ser utilizadas en índices. Deben ubicarse al terminar el cuerpo y antes de las CI EI JCIA UAl'-l l / Af10 15, f l o 60, OCTUBRE - DICIE MBRE 2012 �referencias. Misma tipografía que el cuerpo. -Referencias. Deberán ser numeradas y aparecerán en el orden que fueron citadas en el texto, utilizando la misma tipografía del cuerpo. Las fichas bibliográficas deberán contener los siguientes datos: autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de la publicación, volumen y número de páginas. -Subtítulos. Tipografía Times New Roman, 1Opuntos, negritas. -Notas al pie. Times New Roman, 8 puntos. -Material gráfico. Mínimo tres imágenes o gráficas en blanco y negro, a una o dos columnas, máximo media página (deben entregarse originales). -Pie de gráficos. Tipografía Times New Roman, itálica de 9 puntos. Para cualquier comentario o duda estamos a disposición de los interesados: CiENCiA UANL has as its primary purpose to publish scientific and technological articles for the academic, technological and business communities in arder that scientists, engineers, technologists and professionals in general may benefit from the knowledge and culture that its authors contribute with their interventions for the journal. Through these pages, advances in research from the natural sciences, exact sciences, earth sciences, biological sciences, biomedical sciences, chemical sciences and social sciences; technological developments and science written for laymen will be presented in both Spanish and English languages. • In the areas of architecture, psychology and similar areas investigations will be accepted only if there are experimental results. AII professors and researchers are invited to send their articles that lit into the above purpose. Contributions must be written in a clear, concise and didactic manner for a readership wilh professional training. AII conlributions will be evaluated by specialists in the appropriate scientific or engineering area. Criteria employed for contributions are: scientific rigor, quality and accuracy of information, general interest of the tapie dealt with as well as clarity of language. Articles will be published in English only if all of the authors have as their first language, a language olher !han Spanish. rating the dimensions of the tapie but avoid breaking the time line. • Local and national experience should be taken into account if existen!. • The article should be adequately (both quantity and quality) illustrated with photographs and diagrams (figures and/or tables). Reports dealing only with measurements will not be accepted. Articles must contain not only !he presentation of results of measurements and their comparison but also a detailed analysis of the same. Arlicles must show a new manipulation of material or have great social impact and novelty as well as original methodological development. Mathematic models will only be accepted if they are experimentally validated by the author(s). Report based on opinion surveys and interviews will not be accepted, unless they are accompanied by measurements and that carry out correlational analysis for validaling. Editorial policy Research work will not be accept that do not comply with the following criteria and indications. Only original articles will be accepted, understanding by this that the contents are the product of the author(s)' direct work and has not been published or similar version has not been sent for publication to other journals. In case of scientific arlicles written for awider readership, in addition to general indications the following should be considered: • The author must demonstrate having worked and published in !he thematic area of the article. • The article must offer a clear panorama of the tapie dealt with in the article. • The article must be ordered, sepa- CIE t KIA UAI !L / AJ.J O 15, 1'1o 60, OCTUBRE · DIO EMBR E 2012 E-mail: rciencia@mail.uanl.mx Tel: (81) 8329-4236 y fax (81) 8329-4090 ext. 6623 Editorial considerations The author(s) must deliver or send to the journal for editorial consideration an 14 7 (\) �original and two printed copies of the manuscript together with a CD o DVD written in Microsoft Word, original graphic material, a 100-word biographical sketch of each contributing author and a letter with al l author(s) ' signature(s) transferring copyright to CiENCiAUANL, certifying that the article is original. Articles must be sen! or delivered to: Revista CiENCiAUANL Biblioteca MagnaUniversitaria "Raúl Rangel Frías" Sto. Piso Avenida Alfonso Reyes 4000 Norte C.P. 64440, Monterrey, N.L., México The original articles should be no longer !han 5 pages (including photographs, figures and tables) according to the following specifications: - Formal. Letter size , leaving 2.5 cm (\) 148 marginal the top and 2.0 cm on all other sides. -Tille. Maximum 2 lines, written in upper and lower case with Times New Roman fon! 24 bold without between-line spacing. -Name(s) of author(s). Written in Times New Roman fon! 12 with raised asterisk al end of line. -Affiliation. To be pul in the second column with a raised asterisk, followed by the name of the author's department and the name of the author's research center or university. -Body of Text. Two-column formal written in fon! 1OTimes New Roman, with right- and left-hand alignment. -Abstract. No more !han 100 words. Al end of abstrae! but befo re references, listing five keywords. -References. Lis! references as they appear in !he body of !he text, using the same fon! as the text. Bibliographical citations will have !he following order: author(s) or editor(s), title of article, name book or journal, year of publication, volume and number, and number of pages and/or pagination. -Subtitles. Use font 1OTimes New Roman bold. -Fool Notes. Use font 8 Times New Roman. -Graphic Material. A mínimum of 3 images or graphics in black and white should be used, one or two columns wide, one hall page maximum height. -Graphic Foot Notes. Use font 9 Times New Roman. lf you have any comments or doubts, do not hesitate to communicate at: E-mail: rciencia@mail.uanl.mx Telephone: (5281) 8329-4236 Fax: (5281) 8329-4090 ext. 6623 CI EI JCIA UAl~L / At10 15, f lo 60, OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ciencia UANL Description An account of the resource La revista Ciencia UANL tiene como propósito difundir y divulgar la producción científica, tecnológica y de conocimiento, de la Universidad Autónoma de Nuevo León en los ámbitos académico, científico, tecnológico, social y empresarial. Ciencia UANL está dirigida al público abierto, con y sin preparación universitaria, a científicos, académicos, tecnólogos, investigadores y estudiantes de todas las áreas profesionales, así como a alumnos de bachillerato y secundaria interesados en aumentar sus conocimientos y fortalecer su perfil cultural. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ciencia UANL Año de publicación El año cuando se publico 2012 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 15 Número Número de la revista 60 Mes de publicación Mes cuando se publicó Octubre-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751701&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ciencia UANL, 2012, Año 15, No 60, Octubre-Diciembre 1 Creator An entity primarily responsible for making the resource Salinas Carmona, Mario César, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Divulgación científica Investigación científica Publicaciones periódicas Description An account of the resource La revista Ciencia UANL tiene como propósito difundir y divulgar la producción científica, tecnológica y de conocimiento, de la Universidad Autónoma de Nuevo León en los ámbitos académico, científico, tecnológico, social y empresarial. Ciencia UANL está dirigida al público abierto, con y sin preparación universitaria, a científicos, académicos, tecnólogos, investigadores y estudiantes de todas las áreas profesionales, así como a alumnos de bachillerato y secundaria interesados en aumentar sus conocimientos y fortalecer su perfil cultural. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Secretaría de Investigación, Innovación y Posgrado Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Estrada Loyo, José Eduardo, 1952-, Coordinador Editorial Gómez Vanegas, Luis Enrique, Secretario de Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/10/2012 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource text/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2019962 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. Monterrey, N.L. México Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Árboles Fotocatálisis heterogénea Maltrato infantil Mujeres y divorcio Premio de Investigación UANL 2012 Tuberculosis