https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/248/19914/Ciencia_FIC_Revista_de_divulgacion_cientifica_y_tecnologica_2007_No_2_Mayo-Agosto.ocr.pdf 2fb0e72c5c06fa84ad9711dd9b5d6da7 PDF Text Text , _ AGOSTO �A CONSEJO EDITORIAL CIENCIA FIC REVISTA D E D I VULGACIÓN CJENTIFJCA Y TEC N OLÓG I CA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL No. l lfN"lvt:R.SllMD AUTONOMA Oí Nurw> 1OON CtMTIUMUTL\t MAYO · AGOSTO 2007 lng. José Antonio Gonzá/ez Treviño RECTOR Dr. Jesús Áncer Rodríguez SECRETARIO GEN ERAL Dr. Uba/do Ortiz Méndez SECRETARIO ACADÉMICO lng. Osear J. Moreira Flores DIRECTOR DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Dr. Guillermo Vil/arrea/ Garza SUBDIRECTOR DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL lng. Justino César Gonzá/ez Álvarez M. en l. SUBDIRECTOR DE ESTUDIOS DE POSGRADO, FIC lng. Ma. Inés Fuentes Rodríguez SECRETARIA ACADÉMICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL lng. Rodo/fo Meza Salas COORDINADOR GENERAL DEL INSTITUTO DE INGENIERÍA CIVIL "RRV" Dr. Pedro Leobardo Va/dez Tamez COORDINADOR DE INVESTIGACIÓN , FIC Dr. Pedro Leobardo Va/dez Tamez Dr. Gerardo Fajardo San Miguel EDITORES Portado: Viaducto de Millo u, Aveyron, fmncio Diseño: Armando Londois formato: José Alejandro Herrero González El contenido de los articutos firmados es únicamente responsabilidad del autor{es) y no de los editores. El material impreso puede reproducirse mientras sea sin fines de lucro y citando la fuente. ■-- CIENCIA FIC No.2 MAYO - AGOSTO 2007 �A CONTENIDO Editorial 4 Producción científica de alto impacto sobre la corrosión del concreto armado en lberoamérica y en el resto del mundo. Pasado, presente y futuro. 5 PEDRO CASTRO BORGES Decloruración de concreto reforzado sometido a dos modos de exposición en de agua de mar artificial. 20 G. FAJARDO. G. ESCADEILLAS. ARLIGUIE. P. VALDEZ 21 Oxidación selectiva del butano en un reactor a membrana adaptado para trabajar en condiciones ricas en butano. 32 ARQ_\JÍMEDES CRUZ-LóPEZ, LETICIA M. TORRES-MARTiNEZ. ISAiAS )UÁREZ RAMÍREZ. LORENA GARZA TOVAR Y ELVIRA ZARAZÚA MORiN. Metodología sobre el manejo, tratamiento y reuso del agua en instalaciones industriales y su aplicabilidad en un caso práctico. 41 GODINES ARREDONDO ENRIQ\JE Modelación hidrológica distribuida: Análisis del efecto en la variación del tamaño del cuadro que discretiza una cuenca. 50 55 GUERRA-COBIÁN. V. H .. BÁ. K. M .. DÍAZ- DELGADO. C. Capacidad de carga de ángulos cargados excé ntricamente utilizando AISC-LRFD, ASO y teoría elástica. 63 GUILLERMO V ILLARREAL GARZA. RICARDO GONZÁLEZ ALCORTA Noticias 77 Información para autores 79 60 65 CIENCIA FIC es una revista cuatrimestral, de difusión científica y tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil , sin fines de lucro, editada por la Coordinación de Investigación. C I ENCI A f l C NO2 MAYO - AGOSTO 2007 �A EDITORIAL EDITORIAL La educación superior a nivel mundial vive un proceso globalizado de transformación y las universidades mexicanas no están ajenas a él. Esta transformación empieza con un reordenamiento de las actividades académicas y de investigación. No es obligatorio para las instituciones adoptar las normas y valores de este nuevo modo, sin embargo, lo Que se reQuiere son programas transparentes Que permitan la compatibilidad, comparabilidad y la competitividad entre las mismas. Al respecto, en el proyecto Tuning-América Latina se proponen cuatro líneas generales Que buscan ser puntos de partida facilitadores del proceso de consenso a nivel interamericano. De ellas podemos resaltar la medición del trabajo del estudiante y su conexión con el tiempo traducido en unidades comprensibles y comparables: EL CRÉDITO; y un término Que involucra la transparencia y el soporte de los programas de estudio de cualQuier universidad: LA CALIDAD. En este sentido, algunas universidades han dado el primer paso con la certificación y acreditación de algunos de sus procesos y programas de estudio (por ejemplo, certificación ISO 9001-2000, CACE!, ABET. etc.), en aras de incorporar la calidad, o al menos asegurar QUe se cuente con el marco propicio para su cultivo. En México, existe una línea indirecta marcada por las instancias gubernamentales (SEPy CONACYT, principalmente) Que inducen a operar en este esQuema si se Quiere acceder a recursos federales (vía PIFI, fondos mixtos. sectoriales. PNP. etc.) El funcionamiento en este nuevo modo depende de la ílexibilidad de las instituciones para permitir la interacción entre sus principales actores (llámense estudiantes. profesores. investigadores. cuerpos académicos. etc.) tanto a nivel local. regional. nacional e internacional. En este sentido, en septiembre del presente año. David Darwin Presidente de la American Concrete lnstitute (ACI). hizo una reílexión acerca del tema de las acreditaciones en las Facultades de Ingeniería Civil de los Estados Unidos. En dicha reílexión. menciona Que los organismos acreditadores han mantenido una presión constante en relación con el número de créditos o cursos técnicos con el objetivo de otorgar o renovar la acreditación correspondiente. Esta presión ha conducido generalmente a la reducción de créditos y asignaturas "difíciles" para los estudiantes lo Que conlleva al incremento en los índices de titulación. Por otro lado. el propio Darwin ha escuchado las inQuietudes de los industriales de la construcción, y la mayoría versa sobre la necesidad de profesionales con una mayor capacidad de comprender tanto el comportamiento de los materiales. así como el comportamiento estructural de los mismos. Basado en lo anterior. es necesaria una revisión constante de los planes de estudio incorporando las opiniones de la sociedad, de los industriales y de los propios egresados, Que a su vez son parámetros Que dependen del contexto en el Que se desarrollan. Por lo tanto. lo Que se reQuiere ahora es una currícula ílexible Que responda en el corto plazo a las demandas cambiantes de estos sectores. Así mismo, se abre un área de oportunidad para las instituciones de educación superior promuevan cursos de especialización Que atiendan coyunturas en las diferentes áreas de la Ingeniería Civil. DR. PEDRO LEOBARDO VALDEZ TAMEZ DR. GERAR.DO FAJARDO SAN MIGUEL ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PEDRO CASTRO BORGES A PRODUCCIÓN CIENT ÍFICA DE ALTO IMPACTO SOBRE LA CORROSIÓN D EL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMÉRICA Y EN EL RESTO D EL MUNDO. PASADO, PRESENT E Y FUTURO PEDRO CASTRO BORGES 1 RESUMEN Este trabajo presenta los resultados de una investigación bibliográfica cuyo objetivo principal ha sido la identificación de investigaciones publicadas por investigadores iberoamericanos en revistas con factorde impacto según elScience Citation lndex y hacer un análisis de estas publicaciones en términos de su evolución en cantidad con eltiempo, procedencia, tipo de revista ytendencias a futuro. Como resultado delanálisis, se pudo observar que las tendencias a publicar temas de corrosión en concreto armado van hacia arriba con una presencia cada vez mayor en una cantidad mayor de revistas, pero en un número reducido de países Iberoamericanos. Se muestra una proyección a futuro estableciendo posibles fechas en las que en determinados países se llegará a un estándar supuesto. Se aclaran las limitaciones de estas tendencias de crecimiento. La investigación se amplió a países desarrollados delresto del mundo haciéndose una comparación entreellos e lberoamérica en los términos anteriores, pero únicamente en las revistas de mayor impacto en el tema. Palabras clave: Publicaciones, Science Citation lndex, Corrosión. ABSTRACT This paper presents results on a bibliographical investigation which main objective was the identification of research published by Latín American researchers in journal with high impact according to the Science Citation lndex and made an analysis of these publications in terms of its evolution in quantity through time, source/origin, type of journal, and tendency tothe future. As a result of this analysis it can be observed that the tendency to publish papers on reinforced concrete corrosion is growing, appearing in big number of journals, but in a reduced number of Latín American countries. Afuture projection is shown establishing possible dates in which sorne countries will arrive ata supposed standard. Limitations of these growing tendencies are clarified. The investigation was extended todeveloped countries around the world, comparing them and Latín American countries, but only in the higher impact journals on the subject. Keywords: Publicotions, Science Citation lndex, Corrosion INTRODUCCIÓN Jberoamérica se enfrenta al problema de corrosión en concreto armado como en otras partes del mundo. Existen Universidades. Centros de Investigación y algunas entidades privadas Que por resolver los problemas QUe se presentan en su región o por contribuir al conocimiento universal. hacen investigación relacionada con la corrosión del concreto armado. Para ello se auxilian de los estudiantes de pregrado y posgrado, y para difundir su investigación utilizan los medios de los Que disponen o aQuellos en los Que, por política de su Centro laboral, tienen Que publicar. ' Investigador Titular del Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN. Unidad Mérida. Km. 6. Antigua Carretera a Progreso. C. P. 9731 O, Mérida, Yucatán, México CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO En opinión del autor. es ideal publicar directamente en una revista indexada y después divulgar los resultados en congresos. Sin embargo. en el área de corrosión del concreto armado.y específicamente en lberoamérica, esto no ocurre por diversas causas: los autores no saben redactar en otros idiomas diferentes al suyo. no tienen revistas indexadas en su idioma. no les interesa porQue tienen otras prioridades. no se dan cuenta de la necesidad de hacerlo. etc. Según las tendencias del mundo, se reconoce Que una gran parte del trabajo de investigación de la humanidad se presenta en Congresos. Sin embargo, fijándose netamente en objetivos académicos y de avance de la Ciencia. existen organismos QUe filtran de manera natural la información Que se genera a nivel mundial. AunQue hay excelentes investigaciones presentadas en Congresos. la gran parte de ellas. en la forma en Que se presentan, no cubren los reQuisitos de rigurosidad. originalidad y otros parámetros de perfección Que la harían más universal y de mayor aceptación. como en el caso de una revista de alto impacto donde la revisión anónima e independiente por expertos en la materia, garantiza la calidad científica del trabajo publicado. Por lo general, un investigador asiste a un congreso. presenta su(s) trabajo(s). y después de oír las críticas en varios foros y de obtener una gran cantidad de datos adicionales intenta entonces publicar en una revista especializada. Así como hay congresos de muy buena y de muy mala calidad, también hay revistas de muy buena y de muy mala calidad. Un investigador puede acumular una gran cantidad de trabajos en revistas malas. pero su trabajo no será tan leído ni tan citado como si o hubiese publicado en una revista más apropiada. Cuando un investigador selecciona una revista de las mejores en su área. se encontrará con arbitrajes estrictos QUe sin duda le ayudarán a elevar la calidad de su trabajo antes de ser publicado. pero. lo más importante. es QUe garantizará Que su investigación tenga una mayor probabilidad de ser leída y usada como referencia. La revista dedicada al reporte internacional de citas. o Journal Citation Report (ICR). es una revista del Instituto de Información Científica (151) Que se dedica a evaluar y ordenar el impacto de los mejores trabajos del orbe. publicados en revistas de alto impacto. Si se desea asegurar la divulgación apropiada de un trabajo y su trascendencia. debe pensarse entonces en una revista indexada. En este trabajo se muestra y se discute la tendencia Que existe en lberoamérica a publicar en revistas de alto impacto en áreas relacionadas con la corrosión del concreto armado. Adicionalmente. se realiza una comparación con varias naciones del resto del mundo. con el objeto de ubicar a lberoamérica en el contexto mundial en cuanto a este tipo de productividad científica. CR1TER10S DE CONSU LTA En el área de la corrosión del concreto armado se tiene una lista de revistas con diversos factores de impacto de acuerdo al JCR. En este trabajo. el factor de impacto Que se maneja está definido como el número promedio de veces Que un artículo reciente de una revista específica ha sido citado en la literatura Que el JCR incluye en su revisión. Se define como artículo reciente aQuel Que tiene dos años de antigüedad previa a la publicación del JCR. La Tabla I muestra las revistas Que se consultaron para poder realizar este trabajo. su procedencia. su factor de impacto.y el período Que se logró consultar con la información disponible. La Tabla 1 se usó para analizar los datos de España e lberoamérica. •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �PEDRO CASTRO BORGES A Se consultó el material Que se tuvo a disponibilidad durante los rangos de tiempo Que se mencionan. Esto tiene limitantes al momento de hacer el análisis. Sin embargo. poco a poco se está obteniendo esta información, con la Que se corroborarán las tendencias mostradas. Al momento de decidir a Que país atribuirle determinado trabajo. se tomó en cuenta la afiliación perma, nente de los autores. Unicamente se consideraron trabajos en revistas indexadas. Se tomaron en cuenta. estrictamente las revistas indexadas Que se señalan, de autores Iberoamericanos o del resto del mundo según correspondiese. y en temas relacionados explícitamente con la corrosión del concreto armado. El hecho de Que en algunas Figuras no aparezca determinado país no significa Que no hayan habido publicaciones indexadas en el tema. sino Que probablemente la revista no era de alto impacto o no se tomó en cuenta en esta revisión por carecer de su información Para la comparación entre lberoamérica y otras naciones del resto del mundo se tomaron en cuenta únicamente las cuatro revistas en las Que se publica más en el tema. Que son las de mayor impacto en la Tabla l ,y se utilizó el mismo rango de revisión en años para las Que se compararon. La Tabla 2 muestra esta información. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Publicaciones por país La Figura I muestra, por país, la producción reportada. Se puede ver la tendencia a la publicación de excelencia en cada país producto de varias circunstancias como número de instituciones e investigadores, problemas a resolver, situación de la ciencia en el país, tamaño y grado de desarrollo, etc. Publicaciones por año La Figura 2 muestra, por país, el número de artículos publicados por año desde 1988 a la fecha. Se pueden notar máximos entre 1996 y 1998 con un aparente descenso en 1999 y un repunte a partir del 2000. El descenso después de los máximos puede deberse a Que la investigación se haya centrado a otros temas Que hayan sido de interés o necesidad de los autores y no necesariamente a Que los problemas o la línea de investigación estén decayendo. Se nota un liderazgo de España y un aumento paulatino en la producción de América Latina en los últimos I O años, producto Quizá de la formación de recursos humanos en el tema y posiblemente de la repatriación de jóvenes investigadores. PUBLICACIONES POR REVISTA CONSULTADA La Figura 3 muestra la productividad en el tema en función de la revista y por país. Son 6 países los QUe aparecen con frecuencia en esta figura. Se puede notar QUe las revistas preferidas son Cement and Concrete Research. Corrosion. Corrosion Science y Materials and Structures. De igual manera se puede apreciar Que CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO ~ ~ los autores Que utilizan una mayor variedad de revistas para publicar son los españoles, seguidos de los mexicanos y venezolanos. PUBLICACIONES POR PAÍS Y POR REVISTA CON EL TIEMPO España La Figura 4 muestra la productividad de España en el tema con el tiempo y por revista. Se aprecia Que en los 80's los autores españoles publicaban únicamente en Cement and Concrete Research y en Corrosion Science. QUe hasta el momento son dos de las de más alto impacto en las áreas de Construcción y de Corrosión. Con el paso del tiempo, bajó la productividad en éstas revistas, pero aumentó la variedad de revistas en las Que están publicando. México La Figura 5 muestra la productividad de México en el tema con el tiempo y por revista. Se aprecia una tendencia similar a la de España, iniciando una productividad en Cement and Concrete Research y Corrosion, Que luego se fue expandiendo a otras revistas, pero conservándose o incrementado la productividad en CCR. Venezuela La Figura 6 muestra por su parte la productividad de Venezuela en el tema con el tiempo y por revista. Se aprecia una productividad incipiente pero creciente en el tema dominando en las revistas de CCR y Materials Performance. Perú La Figura 7 muestra Que la productividad Peruana inició y estuvo constante entre 1996 y 1998 pero se detuvo en los años posteriores. Brasil y Argentina En la Figura 8, por su parte. Brasil y Argentina muestran una productividad esporádica a lo largo de los años en revistas indexadas Que no es representativa de su capacidad y productividad científica. CONSIDERACIONES IMPORTANTES AunQue son muchos los factores Que intervienen para Que los investigadores publiQuen en revistas indexadas, lo cierto es QUe éstas son una medida utilizada a nivel mundial para medir el grado de desarrollo científico en determinadas áreas de la ciencia. El hecho de Que en el área de corrosión en el concreto armado lberoamérica no tenga una presencia significativa en la literatura indexada puede deberse, entre muchos otros factores, a Que los investigadores no están motivados por sus sistemas de evaluación a hacerlo. Otras razones pueden ser Que haya un sesgo m~ fuerte hacia actividades tecnológicas sin Que haya un eQuilibrio con las científicas. o Que las políticas para la ciencia estén basadas en necesidades diferentes, pero Que están afectando indirectamente el futuro de la ciencia en este tema y su impacto internacional. Inclusive, puede deberse a la urgencia o importancia en desarrollar el conocimiento de la corrosión para resolver problemas muy locales pero Que afecten a gran parte de un país. En este último caso se recomendaría mucho la publicación en revistas técnicas de alto impacto. Ahora bien. si se toma en cuenta Que muchas Universidades exigen, como un •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PEDRO CASTRO BORGES A medio para validar los resultados de la investigación y añadir prestigio a la Universidad, la publicación o su aceptación para publicación de un artículo en revista de alto impacto antes de otorgar el doctorado, , entonces ésta es una herramienta Que se debería de usar en lberoamérica con los mismos fines. La publicación científica en revistas indexadas, en la medida en Que la propiciemos más en lberoamérica, permitirá demostrar al mundo Que hacemos investigación de calidad a través del instrumento con el Que se mide ésta, y atraerá la atención internacional. Que se traducirá en mayores inversiones extranjeras, coadyuvando a la mejoría económica de nuestros países. Es complicado entender como la calidad de la investigación atraerá las inversiones extranjeras pues esto no se da en forma directa sino indirecta. Las buenas investigaciones publicadas en revistas de alto impacto son leídas por gente Que puede aplicar esos resultados y Que puede tener o interesarle los medios para generar riQueza a través de ellos. Un ejemplo en el área de la corrosión podría ser el de una ensambladora de coches o una manufacturera Que antes de instalarse en determinado país o ambiente se preocupará e invariablemente preguntará Que tipo de atmósfera hay en ese sitio para Que sus costos por corrosión sean mínimos. Si los científicos de ese país tienen hecho y publicado en revista de alto impacto ese estudio, la empresa podrá decidir mejor. Si no lo tiene, la empresa se irá a uno Que sí lo tenga. PROYECCIONES A FUTURO EN lBEROAMÉRICA Con los datos modestos con los Que se realizó este análisis, se realizó una proyección hacia el año 201 O sobre la productividad de nuestros países en el tema La Figura 9 muestra la información obtenida. Suponiendo Que la tendencia sea lineal (a pesar de la dispersión), es preocupante QUe en I O años no podamos más Que duplicar. en algunos casos nuestra productividad científica. si se toma en cuenta la necesidad de desarrollo en infraestructura y rehabilitación Que se reQuerirá para entonces. La idea de este trabajo es sembrar la reílexión y orientar a Quienes esté en sus manos, las políticas de ciencia y su impacto de nuestros países, para Que, tomando las acciones pertinentes, se logre encausar el QUehacer científico en esta área. Que redunde en mejores beneficios a mediano plazo. lBEROAMÉRICA VS RESTO DEl MUNDO La Figura I O muestra la productividad científica de lberoamérica y algunos países del resto del mundo en las revistas y períodos Que se indican en la Tabla 2. Puede observarse Que España se mantiene entre los primeros lugares y Que México es el primer lugar de América Latina, incluso por encima de Australia, país con gran tradición en el área. Sin embargo. la mejor manera de hacer una comparación es a través del número de artículos por cada millón de habitantes. La Figura 11 muestra este tipo de comparación tomando como base la población QUe se reporta en la Tabla 3. Se observa a España Que continua en los primeros lugares a nivel mundial, pero, sorprendentemente, Estados Unidos reporta una producción parecida a la de México. Por supuesto, debe enfatizarse Que solo se está evaluando un período y revistas específicas, Que son aQuellas en las Que más se publica CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO sobre el tema y Que tienen un factor de impacto importante. Como punto de reflexión es importante decir Que, a pesar de haber revistas especializadas en corrosión, como Corrosion Science. Corrosion, Materials Performance, Corrosion Reviews. British Corrosion Journal, etc, es obvio Que los autores buscan las revistas en las Que tendrá un mayor efecto su trabajo, es decir, en las revistas del área de los materiales y la construcción. Esto se puede apreciar en forma más explicita en la Figura 12, en la cual se analiza la productividad de España y México (los más productivos en lberoamérica con los criterios seleccionados) vs la de varios países del resto del mundo. pero por revista. Se nota con claridad una m~or preferencia en las revistas del Area de Construcción y Concreto Que en las de Corrosión. También se observa QUe los Árabes no publican en las de Corrosión, los Canadienses muy poco y los Estadounidenses publican mayoritariamente en las revistas de su país. Mientras Que España y México publican en cualQuiera de estas revistas. Hay factores QUe influyen también en las decisiones de los autores de publicar en determinadas revistas. como los temas de actualidad Que pueden tener cabida o no en las revistas Que ahora se están comparando. Por ejemplo. la Figura 13 muestra como en los países representativos del resto del mundo hay picos en las publicaciones reportadas en los períodos y revistas reportadas en la Tabla 2 hacia 1994 y 2000. Esto significa únicamente Que hubo cambio de interés cíclico Que, entre otras causas. pueden deberse a grandes avances en el área. Que motiva una disminución de la investigación en ella y un re-enfoQue hacia nuevos temas en los países industrializados. De igual forma, se aprecia QUe los estadounidenses mantuvieron constante su interés en el tema, sin olvidar Que tres de las revistas son de su país. Si se hace de nuevo la comparación entre países representativos de lberoamérica y del resto del mundo con el mismo tipo de proyección Que el de la Figura 9. se puede construir la Figura 14. A pesar de la dispersión, se alcanza a valorar Que, a pesar de tener pocos artículos por habitante. los Estadounidenses dominarán el sector los próximos años en las revistas Que se evaluaron. España y México. por parte de lberoamérica. tendrán una productividad creciente pero con una pendiente más baja Que los países anglosajones. Sin embargo. hay varios factores Que no se están tomando en cuenta con relación a los países emergentes, como por ejemplo el personal Que se está farmando en otros países y Que vendrá a reforzar la planta. Por lo anterior, las tendencias observadas pueden cambiar radicalmente. Hay puntos importantes a destacar en esta revisión y análisis, como por ejemplo Que no aparezcan datos de japoneses y países nórdicos con una gran influencia en los desarrollos tecnológicos en el área de la corrosión. Generalmente, lo autores de estos países realizan muchas investigaciones sobre el tema. pero la publican en revistas especializadas en sus idiomas o de muy poco impacto en la comunidad internacional. Sin embargo, ellos han desarrollado capacidades tecnológicas para transmitir sus conocimientos a través de otros medios. RECOMENDACIONES De acuerdo a los datos Que se han planteado aQuí. se tiene la necesidad de conseguir información complementaria Que permita la ratificación o rectificación de las tendencias observadas, así como ampliar el análisis de la información. Ello permitirá incluir un número mayor de revistas. más años de rango y otros factores como la formación de recursos humanos, artículos en congresos y número de citas de los trabajos producidos. De esta manera no sólo se podrá conocer lo Que hacemos sino también su impacto en el mundo. ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �A PEDRO CASTRO BORGES Se recomienda a los organismos relacionados con el área, el fomento de convenios de colaboración con los países Que no están produciendo trabajos de excelencia o. Que estando haciéndolo. no cuenten con la motivación. los medios, la preparación o la experiencia para transferir su trabajo a revistas indexadas. CONCLUSIONES La producción científica del área de corrosión en concreto armado en revistas indexadas de alto impacto en lberoamérica se centra en pocos países. En éstos ha habido en general una tendencia hacia el crecimiento en número de publicaciones y en revistas en las Que se publica. Sin embargo. las proyecciones de crecimiento basadas en los datos obtenidos, y con las debidas reservas por la dispersión QUe presentan, muestran un panorama desalentador y Que no corresponde con las necesidades y con los retos Que se habrá de afrontar con la globalización. En la medida en Que lberoamérica publiQue sus investigaciones sobre corrosión del concreto armado en revistas indexadas, habrá mejor oportunidad de QUe los resultados de investigación sean más y mejor utilizados en el mundo. La comparación entre los países sobresalientes de lberoamérica y del resto del mundo demuestra Que hay el mismo nivel en cantidad y calidad según los criterios Que aQuí se reportan. entre unos y otros. aunQue la proyección a futuro parece seguir favoreciendo a los países anglosajones. RECONOCIMIENTOS Este autor reconoce el apoyo de M. Balancán en la fase de recopilación de información de este trabajo. Se agradece a CINVESTAV y a CONACYT el apoyo parcial para realizar este trabajo. Los puntos de vista expresados aQUí son los del autor y no necesariamente los de los organismos Que patrocinan. Bibliografía l JournalCitation Report, Science Edttion, lnstitute far Scientific lnfarmatian lnc., ISSN 15245047, 2001. liJ 50 ..., ~ 40 ~ ~ ...,"'"' l) !e! ~ -~ = 20 10 o Es¡xiño México Perú Venezuela Brasa Aigemno figura l. Artículos relacionados explícitamente con lo corrosión del concreto armado en revistas de altoimpacto poro los períodos y revistas reportados en lo Tablo 1. C IENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO 10 ■ 8 España □ México □ Perú □ Venezuela ■ Brasil □ Argentina V, :2 ::::, .., i:: ::::, 6 :l> ::::, = :l> 5 4 2:: 2 o 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Figuro 2. Artículos anuales por país, relacionados explícitamente con la corrosión del concreto armado en revistas de altoimpacto poro los períodos y revistas reportados en lo Tablo 1. Werkstoffe und Korrosion Moterials Performance - Moterioles de Construcción Moterials ond Structures - Magazine of concrete research 7 Corrosion Science L Corrosion ~ 7 Construction and Building Materiols Concrete lnternotionol _____. - Cernen! ond Concrete Reseorch Building ond Environment L ACI Moteriols Joumol ' ' ' ' ' o 2 4 6 8 ' ' ' 12 14 16 Número de artículos ■ EsJX)ñO O Venezuela □ México □ ■ □ Argentino Brasil Perú Figuro 3. Productividad por revisto, relacionada explícitamente con lo corrosión del concreto armado en revistos de alto impacto paro algunos países de España e lberoamérico. ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �A PEDRO CASTRO BORGES 2001 2000 1999 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 1989 1988 o ,e; <I: o 2 3 4 5 6 7 8 9 Número de artículos (España) O ACI MateriaIsJoumol ■ Cernen! and Concrete Reseorch □ Corrosion ■ Magazine ol Concrete Reseorch O Materiales de Construcción ■ Buikling and Environment O Constructionand Building Materiols O Corrosion Science ■ Moterials ondStructures ■ Werkstoffe und Korrosion figuro 4. Productividadde España en artículos indexados en el SCI en función del tiempo yde la revista 2001 2000 1999 1998 ,eo < 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 1989 1988 o 3 Número de artículos (México) ■ Building ond fnvironment O Construction ond Building Moteriols □ Corro5ion Scieoce ■ Moteriolsood Structures ■ Cernen! ond Concrete lteseorch □ Corrosion ■ Mogozine ol Concrete lteseorch ■ Moteriols Performance Figuro 5. Productividadde México en artículos indexados en el SCI en funcióndel tiempoy de la revista. C IENCIA FIC N0.2 MAYO - AGOSTO 2007 10 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO 2000 1998 1996 ,g <C 1994 1992 1990 1988 o 3 2 Número de artículos (Venezuela) ■ ■ □ Cement and Concrete Research Materials and Structures Corrosion ■ Moterials Performance Figuro 6. Productividadde Venezuela en artículos indexados en el SCI en función del tiempo yde la revista. 2000 1998 ~ 1996 1994 1992 1990 1988 o 2 Número de artículos (Perú} ■ Cement and Concrete Reseorch ■ Magazine of Concrete Reseorch □ Materials Performance 3 □ Corrosion ■ Materials and Structures Figuro 7. Productividad de Perúen artículos indexados en el SCI en función del tiempo yde lo revista. ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 4 ~ ~ �A PEDRO CASTRO BORGES 2001 2000 1998 1991 o 2 Núrrero de artículos ■ Cement ond Concrete Reseorch (Brasil) O Couosion (Brasil) O Concrete lntemotionol (Argentino) Figuro 8. Productividad de Brasil y Argentino en artículos indexados en el SCI en función del tiempo yde lo revisto. 10 9 8 7 "' -s 6 o -'=' t: 5 o 4 o ...."' as ,E ::, :z: ◊ España ◊ ◊ España .,- ■ México O Perú / / / ◊ / )1( Venezuelo b. Brasil / / -- ■ ◊ ■ 3 o 3 - :; ~·· - - -<5---=-;(- ~ -~ -:. ~ - •• Bra~I México ■ 2 1 / Perú .... -- --Venezuela 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Año Figura 9. Proyección de lo producción científico de España y de algunos países iberoomericonos hacia el año 201 O CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO 70 60 50 lS :5 -'=' t: o 40 <I) -.:, e ~ •::> = 30 20 10 o USA Canadá España Reino Unido Arabio Saudita México Venezuela Australia Pe1ú Argentino País Figuro l O. Artículos totales por cado país, relacionados explícitamente conlo corrosión del concretoarmado, y publicados en el ACI MateriaIs Journol., Cement ond Concrete Research., Corrosion Journal y Corrosion Science, en los períodos reportados en lo Tabla 2. 1.4 1.2 ..ci _g -$ ,:: •O 0.8 .E ~ -o ·o "' ·'=' 0.6 :l5 :::, o... 0.4 0.2 o Canadá ArabioSaudita Espoiio Australia Reino Unido USA México Venezuela Argentino Perú Brasil País Figuro 11. Artículos por cada millón de habitantes, relacionados explícitamente conlo corrosión del concretoarmado, y publicados en el ACIMoteriols Journol, Cement and Concrete Reseorch, Corrosion Jorurnol yCorrosion Science, en los períodos reportados enla Tabla 2. ■ CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �A PEDRO CASTRO BORGES CouosionScience Corrosion Cernen! ond (Ofl(rete Reioorch ACI MoteñolsJoumal o 20 15 Número de artículos 5 25 ■ USA ■ Conoció 0 EsfXJñO ■ Reino Unido O Arobia Soudito O México 30 O Austrolio figura 12. Productividad por revisto, relacionado explícitamente con lo corrosión del concreto armadoen revistas dealtoimpacto poro los períodos y revistas reportados en la Tabla 2. 10 9 8 7 ~ 6 ~.,ª 5 t e, ,:, e ~ 4 ,: , :z: 3 2 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Año ■ USA ■ Conodó ■ Reino Unido □ Aromo Soudito O AUSlrolio Figura 13. Artículos anuales en países no iberoamericanos, relacionados explícitamente conla corrosión del concretoarmado en revistas de alto impacto para los períodos y revistos reportados en la Tablo 2. CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �PRODUCCIOt'< CIENTI FICA DE ALTO l'1PACTO SOBRE LA CORROS ION DEL CONCRETO ARMADO EN IBEROAMERICA Y Et'< El RESTO DEL MUNDO PASADO. PRESENTE Y flJTIJRO JO 9 7 6 O México 8 ~ ♦ USA O Canadá A Reino Unido X Arobio Saudita )K Auslrolio -ª s e kpoño t: e, "' 4 ~ o • •• • • E -=z: • USA D.D. · !"";! ~ -e, X • ■ 111 O Reioo Unido ---- -- - • • . - -• • h¡x,oo Cooodó 3 2 o 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Año Figura 14. Proyecciónde lo producción científico de España yMéxico hacia el año 201Ovs. lo proyección de algunos países del resto del mundo poro los períodos yrevistos reportados en loTablo 2. Tablo 1. Tabla de revistos con factorde impacto, consultados poro realizar lo primera parte de estetrabajo. ■ Revista País de origen Área Lugar Factor de impacto Rango consultado ACI Moteriols Journol Estados Unidos de Norteomérico Construction &Building Technology 7 0.531 1988-2001 Building ond Enviranment Cernen! and Concrete Reseorch Construction ond Building MateriaIs Reino Unido Construction &Building Technology 13 0.330 1995-2001 Estados Unidos de Norteomérico Construction &Building Technology 3 0.733 1986-2001 Reino Unido Construction &Building Technology 24 0.156 1995-2001 Corrosion Estados Unidos de Norteomérico 15 0.695 1989-2001 Corrosion Science Reino Unido 9 0.881 1989-2001 Magazine of Concrete Reseorch Reino Unido 8 0.506 1998-2001 Moterials and Structures Francia 17 0.291 1993-2001 Materia les de Construcción España 20 0.219 1996-2001 Materials Performance Estados Unidos de Norteamérica 17 0.175 1992-2001 Werkstoffe und Korrosion Alemania 18 0.569 1998-2001 Metallurgy &Metallurgicol Engineering Metallurgy &Metallurgicol Engineering Construction &Building Technology Construction &Building Technology Construction &Building Technology Materials Science Charecterization &Testing Metallurgy &Metallurgicol Engineering CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �A PEDRO CASTRO BORGES Tablo 2. Revistos y períodos de revisión poro comparar productividad científico entre lberoamérico yel resto del mundo. Criterios de Consulto Revisto ACI MateriaIs Journal Cement and Concrete Reseorch Corrosion Años de revisión 1988-2002 1986-2002 1989-2002 1989-2002 Corrosion Science Tabla 3. Población por país (http/www.lonelyplonet.com) Número de habitantes (millones) 285 31.28 39.7 56.7 21.5 100.29 19.2 172 23.54 27.01 36.96 País Estados Unidos (USA) Canadá España Reina Unida Arabia Saudita México Australia Brasil Venezuela Perú Argentina CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �DECLORURACION DE CONCRETO REFORZADO SOMETIDO A DOS MODOS DE EXf'OSICION EN AGUA DE MAR ARTIFICIAL A DECLORURACIÓN DE CONCRETO REFORZADO - EN AGUA SOMETIDO A DOS MODOS DE EXPOSIC ION DE MARARTIFIC IAL G. FAJARDO', G. ESCADE ILLAS 2 , G. ARLI GUIE 2• P. VALDEZ 1 RESUMEN La decloruración o extracción electroquímica de cloruros (EEC) fue analizada en probetas de concreto reforzado expuestas a dos modos de penetración de cloruros. Dos series de probetas cilíndricas teniendo 20 y 50 mm de recubrimiento de concreto fueron fabricadas con cemento portland ordinario y una relación A/( de 0.65. Una serie fue expuesta a una penetración representativa de la zona de marea. Otra serie fue colocada en inmersión permanente, simulando la zona situada pordebajo del nivel medio del mar. Una solución de agua de mar artificialfue utilizada en ambos casos. Posteriora la exposición, la EEC fue aplicada utilizando l A/m 2 de acero desnudo durante 21 y90 días. Medidas de la cantidad de cloruros extraídos, del perfilde cloruros al interiorde las probetas ydel estado de corrosión del acero de refuerzo fueron registradas antes, durante ydespués de la EEC. Los resultados muestran que, para las probetas de 20 mm, el modo de exposición no tiene influencia sobre la capacidad de extracción de la técnica de EEC. No obstante, en el caso de 50 mm, existe un marcado efecto deltipo de exposición. Desde el punto de vista de la corrosión, los valores muestran dílerencias entre los modos de exposición, antes de la aplicación de la EEC. Sin embargo, en el periodo post tratamientoypor efecto de la disminución de los cloruros, el estado de degradación disminuye en los dos casos. Palabras clave:Corrosión; cloruros; concreto reforzado; extracción electroquímica de cloruros ABSTRACT The influence of the chloride penetration mode in concrete on the electrochemical chloride extraction efficiency was analyzed in this work. For that, two types of chloride profiles, one characteristic of the splash and the tidal zones and the other characteristic of the immersion zones, were studied. Electrochemical chloride extraction technique was applied in laboratory to cylindrical reinforced concrete specimens having 20 and 50 mm of cover depth, made with OPC cement and having a w/c ratio of 0.65. Specimens were saturated with chlorides either by imposition with cycles of wetting (in a solution of artificial seawater) -drying (in a drying oven), or by totalimmersion in artificial seawater. At the time of extraction, a current density of l A/m 2 ofsteel surface was applied for 21 and 90 days. Measurements of the quantity of chloride extracted, the chloride profiles, the polarisation resistan ce and the corrosion potential, were token during or after the treatment. Results show that the penetration mode has no influence on the chloride extraction efficiency for the specimens of weak cover depth, but its influence on the specimens of SO-mm cover depthwas observed. From the point of view of the polarisation resistance and the corrosion potential, the values before electrochemical treatment are very different between the two saturation modes of the specimens, beca use of the dílference in the accessibility of oxygen during the chloride saturation phase. After electrochemical treatment, the corrosion rafe ofsteel decreases considerably but the difference between the two saturation modes remains constant. Keywords:Chloride, Corrosion, Electrochemical chloride extraction, Reinforced concrete 'Facultad de Ingeniería Civil. Departamento de Tecnología del Concreto, Universidad Autónoma de Nuevo León Av. Uni,oersidad s/n, Cd. Universitaria. San Nicolás de los Garza. N.L. CP 664S0 'Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions. INSA-UPS Complexe Scíentiílq_ue de Rangueil. 3 1077 Toulouse Cedex 4, France •-- C I ENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �G. FAJARDO , G. [SCADEI LLAS, G. ARLIGUIE. A I'. VA LDEZ l. INTRODUCCIÓN La degradación por corrosión del acero de refuerzo de las estructuras de concreto debido a la exposición de cloruros provenientes de ambientes marinos o de sales de deshielo es considerada como la causa primordial de su deterioro prematuro [ 1]. La Extracción ElectroQuímica de Cloruros (EEC) o decloruración es un método curativo recientemente propuesto para tratar estructuras de concreto reforzado con problemas de corrosión del acero provocada por el ingreso de cloruros. La técnica se basa en la aplicación de una diferencia de potencial eléctrico (por medio de una fuente de poder) entre el acero de refuerzo (Que se comporta como cátodo) y un ánodo metálico localizado sobre la superficie del concreto (frecuentemente, este suele ser de un material inerte o bien inatacable en el medio electrolítico utilizado). La polarización del acero, crea un exceso de cargas negativas motivando el movimiento de aniones (o portadores de carga negativa, como los Cl· y OH·. principalmente) a través de la matriz de concreto hacia la superficie del mismo, donde son atraídos por el ánodo (polarizado éste a su vez positivamente) provocando eventualmente su salida del interior del concreto, disminuyendo de esta forma la concentración en el interior. En la Figura I a, se observa el procedimiento de la aplicación en una estructura de concreto reforzado. En la Figura I b, se muestra una representación esQuemática del movimiento iónico generado por el campo eléctrico. '01\,.¡--+ l llf>co C\w • ••• 01¡..i • '\w • •• lHf'r¡; • lC11..i - • Clzcc1 • , •. IXIDINAL Al'ODE I\IIIONS (CI. OH ) l'OWOt Sl11'1'LY ll j j j + 21tp,n • C\cc1 • • •· Hf'1Q • l • Figuro la. Aplicación de la técnica de decloruroción. -+ CONCRL1t •014i,..¡ • l º'\..i • K2, !el Figuro lb. Representación esquemática de lo aplicación de la dedoruroción o EEC No obstante, aún si los principios de funcionamiento del método están bien establecidos [2-4]. existen algunos aspectos Que no han sido esclarecidos y Que están relacionados con la capacidad de extracción de cloruros en condiciones susceptibles de ser encontradas en la práctica; y con el comportamiento post tratamiento del acero de refuerzo, netamente en lo Que respecta a su estado de corrosión posterior a una aplicación de este tipo. En este sentido. existen resultados contradictorios en la literatura. Por un lado, algunos investigadores han observado una disminución del estado de degradación por corrosión del acero de refuerzo, afirmando con ello incluso un posible restablecimiento de las condiciones de pasividad del acero [5-7]. Por otro lado, otros han notado incrementos en la degradación del acero, indicando Que estos efectos podrían resultar del propio aumento de alcalinidad en la zona cercana a la superficie del acero (interface acero - concreto) 18]. En la mayor parte de los trabajos aQuí mencionados, la introducción de los cloruros fue favorecida durante la etapa de fabricación de las probetas utilizando para ello cloruro de sodio en el agua de mezclado, Que difícilmente reproduce el mecanismo de ingreso de los cloruros y el deterioro por corrosión del acero de refuerzo. Con el presente trabajo se pretenden obtener datos experimentales Que conduzcan no sólo a un mejor entendimiento de la técnica de EEC, sino a la consecuente evaluación del comportamiento esperado cuando es aplicada en estructuras Que presentan dos tipos de perfil de cloruros: uno característico de zonas de inmersión y otro representativo de las zonas de marea, considerando además el hecho de tener una exposición multi-iónica. CIENCIA FIC NO.2 MAYO · AGOSTO 2007 �DECLORURACION DE CONCRETO REFORZADO SOMETIDO A DOS MODOS DE EXf'OSICION EN AGUA DE MAR ARTIFICIAL A 2. MÉTODO EXPERIMENTAL 2.1. Fabricación de las probetas Fueron fabricadas probetas cilíndricas de concreto de 50 y 11O mm de diámetro y 11O mm de alto. con una varilla corrugada de acero de I O mm de diámetro embebida en el centro de las mismas (Fig. 2). La superficie del acero fue limpiada Químicamente, antes de su colocación en los moldes. con el objetivo de garantizar un estado inicial de referencia. Un sólo tipo de concreto fue analizado. La proporción de los diversos componentes utilizados es presentada en la Tabla 1. La composición Química del cemento es dada en la Tabla 2. Después de haber sido fabricadas las probetas. éstas permanecieron sin intercambio de humedad durante 24 horas en un cuarto mantenido a 20ºC. Posteriormente. fueron desmoldadas y antes del primer contacto con la solución de agua de mar. permanecieron en un cuarto a 20º + 1ºC y 100% HR durante 28 días. La penetración de cloruros fue asegurada hasta lograr una saturación máxima del concreto de las probetas. Por un lado. fueron expuestas a una condición de exposición permanente (CI. i.e. Conlinuous!}, lmmersed). y por otro, por medio de ciclos de tres días de inmersión y cuatro días de secado a 40ºC (ciclos de WD, i.e. Wetting - Drying cycles). La composición de la solución de inmersión se describe en la Tabla 3. 2.2. Aplicación de la EEC La aplicación de la técnica de EEC se puede describir como sigue. Setenta probetas fueron colocadas en contenedores de PVC. después de haber fijado una malla de titanio activado sobre su superficie y haber producido los contactos eléctricos (Fig. 3). Se utilizó agua destilada como electrolito (anolito) para seguir el movimiento iónico hacia el ánodo. Una corriente constante de I Nm 2 de acero fue aplicada entre el ánodo y el cátodo (acero de refuerzo) durante 21 y 90 días. Una resistencia eléctrica de I n fue conectada en serie Tabla l. Componentes y composición del concreto de las probetas. Cemento Portland Ordinario, CPO Areno de sílice, #4 Grava (tomoño máx= 15mm) Agua 310 k¡v'm3 850 kw'm3 l 050 k¡v'm3 201 Vm3 0.65 36MPo fv( Resistencia o lo compresión, 28días Tablo 2. Composición química del cemento utilizado. CPO (%) CoO 61 ,8 so SiO 18,4 3,2 MgO 2,75 AIO 4,9 Fe O 2,4 No O O, 13 KO 0,68 Tabla 3. Composición promedio del agua de mor del Océano Atlántico de acuerdo con [9]. mmoVL 460,0 •-- Mg2 ( a2+ 52,0 14,2 CIENCIA FIC 2,0 NO.2 (1- so 2• 538,0 27, l MAYO - AGOSTO 2007 HCO · 2,0 �G. FAJARDO , G. [SCADEI LLAS, G. ARLIGUIE. A I'. VA LDEZ Elí!Cl~ Rttlmr,u - -......_ /\,A ¡ r -J\~\r-- , Rubber Coated Steel Rod - + EltctrolY1t f-- Pw'C .-,ul , -- - '- Aa.-31,d Too,um cover depth = 20 or 50 mm fig. 3. Celda tipo utilizada poro la aplicación de la EEC. fig. 2. Representación esquemótica de un corte transversal de los probetas utilizados. con las probetas con el objetivo de verificar constantemente la cantidad de corriente (por aplicación de la ley de Ohm) aplicada a la celda. Un reóstato fue conectado también en serie para regular la corriente preestablecida. La EEC fue aplicada por un periodo de 5 días. seguidos por un paro de 2 días (sin cambio del anolito). Este tipo de proceso simula una intervención en la cual los trabajos son conducidos generalmente de lunes a viernes con posibilidad de supervisión y verificación de los eQuipos. Al final del proceso. el total de carga aplicada fue de 360 y 1536 A-h/m 2 • para 21 y 90 días, respectivamente. Con el objetivo de evaluar el efecto del campo eléctrico. para cada serie analizada, se colocaron probetas en celdas de extracción sin aplicación del mismo. Estas probetas de referencia fu eron referidas en las gráficas como C-WD y C-CJ. 2.3. Técnicas aplicadas Se obtuvieron perfiles de concentración de cloruros en el concreto a partir de corazones extraídos de las probetas antes. durante y después del tratamiento de EEC. Los corazones fueron de 20 mm de diámetro y aproximadamente 25 o 55 mm de largo. dependiendo del recubrimiento de concreto de las probetas. Las Figs. 4 y 5 ilustran la extracción de los corazones y el procedimiento para la obtención del perfil de cloruros. Debido a la geometría cilíndrica de las probetas, los corazones fueron rectificados como lo muestra la Fig. 5. La concentración de cloruros totales (obtenidos previa digestión ácida) a una profundidad dada de concreto fue determinada a través de titulación potenciodinámica con una solución O.O I M de nitrato de plata (AgN03) y utilizando un titulador automático Metrohm DMS 71 6 Ti trino [ 1O]. Antes, durante y después de la EEC. medidas del voltaje aplicado, del potencial de corrosión del acero de refuerzo, de la resistencia de polarización (Rp) y de la resistencia eléctrica del concreto de las probetas fueron obtenidas. El potencial de corrosión. la Rp así como la resistencia eléctrica del concreto fueron obtenidos con ~uda de un sistema VoltaLab One para mediciones electroQuímicas. Durante la EEC. éstas medidas fueron aplicadas al final del periodo de paro. es decir. al final del segundo día. Los resultados de Rp fueron transformados a icorr con la relación icorr = B/Rp [ 11 ]. Se utilizó una configuración a tres electrodos. empleando un CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �DECLORURACION DE CONCRETO REFORZADO SOMETIDO A DOS MODOS DE EXf'OSICION EN AGUA DE MAR ARTIFICIAL A electrodo de referencia de calomel saturado o ECS y un electrodo auxiliar de acero inoxidable 304. Debido a Que B depende de las pendientes de Tafel [ 12]. las cuales toman diferentes valores en función del estado de corrosión del acero, diferentes valores de B fueron considerados si el acero estaba en un estado pasivo (si el Ecorr > -200 mV. B = 52 mV) o en estado activo (si el Ecorr < -300 mV. B = 26 mV). El potencial y la velocidad de corrosión fueron observados después del corte de la corriente durante 4 meses bajo condiciones Que favorecen la posible repasivación del acero, de acuerdo con resultados previos [ 13]. Cuts ·m+: Co,e (➔ (( ( ( ( ~ i -i_wµ------➔ ~ ) 1 1 1 ..l. 1 ,..k:, 1 1 1 1 1 1 : : : 1 1 1 1 [Cr) (.,, ) : : : 1 1 1 1 1 1 • 1 1 : +! : :: Co11c1ere s1>e clmen ~ Chlo rhle 1>rofile x (rnrn) Se9rnent Fig. 5. Representación esquemático de la rectificación y procedimiento poro lo obtención de los perfiles de cloruros. Fig. 4. Procedimientoparo la obtenciónde los corazones de concreto. 3. RESULTADOS 3.1. Parámetros eléctricos y electrolíticos La resistividad del concreto, justo antes del inicio de la EEC, medida con la técnica de Espectroscopía de Impedancia ElectroQuímica (o simplemente Impedancia). en el rango de 100 kHz a I O Hz. estuvo entre 4 y 7 kQ.cm, para las probetas sometidas a WD, y entre 17 y 20 kQ.cm para aQuellas en inmersión permanente (CI). Durante la EEC, los voltajes aplicados para obtener la corriente preestablecida varió entre 1.5 y 3 V. lo cual muestra el comportamiento relativamente estable de la celda de extracción en su conjunto (probeta, malla de titanio. anolito). Como era de esperarse, por efecto de la electrolisis y la saturación de agua de la probeta, la resistividad de las mismas disminuyó entre 50 y 60%. El pH del anolito varió entre 6.5 y 8. Finalmente. el desprendimiento de cloro gaseoso fue observado, especialmente al final de cada ciclo de aplicación del tratamiento (a partir del cuarto día). 3.2. Movimiento de los cloruros al interiordel concreto Las Figuras 6a, 6b, 7a y l b muestran la evolución del contenido de cloruros como una función del recubrimiento de concreto para 2 1y 90 días de tratamiento, en lo Que respecta a las probetas Que fueron expuestas a WD yCI. •-- C I ENC IA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �G. FAJARDO , G. [SCADEI LLAS, G. ARLIGUIE. A I'. VA LDEZ 6~--------------------~ -+- CONTROL WD 21 DAYS WD 90 DAYS WO ~ -O- 5 s T E E L 1 O+-----~----~-----~----~ 0-5 5-10 10-15 15 - 20 Depth (mm) a) Ciclos de WD 6 -+-CONTROLCI ~ 2 1 DAYSa -0--90DAYSa 5 -~3 ~ !:2. ~ o~ 4· 3 2 - ♦ s ti T ~-=-===-:::';,~ t----' . 0--_ L --o-o 1 o o 0-5 E E 5-10 10 - 15 - 15 - 20 Depth (mm) a) CI figuro 6. Evolución de la concentración de cloruros como una función deltiempo de aplicación del tratamientoparo 20 y 50 mm de recubrimiento de concreto y paro los probetas expuestos en o) WD ciclos y b) (l. Antes del tratamiento de EEC. el promedio de la concentración de cloruros fue cercano a 4% por peso de cemento (ppc o by wt. c., como designado en las gráficas). para las probetas en WD (designadas en la gráfica como Control WD).y alrededor de 3.7% (ppm) para aQuellas en CI (designadas como Control CI). Después de 90 días de aplicación de la EEC, se puede constatar Que el modo de penetración de cloruros utilizado durante la etapa de exposición no presenta un efecto sobre la capacidad de extracción de la técnica para las probetas de 20 mm de recubrimiento (Figs. 6a y 6b). debido a Que se observan reducciones similares en el contenido de cloruros (la concentración disminuye hasta 1% ppc en las proximidades de la interface acero - concreto). En contraste. para las probetas de 50 mm de recubrimiento (Figs. 7a y 7b). se observa una reducción más significativa en el caso de las probetas en el modo de CI. alcanzando valores ligeramente inferiores a 1% ppc comparado con aQuellas en ciclos de WD . cuyos valores alcanzaron alrededor de 2.5% ppc. 3.2 Efecto de la EEC en el comportamiento de corrosión del acero Las Figs. 8a y 8b muestra el comportamiento promedio del potencial de corrosión del acero medido en cada serie de probetas antes. durante y en la etapa de post tratamiento, para los dos modos de penetración CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �DECLORURACION DE CONCRETO REFORZADO SOMETIDO A DOS MODOS DE EXf'OSICION EN AGUA DE MAR ARTIFICIAL A 6-r-- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - , 5 ~~---o! ¡ L 1 --OONlROL WD -t.-21 DAYSWO -<>-90 DAYSWD O+-- - - - - - ~ - - - - - - ~ - - - - - - - < 8 - 16 0-8 16- 24 24 - 32 32-40 40 - 50 Depth (mm) o) Ciclos de WD 6-r-- - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~ - -COl'ITROL a 5 -t.- 21 DA YS a -0-90 DAYS CI s T t:,.,--_ _..,..4--- --_..,.Y:._ _ _ 4---- =---t.-tr~---1,4 1 E E L 0+-- - ~ - - - ~ - - ~ - - - ~ - - ~ - - - - - - - - 1 0-8 8- 16 16- 24 24- 32 32-40 40- 50 Depth (mm) o) CI Figuro 7. Evolución de la concentroción de cloruros paro diferentes tiempos de oplicoción de la EEC paro los probetas de 20 y 50 mm de recubrimiento y expuestos en o) ciclos de WD y b) ( l. analizados. La línea horizontal punteada en las gráficas indica los umbrales comúnmente aceptados para diferenciar entre estados de corrosión activos y pasivos de acero de refuerzo. Se constata Que la EEC tiene un efecto sobre el potencial de corrosión: Para las probetas en WD y antes de la EEC se registraron potenciales de corrosión muy activos. cuyos valores estuvieron cercanos a -580 mV vs ECS. Durante el tratamiento. los potenciales oscilaron entre -1025 y -1085 mV vs ECS, causados por el efecto del campo eléctrico aplicado. Después de la aplicación de la EEC. durante el post tratamiento. los potenciales se desplazaron hacia valores más positivos. entre -317 y-414 mV vs ECS . para 20 y 50 mm de recubrimiento de concreto. respectivamente Para las probetas en CI. los potenciales del acero antes de la EEC fueron de igual forma negativos. variando entre -5 18 y -334 mV vs ECS. para 20 y 50 mm respectivamente. No obstante. durante el tratamiento de EEC. se constata Que los potenciales difícilmente alcanzan los -900 mV vs ECS. Este efecto es probablemente debido a la alta resistividad Que presentaron estas probetas antes de la aplicación de la EEC. por lo Que la polarización alcanzada fue menor. Después del tratamiento. los potenciales se desplazaron hacia la zona Que indica la posible pasividad del acero con valores más positivos QUe -100 mV vs ECS, para los dos recubrimientos de concreto. ■ C I ENC IA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �G. FAJARDO , G. [SCADEI LLAS, G. ARLIGUIE. o I'. VA LDEZ A : before ~ -200 (f) ü -> w -400 E -600 ~ -a; E 2 o o. ----,-- ---- -~----------------------------------' 1 - - - 0 - - --0- - during -800 after -1000 -□ - - o - -WJ Cycles ■ CI ~C-Wll Cycles - 0--C-CI -1200 21d Od 90] 7 dat 21dat 36dat 51dat 126dat 135dal 157dal lime (days) d= days oftreatment dat= days after treatment a) 20mm o before éii ü w >E ~ -200 during 1 • --- ---, -- --- -- --- --- r - -- --- --- --- --- -- --- --- --- --- -- --· -400 -600 -a; :;:; e -800 oo. -1000 Q) after - -WJCycles ■ Cl ~ C-WJCycles - 0 - -C-CI -1200 Od 21 d 90 d 15 dat 36 da! 48 dat 108 da! 142 dat lime (Days) a) 50mm Figuro 8. Comportamientodel potencial de corrosión del acero de refuerzo en probetas con a) 20 mm y b) 50 mm de recubrimiento de concreto. 3. 4 _Velocidad de corrosión La evolución de la velocidad de corrosión del acero. medido en la forma de densidad de corriente por medio la técnica de Rp, antes y después del tratamiento de EEC son presentados en las Figs_ 9a y 9b {la Rp no pudo ser obtenida durante el tratamiento de EEC. debido a la polarización remanente de las probetas en el modo de WD)- La línea horizontal punteada mostrada en las gráficas indican los umbrales comúnmente aceptados para diferenciar entre aceros considerados como pasivos o activos_ Antes del tratamiento de EEC, la velocidad de corrosión medida fue alta para las probetas en WD, con valores de 9 y 3 µNcm 2 para 20 y SO mm de recubrimiento de concreto respectivamente. Por otro lado. en el caso de CI, la velocidad de corrosión fue cercana a 0.1 µNcm 2 indicativos de pasividad del acero para los dos recubrimientos de concreto analizados. Para las probetas en WD Que recibieron 90 días de aplicación de la EEC. las velocidades de corrosión obtenidas demuestran una disminución del proceso de degradación {icorr disminuyó en 50 y 20%. para las probetas de 20 y SO mm de recubrimiento, respectivamente). Para las probetas en CI, las reducciones de icorr no fueron tan significativas no obstante permanecieron en la zona QUe indica pasividad del acero. CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �DECLORURACION DE CONCRETO REFORZADO SOMETIDO A DOS MODOS DE EXf'OSICION EN AGUA DE MAR ARTIFICIAL A 100,0 befare ~ 10,0 E t.) ¡ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ 1,0 t:: o u ! - - - - - - - - _,_ - - - - - - - - - --- -r- - - - --- - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - . ! ■ 0 ,1 ■ ■ ■ ■ 1 , 0 ,0 afler +--------,- ------.------,------.------,-------, ♦ ~Cycles Od 21 dat 42 dat 54 dat 113dat 147 dat TIME (days) ■ CI d= days of treatment dat= doys ofiertreotment o) 20mm 10,0 ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ i:.- E 1,0 t.) i 1 ~ t:: o o 0,1 ---------·--------------■----------------------------------• ! • • • 1 before 0,0 afler +--- - - + - - - - - ~ - - - ~ - - - ~ - - - ~ - - ~ Od 15 dat ♦~Cycles 36dat 48 dat 108 dat 142 dat TIME (days) ■ CI o) 50mm Figura 9. Evolución de la i.., para probetas cona) 20 mm y b) 50 mm de recubrimiento de concreto. 4. DISCUSIÓN 4.1. Extracción de cloruros En el caso de probetas con 20 mm de recubrimiento los contenidos de cloruros fueron drásticamente reducidos, independientemente del modo de penetración de cloruros seguido antes del tratamiento. En contraste, para las probetas teniendo 50 mm de recubrimiento. algunas diferencias fueron observadas. En las Figs. 1Oa y I Ob se presentan los contenidos de cloruros totales obtenidos en la interface acero concreto. después de 90 días de tratamiento. En todos los casos. se constata Que el contenido de cloruros disminuye hasta 1% ppc, valor cercano al umbral considerado como potencial para provocar la corrosión del acero. Mientras Que para las probetas de SO mm en ciclos de WD, el contenido de cloruros permanece cercano a 3% ppc. Suponiendo Que la capacidad de enlace de cloruros por parte del cemento es constante e independiente del modo de penetración de los mismos y si la carga total aplicada al final del tratamiento de EEC es la misma ■ CIENCIA FIC NO.2 MAYO· AGOSTO 2007 �G. FAJARDO , G. [SCADEI LLAS, G. ARLIGUIE. s~ - - - - - - - - - - - - ~ □ Belore ■ 21 days s~ - - - - - - - - - - - - - ~ D 90 days - A I'. VA LDEZ e - 01.loride o Belore ■ 21 days o 90 days 'ci; 4 - ~i lhreshold o E 3 u -e ., -o - Oiloride Threshold Q) ·e E 2 .Q ~ .e O~ 1 0-1'--'--....J IMJ cycles O+--'-\/\{) cycles C.Ontinuoosly irrrrersed (CI) Type of penetration C.Ontiruously irrrrersed (CI) Type of penetration - - Umbral de cloruros, i.e. chloride threshold, según [14]. Figura 1O. Variación del contenido de cloruros en la interface acero - concreto poro probetas con a) 20 mm y b) 50 mm de recubrimiento de concreto. en los dos modos de penetración, se esperarían contenidos de cloruros eQuivalentes el final tratamiento. Sin embargo, los resultados muestran diferencias Que pueden explicarse a través de las siguientes aseveraciones: - Una parte de la corriente es consumida en la superficie del acero (cátodo) en la forma de reducción de óxidosy generación de OH·. - Una parte de esta corriente es usada por otros aniones diferentes de los cloruros. por ejemplo los OH·. - la caída del potencial producto del campo eléctrico entre el ánodo (malla de titanio) y el cátodo (acero de refuerzo) es significativa en el caso de recubrimientos superiores a 20 mm Sin embargo. los resultados del contenido de cloruros no permiten concluir cuál de estas aseveraciones controla el proceso de extracción de cloruros. 4.2 Efecto de la EEC sobre el comportamiento de corrosión del acero En el caso de ciclos de WD. el potencial y la velocidad de corrosión. antes de la EEC. corresponden a un estado avanzado de degradación del acero de refuerzo. Para las probetas en CI, aún si los potenciales de corrosión son muv negativos. las medidas de icorr indican un estado de pasividad del acero. De hecho, en con:, diciones de inmersión permanente o CI. los potenciales del acero pueden ser más negativos Que -300 mV vs ECS sin presencia de un proceso de corrosión significativo. De acuerdo con Arup 11 5]. Elsener y 86hni l 16]. este efecto estaría relacionado con el fenómeno de acceso limitado de oxígeno el cual induce una polarización negativa del acero. sin embargo. el proceso de corrosión no se desarrolla. aunQue las medidas de potencial pueden alcanzar -1 000 mV vs ECS. Las condiciones de post tratamiento usadas en este trabajo (probetas al aire libre) permiten afirmar Que la EEC influye de manera significativa, debido a Que conduce a un desplazamiento del potencial de corrosión del acero hacia valores más positivos. por lo Que se infiere Que el estado de degradación tiende a disminuir. No obstante, en el caso de ciclos de WD. aún si el potencial y la velocidad de corrosión después del tratamiento indican disminución de la degradación del acero. no es posible afirmar una repasivación del mismo. contrariamente a las observaciones de ciertos investigadores [5-8]. Por otro lado. en el caso de probetas en CI. el conjunto de valores después de la EEC localizan al acero en la zona de pasividad con valores de -90 mV vs ECS y 0.1 µNcm 2 • Que sustentan bien la inferencia anterior. C IENCIA FIC NO.2 MAYO · AGOSTO 2007 �DECLORURACION DE CONCRETO REFORZADO SOMETIDO A DOS MODOS DE EXf'OSICION EN AGUA DE MAR ARTIFICIAL A Es así Que. la rehabilitación de una estructura, precedida de un tratamiento de EEC. no puede ser considerada únicamente por la reducción del contenido de cloruros. una evaluación completa del estado de corrosión se asevera primordial. Tal y como lo confirman los resultados obtenidos por Elsener et al. [61 y aQuellos expuestos en un trabajo previo publicado por los autores de este artículo [ 171. En este sentido. se ha encontrado Que el estado inicial de corrosión del acero tiene un efecto sobre la capacidad de remoción de cloruros de la EEC [ 181. Dado Que el acero localizado en el interior de las estructuras de concreto es utilizado en la mayoría de los casos como cátodo, es válido pensar Que su estado de degradación. en particular su estado de corrosión tendría una influencia en el proceso de extracción de cloruros (o transferencia de carga). En efecto. cuando el acero presentó un estado avanzado de corrosión. como en el caso de probetas en ciclos de WD donde existieron productos de corrosión visibles en la superficie de las mismas, es probable Que una parte de la corriente fuese usada para reacciones locales como, reducción de productos de corrosión y generación de hidroxilos. principalmente. Una parte de esta corriente usada para estas reacciones podría no participar en la extracción de cloruros. lo Que explicaría las diferencias en los resultados obtenidos. En este sentido, trabajos realizados sobre los cambios morfológicos del acero de refuerzo embebido en probetas sometidas a decloruración han evidenciado como los óxidos inicialmente presentes en la superficie del acero. sufren un cambio de coloración. lo cual se atribuye a la formación de magnetita alrededor del acero [ 191. 5. CONC LUS IONES La capacidad de extracción de la técnica, en función del modo de penetración de cloruros (ciclos de WD y CI) fue estudiada en probetas de concreto reforzado con recubrimientos de concreto de 20 y 50 mm. Las principales conclusiones obtenidas fueron: - Para 20 mm de recubrimiento de concreto. el contenido de cloruros después de la EEC son eQuivalentes para ambos modos de penetración. - Para SO mm. la extracción de cloruros fue más efectiva en el modo de C/. - Después del tratamiento de EEC, ambos valores de Ecorr e icorr muestran una reducción en el proceso de degradación del acero. sin embargo para el caso de ciclos de WD, la reducción no es suficiente como para afirma la repasivación del acero. - Las diferencias observadas están relacionadas con el estado de corrosión presente en el acero antes de la aplicación del tratamiento de EEC. De esta forma. la rehabilitación de estructuras presentando un alto contenido de cloruros y altas velocidades de corrosión. características de zonas de marea. no puede ser garantizada con la aplicación de la EEC. 6. AGRADECIMIENTOS Los autores expresan su más profundo agradecimiento por los recursos económicos aportados a este trabajo de investigación por parte del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología a través de la beca CONACYT - SFERE 115325. •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �G. FAJARDO , G. [SCADEI LLAS, G. ARLIGUIE. I'. VA LDEZ Referencias l. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. l l. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. P. Bamforth, W. F. Price and M. Emmerson, lnternational review of chloride ingress into structural concrete, Contractor Report 354, Edinburgh, Scotland, Transport Research laboratory, 1997. P. Schiessl, Draft recommendation for repair strategies for concrete structures damaged by reinforcement corrosion, Material.s Structures, 27, pp. 415 - 436, 1994. R. B. Polder, H. J. 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CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 A �ÜXIDACION SELECTIVA DEL BUTANO EN UN REACTOR A MEMBRANA ADAPTADO PARA TRABAJAR EN CONDIC IONES RICAS EN BUTANO. ~ ~ OXIDACIÓN SELECTIVA DEL BUTANO EN UN REACTOR A MEMBRANA ADAPTADO PARA TRABAJAR EN CONDICIONES RICAS EN BUTANO ARQ11iMEDES CRUZ- LÓPEZ12 • LETICIA M . TORRES - MARTiNEZ 1, ISAiAS ) UÁREZ RAMiREZ 1, LORENA GARZA TOVAR1 Y ELVIRA 2ARAZÜA MORiN 1 Resumen La oxidación parcial de butano se realizó en un reactor catalítico a membrana de tipo distribuidor, donde la membrana porosa se utilizó para distribuir el oxígeno hacia el lecho catalítico: VPO o 3%Co-VPO. En la primera parte del trabajo se utilizaron condiciones estándar (T =400º(, O/C4 = 12 y presión atmosférica) yse evaluó el efecto de la distribución del oxígeno hacia el lecho catalítico con la ayuda de un diferencial de presión. Alestudiar la relación O/C4 se muestra que los catalizadores dopados con Co mantienen altos niveles de selectividad (75%) con respecto a los VPO tradicionales cuando la relación O/C4 disminuye. lo anterior los identifica como candidatos ideales para realizar la oxidación de butano en condiciones fuertemente reductoras. Finalmente, se llevó a cabo la reacción de oxidación sobre el catalizador 3%Co/VPO a altas concentraciones de butano (15% Vol.) en un reactor a membrana utilizando relaciones O/C4 menores a los valores estándares. Gracias a esta configuración, es posible trabajar en condiciones ricas en butano sin riesgo de caer en lazona de explosividad. Lo anteriores imposible de realizar en un reactor convencional. Los resultados muestran productividades de hasta 430 mol.m3.h·1• los cuales son más importantes (x3) con respecto a las productividades en condiciones tradicionales. Palabras claves:Oxidación parcial de butano, reactor catal~ico con membrana, productividad en Anhídrido Maléico. Abstract The n-butane selective oxidation has been studied in a membrane reactor, using high butane concentrations. Thanks to the oxygen distribution by the membrane, it is possible to keep the local composition outside the flammability zone. AMFI ceramic membrane wos used to distribute oxygen (or part of it) in the catalyst bed, made of a VPO mixed oxide, either conventional or Co-doped. In a first step, the effect of the oxygen distribution has been studied, showing that, under standard reactant mixtures (0/butane= 12, low butane concentration), the membrane reactor performed very dose tothe conventional one. Under high butane concentrations, the VPO system suffered from a drastic decrease of the selectivity towards maleicanhydride (MA). The addition of cobalt to the VPO catalyst allowed keeping the MA selectivity ata high level (75%). The combination of the Co/VPO catalyst and the MFI membrane was used to explore the membrane reactor performance with high butane concentrations in the feed, corresponding to the flammability zone in a conventional reactor. Forthese conditions, the MA productivity was 3 times higherthan that observed with the conventional reactor. Keywords: Butane selective oxidation, catalytic membrane reactor, maleicanhydride productivity. l. INTRODUCCIÓN Durante las primeras décadas del desarrollo de la industria petroQuímica la producción de Anhídrido Maleico (AM) se llevó a cabo a partir de la oxidación parcial de benceno con catalizadores de óxidos mixtos 'Departamento de Ecomateriales y Energía, Facultad de Ingeniería Civíl-UANL. Av. Universidad y Av. Fidel 'vl!lázQllez SIN. Cd. Unh-ersitaria. San Nicolás de los Garza. N.l. México. 2 1nstitul de Recherche sur la Catalyse. CNRS. 2 av. Albert Einstein. 69626 Villeurbanne. Cédex, Francia. •-- C I ENC IA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �ARQ..UIMEDES CRUZ-LOPEZ. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. ISAIAS JUAREZ RAM IREZ. LORENA GARZA TOVAR. ELVIRA ZARAZUA MORIN A V2O3-MoOr A través de este sistema catalítico se obtuvieron conversiones del 95% y selectividades del AM de 75% además de la presencia de subprouctos de reacción principalmente C02 y CO.. Sin embargo. en la década de los 70's se presentaron dos fenómenos Que provocaron el remplazamiento progresivo de la ruta del benceno por la oxidación parcial del butano. El primer evento fue el aumento del precio del benceno debido a uso como dopante en gasolinas aunado al establecimiento de reglamentaciones ambientales más estrictas sobre las emisiones de benceno. Hoy en día el rendimiento del AM no sobrepasa el 60%, la conversión de butano no es mayor del 80% aunado a la formación de productos secundarios (C02 y CO) Que conllevan a una selectividad de 75% en AM .. Desafortunadamente los límites de flamabilidad del butano no permiten trabajar con concentraciones mayores al 2% en volumen lo Que conduce a Que la mezcla de productos de reacción no contenga más del 1% de AM y por consecuencia, los costos de separación y recuperación del producto en interés aumenten. Actualmente a nivel industrial existen diferentes tipos de reactores para la síntesis de AM. estos procesos presentan conversiones muy próximas a las mencionadas en el párrafo anterior sin embargo cada tecnología presenta diferentes desventajas: el reactor de lecho fijo está limitado a trabajar a bajas concentraciones de butano (< 2%) además de presentar problemas de exotermicidad y puntos calientes .. El reactor de lecho fluidizado y el reactor con recirculación de sólidos permiten trabajar con mas altas concentraciones de butano, ya Que el lecho fluidizado inhibe la propagación del fuego. mientras Que en el reactor con recirculación de sólidos el butano y el oxígeno nunca están en contacto. Con este último sistema es posible regenerar el catalizador resultando en un incremento de la selectividad. Sin embargo, ambas tecnologías presentan problemas de atrición del catalizador. Lo anterior justifica los esfuerzos permanentes en la búsQueda de mejores tecnologías de oxidación. Ante esta perspectiva, los reactores a membrana se presentan como una opción interesante 1·2 • El objetivo de este trabajo es el estudio de la oxidación parcial de butano en un reactor catalítico a membrana de tipo distribuidor. Este reactor está constituido de un tubo cerámico con diferente porosidad a lo largo del eje radial. El catalizador de óxidos mixtos vanadiofósforo (VPO) o el catalizador VPO dopado en cobalto (Co) se coloca como lecho fijo al interior de la membrana. Los reactivos butano y oxígeno se introducen separadamente: el butano se alimenta por la parte interna en contacto con el sólido mientras Que el oxígeno se distribuye por permeación hacia el compartimiento interno a través de la membrana. Es decir, el papel de la membrana es controlar la concentración del oxígeno en el lecho catalítico. Gracias a esta opción los reactores a membrana son capaces de utilizar alimentaciones con altas concentraciones de butano sin riesgo de caer en la zona de explosividad3 • De hecho, la distribución de oxígeno permite mantener en cualQuier punto del lecho catalítico una relación O/C4 fuera de la zona de explosividad.. Con respecto al sistema catalítico la necesidad de modificar el catalizador convencional (VPO) es consecuencia de la distribución de oxígeno Que produce una gradiente en las propiedades óxido-redox a lo largo del lecho catalítico, lo cual modifica notablemente la actividad del VPO . Además el uso de altas concentraciones de butano refuerza este aspecto. De ahí el interés de dopar los catalizadores con cobalto los cuales son más estables en condiciones reductoras3·4 • En este trabajo. los catalizadores VPO y VPO-Co con diferente contenido de Cobalto fueron preparados por la ruta hemi-hidratada y caracterizados desde el punto de vista de su estructura y textura .. Posteriormente se probaron en la reacción de oxidación parcial de butano en las diferentes configuraciones del reactor a C IENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �ÜXIDACION SELECTIVA DEL BUTANO EN UN REACTOR A MEMBRANA ADAPTADO PARA TRABAJAR EN CONDIC IONES RICAS EN BUTANO. ~ ~ membrana y en diferentes atmósferas O/C4 con el fin de determinar las condiciones óptimas Que permitan mejorar la productividad en AM. 2. PARTE EXPERIMENTAL Preparación de los catalizadores Mediante la ruta orgánica se preparó una serie de catalizadores de óxidos mixtos VPO y CoNPO. El precursor se obtuvo al mezclar el pentóxido de vanadio (V2O5) con ácido fosfórico (H3PO4 al 85%) con relación atómica PN= 1. en isobutanol. Este último. funciona como disolvente de la reacción además de ser agente reductor del V2O5. Para las diferentes preparaciones con cobalto, se utilizó acetil acetonato de cobalto como precursor y se añadió in-situ con relaciones CoN=0.5, 1.0 y 3,0% respectivamente. La síntesis se realizó bajo reílujo de isobutanol durante 20 h en atmósfera de Nitrógeno y con agitación mecánica (500 rpm). Los precipitados obtenidos se lavaron en etanol para eliminar el exceso de solvente y enseguida se secaron en una estufa a I 00ºC durante 24 h. Posteriormente se procedió a darle una forma tisica (pellets) al precursor hemihidratado de vanadio (VO(HPO4).0,5 H2O) con diámetro de partícula entre 0,2 y 0,3 µm. Los sólidos obtenidos se calcinaron en atmósfera de reacción ( 1.5% vol. de butano en aire) a 470ºC durante 72 h. para finalmente probarlos en la reacción de oxidación parcial de butano en las diferentes configuraciones del reactor. Preparación de la Membrana La membrana consiste en un tubo poroso dividido en capas de diferentes diámetros de poro (de afuera hacia adentro: 1O, 0,9 y 0,2 µm), 150 mm de longitud, un diámetro interno de 7 mm y un diámetro externo de I O mm. El tubo se utiliza para soportar una capa de zeolita MFI preparada por síntesis hidrotérmica. Esta técnica consiste en colocar una capa delgada de zeolita dentro de los poros de a-alúmina de forma Que la membrana sea selectiva a la molécula de interés (véase figura 1). Cristales de MFI Poros de 0.55 nm - Soporte de Alúmina macroporosa - ftllffl- \ •••••••••••• •••••••••••• Figuro 1. Membrana de alúmina mocroporoso, los poros son cubiertos concristales de zeolito MFI. Dispositivo experimental El reactor catalítico es la combinación de la membrana MFI y 2.5 g de catalizador (VPO o CoNPO) en forma de lecho fijo (véase. Figura 2). Los extremos del tubo están esmaltados y un par de juntas de carbón en los extremos soportan la membrana para mantener hermético el interior de la carcaza del reactor. Un medidor •-- C I ENC IA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �ARQ..UIMEDES CRUZ-LOPEZ. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. ISAIAS JUAREZ RAM IREZ. LORENA GARZA TOVAR. ELVIRA ZARAZUA MORIN A de presión monitorea cada lado de la membrana y envía la señal al controlador diferencial de presión Que mantiene una consigna (LlP) con la ayuda de una válvula neumática.. El gradiente de presión entre ambos lados de la membrana forzó la entrada de oxígeno al lecho catalítico. Como se mencionó anteriormente. las características del reactor a membrana son las diferentes configuraciones para alimentar los reactivos: par el caso del reactor convencional (RC), los reactivos se alimentan simultáneamente del lado interno de la membrana. En el caso del reactor catalítico a membrana (RM). el butano entra del lado interno mientras Que el oxígeno se distribuye del compartimiento externo hacia el compartimiento interno por medio de un gradiente de presión . Finalmente en el reactor catalítico a membrana mixto (RMM) una parte del oxígeno entre en coalimentación con el butano. En nuestro trabajo el butano siempre se alimentó del lado interno de la membrana. La alimentación de los reactivos se realizó por medio de medidores de ílujo tipo Brooks 5850. Las condiciones estándar de operación fueron: temperatura de reacción 400ºC. O/ C4 = 12. presión atmosférica y tiempo espacial de butano = 15 h- 1• El análisis de los reactivos y de los productos de la reacción tuvo lugar en 2 cromatógrafos conectados en línea detectores FID y TCD, respectivamente. Oxigeno Membrana • Productos n-Butano -. = :: : - . CJ Cuarzo • Catalizador Figura 2. Reactor catalítico con membrana Caracterización de Catalizadores La cuantificación de la composición Química de los óxidos mixtos. se realizo por medio de un eQuipo de Emisión Atómica de Plasma a fin de comprobar las relaciones V/P y CoN deseadas . La difracción de rayos X de los hemi-hidratos y de los catalizadores se llevó a cabo en un eQuipo Bruker D5005 a fin de asegurar la presencia de las fases cristalográficas de interés en nuestro estudio. La medición del área específica de los catalizadores se determinó a partir de la técnica de fisisorción de Nitrógeno (BETI en un eQuipo de construcción artesanal. Los análisis de Reducción a Temperatura Programada (TPR-H) se realizaron bajo atmósfera de hidrógeno con una velocidad de calentamiento de I 0ºC/min . desde temperatura ambiente hasta I 000ºC. El objetivo del análisis fue explorar el efecto de la incorporación de Cobalto en la estructura del VPO y su posible efecto en la reacción de oxidación. Para cuantificar la cantidad de oxígeno Que va a permear la membrana se efectuaron mediciones de permeación a 400ºC a diferentes presiones diferenciales . 3. RESULTADOS Y DISCUSIONES Caracterización de los catalizadores y de la membrana Del análisis de absorción atómica se obtuvo la composición QUímica de los catalizadores. lo cual confirma Que los sólidos preparados mantienen la relaciones atómicas PN= 1.O y CoN deseadas (ver tabla 1) . Según CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �~ ÜXIDACION SELECTIVA DEL BUTANO EN UN REACTOR A MEMBRANA ADAPTADO PARA TRABAJAR EN CONDIC IONES RICAS EN BUTANO. ~ Hodnett5 • la relación atómica PN tiene un papel determinante sobre las propiedades redox del catalizador y sobre la composición de la fase cristalina. lo QUe asegura el buen funcionamiento del catalizador. De acuerdo con los resultados BET el catalizador VPO reportó un área específica 20 m2 .g· 1; lo cual lo coloca ligeramente por arriba del valor reportado por esta vía de síntesis ( 12 m2 .g· 1) 6·7 . En el caso de los catalizadores dopados se presentó una disminución del área específica cuando la carga de de cobalto aumentó ( 15. 13 y 9 m2 .g· 1). El análisis de DRX mostró Que las señales del precursor seco a I 00ºC corresponden al vanadio hemi-hidratado (VO(HPO.J.0.5H2O), Quien representa la fase principal 4 . Los sólidos calcinados en atmósfera de reacción presentaron únicamente la fase (VO) 2 P20 7, la cual se señala como la fase característica para llevar a cabo la reacción de oxidación. Es importante remarcar Que la presencia de cobalto desarrolla la cristalinidad en el catalizador VPO. Los análisis de TPR-H2 permiten estudiar el efecto del cobalto sobre la reducción del catalizador vro. Los resultados prueban Que a 805ºC. el Co lleva a una reducción importante de vanadio entre 25 y 60% para cargas de 0,5 y 3% de Co. En la Tabla 1. se resumen las características mencionadas anteriormente. Las permeación de oxígeno y contrapermeación de butano se presentan dentro del intervalo 1.4E-07 y 3 .2E-08 mol.m2 .s·•.pa·•. respectivamente. Catalizador Relación Atómica (o/V VPO %de Reducción de Fases Permanentes ' Area Específica m2.g-1 100º( 470º( Vanadio (T =805º() 20 VO(HPOJ0,5H 20 (V0}2Pp7 20 0.5% Co/VPO 0.5 15 VO(HP04}.0,5H20 (V0}2Pp7 35 0.5% Co/VPO 1.0 13 VO(HPOJ0,5H 20 (V0}2Pp7 48 0.5% Co/VPO 3.0 9 VO(HP04).0,5H20 (V0)2 Pp7 62 Estudio Termodinámico (riesgo de inflamación del butano) A partir del modo de operación del RM es posible probar nuevas condiciones de experimentales (alta presión parcial de butano) con la idea de aumentar la producción del AM. Sin embargo. existe el riesgo de Que el perfil de concentración Que se presenta en el lecho catalítico entre el butano y el oxígeno se desplace hacia la zona de inílamabilidad. Para tal efecto, se calculó y se instaló un sistema contraincendios Que permite trabajar en condiciones seguras. El sistema describe el calor generado por la reacción considerando la esteQuiometria de la reacción y las propiedades termodinámicas por medio de la ley de Hess. El aumento de la temperatura en el reactor se calculó utilizando la primera ley de la termodinámica. considerando un sistema isométrico. Finalmente, la diferencia de presión Que se genera toma en cuenta la variación en el número de moles y el efecto de la temperatura por medio de la ley de gases ideales. Estudio de la oxidación de butano en un reactor a membrana Efecto de la distribución de Oxígeno La primera parte de nuestro estudio consiste en comparar el efecto de la distribución del oxígeno a partir de las configuración del reactor (RC. RM y RMM) a condiciones estándar (T=400ºC. O/C4 = 12. P= 1,2 bar. 1% C4H 10 volumen y GHSV= 15 h· 1) en un catalizador vro. En la figura 3 se presentan los resultados de conversión y selectividad del catalizador VPO en función de la cantidad de oxígeno coalimentada con el butano. Las configuraciones RC y RM presentaron niveles de conversión de butano alrededor de 40%, sin embargo • -- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �ARQ..UIMEDES CRUZ-LOPEZ. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. ISAIAS JUAREZ RAM IREZ. LORENA GARZA TOVAR. ELVIRA ZARAZUA MORIN A cuando una parte del oxígeno se coalimentó con el butano, la conversión aumentó ligeramente hasta 45%. La selectividad en AM en el RM fue del 70% pero no resultó mejor Que el RC o el RMM los cuales presentaron una mayor selectividad (75%). Si comparamos el rendimiento de los 4 experimentos encontramos la siguiente clasificación: RMM(33) > RC(3 I) > RM(28). Lo cual confirma Que el RMM es más activo en congruencia con trabajos publicados anteriormente 3• 100 100 90 90 80 80 70 o e -.,"' o □ □ 70 • '.2 ~ 60 60 50 50 => .s::,_ -o E e ♦ •O .f/. ·¡:;¡ - ., i: o t V, 40 _J ú - ~] "'> ~ ~* .; "' ♦ ~ 40 .; 30 30 20 20 10 10 o 12 6 Oxígeno coalimentado con butano (ml) figura 3. flujo de oxígeno coolimentodo con butano a la entrada del lecho catalítico VPO. Efecto de la distribución de oxigena (T =400º(, O/C4= 12, GHSV = lSh·1) sobre la conversión (símbolo negro) yselectividad del AM (símbolo vado) paro RC, RM y RMM. El hecho Que el catalizador VPO sea menos selectivo en la configuración RM posiblemente está ligado a una mayor concentración de butano a la entrada del reactor Que el catalizador VPO no resiste. Es decir. a la entrada del reactor hay una reducción de los sitios activos v +s Que desfavorecen la formación del AM 3 • La configuración en RMM permite mejorar esta situación sin perder el efecto positivo de la distribución del oxígeno. Otra posibilidad Que permite mejorar el funcionamiento de los catalizadores VPO es dopándolos con cobalto, ya Que estos sólidos mantienen una buena selectividad aún bajo las condiciones reductoras Que existen a la entrada del reactor. Efecto de la Relación O/C4H10 sobre los catalizadores VPO y 3%Co/VPO El estudio del efecto de la atmósfera de reacción sobre los catalizadores VPO y 3%CoNPo se Realizó en reactor convencional y en reactor a membrana. En ambos casos se mantuvo constante la concentración de butano en la alimentación ( 1% vol.) mientras Que el ílujo de oxígeno distribuido disminuyó en el lecho catalítico. En la figura 4 se muestra Que para cualQuier tipo de reactor o cualQuier tipo de catalizador hay una disminución progresiva de la conversión, mientras QUe la presencia oxígeno disminuye. Lo anterior muestra CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �ÜXIDACION SELECTIVA DEL BUTANO EN UN REACTOR A MEMBRANA ADAPTADO PARA TRABAJAR EN CONDIC IONES RICAS EN BUTANO. ~ ~ Que si se eligen condiciones ricas en butano (objetivo de este trabajo) el hecho de utilizar un RM no es un problema. Con respecto al catalizador (véase, Figura 4), se muestra igualmente Que no hay efecto significativo de la formulación sobre la conversión. 50 ÁD t:-.C 40 -o Á •o E 30 ~ ~ t:-. o e j9 ::, ~ 20 "0 e -o -~ ~ 10 o • Re, VPO ORM, VPO e (J □ RMM, VPO • RC, 3%CoNPO t,RM, 3%CoNPO O.O 2.0 4.0 6.0 8.0 Relación o;c.H10 10.0 12.0 Figuro 4. Valor medio de la conversiónde butano en los diferentes atmósferas de reacción con los catalizadores VPO y 3%Co/VPO (T = 400º(, GHSV = ISh·1). En cambio la figura S muestra el efecto de la presencia de Cobalto, el cual permite aproximarse a condiciones ricas en butano con una selectividad alta en AM (75%) Que es similar a las observadas en condiciones estándares (O/C 4 = 12). La figura S. también muestran QUe en condiciones ricas en butano el efecto del promotor Cobalto es mucho más importante con respecto a la configuración del reactor (efecto de la distribución de oxígeno). En condiciones reductoras, el rendimiento en AM esta en el rango de I O para el catalizador 3%CoNPO y entre 4 y S para el catalizador VPO. independientemente del tipo de reactor. Efecto de la alta concentración de Butano A partir de las limitaciones en condiciones estándar del RC se visualiza la posibilidad de estudiar la oxidación parcial de butano en condiciones reductoras a partir del aumento de la presión parcial de butano en un RM con un catalizador CoNPO. La productividad se define como las moles de AM producidas por unidad de volumen y de tiempo y se utilizará en este trabajo como base de comparación entre los diferentes experimentos. En la figura 6 se presentan los resultados de productividad en AM en función de la relación O/ C4 para diferentes concentraciones de butano o del tiempo espacial. La productividad a baja presión de butano ( 12 mbar) varía en el rango de 25 a 180 mol.m·3 .h· 1, en función de la relación O/C 4 • Si se mantiene la GHSV de ■ CIENCIA FIC NO.2 MAYO· AGOSTO 2007 �ARQ..UIMEDES CRUZ-LOPEZ. LETIC IA M TORRES- MARTINEZ. ISAIAS JUAREZ RAM IREZ. LORENA GARZA TOVAR. ELVIRA ZARAZUA MORIN 100 ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~ ~~ - - - -.-~ - - - - -- - - -.--:- .-:-.-:~ _<-:----o · · · ··· · ·· · ··· · · ·· o 80 -o E e, -- 60 · ' i 40 · "0 ~ o • > ti .9! G> (/) • R C (VPO) ORM (VPO) 20 · □ RMM (VPO) R C (3,0% CoNPO) A RM (3,0% CoN PO) Á o.o 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 Figuro 5. Valor medio de loselectividaddel Anhídrido Moleico (AM) en las diferentes atmósferas de reacción con los catalizadores VPO y 3%Co/VPO. 500 ....,.. •RC, t:,. RM, ■ RM, 11 RM, Jil<i RM, -.... s=' 400 e¿ E; 12hPa, lSh-1 12hPa, l Sh-1 220hPa, lSh-1 220hPa, 90h-1 220hPa, 180h-1 o iE 300 et G) "0 .,, "0 "0 ■ 200 ~ u ::::1 .. "0 o Q. 100 t:,. ~--- ~--- -■ - - - - - - - - - - - - - - - t:,.-al t:,. o o 2 4 6 8 Relación Oi/C, H1 0 10 12 Figuro 6. Productividad del AM del catalizador3%Co/VPO con diferentes GHSV. CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 14 A �ÜXIDACION SELECTIVA DEL BUTANO EN UN REACTOR A MEMBRANA ADAPTADO PARA TRABAJAR EN CONDIC IONES RICAS EN BUTANO. ~ ~ butano ( t sh- 1), y se aumenta la presión parcial a 200 mbar, no se presenta ninguna variación progresiva de la conversión. mientras QUe la presencia de oxígeno disminuye. Lo anterior muestras Que si se eligen condiciones ricas en butano (objetivo de este trabajo) el hecho de utilizar un RM no es un problema. Con respecto al catalizador (véase. figura 4). se muestra igualmente Que no hay efecto significativo de la formulación sobre la conversión. En cambio la figura 5 muestra el efecto del dopar con cobalto Que permite aproximarse a condiciones ricas en butano con una selectividad alta en AM (75%) QUe es similar a las observadas en condiciones estándares (O/C4 = 12). La figura 5 igualmente muestra Que en condiciones ricas en butano el efecto del promotor cobalto es mucho más importante con respecto a la configuración del reactor (efecto de la distribución de oxígeno). En condiciones reductoras. el rendimiento en AM esta en el rango de I O para el catalizador 3%CoNPO y entre 4 y 5 para el catalizador VPO. independientemente del tipo de reactor. 4. CONCLUSIONES En un estudio preliminar. la comparación de los reactores convencional (RC). reactor a membrana (RM) y reactor a membrana mixto (RMM) muestra Que la distribución de oxígeno no afecta de manera notable el funcionamiento del catalizador. Lo anterior. permite explotar la distribución de 0 2 en el reactor a membrana para usarlo en altas concentraciones de butano, prohibidas en un RC por los límites de inflamabilidad. La distribución de oxígeno produce un gradiente óxido-reducción en el lecho catalítico. En este trabajo se muestra Que la utilización de un catalizador dopado con cobalto permite mantener la selectividad en AM cuando se trabaja a fuertes concentraciones de butano. A altas concentraciones de butano la utilización de un RM y del catalizador VPO dopado en cobalto permite multiplicar por 3 la productividad en AM con respecto a un reactor convencional. Bibliografía 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. E. Xue and J. Rosse, (atal. Today, 61 (2000) 3-8. S. Mota, S. Miachon, J. -C. Volta and J. -A. Dalmon, (atal. Today, 67 (2001) 169-176. R. Mallada, M. Menendez and J. Santamaria, Catal. Today, 56 (2000) 191-197. S. Mota, J.C. Volta, G. Vorbeck and J-A. Dalmon, J. (atal, 193, (2000) 319-329. B. K. Honnett, (atal Rev.-Sci. 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Clasificándose las PTAR en los diferentes tipos de tratamiento: primario, secundario, terciario yno especificado, respectivamente para la remoción ygastos siguientes: (a) ajuste de pH ymateriales orgánicos y/o inorgánicos (2) 8.53 m3/s, (b) materiales orgánicos coloidales ydisueltos 17.56 m3/s, (c) materiales disue~os que incluyen gases, substancias orgánicas, iones, bacterias yvirus 0.68 m3/s y(d) no especificados 0.06 m3/s (l). Resultade mayorrelevancia el hecho de conocer la forma de llevar a cabo diagnósticos de PTAR en el medio industrial con objeto de optimizar la operación de dichos sistemas de tratamiento, bajo una metodología adecuada en base a una finalidad de los estudios requeridos, previamente establecidos incluyendo el reconocimiento de las instalaciones internas ya manera de caso práctico se presenta el diagnóstico sobre el manejo, tratamientoyreuso de las aguas sanitarias generadas por una industria localizada en la Zona Metropolitana de la Ciudad de Monterrey, N. L Respecto al caso práctico, el tipo de agua residual corresponde a aguas sanitarias, en principio el diagnóstico, delsistema de alcantarillado interno de la industria, presenta interlerencia con aguas de origen industrial y por tal motivo no opera el tratamiento biológico. Se llevó a cabo una estimación de los caudales yse operó el sistema de tratamiento con fines de confirmar el caudal a tratar (0.3 a 0.4 Vs) ypor la capacidad de la estación de bombeo de agua crudas (máximo 0.58 Vs), así como de la evaluación de las operaciones y procesos unitarios mediante la aplicación de los programa CAPDET yGPS-X(6). En conclusión el sistema de tratamiento requiere de rehabilitarse (hidráulica, mecánica yeléctrica) para cumplir con la calidad de agua tratada; en lo referente a la instalación de bombas, al tipo ycapacidad de los difusores de aire yvertedor de salida delsedimentador. Palabras claves:Aereación Extendida, tratabilidad, reutilización ó reuso del agua, programa de caracterización ABSTRACT The industrial development in Mexico Country has 1821 wostewoter industrial treatment plants in operation at 2005 year with a installed capacity total of 40.22 m3/s and 26.82 m3/s (l) as wastewatertreotment flow. There are differenttypes oftreatment: primary, secondary, tertiary and not specific.: (a) pH adjustment and organics and/or inorganic materials 8.53 m3/s, (b) colloidal and dissolve materials 17.56 m3/s, (c) dissolved materia Is with gases, organics substances (2), ions, bacteria! and virus 0.68 m3/s and not specify 0.06m3/s (l ). Therefore is interesting to know how todo PTAR diagnostic in the industrial to obtain a major levelof wostewater treatment plants operation under a methodology (d) adequate in base a purpose in accord the researches to request., previously established as interna! installation recognition and including as a practica! case is presenta collection, treatment and reuse sanitary wostewoter generated for an industrial located in Metropolitan Zone Monterrey, N.L ' Jefe del Departamento de Tecnología del Agua del Instituto de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Coordinador del Centro Internacional del Agua de la UANL y Profesor de l.ícenciatura y Postgrado de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. egodines@fic.uanl.lll)( C I ENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO ~ ~ Concerning, practice case, the type of wastewoter is sanitary waste, the flow ond capocity wastewater treatment, is oround 0.3 to 0.4 V sand the capacity pump station influent is 0.58 Vs as moxim flow. The wastewater system requires rehabilitation (hydraulic, mechanical and electrical) to comply with wastewater treatment standard, type and capacity air diffusion system and sorne changes intothe sedimentation unit (etfluent system). Keywords: Aereation Extended, tratability, water reuse and choracterization INTRODUCCIÓN Existe poca literatura respecto a la metodología más adecuada para llevar a cabo un diagnóstico en base a un reconocimiento interno en una instalación industrial con fines de establecer el diagnóstico sobre el manejo. tratamiento y reuso del agua. Esto se debe a la gran diversidad de procesos e instalaciones industriales existentes y por otro lado, Quizá, a Que en la práctica se ha utilizado más el criterio personal Que una metodología determinada. Lo mismo ocurre con los programas de caracterización. Sin embargo la experiencia ha mostrado muchas veces las consecuencias de una deficiente identificación de las fuentes de contaminación y una adecuada planeación de los recursos disponibles. A través de un reconocimiento interno o inspección de una instalación industrial se debe obtener la información Que sirva de base para la revisión del manejo. tratamiento y reuso del agua. En principio se debe establecer un programa de caracterización de las descargas de aguas residuales. Las finalidades de un programa de este tipo, pueden ser muy variadas dependiendo del estudio Que se vaya a realizar. A continuación se presentan algunas de las finalidades Que se persiguen a través de un estudio de las aguas residuales. Finalidades de los Estudios de Aguas Residuales a) Definir los reQuerimientos gubernamentales en los efluentes industriales b) Realizar los estudios de Gobierno: Federal. Estatales y Municipales para establecer: - Levantamiento de inventarios de descargas - Estudio en particular por la importancia de las descargas c) Proponer el reuso interno del agua en la industria. Obtención de agua de proceso cuando existen limitaciones en la región o para conservación del agua cuando ésta se obtiene a alto costo. d) Recuperar los productos existentes en las aguas residuales. cuando es técnica y económicamente factible. e) Reducir la contaminación: Establecer. por parte de la industria, el grado de contaminación para llevar a cabo trabajos internos para su control. f) Diseñar una planta de tratamiento estableciendo: - Parámetros base de diseño - Estudios de tratabilidad g) Realizar una evaluación de impacto ambiental Para llevar a cabo un adecuado diagnóstico. se recomienda realizar un reconocimiento interno Que conduzca a obtener la mayor cantidad de información respecto a todos los procesos Que utilizan agua y producen ■-- CIENCIA FIC N0.2 MAYO - AGOSTO 2007 �GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE A aguas residuales. a través de una inspección de la instalación industrial. Esta información, una vez procesada, debe ser la base del programa de caracterización, del balance de ílujo y materia de todos los procesos. Fuentes y Características de los Aguas Residuales en lo Industrio Fuentes (2) Las aguas residuales pueden ser originadas por: - Procesos - Limpieza de eQuipos y pisos - Sanitarios - A¡;uas pluviales (¡;rasas, aceites. desechos sólidos depositados en los patios). Características (2) Las características de las aguas residuales varían de una instalación a otra, por lo Que su descripción debe ser hecha de acuerdo a los procesos utilizados y a su operación. El gasto de descarga debe ser descrito de acuerdo a las variaciones diarias. semanales, mensuales y anuales. Dicha representación deberá ser lo más apegada a la realidad. En el caso de industrias. las variaciones en el ílujo de descarga y sus características de calidad. tienen variaciones significativas durante los turnos nocturnos. los fines de semana y a través del año de acuerdo a la demanda de los productos fabricados. Estas variaciones. deberán ser evaluadas a través de análisis estadístico con el fin de obtener valores representativos. Algunas características indeseables en las aguas residuales son: - Compuestos or¡;ánicos solubles - Sólidos suspendidos - Metales pesados y compuestos or¡;ánicos tóxicos - Colory turbiedad - Grasasy aceites - Materia flotante - pH - Olores desa¡;radab/es por compuestos or¡;ánicos - Sólidos disueltos Se puede encontrar gran variación en el ílujo y características de las aguas residuales entre industrias simi- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO lares (mismo ramo industrial). Esta diferencia se puede deber a: - Mantenimiento - Reutilización del agua - Procesos de producción - Operación de los procesos Por esta razón. un estudio de las aguas residuales puede ser reQuerido en cada caso particular. Programa de Caracterización (3) El programa consiste en un programa de aforos. muestreos y análisis de las aguas residuales con el fin de determinar sus características de ílujo y calidad. así como sus variaciones. establecido de acuerdo a una planeación de los recursos disponibles. de tal forma Que se lleve con el mínimo costo. tiempo y esfuerzo. Caso Práctico en la Zona Metropolijono de lo Ciudad de Monterrey, N. L. El sistema de tratamiento de aguas residuales. considerado en el caso práctico. corresponde a una planta de tratamiento de lodos activados en su variante ''Aereación Extendida"; y para llevar a cabo el diagnóstico. se establecieron los objetivos parciales siguientes: ( 1) Definir la capacidad de tratamiento en función del tipo de planta y (2) Establecer las condiciones actuales y fu turas de generación de caudal y de operación del sistema. El alcance del estudio corresponde es la elaboración de los anteproyectos de rehabilitación para cumplir con la normatividad vigente para el reuso del agua tratada en riego de áreas verdes. DESARROLLO EXPERIMENTAL Procedimiento Experimental (3) a) Obtener y elaborar un plano del alcantarillado, indicando los posibles sitios de muestreo. e/ lipo de aforo. una orden de magnitud del flujo y los posibles contaminantes en las aguas residuales. b) Elaborary llenar una encuesta con el fin de obtener la información existente: - Estudios realizados por la propia industria - Materias primas utilizadas y productos manufacturados - Tipo de operación de la planta - Turnos de trabajo y días de operación al año - Períodos de máxima, promedioy mínima operación - Usos del a.gua y consumos - Reutilización de las a.guas - Disposición final del agua residualy aguas pluviales - Planes de expansión - Planes para controlar la contaminación del a.gua ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE A c) Identificación de las fuentes de contaminación d) Análisis y estudio de la in(ormación obtenida a través del reconocimiento interno de la instalación industrial e) Autorización del estudio de caracterización de las asuas residuales por el Director o Gerente de la Industria Una vez determinadas las limitaciones y contando con la información generada a través del reconocimiento interno de la instalación industrial, es necesario establecer: - Período de monitoreo - Sitios de monitoreo y su importancia - Parámetros a analizary capacidad de análisis de laboratorio - Periodicidad de aforosy muestreos - Métodos de aforo - Tipo de muestras a analizar (individualesy/o compuestas) Metodología (3) El período y la frecuencia de muestreo deben establecerse de acuerdo a la disponibilidad económica y de tiempo así como a la naturaleza de las aguas residuales, la operación de los procesos y el número de descargas. La medición del flujo debe establecerse de acuerdo al sistema de drenaje de la instalación, tratando de Que las mediciones rutinarias se simplifiQUen al mínimo sin perder exactitud, aplicando los métodos: secciónvelocidad, volumen-tiempo, vertedores, tablas de operación de bombas, registros de consumo de agua. Los parámetros de calidad (3), varían de acuerdo a la finalidad del estudio, algunos de ellos son: -pH Sólidos suspendidos totales Sólidos sedimentables Metales pesados Materias tóxicas Grasasy aceites - Temperatura - Demanda BioQuímica de Oxít,eno (080J - Demanda Química de Oxi15eno (DQO) - Carbón Or15ánico Total (COT) El muestreo continuo puede proporcionar muestras individuales o compuestas de acuerdo a la capacidad de análisis del laboratorio. Se pueden formar muestras compuestas de 8, 12 ó 24 horas de muestreo con frecuencia de 1. 2. 3, 4. 5 ó 6 horas de acuerdo al flujo instantáneo en cada muestreo. En complemento a las actividades anteriormente descritas, la aplicación de ingeniería de sistemas para modelación y simulación en la revisión de las operaciones y procesos unitarios de tratamiento han tenido un gran auge: y por ello se aplican los programas asistidos por computadora; en el presente caso: CAPDET Work2 y GPS-X de la compañía Hydromanlis, lnc. (6) CIENCIA FIC NO.2 MAYO· AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO Para el caso práctico. la información recopilada y evaluada correspondió a: - Datos senera/es - Generación _y variación horaria de caudales - Calidad de las asuas residuales crudas - Calidad de las asuas tratadas - Planos: Conjunto, dimensionales, mecánicos_y eléctricos de la PTAR - Datos de capacidad de la PTAR - Manual de operación de la PTAR ó forma de operar la planta La información proporcionada por la propia industria como es: operación actual (3) turnos por día con un máximo de 280 personas en total. es decir 95 por turno y a corto plazo se incrementará en un máximo de 75 personas por día. eQuivalentes a tener 25 personas adicionales por turno. es decir 120 personas por turno en total. Conduciendo. ello a estimar la generación actual de 30 m3/día. más entre I Oy 15 m3/ día adicionales a mediano plazo. Respecto a la calidad de las aguas residuales, los resultados fisicoQuímicos carecen de la definición de los sitios de muestreo. denotan una baja concentración de parámetros típicos de agua residual sanitaria y una alta iníluencia de agua de origen industrial. altas concentraciones de plomo. bajas concentraciones de D80, SSTy SSe. En relación a la calidad de las aguas tratadas. cabe señalar Que la planta de tratamiento en estudio. no ha sido operada a la fecha y se carece de planos de fabricación o proveedor. Un escrito indica la forma de operación, siendo del tipo continuo por gravedad, recirculación de lodos y purga de los lodos una vez al mes por 5 minutos. El agua de abastecimiento corresponde a aguas salobres de alta conductividad eléctrica (3880 a 7133 micromhos/cm) y alta dureza total (2047 a 2220 mg/L) . Levantamiento de Instalaciones Ante la falta de información se procedió a levantar las instalaciones en relación con la PTAR: - Dimensiones interiores - Ubicación física de la PTAR en relación al predio de la industria - Tuberías de interconexión (trazo, diámetros, material) - Elevaciones del sistema de tuberías _y conexiones - Ubicación de caseta de operación _y control - Inventario hidráulico, mecánico_y eléctrico La información anterior, condujo a elaborar la Figura 1 (Levantamiento físico de la planta de tratamiento) anexa. Que muestra las dimensiones y elevaciones. correspondiente a la planta mostrada en la Figura 2 (Foto: Reactor Biológico-Sedimentador). ■ CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE A RESULTADOS Aforos Los aforos realizados en el cárcamo de bombeo variaron entre 0.18 y 1.18 L/s, cabe señalar Que su alimentación es ahogada, sin embargo se logró aforar cada 4 horas. Respecto a las aguas tratadas. eíluente de cloración. las mediciones de caudal a cada 4 horas variaron entre O.O I O a O. 1 L/s Por consiguiente los aforos resultantes no son representativos de la generación de caudal ni de la capacidad de la PTAR. por consiguiente se llevó a cabo un análisis en base a unidades-mueble de los servicios sanitarios y cocina de la industria. Resultando caudales medios. actual 0.30 L/s y a futuro 0.40 L/s, considerando el incremento a corto plazo y un máximo de 0.58 L/s. Calidad del Agua Se llevaron a cabo campañas de caracterización de las aguas crudas (muestras individuales de cada 4 horas y muestra compuesta de 24 horas) así como de las aguas tratadas (muestra compuesta de 24 horas). previamente arrancando la operación de la PTAR 'i\ereación Extendida"; sin embargo los resultados indican presencia de aguas residuales de origen industrial dadas las altas concentraciones de conductividad 2720 a 4040 micromhos/cm. valores de pH entre 7.7 y 8.3 y concentraciones de 080 23.3 mg/L. De acuerdo a lo anteriormente comentado sobre la calidad del agua. se propone establecer una calidad típica de aguas provenientes de servicios sanitarios y cocina. resultados incluidos en las Tablas I y 2 (7). Normatividad En relación a la normalividad a cumplir para disponer las aguas tratadas para reuso en el riego de las áreas verdes se señala en la NOM-003-ECOL- l 997 (8). los límites máximos permisibles de contaminantes Que se reusen en servicios al público; en su sección con contacto directo Que considera el riego de jardines. los límites máximos permisibles mensuales de contaminantes son: - Coliformes fecales: - Huevos de helminto: - Grasasy aceites -DBOS -SST 240 NMP/100 mi -6 < I huevo/litro IS mt,IL 20mt,IL 20mt,IL Para fines de revisar la PTAR (operaciones y procesos unitarios). se consideran: -DBOS -SST - NH3-N IS mt,IL IS mt,IL 0.5 mt,IL CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO Revisión de Operaciones y procesos Unitarios (3) La Tabla 1 (Calidad de aguas sanitarias). muestra la calidad ó caracterización Química de las aguas residuales crudas, del tipo. aguas sanitarias (8) consideradas en la revisión del sistema de tratamiento. dado Que las aguas crudas presentan iníluencia de aguas de origen industrial. La Tabla 2 (Propiedades físicas del agua). relaciona las características físicas del agua residual (8) y la Tabla 3 (Revisión de parámetros de diseño). incluye el cálculo (6), de la capacidad máxima de la PTAR ':A.ereación Extendida". Los cálculos indican el caudal de diseño (0.58 Us) deducido de haber llevado a cabo análisis de sensibilidad para caudales menores. iniciado con 0.3 Us (caudal actual) y a futuro. corto plazo (0.4 Us): es decir el gasto máximo de operación es 0.58 Us. la calidad del agua cruda (típica de aguas sanitarias. la calidad del eíluente (normatividad vigente). el cálculo de masa de contaminantes, las propiedades físicas del agua a tratar. la concentración de contaminantes en el tren secundario (aereación). incluyendo los coeficientes de temperatura y cinéticos, la cinética propia del crecimiento de la biomasa y la revisión del reactor biológico en función de la relación F/M. los Sólidos Suspendidos en el Licor Mezcladoy la carga volumétrica definiéndose los reQuerimientos de oxígeno. la purga de lodos, el volumen de aire reQuerido y cantidad de difusores. Continuando con la definición de la capacidad del soplador y la presión en la descarga y adicionalmente para continuar revisando los procesos de sedimentación y desinfección del eíluente. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Operaciones y Procesos Unitarios Reactor a) limpieza del reactor biológico con arenay terminado interiormente con alQuitrán de hulla de 12 milésimas de pulgada de espesory exteriormente con recubrimiento Amercoat verde / O milésimas de espesor. b) Desmontar difusores metálicos e instalar 30 unidades de material plástico Flex Air 9" tipo disco de burbuja fina. Sedimentador a) Instalar vertedor para un caudal de 0.58 Us Sistema de Interconexión (tuberías) a) Arreglo de trazos y conexiones en eQuipos de bombeo Instalación eléctrica a) Arreglos alumbrados interior (caseta) y exterior b) Distribución de fuerza, sistema de tierras y centro de control de motores • -- CIENCIA FIC N0.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE A CONCLUSIONES 1.- Las aguas residuales a tratar serán exclusivamente las provenientes de servicios sanitarios y cocina. 2.- Se reQuiere. previamente rehabilitar el sistema de alcantarillado para evitar conexiones cruzadas e interíerencia de aguas provenientes de los procesos industriales. 3 .- De acuerdo al estudio y anteproyecto realizado, se recomienda implementar la rehabilitación de la planta de tratamiento 't\ereación Extendida" incluyendo las acciones: procesos. hidráulicas. mecánicas y eléctricas Lo Que conduce a erogar un monto estimado de $275,000.00, incluyendo la adQuisición de eQuipo. materiales e instalación, a llevar a cabo previamente las acciones de limpieza. Debiendo considerar. adicionalmente los honorarios correspondientes al proyecto ejecutivo de rehabilitación y los montos por la administración y supervisión de las acciones a implementar. RECONOCIMIENTOS El caso práctico Que dio lugar al presente artículo correspondió en parte al análisis incluido en el estudio titulado "Diagnóstico Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Planta Reciclaje Enertec-México" realizado por el Departamento de Tecnología del Agua del Instituto de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Enero 2006, para la empresa Enertec México, S. de R. L. de C. V. BIBLIOGRAFÍA l. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Estadísticas del Aguo en México. SEMARNAT/CONAGUA, Edición 2006. Preliminory Treotmentfor Wostewoter Facilities, Water Environment Federotion, Manual of Proctice OM-2, 2006. Wostewoter Engineering Treotment, Metcalf &Eddy, Fourth Edition, Me Grow Hill 2003. Operotion of Extended Aerotion Package Plonts, Water Environment Federotion, Manual of Proctice OM-7, 2006. Standard Methods for the Exominotion of Water and Wostewater 21 st. Edition, AWWA, American Public Heolth Associotion ond Water Environment Federotion Hondbook,2005 Programas de simulación y modelación de operaciones y procesos unitarios de tratamiento de aguas residuales poro diseño yoperación de sistemas, CAPOET Work2 yGPS-X de la compañía Hydromontis, lnc., 2005 Estudio de Sistemas Económicos de Tratamiento de Aguas Residuales, SARH/OHTA, 1976. Diario Oficial de la Federación del 21 de Septiembre de 1988, Secretaría de Medio Ambiente, recursos Naturales yPesca, Norma Oficial Mexicano que establece los límites máximos permisibles de contaminantes poro los aguas residuales trotados que se rehúsen en servicio al público. CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO TANQUE SEPAAAOOR OELOOOSFLOTAOOS ., ,. 0= 2.03 ., " 5.76 REACTOR 810LOGICO (AEREACIÓN EXTENDIDA) h =3,037 m 1,23 § ,., TAN:IUE DELOOOS S.8.R. IRea®r B~IQ\jco CUARTO OEOPERACION YCONTROL SEOIIIENTAOOR fig. 1. levanto mientofísico de la Planto deTrato miento Fig. 2. PlantodeTratamiento (Reactor Biológico-Sedimentodor), de izq. a der. Reactor biológico 1, Trompo para lodo flotadoyTanque clarificador. Tablo 1. Calidadde aguas sonitaras (7) Resumen del diseño (Caudal 0.58 Us) Caracterización TKN NH3-N Ptot 252.00 g/m3 126.00 g/m3 540.00 g/m3 237.60 g/m3 144.00 g/m3 420.00 g/m3 360.00 g/m3 42.00 g/m3 30.00 g/m3 6.00 g/m3 Alcalinidad, Ca(03 bCOD/B00 pH 300.00 g/m3 1.60 7.20 pH Unit B00 s800 (00 sC00 rbCOO TSS vss •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO· AGOSTO 2007 ~ ~ �A GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE Tabla 2. Propiedades físicas del agua PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA Invierno Verano Temperatura de proceso Viscosidaddinómica Viscosidad cinemótico Módulo elástico Densidad 20.00 ºC 0.01 poise 0.01 stokes 22,171.16 kg/cm2 1.00 g/cm3 27.00 º( 0.01 poise 0.01 stokes 22,793.04 kg/cm2 1.00 g/cm3 Tabla 3. Revisiónde parámetros de diseño (6) RESUMEN DE DISEÑO (Gasto 0.58 1/s) Flujo promedio Carga de B00 Carga de TKN Nº de tanques Tiempo llenado Tiempo de reacción Tiempo total de reacción Tiempo de sedimentación Tiempo de decantación Tiempo de ocio Tiempo total del ciclo Tiempo de retenciónde sólidos Volumende coda tanque Volumende llenado porciclo Relación vol_llenado/vol_tanque Tirantededecantación Tirante total MLSS MLVSS F/M Carga volumétrico Flujo dedecantación Producción de lodo Yh_obs (Kg VSS/kg BOD) Yh_obs (Kg TSS/kg bCOD) Oxígenorequerido por tanque Tiempo total de reaccióndiaria Transferencia de oxígenopromedio 50.11 12.63 2.10 1.00 2.00 2.50 6.50 1.00 O.SO m3/d kg/d kg/d h h h h h h h d m3 6.00 8.60 41.76 12.53 m3/ciclo 0.30 0.31 m 1.02 m 3,000.00 g/mJ 2,207.02 g!m3 0.14 d-1 302.40 kg/1000m3/d 6.96 Vs 14.57 kg/d 0.85 kg VSS/kg B00 0.72 kg TSS/Kg bCOD 17.60 kg/d 26.00 lv'd 0.68 kg/h CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO APÉNDICE La teoría de la operación del reactor (3). se basa en las ecuaciones siguientes: Oxidación y síntesis: Bacterias COHNS + 0 2 + Nutrientes ➔ C0 2 + NH1 + C5H7 N02 + Otros productos finales Materia orgánica Nievas células de bacterias Respiración endógena: Baterias C5H7 N02 + 502 Células El modelo cinético al considerar la unidad de separación de sólidos, permite asumir en el análisis del proceso completamente mezclado con recirculación lo siguiente: 1.- La estabilización del desecho por los microorganismos ocurre únicamente en el reactor 2.- El volumen utilizado en el cálculo para el tiempo de residencia celular del sistema, incluye únicamente el volumen del reactor. El tiempo de retención hidráulico del sistema: es= Vt = Vr + Vs º 0s en donde: o Vt: Volumen del reactor más volumen del sedimentador Q: Caudal de entrada (iníluente) Vr: Volumen del reactor Vt: Volumen del sedimentador El tiempo de retención hidráulico del reactor 0 es definido como: 0 = Vr o donde Vr es el volumen del reactor Siendo 0c definido como la masa de microorganismos en el reactor dividido entre la masa de organismos removidos por el sistema cada día. está dado por la siguiente expresión: VrX QwX+QeXe 0c= - - - - - en donde: Qw: Es el caudal conteniendo las células biológicas a ser removidas del sistema (reactor) Qe: Es el caudal proveniente del sedimentador Xe: Concentración de micoorganismos en eíluente de la unidad de sedimentación •-- CIENCIA FIC N0.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �GODINES ARRE DON DO ENRIQ!JE A La concentración de masa de microorganismos X en el reactor puede ser obtenida en base a la ecuación siguiente: X= tkY(So - S) 0(1 - Kdtk) (So-S): So: S: Y: Kd: en donde: Concentración del sustrato utilizado (mg/L) Concentración del sustrato en el influente (mg/L) Concentración del sustrato en el efluente (mg/L) Tiempo de retención hidráulico (d) Coeficiente cinético Y = 0.65 lb de células/ lb D80 5 utilizadas 0.06 d· 1 La ecuación correspondiente para observar la pendiente en el sistema con recirculación. reQuiere sustituir 0 por 0c: Y obs= Y/ 1 + kd 0c El diseño del proceso o las relaciones de control corresponden a: U= Q/Vr (So-S) /X donde U: Tasa específica de utilización del sustrato F / M = So /0X, donde F/M es conocida como la relación comida-microorganismos Los términos U y F/M son relacionado en la eficiencia (E): U= (F/M) E /100 ó bien: E= (So-S) /So x 100 donde: E: Eficiencia en por ciento (%) So: Concentración del sustrato en el influente S: Concentración del sustrato en el efluente El caudal de retorno ó recirculación es calculado en base a la siguiente expresión: XO - XrQ'w Xr - X Qr= - - - - - X: Q: Qr: Xr: Q 'w: en donde: Sólidos suspendidos en el licor mezclado (mg/L) Caudal influente del secundario (Mgal/d) Caudal de lodos de retorno (Mgal/d) Sólidos suspendidos en los lodos activados (mg/L) Caudal de lodos residuales (Mgal/d) C I ENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �METODOLOGÍA SOBRE EL MANE JO. TRATAMIENTO Y REUSO DEL AGUA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES Y SU AP LICABILIDAD EN UN CASO PRÁCTICO Los coeficientes típicos (Ref.3). del proceso de lodos activados en aguas residuales (municipales): Valores Coeficiente Unidod k ks d·' m!V'L D805 m!V'LDQO mg SSV / mg d·' y kd Rango 2- 10 25 - 100 15 - 70 DBOS 0.4 - 0.8 0.025- 0.075 Típico 5 60 40 0.6 0.06 DQO: Demanda química de oxígeno; SSV: Sólidos suspendidos volátiles Los parámetros de diseño del proceso de lodos activados en su variante 'iA.ireación Extendida". corresponde a los siguientes valores: 0c (d) = F/ M (lb 0B05 / lb de SSV Licor mezclado d Carga volumétrica (lb 0B05 / pies3.d = SSV (Licor mezclado) mg/L = V/Q (h): Qr /Q: •-- CIENCIA FIC = NO.2 20-30 O.OS - 0.15 1O -25 3,000 - 6,000 18-36 0.5 - 1.5 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �GuERRA-C0B1ÁN. v. H .. BÁ. K. M .. D 1Az- DELGA00. e A MODELACIÓN HIDROLÓGICA DISTRIBUIDA: ANÁLISIS DEL EFECTO EN LA VARIACIÓN DEL TAMAÑO DEL CUADRO Q!)E DISCRETIZA UNA CUENCA GUERRA-COBIÁN, V. H .1, BÁ. K. M. 2, DíAZ- DELGADO. C 2• RESUMEN El presente trabajo muestra los resultados de la simulación hidrológica efectuada en la cuenca del río Santa Catarina en el estado de Nuevo león (México). Se analizó el efecto que tiene la variación del tamaño de cuadro que discretiza la cuenca, utilizando el modelo de parámetros distribuidos CEQUEAU-ONU. la información hidrometeorológica utilizada se obtuvo del Extractor Rápido de Información Climatológica (ERIC 11), así como del Banco Nacional de Datos de Aguas Superliciales (BANDAS). Se plantearon tres escenarios de discretización en los cuales el lado delcuadro se varió de 1,500 mpor lado hasta l0,000 mpor lado. Se obtuvieron valores del coeficiente de Nash de 0.7220 para un tamaño de cuadro de 1,500 mpor lado yde 0.8876 para 5,500 mde lado del cuadro que discretiza la cuenca. Estos resultados sugieren que los tamaños de cuadro menores no producen las simulaciones más satisfactorias. Palabrasclave: Modelo hidrológico, CEQUEAU, discretización espacial, calibración. ABSTRACT The present paper shows the results of the hydrological simulation in the Santa Catarina river watershed in Nuevo leon (Mexico). The discretization effect was analyzed through the variation of the grid cell in the watershed, using the distributed model CEQUEAU-ONU. The hydrometeorological information used was obtained from the Fast Extractorof Climatologic lnformation (ERIC 11), as well as the National Bank of Superlicial Water Data (BANDAS). Three scenarios of discretization were considered in which the grid cell was varied from 1,500 mup to l 0,000 m. The results obtained in the watershed according to the Nash coefficient values were 0.722 and 0.8876 for grid cells of 1,500 mand 5,500 mrespectively. These results suggest that the smaller grid cell do not produce the most satisfactory simulations. Keywords: Hydrological Model, CEQU EAU, spatial discretization, calibration INTRODUCCIÓN La evaluación y el manejo de los recursos hídricos en una cuenca están ligados directamente tanto a las actividades humanas como al uso del suelo. La aplicación de modelos hidrológicos es hoy en día una herramienta indispensable. ya Que pueden ser utilizados para analizar los aspectos de cantidad del agua dentro de una cuenca. como por ejemplo: los escurrimientos, las inundaciones. la operación de los almacenamientos y embalses; el desarrollo y protección del agua subterránea, los sistemas de abastecimiento y el uso del agua entre otros. Actualmente existe la tendencia a nivel mundial en utilizar modelos hidrológicos distribuidos. debido a Que toman en cuenta la variabilidad de las características físicas de la cuenca, mediante la discrelización de la misma (Ba et al. 2001 ). Al aplicar un modelo distribuido, una de las preguntas iniciales es con respecto al tamaño de cuadro QUe se debe utilizar en la discretización de la cuenca en estudio. Sin embargo. no existe una regla general Que indiQue el tamaño o número de cuadros Que deben discretizar una cuenca 1 2 Profesor Investigador de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo l eón. Profesor Investigador del Centro Interamericano de Recursos del Agua de la Universidad Autónoma del Estado de México. C IENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �MODELACIÓN HIDROLOG ICA DISTRIBUIDA: ANÁLISIS DEL EFECTO EN LA VARIAC ION DEL TAMAÑO DEL CUADRO Q\JE DISCRETIZA UNA CUENCA hidrológica (Molnar y Julien. 2000). Además, el rango de discretización espacial Que ha sido utilizado en los distintos modelos desarrollados alrededor del mundo es muy grande. debido a Que varía desde el tamaño de un "píxel" con resolución de 50 por 50 m (Su et al. 2003). hasta cuadros de 1O km por lado (Ayadi y Bargaoui, 1998). El presente estudio muestra los resultados obtenidos del análisis del efecto de la variación en el tamaño del cuadro Que discretiza una cuenca hidrológica. cuando se utiliza un modelo hidrológico distribuido. METODOLOGÍA Zona de estudio El análisis del efecto de discretización espacial se llevó a cabo en la cuenca del río Santa Catarina. el cual se origina en la Sierra Madre Oriental en los cañones de la Purísima. el Álamo y San Juan Bautista en el estado de Nuevo León. Corre por un cañón con dirección Noroeste. hasta las proximidades de Santa Catarina. de la cual toma el nombre. En este punto cambia bruscamente de dirección hacia el Sureste pasando por la Ciudad de Monterrey hasta su coníluencia con el río San Juan. La cuenca tiene una superficie de 1.805 km 2 hasta la estación hidrométrica 24327-Cadereyta 11 y el río principal tiene una longitud de 158 km con una pendiente media de 0.9 %. Aplicación del ModeloCEQU EAU La modelación hidrológica en la cuenca del río Santa Catarina se realizó en CEQUEAU. el cual es un modelo hidrológico de parámetros distribuidos (Morin y PaQuet. 1995). CEQUEAU reproduce el sistema hidrológico mediante la discretización de la cuenca en estudio utilizando un máximo de 1.000 cuadrados. Para efectuar la simulación utiliza dos funciones: La función de producción Que considera el movimiento vertical del agua (Figura 1) y la función de transferencia Que es la encargada de efectuar el movimiento del agua cuadro por cuadro. El volumen de agua finalmente disponible en cada elemento parcial se obtiene multiplicando la lámina de agua obtenida de la función de producción por la superficie del elemento parcial considerado. Este volumen se suma a los volúmenes entrantes al elemento o cuadro. procedentes de los elementos parciales vecinos (Figura 2) Para llevar a cabo el análisis de la discretización espacial. se varió el tamaño de cuadro Que discretiza la cuenca a partir de un tamaño de cuadro de 1,500 m por lado hasta 10.000 m por lado, incrementando el tamaño del cuadro en 500 m. La obtención de la información fisiográfica utilizada se llevó a cabo de forma automatizada empleando un módulo hidrogeomático desarrollado en el SIG ldrisi (Guerra-Cobián. 2007). La modelación consistió en la simulación de los caudales medidos en la estación hidrométrica 24237-Cadereyta 11 de 1966 a 1980. La Figura 3 muestra la ubicación de las estaciones meteorológicas utilizadas, así como la estación hidrométrica. El proceso de calibración del modelo se efectuó variando los parámetros del modelo Que gobiernan el proceso lluvia-escurrimiento, y se llevó a cabo en dos etapas: la primera se realizó manualmente mediante la técnica "de prueba y error",y la segunda consistió en la optimización automática de los parámetros utilizando la herramienta de optimización con Que cuenta el modelo CEQUEAU. Para cada cuenca en estudio se plan- • -- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 ~ ~ �GuERRA-CoBIÁN. v. H .. BÁ. K. M .. D 1Az- DELGA00. e A tearon tres escenarios de calibración. empleando un tamaño de cuadro distinto en cada uno. El conjunto de parámetros obtenidos en el escenario 1 (cuadro de S.000 m por lado). se utilizó como base de calibración del escenario 2 (cuadro de 7.500 m por lado), y éste conjunto de parámetros a su vez se utilizó para la calibración del escenario 3 (cuadro de 10.000 m por lado). Por último. con los parámetros de cada escenario se efectuaron las simulaciones de los distintos tamaños de cuadros en Que se discretizó la cuenca en estudio (de 1.sao m a 10,000 m por lado). La evaluación de los resultados de las simulaciones se realizó con base en el criterio numérico de Nash ( 1970). el cual está definido por la Ecuación 1. Éste criterio relaciona los caudales observados y calculados. y toma valores desde -oo hasta 1. siendo I una simulación perfecta (los caudales calculados coinciden con los observados). Ecuación 1 i= l Donde: NTD = QCi= QC= QOi= QQ= Coeficiente de Nash adimensional Caudales calculados en el día i, en m3/s Promedio de los caudales calculados en los n días Caudales observados en el día i, en m3/s Promedio de los caudales observados en los n días RESULTADOS Y DlSCUSIÓN Los resultados de las simulaciones efectuadas en la cuenca del río Santa Catarina con respecto al coeficiente de Nash se muestran en la Tabla 1. Los valores máximos del coeficiente Que se obtuvieron para cada uno de los escenarios de calibración son: 0.8876 para el tamaño de cuadro de S,500 m por lado para la calibración 1. 0.8841 para el tamaño de cuadro de 7,000 m por lado para la calibración 2, y 0.8788 para un tamaño de cuadro de 7.000 m por lado para la calibración 3. El valor máximo y mínimo de los tres escenarios es 0.8876 y 0.7220 respectivamente. con una variación de 0.1656. Considerando el promedio de los tres escenarios el valor máximo del coeficiente es 0.8805 y corresponde a un tamaño de cuadro de 8,000 m por lado. En la Figura 4 se muestra la tendencia de los resultados de la simulación. Se observa Que el coeficiente de Nash disminuye considerablemente conforme decrece el tamaño de cuadro Que discretiza la cuenca. Posteriormente. los valores presentan variaciones en el coeficiente de Nash constantes hasta un tamaño de cuadro de 8,000 m por lado, para luego variar considerablemente. Así mismo, se tiene QUe los tres escenarios de calibración presentan una tendencia similar. La Figura S muestra el hietograma de las lluvias interanuales. así como el hidrograma de los caudales medios interanuales Que se obtuvieron para el valor máximo del coeficiente de Nash, tomando en cuenta los tres escenarios de calibración (mejor simulación). Además. en la cuenca del río Santa Catarina se observa CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �MODELACIÓN HIDROLOG ICA DISTRIBUIDA: ANÁLISIS DEL EFECTO EN LA VARIAC ION DEL TAMAÑO DEL CUADRO Q\JE DISCRETIZA UNA CUENCA Que, la temporada de lluvias es escasa y abarca de junio a octubre, siendo el mes de septiembre el de máxima pluviosidad. El caudal medio interanual máximo para el periodo de simulación es de 7S m3/s y el mínimo es prácticamente cero para la temporada de estiaje, la cual se presenta en los meses de diciembre a mayo. También se observa Que el ílujo base es mínimo. por lo Que no representa una contribución significativa en el escurrimiento del río. Con respecto a la dispersión de los caudales observados y calculados por el modelo, la Figura 6 muestra Que, en general la simulación de los caudales fue adecuada. Así mismo, se observa QUe un alto porcentaje de los caudales ordinarios Que se presentan en la cuenca son menores de 20 m3/s. y Que los caudales mayores son debidos a lluvias extraordinarios asociadas con eventos ciclónicos. CONCLUSIONES Los resultados de las simulaciones efectuadas muestran Que los tamaños de cuadro más peQueños, contrariamente a lo Que se pensaba al inicio de la investigación, no producen los mejores resultados en el coeficiente de Nash. Esta situación sugiere. sin lugar a dudas Que. se debe continuar con la investigación del efecto de la discrelización espacial en otras cuencas, las cuales presenten características fisiográficas e hidrometeorológicas diferentes. Además, se recomienda analizar el efecto Que pudiera tener la variabilidad temporal de la cobertura del suelo en la cuenca estudiada, ya Que este no se consideró en el análisis. Finalmente, cabe mencionar Que, en la modelación de la cuenca del río Santa Catarina no se consideró la iníluencia de almacenamientos Que modifican el ílujo natural, debido a Que en el periodo de simulación. no existían obras hidráulicas; sin embargo los resultados obtenidos son ampliamente satisfactorios. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al FOSEMARNAT 2004-01-174 por el financiamiento otorgado para llevar a cabo el estudio. REFERENCIAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Ayadi, M., Bargaoui, Z., {1998). Modélisation des écoulements de I' oued Miliane par le modele CEOUeau, Journol des Sciences Hydrologiques, 43{5), pp. 741-758. 86, K. M., Díaz, C., Rodríguez, V., (2001 ). 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CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 A �MODELACIÓN HIDROLOG ICA DISTRIBUIDA: ANÁLISIS DEL EFECTO EN LA VARIAC ION DEL TAMAÑO DEL CUADRO Q\JE DISCRETIZA UNA CUENCA Cuenca: Río Catarina . • .,.' '- . ; ,,,.., Est. Hidro.: Cadereyta 11 1 ' 1 Ubicación: Nuevo León ~ Zona UTM: 14 SIMBOLOGÍA :Z100XI Parteaguas Ríos principales Es!. Hidrométrica • Es!. Meteorológica 30000 figura 3. Estaciones hidrometeorológicas utilizadas en la modelación de la cuenca del río Santo Catarina. 0.9 0.88 0.86 0.84 1z 0.82 ...J ..•. • .g ~ 0.8 .i? ¿l ~ • .,,".. 0.78 ..,,,, 0.76 .." ...... ..•" 4! 0.74 •• ♦ ••• •• Coeficiente de Nash Cali:iración 2 •• Coeficiente de Nash Cali:iración 3 ... 0.72 0.7 • • w •• Coeficiente de Nash Cali:iración 1 +-------~---~------~---~------~---~--~ 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Lado del cuadro que discretiza la cuenca en m. figura 4. Variación del coeficiente de Nash debido o la discretización espacial en la cuenca del río Santa Calorina. •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 11000 ~ ~ �GuERRA-CoBIÁN. LamlrlO do tg,11 (IMII 215 v. H .. BÁ. K. M .. D 1Az- DELGA00. A e l.htY• .125 20 175 15 12, 10 7$ 5 25 o - - c._,....,., 11) 72 e.. 60 411 «) » 24 ie 8 g - r;:~-;--:~-::;--::=-,.---~'le<'?-','::~ Eoo IMS I Oc INO Figura 5. Hidrogramo y hietograma de la cuenco del río Santo Cotarino. PenodO Eno feo& 1 Ole 19e0 <-• lrunn,aloa} CeuCIIIH Qlallaelaa (m'II) eo n 32 24 ., , 18 o o e 1s 32 48 58 CauCIIJe,e obeeN.adoe(m','I) 72 Figura 6. Diagramo de dispersiónde los caudales del río SantoCotarino. CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 110 �MODELACIÓN HIDROLOG ICA DISTRIBUIDA: ANÁLISIS DEL EFECTO EN LA VARIAC ION DEL TAMAÑO DEL CUADRO Q\JE DISCRETIZA UNA CUENCA Tablo 1. Resultados de lo discretizoción espacial en locuenca del río Santo Cotorino. Lado del cuadro que discretiza la cuenca en m. Número de cuadros que discretizan la cuenca. Calibración l Calibración 2 Calibración 3 Promedio 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000 903 526 353 253 190 152 11 9 102 86 72 65 57 53 45 41 40 36 32 0.7220 0.8171 0.8428 0.8596 0.8662 0.8683 0.8713 0.8865 0.8876 0.8653 0.8836 0.8734 0.8527 0.8842 0.7971 0.8642 0.8689 0.8192 0.7306 0.8190 0.8458 0.8639 0.8732 0.8697 0.8732 0.8809 0.8806 0.8651 0.8779 0.8841 0.8619 0.8836 0.8302 0.8695 0.8658 0.7341 0.8166 0.8425 0.8582 0.8684 0.8614 0.8656 0.8673 0.8657 0.8557 0.8617 0.8788 0.8595 0.8738 0.8402 0.8629 0.8542 0.8513 0.7289 0.8176 0.8437 0.8606 0.8693 0.8665 0.8700 0.8782 0.8780 0.8620 0.8744 0.8788 0.8580 0.8805 0.8225 0.8655 0.8630 •-- Coeficiente de Nash, adimensional. CIENCIA FIC 0.8447 NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 0.8384 ~ ~ �DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA A CAPACIDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCÉNTRICAMENTE UTILIZANDO AISC- LRFD , ASD Y TEORÍA ELÁSTICA DR. GUILLERMO VILLARREAL GARZA'. DR. RICARDO GON ZÁLEZ ALCORTA1 RESUMEN En este trabajo se analiza la capacidad de carga de ángulos cargados excéntricamente utilizando los criterios AISC-LRFD, AISC-ASD yteoría elástica de Timoshenko. Existen casos en armaduras fabricadas con ángulos de lados iguales ydesiguales en los que la transmisión de la carga, por medio de placas soldadas en los extremos, recae en un solo lado del ángulo y hace que este quede sometido a carga axial y momento flexionante alrededor de dos ejes. Al tomarse en cuenta estos momentos flexionantes, la capacidad de carga axial del ángulo se reduce en forma importante y por lo mismo no deben ignorarse estos momentos. El procedimiento de revisión consiste en aplicar la ecuación de interacción separadamente en la esquina y en los puntos de los lados de ángulo. Este artículo presenta ejemplos ilustrativos para aplicar los dos criterios de diseño del AISC yla teoría elástica de Timoshenko, haciendo una comparación de los resultados obtenidos. Se presentan recomendaciones y conclusiones de los casos en los que no debe ignorarse elefecto de los momentos flexionantes producidos por excentricidad de la carga axial. Palabras clave: Excentricidad, ángulos, teorías de análisis ABSTRACT In this paper the load capacity of single-angle members excentricaly loaded using AISC-LRFD, AISC-ASD specifications and the elastic theory of Timoshenko are analyzed. There are cases in trusses fabricated with angles in which the transmition of the load is made with welded plates through onlyone leg which it makes the angle to be submitted to axial load and bending moments about two axes. Taking in account those bending moments the axial load capacity of the angle is reduced in important way. The procedure of revision it consists in applying the interaction equations in the comer and tips of the legs. This paper presents design examples using AISC specifications and elastic theory, comparing the results. Recommendations and conclusions will be written for the cases in which bending moments due toeccentric load cannot be ignored. Keywords: Eccentricity, angles, theory of analysis I NTRODUCCIÓN Existe la práctica de utilizar en el diseño y fabricación de armaduras de cuerdas paralelas. dos ángulos en cada cuerda y dos ángulos en las diagonales. con un ángulo como miembro vertical colocados en medio de las dos cuerdas como separador con los extremos aplastados (Ver figura 1). 1 Profesores de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Autónoma de Nuevo León. gvirrarreal@fic.uanl.mx rí_gzz_alcorta@holmail.com C JENC IA FJC No.2 MAYO - AGOSTO 2007 �CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA VER 2 60 A 1274 = 5096 779 ◄IA OEí.3 PI o N o ~ A1 ~ ~ llp. \lffi OEí. 1 • 5 76 76 A1 o N o ◄IA 5 llPO o o (O N <( ~ I.Dcaliz.ación del prirrer conector 'V <( ~ (") <( A2 76 25 A2 76 ,. 76 76 SECCIONA-A SECCION B-B Figuro 1. TEORiA ELÁSTICA DEL PANDEO TORSIONAL CON COMPRESIÓN Y FLEXIÓN EN DOS EJES. Este tipo de armaduras tiene ventaja sobre otros sistemas de armaduras en cuanto a la facilidad del proceso de fabricación y rapidez en el montaje. por lo cual son muy atractivas para los talleres de fabricación Que producen en serie armaduras de acero para cubrir diferentes claros según lo reQuiera el proyecto. Sin embargo. debe ponerse mucha atención en la forma en la QUe se transmiten las fuerzas de un nudo a los miembros Que se conectan a él, así como la transmisión de las fuerzas de los miembros a los nudos. inclusive entre los miembros Que deben estar conectados a través de separadores o conectores. y Que en ocasiones se omiten. Tomando el caso de las diagonales mostradas en la figura I y considerando Que no existieran los conectores o separadores. el comportamiento de estas diagonales no será de conjunto sino más bien cada ángulo trabajará separadamente y así debería calcularse la capacidad de las diagonales dando como resultado una capacidad mucho menor. Ahora bien. si los conectores existen pero su espaciamiento no es el adecuado los dos ángulos de las diagonales se comportan como parcialmente conectados y la capacidad así debería calcularse. Otro factor Que influye en el comportamiento de la transmisión de las fuerzas es la localización y aplicación de la soldadura ya Que influye en las excentricidades entre la fuerza de compresión por transmitirse y el centroide de la sección transversal. como se muestra en la figura 2. La efectividad de una conexión también depende de la ductilidad del material. del espaciamiento entre conectores ó separadores, de la concentración de esfuerzos en los agujeros, del procedimiento de fabricación y del fenómeno de retraso de carga o corte. •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �A DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA Más adelante se presenta el cálculo de la carga crítica por teoría elástica de pandeo y para fines de comparación se determinará la carga última sin ningún factor de seguridad con las especificaciones AISC. LRFD y ASO, para los casos en Que los dos ángulos de las diagonales trabajan separadamente. y en forma conjunta. / 15 A4 í .r¡ /. / ,/ P. r . _/ \"'.....,,- ~, - 5 ,/ ·. nro C.G de la soldadura DETALLE 1 , ,,.,__ Locaizac de Primer conector DETALLE 2 Figuro 2. TEORÍA ELÁSTICA DEL PANDEO TORSIONAL CON COMPRESIÓN Y FLEXIÓN EN DOS EJES. A continuación se hará una descripción de la teoría elástica tomada del libro THEORY OF ELASTIC STABILITY (TJMOSHENKO ANO GERE 1961) y se analiza el caso de una columna de sección abierta sujeta a una carga de compresión excéntrica de tal manera Que se presenta compresión axial más dos momentos flexionan tes (M 1 y M) en los extremos (ver figura 3). p 1 l 1 z p A,1 Figuro 3. Los momentos flexionantes M 1 y M2 son tomados positivos en las direcciones mostradas en la figura, es decir en las direcciones en las cuales causan momentos positivos (ver figura 3). Ignorando los efectos de la carga axial en los esfuerzos flexionantes. los esfuerzos normales en cualQuier punto de la sección de la columna se puede expresar como: CJENC IA FJC No.2 MAYO · AGOSTO 2007 �A CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA <J = + -P- + -M1Y -+ A lx M2x l ly En los cuales x, y son los ejes centroidales principales de la sección. Para investigar la estabilidad de esta configuración de eQuilibrio se suponen deílexiones adicionales u y v del centro de cortante y rotación ~ con respecto al eje normal a la sección Que pasa por el centro de cortante. Designando x0 , Yo las coordenadas del centro de cortante. las componentes de deílexión para cualQuier fibra longitudinal definida por las coordenadas x. y son: Las tres ecuaciones de flexión y torsión de la columna Quedan descritas por: Ely d 4 u 2 + (Py 0 - 111 i) 4 +P d u 2 dz Efx d V d:, 4 +P d2 v d :2 + (Px0 - 1l1z) cf <p = o dz 4 C'1 d 4 'P 2 =O 2 dz c.l ;¡ ............ ,................................... . 2 1 7 131 = l~(J y3 dA+ J x2y dA - 2YO A P2 = 3 z IP + (Py o-1VliJ et u _ (Px0 -lvfz) cf , , =O • el z1 el ".) d t' -(C'-1V.f1/l1- lvfz/Jz - P lo) d el z4 cf r/J 4 5 A ;JJ A,' dA + ( ,y' dA) - 2xo ·· ·· . . . . 6 Designando las coordenadas del punto de aplicación de P por e,. e . los momentos se pueden expresar como: Y M,=Pe X Y en el caso de extremos articulados se puede llegar a obtener las ecuaciones siguientes: [( El y ;,' - P)A, - P( Yo - ey) A,] = O ·· ·· ········.. ···················.. ,, ......... ······ · 7 [( El x ;,' - P)A, - P(X. - ex) A,] O ···· ····················· ····················· ······ · 8 = 9 • -- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �A DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA Para Que el sistema de ecuaciones anterior tenga solución se reQuiere Que el determinante de los coeficientes de A 1• ~y AJ' sea igual a cero. Igualando el determinante a cero se obtiene Pcr. Puede verse de las ecuaciones Que en general el pandeo de la columna ocurre por ílexión combinada con torsión. Desarrollando el determinante y considerando QUe para un ángulo de lados iguales C1= Oy obtiene la siguiente ecuación: 3 ( 7r El y·--¡¡ P J(El_\;./,2 - p J[ 7r O. se y·r - PJ 2 2 - p2 = Pfo] -(x A C-Pe,,/3, - (•vO - eJ ,)2 P 2 ( 0 - 2 2 ( El ex)P 2 El X. · !!_ l2 - P J= 7r 10 O ····················· · Esta es una ecuación cúbica en Py el sustituir valores de acuerdo a la sección transversal del ángulo. se obtiene de la carga crítica P,, PANDEO TORSIONAL CON COMPRESIÓN Y FLEXIÓN ALREDEDOR DE DOS EJES CON ESPECIFICACIONES AISC LRFD A continuación se transcriben de las especificaciones AISC LRFD 1999 diseño por resistencia de miembros de sección transversal en forma de ángulo sujetos a compresión. La resistencia de diseño es <l>cPn ~e Con = 0.90 y Pn =Ag *Fcr Q Para columnas cortas (4.1 )* * El número de Ecuación corresponde al de las especificaciones AISC Para columnas largas Fer= En la cual: 2~-- kl. r1í Y para: 0.446 [~A:;~ lFy (4.2) Cuando {F;: b < 0.446-g ✓ Ti t Fr - Q = 1.0 .. ... ··· ..... · .. ···........ ··· ... (4.30) J;, s; -b < o.910 t Fy CIENC IA FJC No.2 MAYO· AGOSTO 2007 �CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA A Y por último cuando: (~)> 0.910 Pi Q 0.534E - ................. ... .................. (4.3c) b).z (y Fy - Las expresiones para el diseño de miembros con sección transversal en forma de ángulo sencillo sujetas a ílexión tomada del AISC-LRFD 1999 son: RESISTENCLA DE DISEÑO A FLEXIÓN La resistencia de diseño a ílexión deberá ser el valor mínimo por los siguientes casos. Para el estado limite de pandeo local cuando la punta del lado del ángulo esta a compresión. (S.. lo) Mn Si Fy S 1.5- 0.9,j 0.54 ]!;JL (5-1b) F>' Y cuando ( ~) > 0.91 ni M n = 1.34Q F Se y ······....................................................... (5-lo) Siendo • • • b = Ancho total del lado del ángulo con la punta en compresión . Q= Factor de reducción de pandeo local. Se= Módulo de sección de la punta del ángulo relativo al eje de flexión . Para el estado límite de cedencia cuando la punta del ángulo esta en tensión M n = 1.SO M y ............................... ..................................... .............. · (5-2) Para el estado límite de pandeo lateral torsional Cuando M s M; M Y Para M b > M; M ob o y y n n = [0.92 - (0. 17M )/M J.M · ..... .......... .............. ..... ........ ob = [1.92 -1.17 y ob {M_JM )].M < 1.SM ........................ · uu y y y (5-30) (5-3b) Siendo Mob el momento de pandeo lateral torsional conforme a la ecuación (5-5) FLEXIÓN ALREDEDOR DE EJES PRJNCIPALES Para ángulos sin restricción lateral a la torsión serán diseñadas considerando los ejes principales centroidales. • -- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �A DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA Án¡;ulos de lados i¡;ua/es a) Flexión alrededor del eje mayor: La resistencia nominal a la flexión Mn alrededor del eje mayor principal será determinado de acuerdo a las secciones anteriores con ecuaciones (S- 1a). (S- 1b), (S-1 c). (S-3a) y (S-3b) la Que sea aplicable. Donde M00 = cb (0.46Eb2 t2) / 1 (5-5) •······················· ···· ••···· ·····•· b) Flexion alrededor del eje menor La resistencia de diseño a la flexión alrededor del eje menor principal será obtenida por las ecuaciones (S-1 a). (S-1 b). (S-1 c) cuando la punta del lado del ángulo esta en compresión y por (5-2) cuando la punta del lado del ángulo esta en tensión. FUERZAS COMBINADAS ( FLEXO-COMPRESIÓN) MIEMBROS EN FLEXIÓN YCOMPRESIÓN Cuando: p _ u> 0.20 {6-1 a) $Pn (6-1 b) Y para: DISEÑO DE COLUMNAS DE ÁNGULO SENCILLO SUJETAS A COMPRES IÓ N Y FLEXIÓN EN DOS EJES DE ACUERDO A LAS ESPECIFICACIONES AISC-ASD-1989. COMPRESIÓN Para una mejor explicación de este trabajo se transcriben las ecuaciones de las especificaciones AISC-ASD-1989. Para rango inelástico con: kl < C' e r Fa = (4-1 ) Para el rango elástico con: -kl -< C'e r Donde: (4-2) Fa = CI ENC IA FJC No.2 MAYO - AGOSTO 2007 �CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA A El íactor de reducción Q se determina de la forma siguiente: Para: Para: 76 ~ 76 s b/t b/t = 1.0 ........ .................. .......... ........... . · (4-2) Q = 1.34 - 0.00447 (b/t) ({F:¡) .............. {4-3a) ~ < b/t < Y para: Q s 155 ~ 155 Q p-; = 15,000 ( {F:,, (b/t) 2 ) {4-3b) Donde Fe es la resistencia al pandeo elástico para el modo de ílexo-torsión. FLEXIÓN ESFUERZOS PERMISIBLES AFLEXIÓN Los esfuerzos a ílexión están limitados al valor permisible de Fb determinado con los criterios y expresiones siguientes: Para evitar el pandeo local cuando el extremo del lado del ángulo esta en compresión. Con: b/t s (65 Para: (65 / Y cuando: b/t > (76 / jFy ): jFy ) < Fb = 0.66 FY ............................. .... .................................. b/t s (76 / jFy ): Fb jFy ): Fb = 0.60 F 1 ... .... .... . .. ... ........ . ..... .... = 0.60 Q FY (5-la) {5-lb) {5-1 e) Donde Q es el factor de reducción de esfuerzos determinados por las ecuaciones anteriores descritas en compresión. Cuando el extremo del lado del ángulo esta en tensión. Fb = 0.66 Fy Para evitar el pandeo lateral torsional los máximos esfuerzos de compresión no deberán exceder: Donde: Cuando: Fob $ Fy: Fb = [0.55-0.1 O F,JF) Fob .. ........ ................ .................. ..... .. {5-3a) Cuando: F0 b > FY; Fb = [0.95-0.50 (F,JF) {5-3b) • • • nl FY $ 1 0.66FY .............. ................ Fb = esfuerzo permisible a ílexión en el extremo del ángulo . F00 = esfuerzo lateral torsional elástico obtenido de la ecuación (5-5) . Fy = esfuerzo de íluencia . FLEXIÓN ALREDEDOR DE EJES PRINCIPALES Para ángulos sin restricciones al movimiento lateral torsional deberán ser diseñadas considerando ejes principales. Án¡;ulos de lados i¡;ua/es FLEXIÓN ALREDEDOR DEL EJE MAYOR El esfuerzo principal de compresión debido a ílexión f"wserá limitado por Fb determinado por las ecuacio- ■-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA A nes (5- 3a) y (5 -3b) la Que sea aplicable, donde: F00 = cb (28250/(1/t)) Con b/t de las ecuaciones (5-1 a) a (5-1 c) y cb = + 1.o5 1.75 (M/ M) + o.3 (M/M) 2 < 1.50 FLEXIÓN ALREDEDOR DEL EJE MENOR Los esfuerzos principales de ílexión fb, están limitados por Fb expresadas en (5-1 a). (5- 1b) y (5-1 c) lo Que sea aplicable cuando los extremos de los lados están en compresión y por (5 -2) cuando los extremos de los lados están en tensión. ESFUERZOS COMBINADOS ' ' COMPRESION AXIAL YFLEXION Las columnas de ángulo sencillo sujetas a compresión axial y ílexión deberán satisfacer los reQuisitos del AISC-ASD sección H 1. Las ecuaciones de interacción de estabilidad y resistencia de las especificaciones del AISC-ASD capítulo H han sido adoptadas con modificaciones para tomar en cuenta para varias condiciones de ílexión Que se pueden presentar. la ílexión generalmente acompaña a la carga axial de un ángulo sencillo ya Que la carga axial y la conexión a lo largo áe los lados del ángulo son excéntricos respecto del centroide de la sección transversal. EJEMPLO CON LRFD , , ' REVISION DE UNA DIAGONAL ACOMPRESION CON FLEXION ALREDEDOR DE DOS EJES. Se utilizan las especificaciones AISC-LRDF-1999 para determinar la capacidad de carga. sin incluir factores de carga ni los factores de resistencia con la finalidad de hacer comparaciones con teoría elástica. ~ ' fV' "" " / 7.62 "" 2.13 5 .49/ B 2.13 3.1 7 1 2.32 1J 7 7.62 _J Angulo de 3"x 3" x 1/t I= 152 cm. e, = 3.76 cm. ev= 0.74 cm. r2 = 1.49 Acero A-50 / "~ l. COMPRESIÓN Determinación de la capacidad nominal P". con referencia al punto A de la figura anterior. • Relación de esbeltez k·l ,.z CJENCIA FJC 152 - - = 102 1.49 No.2 MAYO - AGOSTO 2007 �CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA • 3 Pandeo local Q = 0.96 ................... · - 1 = 12 A (4-3b) - 4 • Parámetro de esbeltez 3520 102 Ac-Q = 0.96· ;) ( ( 2.034·10 (1.Z97) F'J = 0.96 (0.658) Capacidad a carga axial centroidal 6 = 1.297 2 ·(3520) = 1722 kg/c1n 1 • ) 2 (4-1) P0 = 1722* 9.29= 15,997 kg 2. FLEXIÓN ALREDEDOR DEL EJE Z-Z (EJE MENOR) PARA EL EXTREMO DEL ÁNGULO QUE ESTA ENCOMPRESIÓN. • Estado limite de pandeo local. ( 2.034 · 10 6) --35_2_0 _ b - = 0.54 t M02 = l .5*3520*(20.39/2.375) = 45.330kg-cm = 12 .98 > 12.0 ................. .............. .................. . (5--la) Mz = P. c:y=0.74P 3. FLEXIÓN ALREDEDOR DEL EJE W(EJE MAYOR) MOMENTO LATERAL-TORSIONAL Como se está considerando Que no existen placas separadoras (conectores). el momento es aproximadamente constante por lo Que Cb= 1.O Mob Como: 6 2 [ (1 .0) (0.46) (2.034xl0 )(7.62 ) (ü.63 152 2 )] = l41858.8 kg-cm (5--5) My= Fy*(lw / Cw) = 3520* (78.66/ 5.38) = S 1.465 kg-cm Mob > My por lo tanto_calcular Mnw ........... ............... ......... ..... .. ... . __ 51465 -) ] ·(5 1465) = 62544.5 kg-cm 141858 Mnw = [ 1.92 - 1.17( 4. AMPLIFICACIÓN DE MOMENTOS Jl1: [1-c;u l Cm de acuerdo a (C 1-2) del LRFD ......... . Pe1 Para ílexión alrededor del eje z-z Pe1 Suponiendo Pu =6500 Kg. ■-- (5--3b) CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 (6-2) �A DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA Para ílexión alrededor del eje w-w 6 P,1 - [ i -2.034-10 (78.66)] .( 2) 152 = 68346 kg /Ji = [l 5. REVISIÓN DE INTERACCIÓN CON EFECTOS ÚLTIMOS SIN FACTORES DE RESISTENCIA <I> , _ tOO) )] 6500 68346 = 1.105 e IGNORANDO (8/9) P ) + [(0.74- P ) · ( l.579)] + [(3.76 -P) · ( l.105)]] = [( 15997 (45330) (62544) 1 .......... (6-la) (6.25 1XI o-s + 2.578X I o-s + 6.643X 10·5) P = 1.0 De donde la P de colapso sería: P= 6478 k~. 6.- REVISIÓN DEL PUNTO EXTREMO EN EL OTROLADO DEL ÁNGULO. (PUNTOB) En este punto tendremos compresión por la carga trasladada al centroide más compresión debido al momento alrededor del eje z-z menos tensión debido al momento alrededor del eje w-w. l. Compresión En la primera parte del ejemplo se obtuvo el primer termino de la ecuación de interacción como (P/I5997). 2. Flexión alrededor deleje z-z (eje menor) Mn = 1.5 My = l .5(3520)(20.39/2.375) = 45. 330 kg-cm Por lo Que el segundo termino de la ecuación de interacción Queda igual [(0.74P) (1.579)] / (45330) 3. Flexión alrededor del eje w-w. El valor del momento nominal resulta con el mismo valor Que para el caso de compresión debida a ílexión , M , = 62544 kg-cm; en este caso no hay amplificación de momento y p = 1.0, por lo Que el tercer término de la ecuación Queda (3.76P)/ (62544). 7.- REVISIÓN DE INTERACCIÓN CON EFECTOS ÚLTIMOS SIN FACTORES DE RESISTENCIA <I> EIGNORANDO (8/9) P ) + [(0.74- P ) · ( l.579)] _ [(3.76- P ) · ( l.00 )] ] [( 15997 ( 45330) l (62544) (6.25 X 10·5 + 2.578 X 10·5 - 6.01 18 X 10·5) = 1.0 P = 35. 498 kg. > 6478 kg. Rige el punto extremo del lado del ángulo QUe esta a compresión y en general es el punto Que rige el cálculo para obtener la carga P de falla. CJENCIA FJC No.2 MAYO - AGOSTO 2007 �CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA A EJEMPLO ANTERIOR CON AISC-ASD REVISIÓN DE UNA DIAGONAL A COMPRESIÓN CON FLEXIÓN ALREDEDOR DE DOS EJES. Se utilizaran las especificaciones AISC-ASD-1989 para determinar la capacidad de carga, sin incluir los factores de reducción en los esfuerzos permisibles y en el punto más crítico de la sección esto con la finalidad de hacer comparaciones con LRFD y teoría elástica. ~ ' f1t " " '-._ / 7,62 "s Pl.MOCE 2,13 " e, = 3.76 cm. eY= 0.74 cm. 11 = 1.49 5 .49/ 1 APUCACION DE ~_:,¡,: IACAR;o. Angulode 3"x 3" x 1/t 1= 152 cm. / 2,13 B 45• 3,\7 1 2,32 RJNTD 7 7.62 _J "~ POR RBIISAR 0 ,63 Acero A-50 l. COMPRESIÓN Determinación de la capacidad a la falla P ¡,.¡ • Relación de esbeltez • Pandeo local ( !) 152 ,.z 3 1 1.49 102 Q = 0.96 = 12 (4-3b) 4 76 b 76 -/50 t {Fy - - = 10.75; - > - - ·-JSO Q = 1 .340 - 0 .0044 7 ( 12) = 0.96 • Esbeltez con respecto al eje débil, utilizando la ecuación (4-1) sin factor de seguridad. kl _ (1.0)·(152) Tz (1.49) = 102 ; Fc1 -[1- ( IO'.?)i, )c.1,:?0)• 19~0 k_2/c111 2 [ ('.?)( 10-,r] Pcr = 1920.64*9 .29 = 17837 kg. Suponiendo Que f/F. > 0.1 5. utilizaremos la ecuación (H 1- 1) para determinar la capacidad de carga P. (fa) Fe, (Cmz· Íbz) + [, - ( (Cmy-fbw) ::)}Fb: [, -(/:J}Fbw ■-- CIENCIA FIC NO.2 (H1-1 ) <i.o MAYO - AGOSTO 2007 �A DR. GUI LLERMO VI LLARREAL GARZA. DR. RICARDO GONZALEZ A LCORTA Esta ecuación se utilizara con esfuerzos totales F.: Fb, y Fbw en lugar de los permisibles. Como los momentos son uniformes en todo el tramo de la diagonal. cmx = cmy =0.60-0.40 (- 1.0)= 2. 1.0 FLEXIÓN ALREDEDOR DE LOS EJES CENTROIDALES PRINCIPALES a) flexión alrededor del eje z (eje de menor inercia) 0.74P- (2.375) 20.39 Revisión del punto A en compresión debida a ílexión. 2 12n -!2.034 -10 6 ) F ,ez = - - - - - - = 1006 23-(1 52 )2 1.49 ko 0.0862P ~ 2 Clll 2 Clll Quitando el factor de seguridad F '"' = 1006x (23/ 12) = 1928 kg. /cm 2 Como b/t > 76 (5-1 e) Fbz= 0.6*(Q*Fy) jFy Quitando el factor de seguridad Fb, = 0.96x 3520= 3379 kg. /cm 2 Fbz= Q*Fy b) flexión alrededor del eje w ( eje de mayor inercia) esfuerzo lateral torsional de pandeo elástico F., ª c,[(;r] •i(ffi)](:~n• mo ~ 8146 > Por lo Que Fb.. se debe calcular con: (5-3b) Fbw ... .. ..... .......... .. (~5) = [ 0.95 - 0.50·J ( ; 1º7 )]F y = 0.623Fy Fy = 3322 kg. /cm 2 Fblv = (0.623/0.66) Desfactorizado k• cm 2 fb w = [[(3.76P)(2.375)] ~ - - - - ~ ] =0.1135P (78.66) Sustituyendo valores en H 1-1 se tiene Que (0.1076P) [(0.0862P) ] l l [ (0.1135P) ] - - - + ,----,--------,,......,....-- + ,-----------,--1921 1- (0.1076P - - - ) J · ( 3379) 1006 1.0 (0.1076P) 1- - - J · (3322) 7358 Con P= 6100 kg. La ecuación de interacción resulta en: (0.342+0.448+0.229)= 1.019 = 1.0 PorloQUelaPdefallaesP= 6 100kg. Este resultado es muy cercano al valor de P= 64 78 kg obtenido con AISC-LRFD, existe una diferencia solo de 6%. CJENC IA FJC No.2 MAYO · AGOSTO 2007 �CAPAC IDAD DE CARGA DE ÁNGULOS CARGADOS EXCENTRICAMENTE UTI LI ZANDO A I SC-LRFD. ASD y T[ORIA ELÁSTICA A EJEMPLO CON TEORÍA ELÁSTICA Para calcular la carga crítica con la teoría elástica utilizaremos la ecuación { 1O) de la hoja 4. Los valores Que intervienen en esta ecuación cúbica para el ángulo de 3··x 3 ·· x ¼", cambiando z por x. y w por y. son: E= 2.034 x 106 kg/cm 2 ; ~,=-10.36 cm; ~2=0; Cl=O; C =GJ con G= (E/(2(1 +µ)); µ = 0.30; J= (2bt 3)/(3) = (2 x 7.62 x (0.63) 3) / 3 = 1.27cm4; lo= I, + Iw+ Ax WO2= 166.63 cm4; ez- 3.76 cm; ew= O 74 cm; 1= 152 cm; Iz =20.39 cm4 '· w I =78.66cm4 >· WO= 2.697cm·' ZO= O Al resolver la ecuación cúbica con los valores anteriores. se obtiene Que Pe, el obtenido con las especificaciones AJSC-LRFD y ASD. = 12480 kg. Valor mayor Que COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS Se calculó la capacidad de carga excéntrica a la falla en ángulos sencillos y_ se obtuvieron los mismos resultados por AJSC-LRFD como AISC-ASD, sin embargo la capacidad carga excéntrica P obtenida utilizando teoría elástica basada en las ecuaciones QUe presenta Timoshenko y Gere en el libro Theory of Elastic Stabilio/ resultó con valores más altos indicando Que las especificaciones están del lado conservador probablemente se deba a QUe la teoría elástica de Thimoshenko no toma en cuenta factores como rango inelástico. los niveles de esfuerzos residuales. la estabilidad contra el pandeo lateral de los extremos del miembro así como de los valores de Cm correspondiente a la distribución de momentos, y la amplificación de momentos p2 y p2 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se recomienda Que cuando se utilicen dos ángulos en las diagonales de compresión o cuerdas de las armaduras. estos deberán llevar conectores o separaaores de acuerdo a E4 de las especificaciones AISC-LRFD o AISC-ASD y además Que el primer conector en los extremos del miembro se localice en la unión de la conexión de los ángulos de la diagonal con los ángulos de la cuerda {ver detalles I y 2 en figura 2). esto para evitar Que al transmitirse la carga a través de la soláadura a un lado de cada ángulo se genere ílexión alrededor de los ejes centroidales geométricos o principales. Para el caso de armaduras fabricadas y Que~ fueron construidas con estos sistemas de dos ángulos unidos por conectores o separadores se recomienda efectuarse una revisión en campo y agregar los conectores Que sean necesarios para cumplir con lo mencionado en el párrafo anterior y evitar alguna fa lía futura durante la vida útil de la estructura. Se concluye Que la capacidad de carga de ángulos cargados excéntricamente por ausencia de conectores se reduce en forma importante con respecto a la obtenida cuando tienen colocados los conectores en forma adecuada conforme al tema E-4 de las especificaciones AISC. También. se puede concluir Que se obtiene aproximadamente la misma capacidad de carga excéntrica con las especificaciones AJSC-LRFD o con AISC-ASD, sin embargo con la teoría elástica descrita por Timoshenko en el libro "Theory of Elastic Stabililo/" se obtiene una capaciaad de carga mayor. ya QUe no incluye efectos como son los nivefes de esfuerzos residuales. el rango inelástico. la variación efe los momentos flexionantes a lo largo del miembro. la amplificación de momentos, y Que las especificaciones suman los efectos separados de compresión y flexión mediante una ecuación de interacción y la teoría elástica incluye la compresión y flexión en forma combinada. REFERENCIAS 1. 2. 3. 4. AISC (1993) Specification for load ond Resistonce Factor Design of Single-Angle Members, American lnstitute of Steel Construction, Chicogo 111. AISC (1989) specificotion for Allowable stres.s Design of Single-Angle Members, American lnstitute of Steel Construction, Chicago lllinois. Timoshenko and Gere (1971) Theory of Elastic Stability, lnternotional Student Edition, Me Graw-Hill Book Company, lnc. Walker, W. W(1991) "Tables for Equal Single Angles in Compression" Engineering Journal, American lnstitute of Steel Construction, Chicogo lllinois. ■ -- CIENCIA FIC NO.2 MAYO · AGOSTO 2007 �A NOTICIAS NOTICIAS C rcio de versidades Ml!xicanas CÁTEDRA NACIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 2007 "EMILIO ROSENBLUETH" l"SI\TRSID.\D Segundo Sesión - 29 al 31 de Octubre INFRAESTRUCTURA YDESARROLLOSUSTENTABLE Objetivo Conocer lovisión de los expertos acerco de lo interacción que tienen lo infraestructura yel desarrollo sustentable del país, con el propósito de establecer líneos yproyectos de investigación pertinentes oesos temáticos por medio de redes entre los cuerpos académicos de los instituciones socios de CUMEX. \ICTO"IO\f \ 111 H< 11 I'\ Poro mayor información: Dr. Ericl. Moreno Emoil: emoreno@uody.mx Tel: (999) 941 00 93 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Facultad de Ingeniería Civil División de Estudios de Posgrado Doctorado en lng. de Materiales de Construcción y Estructuras Cuerpo Académico de Tecnología delConc.reto Se invito a estudiantes, catedráticos y profesionales de la industria del Cemento y del Concreto al curso: INGENIERÍA DE LOS CEMENTANTES HIDRÁULICOS Que será impartido por el Dr. Pierre (laude A'ilcin Fechas: 1°. Porte: Nov. 12 ol 16de 2007 2°. Porte: Nov. 26 al 30 de 2007 Incluye: - Un CD con el materialdel curso -Visito o uno planto cementera -Constancia de Asistencia o - Diplomo porAcreditación Cuota: Profesionales Externos $6,000 Profesores $4,000 Estudiantes $2,000 Horarios: 9:00 o 12.30 horas y 15:00 o 18:30 horas Mayor Información: Sro. Jessyco Soucedo Flores Tel: (81) 83 76 39 70 (81) 83 3219 02 LA SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL Tiene el agrado de invito~o al 1Simposio de la Experiencia la Tra.scendencio de lo Experiencia en lo Ingeniería Estructural Que se llevará o cabo el 23 de Noviembre de 2007 en el Centro Asturiano de Polonco México, D. F. ENTRADA LIBRE Para mayor información: Ano Nos.ser. Sociedad Mexicano de Ingeniería Estructural, A.C. Teléfono: (SS) 55.28.59.75 Fax: (01 55) 55 28 59 75 e-mail: smiel@prodigy.net.mx SMIE ~c1ecJ.ld Mex1C.<1oa de lngen e:na Estructural, A.C C IENC IA FIC N0.2 MAYO - AGOSTO 2007 �A NOTICIAS ACI FALL 2007 CONVENTION Sección Noreste México del ACI Se invito o profesores, alumnos, profesionales de loindustrio del cementoyconcreto y publico en generalo lo Convención de Otoño del ACI, que se celebrará en Fajardo, Puerto Rico, E. U. los días 14-18 de Octubre. ; Poro mayor información: http//www.oci-int.org/generoVhome.osp http//www.concrete.org/Conventioiv'Foll-Convention/Front.osp 2 <-a o 7 NJlllO IICO 111-0fll.l DII Alll.llCAS ACI SPRING 2007 CONVENTION Sección Noreste México del ACI Se invito o profesores, alumnos, profesionales de loindustrio del cementoyconcreto y publico en generalo lo Convención de Primovero del ACI, que se celebrará en Los Ángeles, CA, E. U. los días 30 de Marzo ol 3de Abril. SOVMAN . ~- Para mayor información: http//www.oci-int.org/genero Vhome.osp http//www.concrete.org/EVENTS/EV_CONVENTIONS.HTM UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Facukad de Ingeniería Civil Subdirección de Estudios Posgrado Acontinuación se presentan los Programas de Po59rodo de nuestro Dependencia: Doctorado en Ingeniería de Materiales de Construcción y Estructuras Maestría en Ciencia.s con orientación en: • Materiales de Construcción • Ingeniería Estructural • Ingeniería Ambiental Poro mayor información: lng. Justino CésarGonzález Álvorez M. en l. Subdirector de Estudios de Po59mdo Tel/Fox 8376.3970, 8332.1902 Maestría en Ingeniería con orientación en: • Ingeniería Estrncturol • Ingeniería Ambiental • Ingeniería de Tránsito yTransporte • Hidrológica Subterráneo ■ CIENCIA FIC N0.2 MAYO - AGOSTO 2007 �INFORMACIÓN PARA AUTORES A INFORMACIÓN PARA AUTORES Acontinuación se presenta la guía para redacción de los artículos. l. Extensión e idioma de documentos Los trabajos deberán presentarse en español oinglés entre 5y 12 páginas incluyendo el resumen, tablas, gráficas e imágenes. 2. Formato El artículo será presentado en tamaño 21.6 x27. 9cm (carta). Elmargen superioreinferior deberá serde 2.5cm, el izquierdo de 3cm yel derecho de 3cm. 2.1 Título Máximo 2 renglones, tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a 14 puntos, con interlínea normal y centrado. 2.2 Autor oautores Nombre o iniciales yapellidos, de acuerdo como deseen sean publicados. Tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a 12 puntos, en negritas. Al final de cada nombre se colocará un número superíndice para especificar su adscripción. 2.3 Adscripción Colocarla al pie de página; incluir su filiación, departamento o Cuerpo Académico a que pertenecen, correo electrónico y número telefónico. Al inicio, colocar un superíndice en negritas para correlacionarlo con el autor, tipografiado en altas y bajas, tipo Arial a l Opuntos, con interlínea normal yalineación a la izquierda. 2.4 Resumen Deberá presentarse de manera concisa sin extenderse demasiado en detalles. Se colocara tanto en españolcomo en inglés, con un mínimo del 00 palabras yun máximo de 300 palabras (cada uno). Tipografiado en altas ybajas, tipo Ariala l Opuntos, con interlinea normaly justificado. 2. 5 Palabras clave Representarán los términos más importantes yespectticos relacionados con la temática del artículo. Se colocarán debajo del resumen (o abstract) respectivamente, con un máximo de 5 palabras. Mismo estilo de texto que el resumen. 2.6 Cuerpo deltexto Auna columna, con tipograffa en altas ybajas, tipo Arial a l l puntos, interlínea normal y justificado. Se procurará que la redacción sea lo más concisa posible, con los siguientes apartados: 2.6. l Introducción Deberá suministrar información suficiente que sea antecedente del tema desarrollado, de tal forma que permija al lector evaluar yentender los resultados del estudio sin necesidad de tener que recurrir a publicaciones previas sabre el tema. Deberá contener además, las referencias que aporten información sobresaliente acerca del tema y evitar presentar una revisión exhaustiva. 2.6.2Metodología oparte experimental Deberá describirel diseño del experimento y contenersuficiente información técnica, que permitasu repetición. Enesta sección deberá, presentar- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �INFORMACIÓN PARA AUTORES A se cualquiercondición que se considere relevante en elestudio. También, deberán presentarse las técnicas olos métodos empleados. No deberán describirse detalladamente las técnicas o métodos de uso general; la descripción de métodos deberá limijarse a aquellas sijuaciones en que éstos sean novedosos omuy complicodos. 2.6.3 Resultados ydiscusión Esta sección deberá contener los resultados de los experimentos yla interpretación de los mismos. Los resultados deberán presentarse con un orden lógico, de forma clara yconciso, de ser posible en forma de tablas ofiguras. Deberá evitarse presentar figuras de resultados que quizás podrían tener una mejor presentación en forma de tablas yviceversa. Cuando sea necesario presentar figuras ofotografías, su número deberá limitarse a aquellas que presentenaspectos relevantes del trabajo o de los resultados del experimento. Si se utilizaron métodos estadísticos, solamente deberán incluirse los resultados relevantes. 2.6.4 Conclusiones Deberánemanar de la discusión ypresentarse en forma clara yconcisa. 2.6.5 Reconocimientos Incluir el reconocimientoa las instituciones o personas que suministraron los recursos, así como del personal que dío asistencia durante el desarrollo del trabajo. 2.6.6 Referencias bibliográficas Deberán citarse en el artículo con un número al final del párrafo (al). Deben estar numeradas y aparecerán en el orden que fueron citadas en el texto, con la siguiente información: Autores o editores, füulo del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa edijorial, año de publicación, volumen y número de páginas. 2.6.7 Tablas, gráficas, imágenes, figuras yfórmulas Deberán sernumeradas secuencialmente como aparecen en el texto, con números arábigos yhaciendo referencia aellas como Tabla l. A, Fórmula l. B... etc. Tipografiado en altasybajas, Arial a l Opuntos ycursiva con interlineado normal. En elcaso de tablas, el título deberá indicarse en la parte superior. En el caso de las gráficas, imágenes yfiguras, su títulodebe colocarse en la parte inferior ydeberán tener calidad para impresión láser. Las gráficas, imágenes yfiguras deben sertambién incluidas por separado, sin editar yen su resolución original. 3. Responsabilidad yDerechos de Autor El contenido de los artículos firmados es únicamente responsabilidad del autor(es) y no representan necesariamente los puntos de vista de los editores. El material impreso puede reproducirse mientras sea sin fines de lucro ycitando la fuente. 4. Envío de artículos Los artículos deberán ser enviados a los editores a las siguientes direcciones electrónicas: pva ldez@fic.ua nl.mx gfajardo@fic.uanl.mx óentregados en la Coordinación de Investigación de Instituto de Ingeniería Civil de la Facultadde Ingeniería Civilde la UANL. •-- CIENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 �NOTAS NOTAS C IENCIA FIC NO.2 MAYO - AGOSTO 2007 A �A PATROCINADORES ='~:~~~~ ·· - i• ~'111111 ----~~ ---~ ----~ DYCUSA y. . . . . . . . . . Empresa Certificada ISO 9001 :2000 í1111ovacró11 y Caridad en LIEBERMAN Premios CEMEX 1995 2000 1996 1996 2005 www.dycusa.com CALIDAD, EXPERIENCIA, SEGURIDAD Y ENTUSIASMO Proyectos de Infraestructura Edificación Comercial Industrial Av. Manuel J. Clouthíer No. 3112 Col. Santa Maria C.P. 64650 Monterrey, N.L. México Tel. 01 (81) 1158 4200 Fax 01 (81) 1158 4221 01800 813 OYCUSA www.ductocret.com • ventas@ductocret.com S D UBERIA O CON RE O • Tubería de Concreto Simple de 4'1f (10 cm) hasta 24'1J (61 cm). • Tubería de Concreto Reforzado de 12•1 (30 cm) hasta &4•lf (213 cm). • Dlsponlbles en longitudes •• 1 m a 2 .5 m • Productos E•peclales de Concreto como: Pozos de Visita y Brocaln con Tapa . • Fabricamos cualquier especltlcacl6n: SCT; ASTM; AASHT0; NOMC9; NOMC20; NOM401; NOM402 • los Tubos pueden ser Fabricados con Junta de Mortero o Junta de Hule • Cumplimos con un Sistema de Aseguramiento de Calidad que cumple con la N0M-CC-4·1 990 OFICINAS: RIO GRIJALVA No. 112 NTE. COL. OEL VALLE, C .P. 66220 (81) 378 - 09 83 S 2 3 6818 PLANTA: CARRETERA A SALTILLO KM. 61.5 SANTA CATARJ NA, N.L 1 •-- ~1&- C I ENC IA FIC NO.2 8 ti• MAYO - AGOSTO 2007 9 2005 �CICLO DE SEMINARIOS DE INVESTIGACIÓN UNIVERSIDAD AUTÓMONA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGEN IERÍA C IVIL CALENDARIO AGOSTO - DICIEMBRE 2007 Inspección por corrosión en el muelle de Progreso, Yucatán. Agosto Dr. Pedro Castro Borges CINVESTAV - Unidad Mérida COLOQUIO "ACAD EMI A DE I NGENI ERÍ A" Septiembre Octubre Noviembre Coordinador Dr. Pedro Voldez Tamez pvaldez@fic.uanl.mx Tel. (81) 8352-4969 ext 285 Hacia un sistema automático de aforo vehicular basado en secuencias de video yredes neuronales artificiales. Dr. Rafael Gallegos López Estudio de soldadura en varillas termotrotodos poro lo construcción. Dr. Javier R. González López Análisis del efecto de discretizoción temporal en el modelado de cuencas hidrológicas utilizando el modelodistribuido CEQUEAU-ONU. Dr. Víctor H. Guerra Cobián Utilización de los desechos industriales o base de escorio granulado, yeso ycenizo volante en eco-materiales cementontes. IA Evo Elisa González Solos Análisis de Marcos hiperestáticos por métodos clásicos ycon software Stood Pro. lng. MiguelArcángel Ku Rivero TECNOS INGENIERÍA Capacidad o cortante por tensión diagonal en vigas de concreto fibroreforzado. MC. Mizael lzaguirre González Diseño ycontrol de calidad de mezclas asfálticas. Dr. Jorge Cepeda Aldape Evaluación físico-mecánica de la cenizo volante de Nava, Coahuila activada con molino de vibro-energía. Brenda G. González Martínez Teaching, lnvestigating and Procticing the Bermuda Triangle of Engineering Professors Dr. Pierre (laude ATtcin Universidad de Sherbrooke Lugar: Auditorio lng. ManuelMartínez Carranza, FIC Horario: 17 :00-18:00 �REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA ~ FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL UNIVERSI DAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN NO. 2 CUATRIMESTRAL MURAL UBICADO EN El FRONTISPICIO DE lA FIC- UAN L AUTOR DEL MURAL: FEDERICO CANTU VOLUM~N I NOMrnO 21>.'iAY() · AGOSTO 2007 ISSN, EN TRAM ITE MAYO - AGOSTO 2007 � 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 FIC : Revista de divulgación científica y tecnológica Description An account of the resource Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es una publicación tetramestral que difunde temas como materiales, concreto, efectos de la arquitectura, uso de suelo, economía, sustentabilidad, etcétera 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 FIC : Revista de divulgación científica y tecnológica Año de publicación El año cuando se publico 2007 Número Número de la revista 2 Mes de publicación Mes cuando se publicó Mayo-Agosto Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Tetramestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1753745&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 FIC, Revista de divulgación científica y tecnológica, 2007, No 2, Mayo-Agosto Creator An entity primarily responsible for making the resource Valdez Tamez, Pedro Leobardo, Coordinador de Investigación FIC Subject The topic of the resource Materiales de construcción Ingeniería civil Concreto Efectos de la arquitectura Sustentabilidad Description An account of the resource Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es una publicación tetramestral que difunde temas como materiales, concreto, efectos de la arquitectura, uso de suelo, economía, sustentabilidad, etcétera Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Civil Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Fajardo San Miguel, Gerardo, Editor Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/05/2007 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 2020074 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. San Nicolás de los Garza, 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 Corrosión de concreto Gas butano Modelación hidrológica Oxidación de butano Teoría elástica