https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20773/Ingenierias_2011_Vol_14_No_50_Enero-Marzo.pdf 69c0617ce7fd070bd9eaa2791d1742e4 PDF Text Text �Contenido Enero-Marzo de 2011, Vol. XIV, No. 50 50 2 Directorio 3 Editorial Responsabilidad, prestigio y liderazgo del ingeniero Fernando Javier Elizondo Garza 9 Síntesis y caracterización de nanocompósitos de óxido de hierro en un polímero semiconductor Paola Gómez López, Virgilio A. González González, Marco Garza Navarro, Reynaldo Esquivel González 17 Detección de fallas mediante el espacio de paridad continuo en un sistema de tres tanques Jesús Víctor Manuel Cid Medina, Efraín Alcorta García, César Elizondo González 24 Pioneros de la industria del cemento en el Estado de Nuevo León, México: Cementos Mexicanos, S.A. Javier Rojas Sandoval 34 Síntesis de nanocompósitos de plata con almidón Alejandro Torres Castro, Virgilio A. González González, Marco Garza Navarro, Edgar Gauna González 42 Brechas acústicas en arreglos lineales de dipolos magnéticos Francisco Javier Sierra Valdez, Carlos Martínez Hernández, Jesús Carlos Ruiz Suárez 49 ¿Contribuyen la ciencia y la tecnología a abatir la pobreza? Gustavo Viniegra González, Carlos Viniegra Beltrán 56 Efecto del reforzamiento y la velocidad de enfriamiento en las propiedades mecánicas de la aleación AlMgSi Regino Castro Grela, Bernardo Campillo Illanes, Socorro Valdez Rodríguez 62 Compuestos β-aldólicos fotoluminiscentes como indicadores de deformación en polietileno Fernando A. Blanco Flores, Sofía Vázquez Rodríguez, María G. Sánchez Anguiano, Arturo R. Vázquez Velázquez, Virgilio A. González González 69 Eventos y reconocimientos 73 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 76 Acuse de recibo 77 Colaboradores 80 Información para colaboradores Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 1 �DIRECTORIO CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Liviu Sevastian BocÎI Rumanía. U. “Aurel Vlaicu”, Arad. Dr. Juan Jorge Martínez Vega Francía. Universidad de Toulouse III Dr. José Evaristo Ruzzante Argentina. CNEA. Dr. Samir Nagi Yousri Gerges Brasíl. UFSC, Florianopolis. Dra. Karen Lozano REDACCIÓN Lic. Julio César Méndez Cavazos DIRECTOR M.C. Fernando J. Elizondo Garza FIME-UANL EDITOR Dr. Juan Antonio Aguilar Garib TIPOGRAFÍA Y FORMACIÓN Gregoria Torres Garay Jesús G. Puente Córdova FIME-UANL COMITÉ TÉCNICO Dr. Efraín Alcorta García TRADUCTORES CIENTÍFICOS Lic. José de Jesús Luna Gutiérrez Dra. Martha A. Fabela Cárdenas FIME-UANL Dr. Mauricio Cabrera Ríos USA. UT-Panam UPRM Dr. Juan Miguel Sánchez Dr. Rafael Colás Ortíz USA. UT-Austin FIME-UANL INDIZACIÓN L.Q.I. Sergio A. Obregón Alfaro Dr. Jesús De León Morales CONSEJO EDITORIAL MÉXICO Dr. Óscar L. Chacón Mondragón FIME-UANL Dr. Moisés Hinojosa Rivera FIME-UANL FIME-UANL Dr. Virgilio A. González González FIME-UANL Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar FIME-UANL FOTOGRAFíA M.C. Jesús E. Escamilla Isla Dra. Oxana Vasilievna Karisova Dr. Boris l. Kharissov FCFM-UANL FCQ-UANL Dr. Benjamín Limón Rodríguez FIC-UANL Dr. José Rubén Morones Ibarra FCFM-UANL Dr. Ubaldo Ortiz Méndez DISEÑO M.A. José Luis Martínez Mendoza Dr. Azael Martínez De la Cruz FIME-UANL WEBMASTER Ing. Dagoberto Salas Zendejo Dr. Enrique López Cuellar FIME-UANL M.I.A. Roberto Rebolloso Gallardo FFYL-UANL FIME-UANL Dr. Martín Edgar Reyes Melo Dr. Miguel Ángel Palomo González FIME-UANL FCQ-UANL Dr. Roger Z. Ríos Mercado Dr. Ernesto Vázquez Martínez FIME-UANL FIME-UANL Dr. Félix Sánchez De Jesús Dr. Jesús González Hernández ICBI-UAEH IMPRESOR M.C. Mario A. Martínez Romo René de la Fuente Franco CIMAV UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Rector / Dr. Jesús Áncer Rodríguez Secretario General / M.E.C. Rogelio G. Garza Rivera Secretario Académico / Dr. Ubaldo Ortiz Méndez Secretario de Investigación, Innovación y Posgrado / Dr. Mario C. Salinas Carmona Secretario de Extensión y Cultura / Lic. Rogelio Villarreal E. FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Director / M.C. Esteban Báez Villarreal Sub-Director de Estudios de Posgrado / Dr. Moisés Hinojosa Rivera Sub-Director Académico / M.C. Arnulfo Treviño Cubero Sub-Director Administrativo / M.C. Felipe de J. Díaz Morales Sub-Director de Desarrollo Estudiantil / M.C. Hugo E. Rivas Lozano Sub-Director de Vinculación y Relaciones / M.C. Jaime G. Castillo Elizondo Sub-Director de Desarrollo Institucional y Humano / Dr. Arturo Torres Bugdud 2 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Editorial: Responsabilidad, prestigio y liderazgo del ingeniero Fernando J. Elizondo Garza Departamento de Diseño de Sistemas Mecánicos, FIME-UANL fjelizon@mail.uanl.mx La ingeniería ayuda a mejorar la calidad de vida de las personas, lo cual es agradecido por la sociedad mediante el pago de los servicios que ofrece y el reconocimiento social en forma de prestigio profesional. Si la formación profesional o ética de un ingeniero no es adecuada, éste puede actuar irresponsablemente generando, además de problemas técnico-económicos, un desprestigio para la persona, la institución e incluso para la profesión. La ingeniería, incluso antes de su consolidación como profesión, va unida a responsabilidades, las cuales se olvidan con facilidad. La mayoría de las instituciones educativas consideran en sus programas de estudio y de formación extracurricularmente, la discusión explícita de la responsabilidad de los ingenieros con sus clientes, colegas, y con la sociedad en general. Aquí se discutirán, sin que se pretenda ser exhaustivo, diferentes circunstancias que llevan a la ingeniería irresponsable, por utilizar un adjetivo laxo, y sus implicantes, para posteriormente hacer propuestas para hacer que la ingeniería mexicana obtenga el prestigio que merece y así los ingenieros mexicanos retomen el liderazgo social que en general han perdido. RESPONSABILIDADES DEL INGENIERO El titularse de ingeniero establece varias obligaciones que están, o deben estar, explícita y claramente establecidas en leyes, reglamentos, normas, criterios, lineamientos y códigos de ética. Las responsabilidades del ingeniero están basadas en un sistema ético, el cual debe ser aceptado gremial y socialmente. En México dicho consenso no se ha revisado en los últimos 50 años, y, aunque el tema se trata frecuentemente en congresos, por desgracia el sistema que asegure que se concrete un código de ética nacional y que éste se cumpla no se ha podido consolidar. En nuestro país es muy difícil que un ingeniero recién egresado tenga una visión clara de estas responsabilidades, porque no se las inculcaron adecuadamente, no se les indujo a tomar en serio aspectos que generalmente se les consideran extracurriculares, “culturales”, y a decir de algunos maestros “de relleno” o de plano, por una formación inmoral, desde el hogar, que definen, entre otras premisas nefastas, “que el dinero justifica la mala ingeniería”. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 3 �Responsabilidad, prestigio y liderazgo del ingeniero / Fernando J. Elizondo Garza ¿Qué hacer ante un ingeniero irresponsable? En México hay problemas desde la tipificación de los delitos, por lo que el sistema legal raramente lleva a una correcta y expedita penalización. El esquema jurídico es tan difícil e impráctico que un asunto puede durar años en litigios o puede fácilmente llegarse al amparo de tal manera que los costos directos e indirectos de dar seguimiento a un asunto de irresponsabilidad ingenieril traducida en daño social son tan altos que raramente se llega hasta las últimas consecuencias. Por otro lado no se ve que a los profesionistas irresponsables se les quite su título o se les prohíba ejercer, ni siquiera hay listas públicas que adviertan a posibles clientes de un mal ingeniero, o si realmente es un ingeniero. En concreto, en esta materia, nuestro sistema jurídico-judicial es un manual de buenas intenciones sin posibilidades de control adecuado del ejercicio profesional debido al gran número de mecanismos de evasión. También hay que considerar que para los ingenieros cualquier sistema ético o de calidad, implica la necesidad de mayor educación, trabajo, complejidad, restricciones, etc., por lo cual estos sólo se aplicarán cabalmente si hay “conciencia” de los beneficios personales y sociales que en el mediano o largo plazo produce el ser ético. Por otro lado, los empleadores raramente reconocen los sistemas éticos ingenieriles, pues les representa un sistema de censura, de vigilancia, que permite enjuiciamientos y negativas de parte de los empleados. Todo lo anterior produce que, en la práctica, el sistema de justicia en lugar de hacer su trabajo ha pasado su quehacer a los involucrados en los problemas para que lleguen a un “acuerdo”. ¿CÓMO HACER INGENIERÍA IRRESPONSABLE? Para promover la responsabilidad, hay que tener claro que los actos ingenieriles irresponsables están relacionados, entre otros, con los siguientes aspectos: • Formación científico-tecnológica deficiente.- Gran número de problemas resultan de una mala formación profesional en estos aspectos, debida en parte a la tendencia de ofrecer cursos de carácter descriptivo, en lugar de propiciar el uso de la matemática para el diseño, lo cual no prepara para el ejercicio cabal de la ingeniería y que lleva a errores de diseño o mala selección de opciones. • Filtraje inadecuado en los sistemas educativos.- Esto generalmente se debe a una mala selección (orientación vocacional, exámenes de selección), una mala educación (malos maestros), incapacidad mental o problemas de actitud (malos alumnos), y a final de cuentas por un mal filtraje (los no capaces no son reprobados) durante y al final de los estudios. No se entiende que todos tienen derecho a ingresar a una institución de educación superior, pero el egresar con el grado depende de su trabajo y desempeño. • Obsolescencia profesional.- El no estar al día en los aspectos ingenieriles, entre otros problemas, puede llevar al uso de métodos obsoletos que llevan a resultados poco precisos, con “factores de seguridad” enormes que implican sobrecostos en la implementación, lo cual es irresponsable. 4 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Responsabilidad, prestigio y liderazgo del ingeniero / Fernando J. Elizondo Garza • Modas computacionales mal entendidas.- En los últimos años han aparecido un gran número de paquetes de cómputo de diseño que por desgracia a veces son mal empleados ya sea porque sus usuarios no conocen los fundamentos y supuestos bajo los que operan, porque no dominan los procedimientos y limitaciones para su uso correcto, o porque solicitan información de parámetros difícil de evaluar, lo que resulta en suposiciones, a veces por desesperación, que llevan a resultados que son francamente erróneos. • Mala comunicación.- La falta de comunicación cliente-ingeniero conlleva a muchos problemas, disgustos y demandas. El no saber acotar un problema lleva a no poder escalar el proyecto y por lo tanto a presupuestarlo y calendarizarlo mal. También hay que recordar que un cliente habla español -normal y subjetivo generalmente- y hay que traducirlo a lenguaje ingenieril. Por otro lado la mala comunicación o problemas de socialización producen en un equipo de trabajo una falta de sinergia, ineficiencia y la posibilidad de mala calidad o retrasos en el diseño o servicio. • Conflictos éticos.- En la vida profesional es difícil sobrellevar las frecuentes contradicciones entre los diferentes sistemas éticos y morales que debemos cumplir. En general la formación de una ética en el ingeniero no es abordada seriamente en las facultades, si a esto se le agrega malas bases morales, resulta inocente el esperar una ingeniería responsable. • Pobre formación cultural.- En los tiempos actuales las exigencias sobre el diseño y demás actividades del ingeniero son mucho más grandes. Tenemos que considerar muchas restricciones al diseñar o realizar un servicio, como por ejemplo, que sea: ecológico, sustentable, económico, eficiente, estético, amigable, que cumpla con los sistemas de calidad… y lo que se acumule. Dichas exigencias hacen que los proyectos tengan que abordarse en equipos multi o interdisciplinarios, para lo que se requieren ingenieros con una amplia cultura que les permita visualizar todas las dimensiones del proyecto y poder comunicarse con los diferentes tipos de profesionistas, proveedores y clientes involucrados en el trabajo. • Actitud individualista en el trabajo en equipo.- De lo anterior también queda claro que la probabilidad de éxito en muchos proyectos depende del saber trabajar en grupo, lo cual no es necesariamente instintivo sino que hay que cultivarlo. Con un solo ingeniero que no haga bien la parte de la ingeniería que le corresponda, o que no sepa interactuar socialmente, el proyecto completo se ve afectado. • No considerar efectos secundarios.- Muchos problemas del ejercicio de la ingeniería nacen de cosas que no se consideran o se subestiman, ya sea porque “no era necesario” o de plano porque ni se sabía que existía la posibilidad de generar problemas con nuestro proyecto. El número de aspectos a considerar, como ya se comentó, va creciendo. La formación a nivel licenciatura raramente aborda todos estos aspectos y sobre todo difícilmente se logra integrar la visión necesaria para abordarlos. Lo anterior implica que el no ser sensato y previsor, o sea, el ir varias jugadas adelante, y analizar diferentes escenarios es imperativo en la actualidad. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 5 �Responsabilidad, prestigio y liderazgo del ingeniero / Fernando J. Elizondo Garza • Maldito dinero… que tan feliz me hace.- El querer ganar un contrato o querer aumentar las ganancias “a como dé lugar” es fuente de gran número de comportamientos delictivos, o digamos irresponsables, ya sea al falsearse especificaciones, construir/implementar con materiales de mala calidad, y lo que la imaginación de algunos titulados de ingeniería logren idear. La excusa de la desesperación económica puede llevar a muchos a la autojustificación de la falta de ética. Esta lista parcial de problemas que pudieron ser agrupadas en forma diferente, o más amplia, da una idea de lo difícil que es hacer ingeniería tecnológica y socialmente responsable. Por desgracia un país sin una masa crítica de “ingenieros” no tiene posibilidades de estabilidad económica en nuestro competitivo y sofisticado mundo actual. DEL PRESTIGIO AL LIDERAZGO SOCIAL El prestigio ingenieril se basa en un buen ejercicio profesional técnico y social, esto es producto de una buena capacidad técnico-científica y una buena formación ético-social. No falta, y con razón, quien esté pensando ¿para qué abrir la Caja de Pandora?, si ya sabemos: que todos los ingenieros somos humanos e imperfectos y nos podemos equivocar; que en otros países demandan a médicos, ingenieros y hasta a abogados con cualquier excusa, o sólo como negocio; que es común en México que haya pocos proyectos y muchos oferentes que presupuestan muy bajo; que para qué tirar la primera piedra si puede descalabrar a amigos e incluso a uno mismo; y para qué escupir para arriba si nos regresará como brisa… Para responder hay que pasar del anterior comentario poético al ejemplo de ingeniería sanitaria: la cloaca. Todos sabemos que aunque desagradable, cada cierto tiempo hay momentos de mantenimiento en que hay que destapar la cloaca y hacer lo que hay que hacer, pues de empeñarse en no hacerlo su contenido se derramará por doquier y resultará peor. Romper costumbres, círculos viciosos y mafias no es fácil y la única manera es actuar en todas partes y a todos los niveles. Para ello se requieren líderes, pero ni mesiánicos ni inocentes con iniciativa, ni políticos en el sentido perverso que buscan vivir del presupuesto gubernamental por siempre prácticamente sin trabajar. Deben ser ingenieros cabales. Es importante dar mantenimiento al quehacer ingenieril, recuperar el prestigio de la profesión. Hace años los ingenieros eran respetados socialmente pues hacían una realidad mejor, resolvían problemas de campo. Actualmente también, pero no todos los que ostentan un título, muchos de los cuales no deberían tenerlo. Conozco un gran número de ingenieros cabales, pero el problema es que su porcentaje y número, con respeto al total, está disminuyendo y esto trae consecuencias en una realidad controlada mediáticamente: En México un jugador de futbol es una persona con mayor reconocimiento social, que no es prestigio, pero que se confunde actualmente. ¿Quiénes deben estar interesados en prestigiar la ingeniería, si no nosotros? Seamos claros, a nadie más le interesa el prestigio de los ingenieros, al contrario, 6 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Responsabilidad, prestigio y liderazgo del ingeniero / Fernando J. Elizondo Garza los profesionistas de otras áreas, los empleadores y los políticos prefieren tener de esclavos a ingenieros para hacer dinero gracias a su trabajo. Teniendo prestigio como ingeniero, la evolución deberá llevar al liderazgo social del ingeniero, esto es, pasar de ser un buen empleado a ser un promotor del bien social. Para que los ingenieros puedan llegar a ser líderes sociales se requiere además de las bases científicas, tecnológicas y éticas antes mencionadas, de una formación cultural amplia, que deje claro que la finalidad de la ingeniería es el bienestar de la humanidad, que hay que prepararse extracurricularmente en humanidades y artes y sobre todo el aceptar que la comunicación es clave para el buen ejercicio profesional y el poder desarrollar un liderazgo social positivo. Esto lleva años de preparación, además de una actitud decidida. ¿QUÉ HACER PARA FORMAR LOS INGENIEROS QUE MÉXICO NECESITA? Identificar las causas nos ayuda a formular soluciones, pero hay que ver no sólo las situaciones actuales y sus posibles consecuencias futuras, sino también hacia atrás para no repetir errores: ¿Qué circunstancias llevaron a las causas de los problemas actuales? La mayoría de las causas son exógenas a los ingenieros y nacen de vicios sociales a diferentes niveles y en diferentes instancias, incluyendo el sistema educativo. Pero a veces por comodidad o sentimiento de impotencia los ingenieros cooperamos. En realidad un análisis serio lleva pronto a reconocer que no hay opciones que den soluciones a corto plazo, y esto ha reforzado la sensación de impotencia y depresión psicológica que caracteriza a la gran mayoría de los ingenieros actualmente. ¿Dónde están los ingenieros líderes sociales, empresariales, industriales, e incluso políticos, en el buen sentido, que alguna vez tuvo México? ¿Por qué no tenemos un presidente ingeniero? Actualmente hay muy pocos ingenieros cabales socialmente activos, y esto provoca que las actitudes, las cuales se transmiten principalmente con el ejemplo, no permeen a las nuevas generaciones. Hay que propagar las actitudes que refuercen en los ingenieros las ganas de ser reconocidos por su calidad profesional, que hagan crecer el orgullo de decir que uno es ingeniero, no aceptarse como un empleado más de un licenciado en administración de empresas, sino crear nuestras empresas, pues no necesitamos quien nos diga cómo hacer las cosas, quien nos mande, quien se quede con el producto de nuestro trabajo. También hay que promover el actuar en forma prudente, mesurada, responsable, etc., pero activa, decidida y certera. Hay que reforzar las organizaciones profesionales serias, y desdeñar las políticas, esas que están más preocupadas por hacer reuniones con candidatos que otra cosa. Por medio de sociedades, colegios, congresos, etc. debemos dejar claro quienes son el ejemplo a seguir, establecer códigos de ética y desplazar a quienes no lo cumplan, promover la actualización profesional y propiciar la comunicación entre pares. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 7 �Responsabilidad, prestigio y liderazgo del ingeniero / Fernando J. Elizondo Garza No hay ninguna posibilidad de tener una ingeniería sólida en México si seguimos como hasta ahora: siendo laxos en la formación de los futuros ingenieros y no actuando con firmeza penal contra los ingenieros irresponsables. Hay que evitar que las facultades de ingeniería pierdan el rumbo haciendo que las instituciones de educación superior privadas no sólo sean un negocio y que las públicas no se empantanen en la burocracia y falta de orden propiciado por los sindicatos y la SEP como operador del gobierno que traduce las exigencias de los grupos políticos y económicos. Debemos ponernos por encima de esta realidad y crear un esquema en las facultades de ingeniería que sea inmune a lo antes mencionado. ¿Cómo? No perdiendo de vista el producto, nuestros estudiantes. No regalando títulos. A veces pareciera que hasta los ingenieros hemos olvidado que no cualquiera puede ser ingeniero. No sólo se requiere vocación o deseos de serlo sino que también se requiere que las personas desarrollen una base de conocimientos, actitudes y habilidades que les permitan ayudar a resolver los problemas de la sociedad. Hay que culturizar a los ingenieros, a como dé lugar y se pueda, y aquí hay que ser imaginativo, pues prevalece la visión de que ser culto no es necesario al ingeniero, pero como ya se comentó la ingeniería moderna exige la interacción con profesionales de otras áreas y la cultura prepara al ingeniero para interactuar y entender otros espacios conceptuales. Esto abre la opción para que un ingeniero se convierta en un líder social al permitirle entender e interactuar socialmente en forma acertada. Hay que ser los líderes profesionales y sociales que México necesita. Como ingenieros, si no somos un buen ejemplo no podemos esperar que los ingenieros del futuro lo sean. Debemos convertirnos en buenos ejemplos. 8 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Síntesis y caracterización de nanocompósitos de óxido de hierro en un polímero semiconductor Paola Gómez López, Virgilio González González, Marco Garza Navarro, Reynaldo Esquivel González Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica-UANL Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo y Tecnología paolaggomez@gmail.com, virgilio.gonzalezgnz@uanl.edu.mx, ingmarcogarza@gmail.com, reynaldoegzz@gmail.com RESUMEN Se reporta la obtención de un material nanocompósito bifuncional (magnéticoluminiscente), por medio de una síntesis vía co-precipitación in situ. Las especies utilizadas son el polímero semiconductor de condensación aldólica poli-(4-metil1-fenilpenta-1,4-dien-ona) y un óxido de hierro, en forma de nanopartículas, las cuales fungen como matriz y fase dispersa. La caracterización de este nanocompósito se realizó por las técnicas de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM), espectroscopía de ultravioleta visible (U.V.-Vis), fluorescencia, infrarrojo y magnetometría de muestra vibrante (SQUID-VSM). Los resultados muestran que las partículas sintetizadas presentan morfología cuasiesférica con una distribución estrecha de aproximadamente 4.8 nm, presentando propiedades luminiscentes, optoelectrónicas que colocan como un semiconductor y características magnéticas de un material tipo ferromagnético. PALABRAS CLAVE Nanocompósitos, polímeros conjugados, co-precipitación, nanopartículas magnéticas. ABSTRACT We report the obtaining of a bifunctional nanocomposite material (magneticluminescent), by a synthesis via co-precipitation in situ. The species used in this synthesis are the semiconducting polymer by condensation aldolic poly(4-methyl-1-fenilpenta-1,4-dien-one) and an oxide of iron in nanoparticle, which act as matrix and dispersed phase. The characterization for the study of this nanocomposite was performed by high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), spectroscopy of ultraviolet visible (UV/Vis), spectroscopy of fluorescence and vibrant sample magnetometry (VSM). The results show that the synthesized particles have quasi-spherical morphology with a narrow distribution of aprox. 4.8 nm, showing luminescent properties, optoelectronics that put this material how a semiconductor and with magnetic characteristics typical of a ferromagnetic material. KEYWORDS Nanocomposites, conjugated polymer, co-precipitation, magnetic nanoparticles. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 9 �Síntesis y caracterización de nanocompósitos de óxido de hierro en un polímero semiconductor / Paola Gómez López, et al. INTRODUCCIÓN En la actualidad es cada vez mayor el interés por estudiar y desarrollar materiales nanoestructurados, aprovechando así sus propiedades únicas en nuevas y variadas aplicaciones. Las nanoestructuras tienen propiedades químicas, estructurales, y magnéticas únicas,1-8 con aplicaciones potenciales que incluyen: almacenamiento de información,9 imágenes a color, bio-procesamiento, refrigeración magnética10,11 y ferrofluidos.12-15 Es importante señalar que las nanopartículas no son termodinámicamente estables, siendo necesario aislarlas con matrices orgánicas o inorgánicas, teniendo como resultado la obtención de nanocompósitos donde es posible aprovechar tanto las propiedades particulares de las nanopartículas como las de la matriz en la cual se encuentran dispersas. La síntesis de sistemas de nanopartículas magnéticas es actualmente una línea de investigación científica de gran relevancia, en virtud de sus potenciales aplicaciones. 16-18 Una de las áreas de estudio más importantes es el desarrollo de materiales nanocompósitos magnéticos, debido a sus innumerables aplicaciones en la medicina y la electrónica. Reportes consultados muestran la posibilidad de utilizar núcleos de especies magnéticas recubiertos de polímero capaces de absorber moléculas de medicamento para utilizarse en sistemas de entrega localizada de medicamento.19-22 En la literatura se han encontrado diversas rutas de síntesis para la estabilización y el control de la dispersión en el tamaño de partícula, en los que destacan los métodos de sol-gel, precipitación y co-precipitación, donde cada uno de ellos se caracteriza por utilizar surfactantes orgánicos/o matrices poliméricas, ya que además de delimitar su crecimiento, estas matrices localizan su nucleación durante la síntesis,23 logrando el control de las dimensiones y morfología de las nanoestructuras resultantes. Específicamente, el desarrollo de materiales nanocompósitos utilizando como fase dispersa nanopartículas magnéticas, de diferentes fases de óxidos de hierro y matrices poliméricas, ha sido tema de numerosas publicaciones,24-28 debido a sus amplias aplicaciones en el área médica y electrónica. El polímero utilizado en esta síntesis se obtuvo de una condensación aldólica a partir de butanona 10 y tereftaldehído, este polímero destaca por ser fluorescente y sus propiedades optoelectrónicas lo colocan como un semiconductor, con conductividad del orden de 10-5 a 10-4 S/cm y anchos de banda prohibida de entre 2.21-2.39 eV.29 En virtud de todas las aplicaciones y propiedades que se pueden obtener a partir de nanocompósitos de matrices poliméricas y nanopartículas magnéticas, se ha desarrollado el nanocompósito entre un polímero semiconductor de condesación aldólica [poli-(4metil-1-fenilpenta-1,4-dien-ona)] y magnetita, a través de una metodología de síntesis por coprecipitación in situ. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Todos los reactivos y disolventes utilizados se adquirieron con grado reactivo (Sigma-Aldrich). Se desarrollaron 4 composiciones variando el porcentaje de concentración de la magnetita y el polímero. La tabla I muestra la composición de matriz y fase dispersa de cada muestra, así como el nombre asignado a cada una de estas. La síntesis de los nanocompósitos Polímero/Fe3O4 fue llevada a cabo utilizando cantidades estequiométricas de sales de cloruro férrico (FeCl3-6H2O) y cloruro ferroso (FeCl2-4H2O). Tabla I. Composiciones esperadas de los nanocompósitos. Nombre del Contenido de Contenido Fe3O4 material híbrido Polímero (% w/w) (% w/w) 75P-25Fe3O4 0.75 0.25 85P-15Fe3O4 0.85 0.15 90P-10Fe3O4 0.90 0.10 95P-05Fe3O4 0.95 0.05 100Fe3O4 0 100 100P 100 0 Para la síntesis del nanocompósito se disolvió en THF los precursores por separado, como sol.1 el polímero y como sol.2 las sales inorgánicas, en las proporciones necesarias para la obtención de nuevas disoluciones polímero/ Fe3O4 para la elaboración de cada una de las muestras de material que indica la tabla I. Una vez disueltas cada una de las soluciones se mezcló (sol. 1 y 2), obteniendo así una nueva solución polímero y sales de hierro en THF (sol. 3). Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Síntesis y caracterización de nanocompósitos de óxido de hierro en un polímero semiconductor / Paola Gómez López, et al. Las disoluciones resultantes se vertieron en cajas Petri a fin de evaporar el disolvente bajo condiciones de temperatura ambiente. Una vez evaporado el disolvente, la muestra resultante se trató con una disolución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH, variando su concentración en relación con el contenido en peso de magnetita), con la finalidad de precipitar las nanopartículas de magnetita dentro de la matriz polimérica. Luego de ser tratadas con NaOH, las muestras se lavaron con agua desionizada en repetidas ocasiones y finalmente fueron secadas bajo condiciones ambiente. Ya secas, las muestras se pulverizaron para su caracterización. Las técnicas empleadas para la caracterización de las muestras fueron: IR, para esta caracterización las muestras se prepararon en comprimidos a partir de una mezcla de material a analizar y bromuro de potasio, se usó un espectrómetro Nicolet 6700 en la modalidad de transmitancia, realizando 32 barridos para cada espectro; para la caracterización por U.V.Vis. se usó un equipo Perkin Elmer modelo Lambda 35 por reflectancia difusa, utilizando una esfera de integración, en un intervalo de longitud de onda de 900 a 250 nm; la caracterización por fluorescencia se realizó en un equipo Perkin Elmer modelo LS 55 en un intervalo de longitud de onda de 800 a 250 nm, para su caracterización cristalina y morfológica se realizó microscopía electrónica de alta resolución (HRTEM), lograda en un microscopio TITAN FEI. Solo a una de las muestras le fueron evaluadas sus propiedades magnéticas en un magnetómetro Quantum Design PPMS-VSM. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La figura 1 muestra la apariencia de los materiales obtenidos por co-precipitación in situ, donde se puede observar que las muestras dejan ver una tonalidad poco brillante y oscura. Es importante mencionar que las muestras con mayor porcentaje de magnetita 75P-25 Fe3O4 y 85P-15 Fe3O4, mostraron propiedades magnéticas obvias, es decir, estas muestras son atraídas por un imán permanente. La figura 2, muestra los espectros FTIR obtenidos de las muestras b) 90P-10Fe3O4, c) 75P-25Fe3O4, incluyendo el espectro FTIR del polímero utilizado como matriz; como se puede apreciar en esta figura, hay dos regiones donde se observan corrimientos Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Fig. 1. Materiales nanocompósitos obtenidos por coprecipitación in situ: a) 75P-25 Fe3O4, b) 85P-15 Fe3O4, c) 90P-10 Fe3O4, d) 95P-05 Fe3O4. Fig. 2. Espectros FTIR de muestras obtenidas del a) polímero, b) 90P-10Fe3O4, c) 75P-25Fe3O4. en los espectros del nanocompósito con respecto al polímero puro, una región de los 3450 cm-1 correspondiente a grupos hidróxilo, y otra región a números de onda entre 420 y 700 cm-1.30 La figura 3 muestra la asignación de bandas (tabla II) y comparación con el espectro FTIR de Fig. 3. Espectros de infrarrojo correspondientes a: a) Polímero, b) Magnetita, c) Compósito 75P-25Fe3O4. 11 �Síntesis y caracterización de nanocompósitos de óxido de hierro en un polímero semiconductor / Paola Gómez López, et al. Tabla II. Asignación de bandas de absorción del infrarrojo de los espectros del polímero, magnetita y el nanocompósito 75P-25Fe3O4.30 Grupo funcional OH CH3 Ar C=C C=O Fe3O4 Vibración Estiramiento O-H Estiramiento C-H Balanceo asimétrico C-H Estiramiento Ar-H Balanceo Ar-H para sustituido Balanceo del anillo fuera del plano Balanceo C-H sobre doble enlace cis Estiramiento C=C conjugado Cetona Aldehído Cristal Posición en Cm-1 75PPolímero Fe3O4 25Fe3O4 3475 3423 3382 2971 2971 2877 1456 3052 3025 2877 1456 3052 3025 827 827 534 422 978 978 1608 1608 1714 1655 1714 1655 675 570 la magnetita, el polímero y el nanocompósito; en los espectros se observa la presencia de grupos hidroxilo (banda ancha con pico entre 3382 y 3475 cm-1), indicando que la reacción de deshidratación de las β-hidroxicetonas no fue completada, por lo que considerando la presencia de grupos carbonilo aldehídicos (1655 cm-1) y cetónicos (1714 cm-1), podemos suponer que tenemos un copolímero de unidades estructurales con grupos cetona y otras βhidroxicetona (sin deshidratar) y con un buen número de grupo terminales aldehído.30 El hecho de que no se haya completado la condensación aldólica, puede considerarse como bueno, ya que se puede apreciar que el estiramiento OH, se mueve a mayores energías (menores números de onda) en el compósito, ya sea en relación a los O-H del polímero (Δ = 93 cm-1) o de la magnetita (Δ = 41 cm-1), indicando que se formaron puentes de hidrógeno entre el polímero y la magnetita de mayor fuerza de atracción que los que se forman entre moléculas de polímero o entre moléculas de magnetita, resultando así una contribución al control y estabilización del tamaño de las partículas de magnetita. 12 La figura 4 muestra los espectros de U.V.-Vis. del polímero y los compósitos de composiciones 75P25Fe3O4 y 90P-10Fe3O4; en esta figura se observa que las tres muestras denotan una banda cuyo máximo se encuentra aproximadamente a 394 nm, mientras que los dos compósitos presentan, además, un hombro con un máximo aproximadamente a 492 nm, sugiriendo la formación de un nuevo cromóforo o bien, nuevas transiciones electrónicas en el cromóforo correspondiente al polímero. Fig. 4. Espectros de U.V.-vis. de las muestras: a) Polímero, b) 75P-25Fe3O4,c) 90P-10Fe3O4. El cálculo del ancho de banda prohibida óptica (Eg), se realizó graficando el cuadrado de la absorbancia (que es proporcional al coeficiente de extinción) contra la longitud de onda expresada en unidades de energía. En la figura 5 se muestra un ejemplo de la gráfica y la extrapolación para el cálculo del ancho de banda prohibida. Fig. 5. Gráfica de la sección del espectro U.V.-vis. en forma de A2 vs E(eV), utilizada para el cálculo del ancho de banda prohibida de la muestra 75P-Fe3O4. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Síntesis y caracterización de nanocompósitos de óxido de hierro en un polímero semiconductor / Paola Gómez López, et al. La tabla III reporta las magnitudes Eg encontradas para las muestras analizadas. Tabla III. Energías de banda prohibida (óptica), calculadas para el polímero y dos compósitos. Muestra polímero 75P-25Fe3O4 90P-10Fe3O4 ancho de banda prohibida nm eV 470 2.64 596 2.08 562 2.21 La figura 6 muestra los espectros de excitación y emisión del compósito 75P-25Fe3O4. Se aislaron dos transiciones, la primera, a bajas longitudes de onda que presentan dos máximos, tanto en excitación como en emisión, mientras que la segunda transición a grandes longitudes de onda, sólo muestra un máximo. Tanto en la figura 6 como en la tabla IV se reportan los máximos. La figura 7 muestra una imagen obtenida por HRTEM del compósito con 25% de magnetita. En esta figura se aprecian nanopartículas cuasi- Fig. 7. Imagen de HRTEM de la muestra 75P-25Fe3O4 a 145 kX. esféricas, y salvo algunas excepciones, la mayoría se encuentran dispersas en la matriz del polímero.31-33 De esta misma figura se calcularon los diámetros promedio de 141 nanopartículas, y se puede decir que la muestra 75P-25Fe3O4 es un nanocompósito formado por nanopartículas de diámetro promedio de 4.8 nm, y que las nanopartículas están en su mayoría, circundadas por la matriz, habiendo pocas partículas que coalecieron. En la figura 8 se muestran imágenes a altas magnificaciones de nanopartículas seleccionadas Fig. 6. Espectro de fluorescencia del nanocompósito 75P25Fe3O4. a.a’) excitación y emisión respectivamente de transición 1 y (b.b’) excitación y emisión respectivamente de transición 2. Tabla IV. Máximos de los espectros de emisión de magnetita, polímero y el compósito 75P-25Fe3O4. Muestra Magnetita Polímero 75P25Fe3O4 T1 T2 Excitación nm eV 273 4.54 465 2.66 2794.44342 3.62 458 2.70 Emisión nm eV 419 2.96 513 2.41 4842.56543 2.28 644 1.93 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Fig. 8. Imagen de HRTEM obtenidas para las muestras 75P-25 Fe3O4, que muestran en (a) la presencia de un arreglo regular de átomos a 620 kX. En (b) se muestra la imagen filtrada utilizando transformación de Fourier. El inserto mostrado en la figura (b) corresponde a la imagen filtrada en el plano de Fourier. El vector B corresponde al eje de zona de la imagen. 13 �Síntesis y caracterización de nanocompósitos de óxido de hierro en un polímero semiconductor / Paola Gómez López, et al. de la muestra 75P-25Fe3O4. En la figura 8 (a) se aprecia, un arreglo regular de pequeñas esferas cuyas posiciones pueden interpretarse como las posiciones que ocupan los átomos que componen la nanopartícula. La figura 8 (b) corresponde a la imagen filtrada, mediante transformación de Fourier, de la zona indicada de la figura 8 (a), las distancias medidas entre los planos del arreglo son de aproximadamente 2.29 Å y 2.3 Å iguales a las reportadas para las familias de planos {222}, de 2.42, y {220}, de 2.97 Å, de la magnetita, respectivamente [véase JCPDS 19-0629]. La figura 9 muestra el lazo de histéresis magnética, (campo magnético en Oe), obtenido de la muestra 75P-25 Fe3O4 a una temperatura de 1.9 K. Como se observa en la figura, la curva muestra un comportamiento tipo ferromagnético, con una coercitividad Hc = 360.19 Oe, una remanencia de MR= 2.93 emu. Fig. 9. Lazo de histéresis obtenido de la muestra 75P-25 Fe3O4 a una temperatura de 1.9 K, en presencia de un campo magnético de 5 T. La razón de que la remanencia sea muy pequeña sugiere que la muestra exhibe importantes fenómenos de frustración magnética, que pudieran estar relacionados a la manera en que los espines se acoplan al interior de las nanopartículas, o inclusive a interacciones entre nanopartículas. La figura 10 muestra las curvas ZFC y FC de la magnetización en función de la temperatura, a un campo magnético constante de 100 Oe. La curva ZFC muestra un incremento en la magnitud de la magnetización a medida que la temperatura aumenta hasta llegar a un máximo, luego comienza a decaer. A bajas temperaturas, los espines se encuentran 14 Fig. 10. Curvas ZFC (círculos sólidos) y FC (círculos huecos) de la magnetización en función a la temperatura, obtenida de la muestra 75P-25 Fe 3O 4, a un campo magnético constante de 100 Oe. bloqueados en la dirección más energéticamente favorable, a medida que la temperatura aumenta, los espines comienzan a ser capaces de fluctuar lejos del eje preferencial de las nanopartículas, y de alinearse en el sentido del campo aplicado. Por lo tanto, el incremento progresivo de la magnetización en la curva ZFC corresponde a la relajación de los espines de las nanopartículas sobre su barrera energética, misma que, en promedio, es superada por todos los espines del sistema magnético a la temperatura en que la curva ZFC exhibe su máximo. La temperatura a la que ocurre el máximo de la curva ZFC puede atribuirse a la temperatura de bloqueo TB; para esta muestra TB = 124 K., a medida que la temperatura aumenta por encima de TB, la energía térmica agregada al sistema magnético supera el trabajo magnético realizado por el campo aplicado sobre los espines, y en consecuencia su orientación fluctuará lejos de la orientación impuesta por el campo. La magnetización entonces comenzará a decaer, en virtud de que la orientación de los espines no es dirigida por el campo aplicado, sino por las fluctuaciones térmicas asociadas a la energía térmica.34 Como se observa en la figura 10, existe una irreversibilidad entre las curvas ZFC y FC, en donde se observa un incremento de la magnetización de la curva FC hacia valores por encima del máximo de la curva ZFC; la irreversibilidad comienza a partir de aproximadamente 155 K. Esta irreversibilidad puede ser explicada como una respuesta conjunta de los espines de las nanopartículas de la magnetita, que se encuentran bloqueados en el sentido del Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Síntesis y caracterización de nanocompósitos de óxido de hierro en un polímero semiconductor / Paola Gómez López, et al. campo aplicado, y la respuesta de los espines de una fase magnética desordenada, cuya orientación se encuentra congelada a temperaturas por debajo a la que ocurre la irreversibilidad, TF.35 Lo anterior permite concluir que se logró la obtención del nanocompósito de magnetita con matriz polimérica, a través de co-precipitación in situ; obteniendo así materiales bifuncionales (magnéticosluminiscentes) para posibles aplicaciones potenciales en el área médica y electrónica. CONCLUSIONES Se obtuvo mediante condensación aldólica de tereftaldehído y co-precipitación in situ, un nanocompósito de óxido de hierro, muy probablemente magnetita, en matriz de un polímero u olígomero semiconductor, con propiedades fluorescentes y magnéticas. Los materiales obtenidos mostraron anchos de banda prohibida o band gap óptico que los colocan como materiales semiconductores. La estabilización de las nanopartículas se da principalmente por interacciones puente hidrógeno entre la superficie de la magnetita y los hidróxilos residuales en el polímero producto de que la reacción de deshidratación no fue completa. Morfológicamente, el nanocompuesto que contiene 25% en peso de óxido de hierro muestra nanopartículas cuasi-esféricas bien dispersas en el polímero (diámetro medio: 4.8 nm), siendo éste un material cristalino semejante a la magnetita; este mismo nanocompuesto tiene un comportamiento ferromagnético con una temperatura de bloqueo de 124 K. REFERENCIAS 1. J. Eastman, J. Siegel, Richard W.,Nanophase synthesis assembles materials from atomic clusters. Res. Dev. (1989), 31, 56. 2. R. W. Siegel, Characterization of Nanoparticles and Nanophase Materials, Proceedings European Science Foundation Explorative Workshop, Duisburg, Germany, (1993). 3. H. Gleiter, Nanocrystalline materials, Prog. Mater. Sci., (1989), 33, p 223. 4. V. G. Gryaznov, L. I. Trusov, Size effects in micromechanics of nanocrystals, Prog. Mater. Sci., (1993), 37, p 289. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 5. J. Dormann, D. Fiorani, Magnetic Properties of Fine Particles; North-Holland: Amsterdam, (1992), Proceedings of the International Workshop on Studies of Magnetic Properties of Fine Particles and their Relevance to Materials Science. Rome, Italy, (1991). 6. B.H. Kear, L. E. Cross, J. E. Keem, R. W. Siegeld, F. Spaepen, K. C. Taylor, E. L. Thomas, Ru, K.N., Research Opportunities for Materials with Ultrafine Microstructures. National Research Council, Washington DC, USA, (1989). 7. C. Suryanarayana, Nanocrystalline Materials, Int. Mater. Rev. (1995), 40, p 41 8. H. Gleiter, Materials with ultrafine microstructures: Retrospectives and perspectives, Nanostruct. Mater. (1992), 1, p 1. 9. L. Gunther, Quantum tunneling of magnetizatio, Phys. World, (1990), 2, 28. 10. R. D. Shull, Magnetocaloric effect of ferromagnetic particles, IEE Trans. Magn., (1993), 29, p 2614. 11. R . D . S h u l l , R . D . M c M i c h a e l , L . J . Schwartendruber, L. H. Bennett, Magnetocaloric effect of ferromagnetic particles, Proceedings of the 7th International Cryocoolers Conf. (Nov 1992), Ludwigsen, J., Stoyanoff, M., Eds. 12. R. F. Ziolo, E.P. Giannelis, B. Weinstein, M. P. O’Horo, B. N. Ganguly, V. Mehrotra, M. W. Russell, D. R. Huffman, Matrix-Mediated Synthesis of Nanocrystalline-Fe2O3: A New Optically Transparent Magnetic Materials, Science (1992), 257, p 219. 13. I. Anton, De Sabata, L. Yékás, Application oriented researches on magnetic fluids, J. Magn. Magn. Mater. (1990), 85, p 219. 14. K. Raj, B. Moskowitz, R. J. Casciari, Advances in Ferrofluid Technology, Magn. Magn. Mater. (1995), 149, p 174. 15. S. Odenbach, Magnetic Fluids, Adv. Colloid Interface Sci. (1993), 46, p 263 16. S. D. Bunge, T. T. Boyle, Synthesis metal nanoparticle,United States Patent 6926675, Alburqueque, NM, US, (2005). 17. M. Jay, R. J. Mumper, Microemulsions as precursors to solid nanoparticles, U.S. Patent 7153525, (2007). 15 �Síntesis y caracterización de nanocompósitos de óxido de hierro en un polímero semiconductor / Paola Gómez López, et al. 18. Y. Li, Silver oleylamine nanoparticle, Patent 7737497, (2010). 19. R. Asmatulu, M. A. Zalich, R. O. Claus y J. S. Riffle, Synthesis, Characterization and Targeting of Biodegradable Magnetic Nanocomposite Particles by External Magnetic Fields, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, (2005), 292, p 108. 20. T. Neuberger, B. Schöpf, H. Hofmann, M. Hofmann y B. von Rechenberg, Superparamagnetic Nanoparticles for Biomedical Applications: Possibilities and Limitations of a New Drug Delivery System, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, (2005), 293, p 483. 21. S. Sershen y J. West, Implantable, Polymeric System for Modulated Drug Delivery, Adv. Drug Delivery Rev., (2002), 54, p 1225. 22. Q. A. Pankhurst, J. Connolly, S. K. Jones y J. Dobson, Applications of Magnetic Nanoparticles in Biomedicine, Journal of Physics D: Applied Physics, (2003), 36, p 167. 23. M.Garza, Desarrollo de Nanocompósitos Superparamagnéticos de Matriz Biopolimérica; M.C. Tesis, FIME-UANL, (2006), Universidad Autónoma de Nuevo León. 24. M. Garza, V. Gónzalez, M. Hinojosa, E. Reyes, A. Torres, Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos, Ingenierías, 8, (2010), p 23 25. D. Makovek, S. Campelj, M. Bele, U. Maver, M. Zorko, M. Drofenik, J. Jamnik, M. Gaberscek, Nanocomposites containing embedded superparamagnetic iron oxide nanoparticles and rhodamine. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, (2009), 334, p 74. 26. S. Koytepe, T. Seckin, Molecular Design of Fe 3 O 4 -Containing Polymide as a Route to 16 Nanomagnetic Materials, Ind. Eng. Chem. Res. (2008), 47, p 4123. 27. J. Gao, W. Zhang, P. Huang, B. Zhang, X. Zhang, B. Xu, Intracellular Spatial Control of Fluorescent Magnetic Nanoparticles, J. Am. Chem. Soc. (2008), 130, p 3710. 28. K. van Berkel, A. Piekarski, P. Kierstead, D. Pressly, C. Ray, J. Hawker, A Simple Route to Multimodal Composite Nanoparticles, Macromolecules, (2009), 42 (5), p 1425. 29. Esquivel Gonzalez R.,Síntesis de dos Polímeros Luminiscentes y su Aplicación en la Construcción de OLED’S, M.C. Tesis, FIME-UANL, (2009). 30. R. M. Silverstein, Webster F. X., Spectrometric Identification of Organic Compounds, Ed. John Willey and Sons Inc. 6a Ed., New York (1997). 31. S. Gustafsson, A. Fornara, K. Petterson, C. Johansson, M. Muhammed, E. Olsson, Evolution of Structural and Magnetic Properties of Magnetite Nanoparticles for Biomedical Applications, Crystal Growth & Desig. (2010), p 2278-2284. 32. I. Y. Goon, L. M. H. Lai, M. Lim, P. Munroe, J. J. Gooding, R. Amal, Fabrication and Dispersion of Gold-Shell Protected Magnetite Nanoparticles: Systematic Control Using Polyethyleneimine, Chem. Mater. (2009), p 673-681. 33. X. Sun, C. Zheng, F. Zhang, L. Li, Y. Yang, G. Wu, N. Guan,β – Cyclodextrin-Assisted Synthesis of Superparamagnetic Magnetite Nanoparticles from a Single Fe (III) Precursor, J. Phys. Chem. C., (2008), p 17148-17155. 34. J. Larionova, Inorg. Chim. Acta 361, 3988 (2008). 35. B. Martínez, X. Obradors, L1. Balcells, A. Rouanet, C. Monty, Phys. Rev. Lett. 80, 181 (1998). Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Detección de fallas mediante el espacio de paridad continuo en un sistema de tres tanques Jesús Víctor Manuel Cid Medina, Efraín Alcorta García, César Elizondo González FIME-UANL chumiscm@yahoo.com , efrain.alcortagr@uanl.edu.mx , celizond@yahoo.com RESUMEN En este trabajo se propone una metodología para el diseño de un espacio de paridad para sistemas continuos. Una dificultad al utilizar procedimientos basados en muestras de las señales entrada-salida es que se reduce la cantidad de fallas que pueden ser localizadas con respecto al procedimiento equivalente en tiempo continuo. Un primer enfoque considerado en este trabajo para evitar esta desventaja consiste en utilizar un derivador de señales. Mediante un estimador de las derivadas de la entrada y la salida hasta de orden n, el esquema propuesto permite la detección y localización de fallas con al menos las mismas posibilidades que cuando se utiliza el método basado en observadores en tiempo continuo. PALABRAS CLAVES Detección de fallas, espacio de paridad, sistema continuo, tanques. ABSTRACT In this work, a methodology for the design of a space of parity for continuous systems is proposed. A difficulty when using procedures based on samples of the in-out signals is that is reduced the amount of faults that can be located with respect to the equivalent procedure in continuous time. A first approach considered in this work to avoid this disadvantage consists of using a derivator of the signals. By means of an estimator of derivates from the entrance and the exit until of order n, the proposed scheme allows the detection and location of faults with at least the same possibilities that when is used the method based on observers in continuous time. KEYWORDS Detection of faults, space of parity, continuous system, tank. INTRODUCCIÓN En el marco del diagnóstico basado en modelos, debido a los avances de la tecnología, las señales útiles para diagnóstico se encuentran frecuentemente disponibles en forma digital, es decir, la adquisición de datos incluye un proceso de muestreo. Por esto se requiere de métodos de diagnóstico que tomen en cuenta el proceso de muestreo. Uno de los primeros trabajos discutiendo el diagnóstico de sistemas muestreados fue introducido por (Viswanadham y Minto 1990.), en donde se proponen tres esquemas que están orientados principalmente para la Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 17 �Detección de fallas mediante el espacio de paridad continuo en un sistema... / Jesús Víctor Manuel Cid Medina, et al. detección de fallas. Recientemente, en (Rank 1998) un esquema óptimo (en un sentido definido en ese mismo trabajo) para el diagnóstico de sistemas muestreados fue propuesto. La consideración de incertidumbre en el diagnóstico de sistemas muestreados fue analizado en (Zhang et al., 2002). En (Fadali, 2003) se propone un esquema basado en observadores para el diagnóstico de fallas utilizando la técnica de “lifting” y combinando multi-muestreo. Como resultado se presenta un esquema que es robusto a entradas desconocidas. En (Izadi et al., 2005a), un esquema multi-muestreo con la característica de muestreo rápido para diagnóstico es propuesto. Lo anterior permite obtener la detección y aislamiento de fallas en periodos cortos de tiempo, de hecho, más cortos que los propuestos hasta la fecha. Una discretización de sistemas que es invariante a la norma para diagnóstico de fallas fue introducida en (Izadi et al., 2005b) y fue utilizada además para analizar el desempeño de diferentes métodos de detección de fallas en (Izadi et al., 2007). La consideración de muestreo rápido se utilizó también en el contexto de diagnóstico en (Zhong et al., 2006). Una solución basada en observadores con diseño óptimo y uso de la técnica de ‘’lift’’ fue propuesta en (Zhong et al., 2007) y otra basada en filtro de Kalman con muestreo no uniforme fue propuesto por (Li et al., 2008). En este caso el filtro es obtenido a partir de mediciones. Un repaso de los principales resultados relacionados con el diagnóstico de fallas de sistemas muestreados puede ser revisado en el trabajo (Zhang y Ding, 2008). Como es reconocido en (Izadi et al., 2007) y en (Zhang y Ding, 2008), los mejores resultados obtenidos hasta el momento cuentan con la limitación en el número de fallas que puede ser aislada (que resulta ser menor) con respecto a la contraparte continua. Lo anterior motiva la búsqueda de un método de diagnóstico basado en modelos que no cuente con la reducción del número de fallas que pueden ser localizadas, es decir, que pueda localizar al menos la misma cantidad de fallas que el que sería posible utilizando un procedimiento en tiempo continuo. En este trabajo se propone el uso de un estimador de las derivadas de la entrada y la salida y con 18 esto la construcción de un espacio de paridad de tiempo continuo. Como valor agregado se tiene que la limitación del número de fallas que puede ser localizado mediante la utilización de las muestras en el algoritmo de diagnóstico se relaja. Es decir, con el método propuesto es posible localizar al menos el mismo número de fallas que cuando se utiliza un esquema en tiempo continuo. PRELIMINARES El diagnóstico basado en modelos se realiza generalmente en dos etapas (Frank, 1990): primero se obtienen señales que dependen sólo de las fallas. Estas señales son idealmente cero en ausencia de fallas y diferentes de cero en otro caso. El segundo paso consiste en una evaluación de los residuos para poder extraer la información sobre las fallas. Para realizar esta tarea se utiliza una función de evaluación, así como un valor de umbral. El umbral es utilizado para evitar alarmas falsas cuando el residuo no es cero y hay ausencia de fallas. Esta situación puede ocurrir cuando dinámica no modelada o perturbaciones afectan al sistema bajo estudio. ESPACIO DE PARIDAD Una de las primeras referencias con un análisis en el espacio de estado para espacios de paridad fue considerado en (Chow y Willsky, 1984). Desde el punto de vista entrada-salida se puede revisar en (Gertler, 1998). En este trabajo utilizaremos una descripción convencional, la cual puede ser encontrada en (Frank, 1990), ver también (Ding, 2008). Considere un sistema lineal, invariante en el tiempo y discreto dado por: x (k + 1) = A x (k ) + B u (k ) + Ed d (k ) + E f f (k ) (1) y (k ) = C x (k ) + D u (k ) + Fd d (k ) + F f f (k ) (2) Donde x(k) es el estado de dimensión n, u(k) es el vector de entradas de dimensión p. Las matrices A,B,C,D,Ed, Ef ,Fd y Ff son constantes, conocidas y de dimensiones apropiadas. Suponer que el par (A,C) es observable y que rango (C)=m. Con la finalidad de obtener un generador de residuos suponemos primero que f(k)=0 y d(k)=0. Expresando y(k-s), con s≥n, en términos de x(k-s),u(k-s) y de igual forma y(k-s+1) en términos de x(k-s), u(k-s) y u(k-s+1), Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Detección de fallas mediante el espacio de paridad continuo en un sistema... / Jesús Víctor Manuel Cid Medina, et al. se forma una ventana de tiempo con los valores pasados de la entrada y la salida cuyo tamaño está en función del valor de s. El procedimiento se sigue sucesivamente hasta llegar a y(k) dando lugar a las siguientes matrices: ⎡ y(k − s) ⎤ ⎡ u(k − s) ⎤ ⎢ y(k − s + 1) ⎥ ⎢ ⎥ ⎥ ; u (k ) = ⎢u(k − s + 1) ⎥ y s (k ) = ⎢ ⎢ ⎥ s ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ y(k ) ⎦ ⎣ u(k ) ⎦ H O, s … 0 ⎤ ⎡ C ⎤ ⎡ D 0 ⎢ CA ⎥ ⎢ CB D ⎥ ⎥;H = ⎢ ⎥; =⎢ ⎢ ⎥ u, s ⎢ 0⎥ ⎢ s⎥ ⎢ S −1 ⎥ ⎣C A ⎦ ⎣C A B … C B D ⎦ con las cuales se obtiene la siguiente ecuación, que se conoce como relación de paridad: y s (k ) = H O, s x (k − s ) − H u, su s (k ) (3) Note que los vectores de entradas us(k) y de salidas ys(k) se forman con las mediciones y se suponen conocidas. Las matrices HO,s y Hu,s son constantes y formadas con las matrices del sistema, las cuales se suponen conocidas. La única variable desconocida es x(k-s). La idea básica de la relación de paridad es utilizar el hecho de que si s ≥ n entonces rango (HO,s)=n < # de renglones de HO,s, con lo cual existe al menos un vector renglón vs ≠ 0 de dimensión(s+1)m tal que v s H O, s = 0 (4) Así el generador de residuos basado en relaciones de paridad está construido por: r (k ) = vs (y s (k ) − H u, su s (k )) = 0 (5) Los vectores que satisfacen (5) son llamados vectores de paridad y a ese conjunto se le conoce como espacio de paridad de orden s-ésimo. Al considerar el efecto de las perturbaciones y fallas en el residuo ahora se considera f(k)≠0 y d(k)≠0, obteniendo, adicionalmente, las siguientes matrices: ⎡ f (k − s) ⎤ ⎡ d (k − s) ⎤ ⎢ f (k − s + 1) ⎥ ⎢ ⎥ ⎥ ; d (k ) = ⎢ d (k − s + 1) ⎥ f s (k ) = ⎢ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ f (k ) ⎦ ⎣ ⎣ f (k ) ⎦ Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 H f ,s 0 ⎡ Ff … 0 ⎤ ⎢ CE F ⎥ f f ⎥; =⎢ ⎢ 0⎥ ⎢ S −1 ⎥ ⎢⎣C A E f … C E f F f ⎥⎦ H d ,s 0 … 0 ⎤ ⎡ Fd ⎢ CE F ⎥ d d ⎥ =⎢ ⎢ 0⎥ ⎢ S −1 ⎥ ⎢⎣C A Ed … C Ed Fd ⎥⎦ ESTIMADOR DE LA DERIVADA El estimador de la derivada fue tomado de (Vasiljevic y Khalil, 2008), en el cual un observador de alta ganancia es utilizado como diferenciador y es representado por las siguientes ecuaciones: i x = A x + Bu ⎡ −á1 ⎡ á1 ⎤ 1 … 0 ⎤⎥ ⎢ ⎢ ε ⎥ ε ⎢ −á1 ⎥ ⎢ á1 ⎥ 0 2 A=⎢ ⎥ ; B = ⎢ ε2 ⎥ ε ⎢ ⎢ ⎥ 1⎥ ⎢− án ⎥ ⎢á n ⎥ … 0 … ⎥⎦ εn ⎣⎢ ⎣⎢ ε n ⎦⎥ donde el polinomio característico de  es Hurwitz. La función de transferencia de u a x cuando ε tiende T a cero está dada por: T (s ) = ⎡⎣1s … s n − 2 s n −1 ⎤⎦ de manera que asintóticamente conforme ε→0, el sistema descrito anteriormente actúa como diferenciador bajo la consideración de que la entrada u es continua y diferenciable. La selección de la variable ε es de suma importancia en el diseño del derivador sobre todo en señales con ruido. De manera experimental se sabe que al elegir un valor muy pequeño de ε para una entrada libre de ruido mejora de manera significativa la estimación de la derivada, sin embargo, si la señal de entrada está sujeta a ruido, la estimación no será tan buena como en el caso anterior debido al efecto que el derivador tendrá sobre el ruido de la señal. En este caso la selección de ε se vuelve crítica y entonces se busca un valor de ε que proporcione una buena estimación aún si la señal no está libre de ruido. El valor de ε utilizado en el ejemplo de la sección V es de 0.3. 19 �Detección de fallas mediante el espacio de paridad continuo en un sistema... / Jesús Víctor Manuel Cid Medina, et al. ESPACIO DE PARIDAD PARA SISTEMAS CONTINUOS De manera similar a como se realizó el espacio de paridad para sistemas discretos es posible el diseño del espacio de paridad para sistemas continuos. Se considera el siguiente sistema lineal e invariante en el tiempo: x(t ) = A x (t ) + B u (t ) + Ed d (t ) + E f f (t ) (9) y (t ) = C x (t ) + D u (t ) + Fd d (t ) + F f f (t ) (10) Al igual que para el caso discreto x(t) es el estado de dimensión n, u(t) es el vector de entradas de dimensión p. Las matrices A,B,C,D,Ed,Ef,Fd y Ff son constantes, conocidas y de dimensiones apropiadas, también se supone que el par (A,C) es observable y que rango (C)=m. El desarrollo que se sigue, en este caso, para obtener el generador de residuos es muy similar al caso discreto, solo que aquí se utilizan las derivadas de la entrada y la salida del sistema en instantes definidos de tiempo, en lugar de mediciones anteriores de la entrada y la salida como se analizó. Las suposiciones que se hicieron en el caso discreto son idénticamente utilizadas y removidas para el caso continuo, generándose así un conjunto de matrices que también son idénticas a las obtenidas para el caso continuo. De este modo la relación de paridad para el caso continuo, al considerar perturbaciones y fallas, está dada como: y s (t )= H O, s x (t )− H u, su s (t )+ H f , s f s (t )+ H d , s d s (t ) (11) Y el generador de residuo como: rs (t ) = vs (H f , s f s (t ) + H d , s d s (t ) ) (12) EJEMPLO DE APLICACIÓN Como ejemplo para la construcción de un espacio de paridad continuo, se considera un sistema de tres tanques interconectados como el que se muestra en la figura 1, una descripción detallada puede ser encontrada en (Ding, 2008). El modelo no lineal se obtiene aplicando directamente las leyes de Torricelli, tomando en cuenta los flujos de entrada y salida de cada tanque. Para el diseño del espacio de paridad se utiliza un modelo linealizado alrededor de un punto de operación h1=45cm,h2=15cm y h3=30cm y está dado 20 Fig. 1. Sistema de tres tanques. por: x(t ) = A x (t ) + B u (t ) (13) y (t ) = C x (t ) (14) Donde el vector de estados x(t) corresponde al nivel de cada tanque y también son la salida del sistema. Las matrices de distribución son: 0 0.0085 ⎤ ⎡− 0 . 0 0 8 5 A=⎢ 0 −0.00195 0.0084 ⎥; ⎢⎣ 0 . 0 0 8 5 0.0084 − 0 . 0 1 6 9 ⎥⎦ 0 ⎡0 . 0 0 6 5 ⎤ ⎡1 0 0 ⎤ B=⎢ 0 0 . 0 0 6 5⎥ ; C = ⎢ 0 1 0 ⎥ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎢⎣ 0 0 1 ⎥⎦ 0 0 El espacio de paridad es llevado a cabo mediante el procedimiento visto en la sección IV. Se consideran únicamente dos derivadas de la entrada y la salida, logrando obtener un generador de residuo basado en la relación de paridad, donde y s (t )∈R 9 x1, u s (t )∈R 6 x1 y H u,2∈R 9 x6. Tomando en cuenta las dimensiones de estas matrices, es claro que el vector de paridad tiene las siguientes dimensiones v ∈R1x9. La s implementación es llevada a cabo mediante Matlab Simulink obteniendo los resultados que se muestran enseguida. En la figura 2 se aprecia la salida de cada uno de los tanques sin considerar el efecto de las fallas. Los niveles de cada uno de ellos se localizan perfectamente en el valor deseado de acuerdo al punto de operación especificado anteriormente. En la figura 3 se aprecia la señal residual obtenida. De esta última se puede notar que después de un tiempo transitorio, relativamente pequeño, la variable de residuo tiende a un valor muy cercano a cero, lo cual significa que el generador de residuo obtenido tiene un buen funcionamiento y entonces se considera un sistema con fallas en el sensor uno y bomba uno, que corresponden al primer tanque. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Detección de fallas mediante el espacio de paridad continuo en un sistema... / Jesús Víctor Manuel Cid Medina, et al. Fig. 4. Salidas del sistema con falla en sensor uno. Fig. 2. Nivel de cada tanque. mantenga en su punto de operación. Así el generador residual tiene un valor diferente de cero justamente en el segundo en que ocurre la falla tal como se muestra en la figura 5. Fig. 3. Señal de residuo para un caso sin falla. El sistema lineal tomando en cuenta el efecto de posibles fallas en actuadores y sensores es el que se muestra a continuación: x (t ) = A x (t ) + B u (t ) + E f f (t ) (15) y (t ) = C x (t ) + F f f (t ) (16) Donde ⎡ f1 ⎤ E f = [0B ]∈ R 3x5 , F f = [I 3x3 0]∈ R 3x5 y f = ⎢ ⎥ ⎢⎣ f 5 ⎥⎦ El generador de residuo que se obtiene en este caso tiene la forma de la ecuación (12) y se implementa de la misma manera que para el caso sin falla. Los resultados de simulación se presentan a continuación. Como puede apreciarse en la figura 4, la falla ocurre en el sensor uno en el segundo 10 y se manifiesta por medio de un cambio en el nivel del tanque uno, el cual hace que el sistema no se Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Fig. 5. Residuo cuando hay falla en sensor uno. Cuando la falla ocurre en una de las bombas, el generador de residuo responde ante la misma en el instante en que dicha falla se presenta. Una falla en la bomba uno ocurre en el segundo 40 apareciendo inmediatamente en la salida como se ve en la figura 6, en tanto que el generador de residuo que se aprecia en la figura 7 refleja el efecto de dicha falla sobre el sistema. Cabe mencionar que el generador de residuos puede ser diseñado de tal forma que sea sensible o robusto a determinadas fallas, es decir, siendo robusto a la falla uno no será alterado el valor del generador de residuo aunque se presente una falla en el sensor uno, mientras que el resto de las posibles fallas sí serán detectadas en caso de presentarse. 21 �Detección de fallas mediante el espacio de paridad continuo en un sistema ... / Jesús Víctor Manuel Cid Medina, et al. De igual manera, en las figuras 10 y 11 se aprecia la salida del tanque uno y la señal de residuo respectivamente. Fig. 6. Falla en la bomba uno. Fig. 8. Salida del tanque uno en la presencia de ruido. Fig. 7. Residuo cuando hay falla en bomba uno. Los resultados presentados anteriormente están sujetos a la consideración de que las salidas son ideales o están libres de ruido, lo cual en caso real no es verdad. Por lo anterior a continuación se toma en cuenta una componente pequeña de ruido en la salida simulando el efecto que se presentaría en los niveles de los tanques al momento de ser llenados por las bombas uno y dos en un caso real. En la figura 8 puede verse como el nivel del tanque uno se ve ligeramente afectado por un poco de ruido. En la misma figura también se aprecia un incremento de nivel en el segundo10, que se traduce en una falla del sensor en este instante de tiempo. La figura 9 muestra la señal de residuo para el caso mencionado anteriormente, que a pesar de tener bastante ruido es apreciable un cambio en el segundo 10. 22 Fig. 9. Señal de residuo ante la falla en tanque uno. Fig. 10. Salida en tanque uno con falla en bomba uno. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Detección de fallas mediante el espacio de paridad continuo en un sistema ... / Jesús Víctor Manuel Cid Medina, et al. Fig. 11. Señal de residuo ante la falla en bomba uno. CONCLUSIONES En este trabajo se considera el diseño de espacios de paridad para sistemas continuos mediante la estimación de derivadas de señales. Se utiliza un observador de alta ganancia propuesto recientemente como estimador de derivadas de señales, el cual cuenta con buenas propiedades respecto al ruido. El diseño de espacio de paridad para sistemas continuos es semejante al que se realiza en el caso discreto, sólo la implementación es distinta. Con el procedimiento utilizado se logran los resultados de localización sin las limitaciones que se tienen cuando se discretizan las ecuaciones continuas. REFERENCIAS 1. Chow, E. Y. y A. S. Willsky (1984). Analytical redundancy and the design of robust failure detection system. IEEE Trans. On. Autom. Control AC-29(7), 603-614. 2. Ding, S.X.(2008). Model-based fault diagnosis techniques. Springer. 3. Fadali, M. S. (2003). Observer-based robust fault detection of multirate linear system using a lift reformulation. Computers and Electrical Engineering 29, 235-243. 4. Frank, P.M. (1990). Fault diagnosis in dynamic systems using analytical and knowledge-based Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 redundancy – a survey. Automática 26,459-474. 5. Gertler, J. (1998). Fault detection and diagnosis in engineering systems. Marcel Dekker. New York. 6. Izadi, I., Q. Zhao y T. Chen (2005a). An optimal scheme for fast rate fault detection based on multirate sampled data. Journal of Process Control 15, 307-319. 7. Izadi, I., Q. Zhao y T. Chen (2007). Analysis of performance criteria in sampled-data fault detection. Systems & Control letters 56, 320-325. 8. Izadi, I., Q. Zhao y T. Chen (2005b). Norm invariant discretization for sampled-data fault detection. Automática 41 1633-1637. 9. Li, W., S. L. Shah y D. Xiao (2008). Kalman filters in non-uniformly sampled multirate system: for fdi and beyond. Automatica 44, 199-208. 10. Rank, M. L. (1998). Robust and oprimal control: robust sampled-data H2 and fault detection and isolation. Phd thesis. Technical University of Denmark. Denamark. 11. Vasiljevic, L. K. y H. K. Khalil (2008). Error bounds in differentiation of noisy signals by high-gain observers. systems & Control Letters 57, 856-862. 12. Viswanadham, N. y K. D. Minto (1990). Fault diagnosis in multirate sampled data systems. En: 29th IEEE Conference on Desicion and Control. Honolulu, Hawaii. pp. 3666-3671. 13. Zhang, P., S. X. Ding, G. Z. Wang y D. H. Zhou (2002). Fault detection for uncertain sampleddata systems. En: Proceedings of the 4th World Congress on Intelligent Control and Automation. Shangai, P. R. China. pp. 2728-2732. 14. Zhang, P., S.X. Ding (2008). On fault detection in linear discrete-time, periodic, and sampleddata systems. Journal of control Science and Engineering 2008. 15. Zhong, M., H. Ye, S. X. Ding y G. Wang (2007). Observer-based fast rate fault detection for a class of multirate sampled-data systems. IEEE Transactions on Automatic Control 52(3), 520-525. 16. Zhong, M.-Y., Ch.F. Ma y Y.-X. Lui (2006). Fas trate fault detection filter for multirate sampled-data systems. Acta Automatica Sinica 32(3), 433-437. 23 �Pioneros de la industria del cemento en el Estado de Nuevo León, México. Cementos Mexicanos, S.A. Javier Rojas Sandoval javierrojas@monterreyculturalindustrial.org RESUMEN La industria del cemento del estado de Nuevo León, como empresa globalizada, es actualmente líder en producción de cemento en México y Norteamérica, y una de las mayores a nivel mundial. En este artículo se describe el inicio de esta industria, sus pioneros, y las condiciones que le permitieron sortear crisis. En la parte I se analizó el caso de Cementos Hidalgo, S.C.L. y en la parte II se describe la creación de otras empresas y las fusiones que llevaron a la creación y desarrollo de Cementos Mexicanos. PALABRAS CLAVE Cemento, Nuevo León, México, Industria, Pioneros. ABSTRACT The cement industry of the Nuevo Leon state of Mexico, as a globalised company, currently is the leader in cement production in Mexico and North America, and one of the largest at world-wide level. In this article the beginnings of this industry, its pioneers, and the conditions that allowed to survive crisis are described. In part I the case of Cementos Hidalgo was analyzed and in this part II, the creation of other companies and the fusions that hade as a result the creation and development of Cementos Mexicanos are described. KEYWORDS Cement, Nuevo Leon state, Mexico, Industry, Pioneers. INTRODUCCIÓN1 Cementos Mexicanos es en la actualidad un grupo industrial fabricante de cemento, concretos y otros productos; maneja empresas de servicios y bienes de capital. Ocupa el liderazgo en la producción y comercialización del cemento en Norteamérica y el cuarto lugar mundial en ese giro industrial. Como empresa Cementos Mexicanos se constituyó el 2 de febrero de 1931, nació de la fusión de dos plantas: Cementos Hidalgo (1906) y Cementos Portland Monterrey, S. A. (1920). Como planta fabril su origen fue esta última. Como grupo industrial, Cementos La primera parte de este Mexicanos (Cemex) se fue conformando en un proceso de expansión. A nivel artículo se publicó en el local, con las plantas mencionadas más Cementos del Norte, S. A. (fundada número 49 de INGENIERÍAS. 24 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Pioneros de la industria del cemento en Nuevo León, México / Javier Rojas Sandoval en 1947); a nivel nacional e internacional, con la adquisición de otras plantas cementeras.2 Desde la perspectiva histórica, puede afirmarse que con la fundación de Cementos Mexicanos, en febrero de 1931, se unieron dos generaciones fabriles: la pionera de la primera generación, Cementos Hidalgo y la pionera de la segunda generación, Cementos Portland Monterrey, de las cuales se formó Cemex, como una síntesis de las anteriores. F Á B R I C A D E C E M E N TO Y T I E R R A S REFRACTARIAS El año de 1905 Vicente Ferrara, accionista de la Fundidora Monterrey, emprendió el proyecto de instalar una planta productora de cemento aprovechando la escoria de la fábrica acerera para producir cemento siderúrgico.3 Tecnológicamente el proyecto consistía en el uso de la escoria del alto horno mezclada con una pequeña parte de clinker,4 para con ello obtener el llamado cemento siderúrgico.5 La planta cementera promovida por Vicente Ferrara se construyó entre 1905 y 1906, bajo la razón social de Fábrica de Cemento y Tierras Refractarias. El 27 de junio de 1906, los inspectores del gobierno encargados de levantar el reporte sobre el estado de las instalaciones de la fábrica informaban que la planta se encontraba establecida al norte de la ciudad (lugar que ocupa actualmente la planta Monterrey de Cemex). Un segundo reporte fechado el mes octubre de 1907 aseguraba que según libros, el señor Ferrara había invertido hasta entonces la suma de 262,193.51 pesos.6 (Ver tabla I). Vicente Ferrara Ferrigno [1857-1976]. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Fallas de carácter técnico impidieron la realización y progreso del proyecto de la planta, debido a que el proceso de enfriamiento utilizado por el Horno Alto No. 1 de la Fundidora Monterrey impedía obtener escoria con las propiedades requeridas para producir cemento. La maquinaria y terrenos de la Fábrica de Cemento y Tierras Refractarias fueron comprados años después por la familia Zambrano, propietaria de Cementos Monterrey. Posteriormente, cuando fue inaugurado el Horno No. 2 de la Fundidora Monterrey —cuya escoria tenía las cualidades técnicas requeridas—, los empresarios de Cemex retomaron la idea de producir cemento siderúrgico, para lo cual montaron una fábrica con la razón social de Cementos del Norte. El inicio de la década de los veinte fue un tiempo en el que Monterrey reorganiza su economía y principalmente su industria, después de los borrascosos años revolucionarios. Sin embargo, los enfrentamientos armados no afectaron el crecimiento de la población. En 1921 Monterrey tenía 7,500 habitantes más que en 1910. En la década siguiente la población creció mucho más. Un hecho de particular significación que tuvo lugar durante la década de los veinte fue la modernización urbana de Monterrey. Tabla I. Fábrica de Cemento y Tierras Refractarias Inversiones a octubre de 1907 Terrenos y aguas 14,604.50 Maquinaria 66,715.36 Vías férreas 14,114.75 Corral 290.06 Muebles y enseres 400.64 Laboratorio 1,890.89 Carbón menudo 11,188.00 Carbón gas 5,595.62 Edificios 58,871.57 Horno de cal 1,296.37 Escoria 26,859.16 Cal 10,270.52 Almacén 50,096.07 Fuente: AGENL, Concesiones, Exp. 20 / 4, octubre 30 de 1907.3 25 �Pioneros de la industria del cemento en Nuevo León, México. / Javier Rojas Sandoval Fue en esos años que las autoridades de la ciudad emprendieron la rectificación, ensanchamiento y prolongación de las principales calles de la capital regia. También se inició una campaña de destejabanización del centro de la ciudad. El alcalde giró órdenes a los propietarios de tejabanes ubicados en las avenidas: Madero, Diego de Montemayor y Álvarez, para que en treinta días desmontaran los tejabanes y los sustituyeran por construcciones modernas. Como los propietarios se negaron, la autoridad procedió a utilizar bulldozers para acabar con las feas construcciones. Al mismo tiempo se inició un programa de pavimentación a cuenta de los vecinos. Por otra parte, el terrado fue sustituido por la loza de concreto. Hizo su aparición el block que desplazó al adobe. Asimismo se dio principio a la construcción de grandes edificios: la Escuela Industrial Álvaro Obregón (1928), el Palacio Federal (1928), la Escuela Monumental José Joaquín Fernández de Lizardi (1927). En la misma década de los veinte se construyeron las casas de la colonia El Mirador. En suma, el decenio comprendido entre 1920 y 1930 fue un tiempo favorable para la industria de la construcción.7 CEMENTOS PORTLAND MONTERREY En el marco de ese contexto, en 1920, la familia Zambrano tomó la iniciativa para fundar la empresa Cementos Portland Monterrey, fábrica que habría de convertirse en el eje central del grupo Cemex, constituido a principios de la década de los treinta.8 (Ver tabla II). Lorenzo H. Zambrano Gutiérrez [1888-1935]. 26 Tabla II. Accionistas fundadores de Cementos Portland Monterrey 1920 Nombre Aportación (pesos) Lorenzo H. Zambrano 2,920 Alberto Zambrano 300 Adolfo Zambrano Sr. 300 Adolfo Zambrano Jr. 300 Salvador E. Zambrano 300 Eugenio Zambrano 127 José Zambrano G. 126 Salvador Madero 800 Alfonso Madero 767 Santiago Belden 225 José A. Treviño 95 Gustavo L. Treviño 80 Lic. Elías Villarreal 60 Total 6,400 Fuente: Juan Ignacio Barragán, op. cit., p. 24. 2 Para la década de los veinte la fábrica de cemento instalada en el municipio de Hidalgo, propiedad del norteamericano J. Brittingham contaba con la experiencia de más de una década de estar operando. Durante esos años había demostrado el éxito y las buenas perspectivas de la industria cementera en la región. Su capacidad inicial de operación había sido de 36 mil toneladas, a pesar de lo cual comenzó produciendo solamente 600 toneladas al año. Sin embargo, entre la segunda mitad de los años veinte y principios de los treinta la cementera hidalguense alcanzaba ya las veinticinco mil toneladas al año. Con esos antecedentes se funda Cementos Monterrey. Para explicar su fundación debe tomarse en cuenta otro factor de particular significado. Por esos años la familia Zambrano poseía en propiedad grandes extensiones de terrenos en el municipio de Abasolo, cercano a Hidalgo donde se localiza la otra planta cementera. Una particular importancia tenía Abasolo: ser depositario de grandes recursos de arcilla y caliza, básicos para la fabricación del cemento de este tipo. La familia Zambrano poseía en esos tiempos la empresa Compañía Agrícola Abasolo, la cual estaba integrada por las propiedades rústicas: La Muralla, San Nicolás de los Ligueros, Tripona y Laborcitas. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Pioneros de la industria del cemento en Nuevo León, México / Javier Rojas Sandoval El Porvenir 1 Nov 1923. Los Zambrano tenían una destacada presencia en el mundo fabril y empresarial de Nuevo León. Dos socios con esos apellidos aparecen como promotores de la Fundidora Monterrey en sus inicios: Adolfo Zambrano y Onofre Zambrano.9 El primero figura como accionista de la planta cementera. El autor de la iniciativa empresarial cementera fue Lorenzo H. Zambrano, quien adquirió la maquinaria, los terrenos y edificios de la antigua Fábrica de Cementos y Productos Refractarios. El contrato de compra-venta estableció un precio de 180 mil pesos oro, a ser cubiertos en el transcurso de una década, al seis por ciento de interés anual. La empresa nació como proyecto familiar, con la participación destacada de dos miembros de otra influyente familia de empresarios: los Madero. La compañía se constituyó el 28 de mayo de 1920, bajo la razón social de Cementos Portland Monterrey, S. A. Inició con un capital de 6,400 pesos oro, distribuidos en títulos de cien pesos. En vista de que la planta adquirida no contaba con el horno rotatorio y otros equipos necesarios para producir el cemento, los nuevos inversionistas contrataron los servicios de la empresa estadounidense Curting, Dugglas Engineering Co., la que proporcionó a un costo de 186,482 dólares el horno rotatorio, enfriadora, trituradora y refacciones para los molinos existentes. Asimismo se instaló el moderno horno Allis Chalmers, de 125 pies de largo y diez de diámetro, con 45 mil toneladas anuales de capacidad. Desde sus inicios el desarrollo de la empresa fue muy dinámico. Al año siguiente de haber sido constituida, se duplicó el capital inicial. Lo cual se debió a diversos trabajos realizados en Abasolo, Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 así como a la compra de los nuevos equipos, su instalación y desembolsos en la administración. En un contexto caracterizado por problemas derivados de la situación posrevolucionaria que afectaba la economía nacional, la eficiencia en las comunicaciones y la depresión del consumo, el primer año de operaciones de Cementos Portland Monterrey no fue del todo exitoso. En ocho meses produjo solamente ocho mil toneladas, cantidad muy inferior a su capacidad instalada. A pesar de las adversidades, el esfuerzo de los empresarios y la comunidad laboral de la planta cementera fue reconocido desde los primeros años. En 1923 y 1924, Cementos Portland Monterrey fue premiada con medallas de plata y oro. La primera otorgada en la Exposición Internacional de Río de Janeiro, Brasil. La segunda, el Gran Premio obtenido el año de 1924 en la Exposición Universal de Sevilla, España. Con el cemento producido en la planta se construyeron los edificios Langstroth y el Casino Monterrey. También la presa Mexquitic y otras construcciones en la ciudad de Tampico, Tamaulipas. CEMENTOS MEXICANOS, S.A. Como se dijo al principio, Cementos Mexicanos fue producto de la fusión de las empresas Cementos Monterrey y Cementos Hidalgo, las cuales habían mantenido una fuerte competencia por varios años. Luego de una larga negociación entre las dos administraciones, lograron ponerse de acuerdo y firmaron el acta constitutiva de la nueva compañía el 2 de febrero de 1931. En los años previos al acto de fusión, ambas empresas habían logrado avances significativos, tanto en producción como en ventas. Tres años antes, la planta instalada en Monterrey operaba al sesenta por ciento de su capacidad. En 1930 había logrado realizar noventa por ciento de sus ventas totales. La cementera hidalguense, a pesar de los problemas derivados de la revolución y de que apenas había reiniciado las operaciones en 1921, registraba resultados positivos en utilidades. En los primeros tiempos que funcionaron independientes, las administraciones de ambas 27 �Pioneros de la industria del cemento en Nuevo León, México / Javier Rojas Sandoval empresas entraron en una dura competencia, con resultados desfavorables para las dos fábricas. Con motivo de las obras del Casino Monterrey y con el propósito de obtener el contrato, vendieron a precios por abajo de los costos de producción. Al final, ambas administraciones decidieron superar las rivalidades mediante acuerdos consistentes en el establecimiento de pactos cuyo propósito consistió en el reparto del mercado y la unificación de precios favorables. No obstante lo anterior, siguieron presentándose conflictos por desacuerdos. En aras de superar las fricciones entre los dos consejos de Administración, se planteó la necesidad de solucionar de manera definitiva la rivalidad y la competencia. Dentro de las posibles soluciones se consideró la idea de cambiar de lugar alguna de las dos las plantas; lo cual resultaba muy costoso, además de complicado logísticamente. La otra alternativa era la fusión, que se veía como más viable y con mayores perspectivas de éxito, tomando en cuenta que solamente era una solución administrativa. El presidente del Consejo de Administración de la planta cementera instalada en el municipio de Hidalgo tenía particular interés en encontrar una solución definitiva. Proyectaba dedicarle mayor atención a otros negocios, en particular, a los planes empresariales de sus hijos, quienes se habían propuesto montar una fábrica de jabón en Mexicali. Ante tal perspectiva se dispuso a entablar negociaciones con la empresa norteamericana International Cement Corporation (Lone Star) a fin de venderle su participación en Cementos Hidalgo. Por otra parte J. F. Brittingham tenía buenas relaciones con los hombres que manejaban el naciente sistema político mexicano revolucionario. En acuerdo con el entonces presidente de la república, Plutarco Elías Calles, el empresario cementero tenía proyectado montar una planta de cemento en el estado de Sinaloa, en Culiacán. El otro contacto era Abelardo L. Rodríguez, gobernador de Baja California Norte de 1923 a 1929, quien combinaba exitosamente la administración pública con los negocios privados. Siendo él mismo un importante empresario, se distinguió por las facilidades otorgadas a los inversionistas. Con él, J. F. Brittingham se proponía formar una sociedad conjuntamente con la International Cement Corporation (Lone Star). 28 John F. Brittingham [1859-1940]. Los propietarios de Cementos Monterrey tenían planes que no contemplaban trasladar la planta cementera a otro lugar fuera de Monterrey por el auge que estaba tomando la industria de la construcción en Nuevo León y los estados vecinos. Un factor adicional que habría de consolidar los proyectos industriales de la familia Zambrano fue la creación de una compañía encargada de introducir el gas para la industria regiomontana; proyecto en el cual sumaría esfuerzos otro empresario, capitán de la industria nuevoleonesa, don Roberto Garza Sada, gerente de la Vidriera Monterrey en esos años. El gas es de primera importancia tanto para la industria del vidrio como para la cementera; ambas requieren de grandes cantidades de energía para los hornos que emplean en sus procesos industriales. Los esfuerzos por conseguir el gas se iniciaron cuando los empresarios regiomontanos fundaron la compañía Gas Industrial de Monterrey, S. A. Empresa que tendría la misión en un principio de traer el energético de los yacimientos texanos. La sustitución del combustóleo por el gas natural fue un paso decisivo para el desarrollo de las plantas cementeras nuevoleonesas: la instalada en Hidalgo y la de Monterrey. Según los cronistas de la cementera hidalguense, el energético no se introdujo en esa planta hasta la década de los cincuenta. La línea que conduciría el gas de Monterrey a Hidalgo se inauguró el 29 de julio de 1952. Más de veinte años después de la fusión de ambas cementeras. El 2 de febrero de 1931 se firman los estatutos de la nueva compañía bajo la razón social: Cementos Mexicanos, S. A. Entre ambas empresas el capital sumaba 4.4 millones de pesos. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Pioneros de la industria del cemento en Nuevo León, México / Javier Rojas Sandoval De las veinte carteras, doce posiciones quedaron en manos de los hombres de Cementos Hidalgo; las restantes ocho fueron para Cementos Monterrey. Si bien J. F. Brittingham conservaba el importante puesto de presidente de la sociedad, éste era de carácter honorífico. En tanto que Lorenzo Zambrano retenía la cartera de presidente ejecutivo y otro Zambrano asumía la tesorería del Consejo de Administración. (Ver tabla III). Cinco años antes de que se diera la fusión, el año de 1926, la cementera de Hidalgo producía veinticinco mil toneladas. En el año de la fusión la cantidad se redujo a solamente 12,342 toneladas. En cambio Cementos Monterrey, un año antes de la constitución de Cemex, produjo poco más de cuarenta mil toneladas. Una vez constituida la nueva sociedad anónima, la producción de las plantas fusionadas cayó hasta un cuarto de su capacidad real. Las ventas disminuyeron. Todo ello a consecuencia de la caída del mercado cementero. El año más desfavorable fue Tabla III. Primer Consejo de Administración de Cementos Mexicanos, 1931. Nombre Puesto John F. Brittingham Presidente honorario Lorenzo H. Zambrano Presidente ejecutivo Mariano Hernández Vicepresidente Matías Elizondo Secretario Adolfo Zambrano Tesorero Rodolfo J. García 1er. vocal Rodolfo M. Garza 2o. vocal Fritz N. Niggli 3er. vocal José Zambrano Gutiérrez 4o. vocal Antonio Muguerza 5o. vocal Víctor de Lachica 6o. vocal José Zurita 7o. vocal Guillermo Zambrano 8o. vocal Ing. Jorge Muñoz Prisciliano Elizondo el de 1932 cuando la producción de las dos plantas no alcanzó a igualar la realizada por una sola de ellas —la de Monterrey— en 1930. La recuperación de la demanda fue lenta; no se lograron superar los años malos hasta después de 1933. (Ver tabla IV). Como consecuencia de la drástica caída de la demanda, la administración de Cementos Mexicanos decidió cerrar la planta del municipio de Hidalgo. Esta acción tuvo consecuencias negativas para la población, al ser la planta cementera la principal fuente de empleo de la comunidad hidalguense. El proceso de expropiación de la planta cementera de Hidalgo10 por parte del gobierno del general Lázaro Cárdenas, tuvo las siguientes características y momentos: A finales de 1934 un grupo de antiguos trabajadores organizados por líderes sindicales foráneos tomaron posesión de la planta cementera. Unos meses después, recién iniciada la presidencia del general Lázaro Cárdenas, empezaron a recibir apoyo del gobierno federal. En ese corto lapso, la incautación de la unidad Hidalgo de Cementos Mexicanos pasó a convertirse en un tema importante de la política nacional. Aunque los estudios económicos realizados por especialistas gubernamentales determinaban que Cementos Hidalgo debería mantenerse cerrada hasta que no se incrementara el consumo de cemento en la región, el criterio político privó sobre la racionalidad económica y condujo a la autoridad a establecer la expropiación de la fábrica. En 1936, la empresa fue evaluada en 1’500,000 pesos y los asesores gubernamentales propusieron que se creara una sociedad cooperativa limitada Tabla IV. Producción (1930-1935) de Cementos Monterrey, Cementos Hidalgo y Cementos Mexicanos Año Planta Producción miles de toneladas 9o. vocal 1930 Cementos Monterrey 40,151 1er. vocal suplente 1931 Cementos Hidalgo 12,342 Jesús Barrera 2o. vocal suplente 1931 Cementos Monterrey 26,188 Eduardo G. Brittingham 3er. vocal suplente 1932 Cementos Mexicanos 31,050 Thomas Williams 4o. vocal suplente 1933 Cementos Mexicanos 45,074 Fritz F. Niggli Comisario propietario 1934 Cementos Mexicanos 62,306 Carlos V. Ávila Comisario suplente 1935 Cementos mexicanos 52,449 Fuente: Juan Ignacio Barragán, op. cit., p. 34.2 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Fuente: Juan Ignacio Barragán, op. cit.2 29 �Pioneros de la industria del cemento en Nuevo León, México / Javier Rojas Sandoval para dirigir la empresa. Tras varios meses de negociaciones, durante los cuales Cementos Mexicanos siempre se opuso a la expropiación, el primero de abril de 1937 quedó establecida la Cooperativa de Cementos Hidalgo, S. R. L. y se iniciaron los preparativos para volver a producir. El gobierno cardenista hizo con Cementos Hidalgo un experimento para probar su ley de expropiación; misma que utilizó con toda su intensidad meses más tarde, al expropiar la totalidad de la industria petrolera. Por otra parte, el gobierno tardó ocho años, hasta abril de 1945, para cubrir el adeudo convenido en el decreto de expropiación, y no fue sino hasta 1946 cuando la propiedad se cedió de la empresa a la sociedad cooperativa. La administración de la Cooperativa de Cementos Hidalgo resultó bastante ineficiente. A pesar de que a partir de 1940 el mercado nacional inició una etapa de alto crecimiento sostenido, el gobierno tuvo que subsidiarla durante décadas, hasta mediados de los ochenta, cuando el gobierno federal decidió dejar de subsidiar a las empresas que no fueran autosuficientes. En ese nuevo contexto, la empresa se dirigía a la quiebra. En 1993, casi sesenta años después de la incautación, cementos Hidalgo fue nuevamente adquirida por el grupo Cemex. Si bien la producción de Cementos Mexicanos no tuvo como único destinatario el consumo local, la realidad es que su mercado natural fue, sobre todo en los primeros tiempos, la demanda regional. En la región se desarrolló una cultura cementera que comprende los estados vecinos de Nuevo León: Tamaulipas, Coahuila, San Luis Potosí, Durango y Zacatecas. El centro del consumo fue la ciudad de Monterrey. La Sultana del Norte ha sido la ciudad más cementera de México, al registrar los índices más elevados de consumo por habitante, producto del desarrollo industrial y comercial, así como el alto porcentaje de uso del cemento en la construcción de viviendas. A partir de la década de los treinta y hasta los sesenta, Monterrey y su área metropolitana registraron un crecimiento expansivo en todos los órdenes: poblacional, comercial, financiero e industrial. En 1930 contaba con 27,156 unidades construidas en una superficie de 1,778 hectáreas; diez años después el número de unidades habitacionales había ascendido a casi el doble. Para la década de los cincuenta, la superficie urbana de Monterrey estaba compuesta por 4,774 hectáreas donde se instalaban 81,392 construcciones. El 46 por ciento del área estaba ocupada por casas habitación de características muy variadas: jacales (tejabanes construidos de cartón, madera, barro-block). La zona residencial estaba compuesta por casas que un autor las llama chozas, construidas en la periferia de las industrias localizadas al norte de la ciudad, entre las grandes avenidas Madero y Ejido. Auténticos tugurios rodeaban las numerosas fábricas de vidrio, cemento y las vías férreas.11 El doce por ciento de la superficie urbana de la ciudad estaba ocupada por instalaciones fabriles (existían registradas 760 industrias para la década de los cincuenta). De acuerdo con Santiago Roel, entre 1928 y 1938 se emprendieron grandes construcciones viales. La carretera Nacional se construyó en esos tiempos, costeada por el gobierno federal. Por su parte el gobierno del estado se hizo cargo de la construcción de otras vías de comunicación como la carretera Monterrey-Saltillo, la de Reynosa-Matamoros. Además de las carreteras locales como las de Salinas Victoria, García y Zuazua.12 Fue en este contexto local en el que Cementos Mexicanos desarrolla sus actividades productivas con un crecimiento sostenido. En los quince años que van de 1933 a 1948 las ventas de Cemex crecieron El Sol, 24 de junio de 1932. 30 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Pioneros de la industria del cemento en Nuevo León, México / Javier Rojas Sandoval anualmente, en promedio, 8.2 por ciento. Medido en producción, pasó de 39 mil a 124 mil toneladas.13 Por otro lado, un punto de interés para Cementos Mexicanos fue la penetración del mercado del centro del país, nada fácil de cubrir debido a las ineficiencias de los sistemas de comunicación, en especial el transporte ferroviario. Con el propósito de llegar a ese nicho de consumo la cementera regiomontana se diversifica desarrollando una nueva línea de producción: el cemento blanco. En 1933, la compañía adquiere la mina de Caolín La Blanca en Querétaro y un año después pone en marcha la fabricación de cemento blanco. En 1935 colocaba en el mercado dos mil toneladas de producto. Cementos Mexicanos fue pionera en la producción de cemento blanco en el país. Al mismo tiempo se produjo un desequilibrio entre la demanda creciente y la producción de cemento, lo que presionó la búsqueda de incremento de la capacidad de producción de la planta cementera. A principios de la década de los cuarenta la fábrica de cemento trabajaba al noventa por ciento de su capacidad, y la demanda seguía creciendo. Ante ello, se tomó la decisión de instalar un tercer horno para incrementar la producción hasta las 135 mil toneladas. Sin embargo, problemas derivados de la segunda guerra mundial impidieron conseguir equipo importado de Estados Unidos de la mejor calidad. En vista de lo anterior, la empresa optó por adquirir un horno usado. Para ello fue necesario incrementar el capital en 1.8 millones de pesos. En 1943 se adquirió en el vecino país un horno de ocho pies de diámetro por 175 pies de largo, así como un enfriador. En Canadá se compraron cinco molinos de tubo de segunda mano. Desde 1945 ya se tenía instalado el horno número tres, pero debido a la escasez de gas, no fue sino hasta 1946 que entró en operaciones. Durante esta misma etapa la empresa retomó el frustrado proyecto de la planta de cemento siderúrgico, que en 1905 había intentado producir cemento a partir de la escoria de Fundidora Monterrey. Se aprovechó para ello la instalación del segundo alto horno inaugurado el año de 1943, el cual produciría escoria con las especificaciones requeridas para producir el cemento siderúrgico. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Mediante una participación de sesenta por ciento del capital en manos de Cementos Mexicanos, y con una inversión total de 2.5 millones de pesos, se iniciaron los trabajos de construcción de la nueva fábrica en 1945, mismos que concluyeron el año de 1947. Cementos del Norte produjo la marca Atlante que tuvo gran aceptación en el mercado nacional debido a su bajo precio. En 1987 se suspendió la producción de cemento siderúrgico, como consecuencia del cierre de Fundidora Monterrey. Pese a que Cementos Hidalgo, convertida en cooperativa, era la única empresa rival de Cementos Mexicanos en la región, la realidad es que nunca representó un peligro de competencia significativa para esta última en el mercado del noreste de México. Por ello, Cementos Mexicanos se colocó en una posición de privilegio, ya que la fábrica hidalguense nunca logró igualar los niveles de productividad y eficiencia comercial de la cementera regia. Desempeñando su papel de liderazgo en la rama, Cementos Mexicanos diseñó y puso en práctica proyectos de expansión de acuerdo con las necesidades de un mercado incompetido. En 1950 invirtió once millones de pesos en la instalación del horno número cuatro, Allis Chalmers, con capacidad de cien mil toneladas anuales. Seis años después, se proyectó la instalación del horno número cinco, estimando una inversión de treinta millones de pesos. Tres años antes de que finalizara la década de los cincuenta se contrató con la empresa norteamericana F. L. Smidth, la adquisición de un horno de 125 metros de largo por 3.5 de diámetro. Fue inaugurado el 2 de marzo de 1959. Dos años después se instalaron nuevos molinos y otros equipos 31 �Pioneros de la industria del cemento en Nuevo León, México. Parte II / Javier Rojas Sandoval en la planta Monterrey y se trasladaron los antiguos a la nueva planta que sería construida en Torreón. En 1964 continuó expandiéndose la planta Monterrey, al autorizarse la instalación de un nuevo horno, el número seis, con capacidad de 165 mil toneladas anuales. Para lo cual se invirtió la suma de 21 millones de pesos. El horno se inauguró a principios de 1966. Con estas ampliaciones la planta Monterrey alcanzó las 600 mil toneladas anuales de capacidad, con lo cual podía equipararse a las otras cementeras instaladas en el país: Atotonilco, Tolteca y Lagunas, con capacidad de 640 mil toneladas cada una. En paralelo, la cementera siderúrgica incrementó su capacidad de producción al pasar de cincuenta mil toneladas anuales en 1950, a 240 mil, trece años después. De esta manera, hacia 1966 ambas plantas tenían una capacidad de hasta 840 mil toneladas anuales, cifra que representaba el dieciséis por ciento de la capacidad de producción total del país. Fue a finales de la década de los sesenta que Cementos Mexicanos introdujo modernos equipos que la colocaron a la vanguardia tecnológica de la rama. En 1967 comenzó a construirse el horno número siete y fue inaugurado tres años después. El horno número siete era un F. L. Smidth con capacidad para producir 400 mil toneladas con sistema de enfriamiento Unax y precalentador de dos etapas, lo que importó una inversión de cien millones de pesos. Con la adquisición del equipo precalentador, Cementos Mexicanos se modernizó y se puso al nivel de otras plantas instaladas en el país como Cementos Anáhuac, que contaba con equipos similares desde 1960. En 1974 entró en operación un horno moderno, similar al número siete. Asimismo, entró en operación el horno número dos en Torreón, con lo que se duplicó la producción y se inició la nueva línea de producción de la planta de Mérida. La planta Cementos del Norte experimentó una etapa de cambio tecnológico. A partir de 1971 sus ventas comenzaron a disminuir, al mismo tiempo que Fundidora Monterrey proveedora de la escoria, pasó a manos del Estado. La administración decidió suspender la fabricación de cemento siderúrgico e 32 inició en 1973 la producción de una variedad de cemento de cal apagada y puzolana, que es una roca volcánica, de la misma estructura que la pómez,14 de la marca Súper Atlante (cemento puzolánico). Desde 1953 con la instalación del horno número cuatro (que contaba con equipos recolectores de polvos), Cementos Mexicanos inicia una línea basada en el cuidado del medio ambiente. A partir de 1964 los proyectos de expansión siempre incluyeron equipos anticontaminantes avanzados, como los colectores de bolsas Dracco, y llegó a suspender los hornos que incumplían con las normas ambientales mexicanas. Tal fue el caso de los hornos 1, 2, 3 y 4 que fueron sacados de operación por no ajustarse a la normatividad ambiental. Así fue como se sentaron las bases de lo que hoy es CEMEX. REFERENCIAS 1. Javier Rojas Sandoval. El patrimonio industrial histórico de Nuevo León: Las fábricas pioneras de la segunda generación, la 2° edición, CELYTE, N.L., CAEIP, Julio 2009. Colección investigación educativa N°.43, ISBN, 978-607-00-1470-3, Monterrey, México. 2. Parte de la información para redactar el presente artículo fue proporcionada por el arquitecto Juan Ignacio Barragán, Cemex y la industria del cemento mundial, editorial ORBIS Internacional, Monterrey, N. L., (en prensa). Las citas corresponden a las páginas del manuscrito. Cuando la información no es de esa fuente, se indica su procedencia. 3. AGENL, Sección Concesiones, 20 / 4, abril 10 de 1905. 4. También se le llama clinca: pequeñas esferas formadas con la mezcla horneada de caliza y arcilla, Diccionario Larousse Ilustrado de las Ciencias. México, 1988. 5. Juan Ignacio Barragán, op. cit. 6. AGENL, Sección Concesiones, 20 / 4, octubre 30 de 1907. 7. Consultar: Andrés Montemayor, Historia de Monterrey, Asociación de Editores y Libreros de Monterrey, A. C., Monterrey, N. L., 1971, Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Pioneros de la industria del cemento en Nuevo León, México / Javier Rojas Sandoval pp. 343-344. También: Hugo Altamirano Ramírez, Monterrey, su evolución urbana y arquitectura, citado por Andrés Montemayor, op. cit. 8. Juan Ignacio Barragán, op. cit., pp. 22 y ss. 9. Fundidora Monterrey 75 años de actividad en la industria siderúrgica, Monterrey, N.L. 1975. 10. Versión del arquitecto Juan Ignacio Barragán, op. cit. 11. Mary Catheryne Magee, Monterrey, México, Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Internal Patterns and External Relations, University of Chicago, 1958, citado por Andrés Montemayor, Historia de Monterrey, Monterrey, N. L., 1971, pp. 387 y ss. 12. Santiago Roel, Nuevo León. Apuntes Históricos, edición del autor, Monterrey, N. L., 1977, pp. 282 y ss. 13. Juan Ignacio Barragán, op. cit., pp. 39 y ss. 14. Diccionario Larousse Ilustrado de Ciencias, op. cit. 33 �Síntesis de nanocompósitos de plata con almidón Alejandro Torres-Castro, Virgilio A. González González, Marco Garza Navarro, Edgar Gauna González FIME-CIIDIT-UANL virgilio.gonzalezgnz@uanl.edu.mx , virgonzal@gmail.com RESUMEN En los últimos años las nanoestructuras de plata han atraído la atención de muchos investigadores, esto es debido a sus nuevas propiedades ópticas y eléctricas. Así también las nanopartículas de plata muestran propiedades fungicidas. En este trabajo se discute sobre la reducción de la plata in-situ, usando almidón como agente reductor. Las nanopartículas de plata fueron obtenidas por la reducción de AgNO3 en una dispersión acuosa de almidón a temperatura ambiente, 55 y 85°C. La reducción fue monitoreada usando espectroscopía de UV-Vis. El análisis de la estructura y morfología de los resultados de las nanopartículas de plata fueron estudiadas por METAR y MEB. Las nanopartículas tienen un tamaño promedio de 10 nm y se encuentran en la superficie del almidón. PALABRAS CLAVES Nanoestructuras, Nanopartículas de Ag, almidón. ABSTRACT Silver nanostructures have received a lot of attention during the last years due to their novel optical and electric properties. Silver nanoparticles also show bactericide and fungicide properties. In this work we present an alternative method to prepare Ag nanoparticles on starch in order to produce a biocompatible and biodegradable nanocomposite with catalytic properties. In this work is discussed about the reduction of silver in-situ, using starch as a reducing agent. The silver nanoparticles were obtained by reduction AgNO3 in an aqueous dispersion of starch and at room temperature, 55 and 85°C. The Ag nanoparticles covered the starch particles in the same reaction. The reduction was monitored using UV-Vis spectroscopy. The structural and morphological analysis of the resulting nanoparticles was studied by HRTEM and SEM. The nanoparticles have an average size about 10 nm and they are mainly on the surfaces of starch. KEYWORDS Nanostructures, Ag nanoparticles, starch. INTRODUCCIÓN La actividad antimicrobial de la plata es sabida desde los primeros registros de la historia. Herodotus describe como el rey de Persia, cuando iba a la guerra, 34 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Síntesis de nanocompósitos de plata con almidón / Alejandro Torres-Castro, et al. tomaba agua caliente que almacenaba en garrafas de plata.1-3 La primera descripción moderna de este efecto fue dada por Raulin en 1869, que observó que la bacteria de aspergillus niger no podía crecer en los recipientes de plata.4,5 Desde entonces ha crecido el interés de muchos científicos en investigar la función fungicida de la plata. En los últimos años las nanoestructuras de plata han atraído la atención de investigadores en diversas áreas esto es debido a sus nuevas propiedades ópticas y eléctricas, y son las propiedades bactericidas las que más interesan a los científicos. Considerando que las aplicaciones de plata como agente bactericida han sido reportadas desde el siglo antepasado5 y hasta la última década, que incluyen tratamiento de quemaduras,6 prevención de infecciones en prótesis,7 catéteres,8 implantes vasculares,9 y dentales,10 así como la importante actividad citoprotectora hacia células infectadas con VIH,11 en este trabajo nos hemos planteado el desarrollo de nuevos materiales con uso potencial en medicina utilizando nanopartículas (NPs) de plata en una matriz biopolimérica. La preparación de NPs de plata ha sido exhaustivamente estudiada, por lo general incluyen un agente reductor de iones de plata y un agente estabilizante de las nanopartículas, entre los métodos reportados destacan los siguientes: M.V. Roldan y colaboradores12 realizaron tres tipos de síntesis para la reducción de iones de plata, el primero de ellos fue una reducción desde disolución en etanol empleando como reductor N[3-(trimetoxisilil)-propil]-dietilentriamina (ATS), el segundo fue una precipitación en la oscuridad desde disolución acuosa con etilen glicol y el tercero fue una reducción electroquímica en disolución acuosa con polietilenglicol como estabilizante. ArnabDawn y col.13 efectúan una reducción con un derivado de la polianilina, usado simultáneamente como estabilizador de las NPs de plata. Raffi M. y col.14 mediante un método de Arriba hacia Abajo (o “Top to Down”), como lo es la condensación de un gas inerte, elaboran NPs de Ag de un tamaño aproximado de 16 nm. Firestone M. y col.15 realizan la reducción de sales de plata en solución acuosa utilizando borohidruro de sodio, estabilizando las partículas con sulfato de dodecil litio y depositándolas sobre un Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 sustrato. He S. y col.16 llevan a cabo una reducción con borohidruro de sodio en emulsiónes de soluciones acuosas de nitrato de plata en cloroformo. Durán N y Shankar 17,18 biosintetizan las nanopartículas de plata empleando hongos y plantas como agentes reductores, mientras que Tae-G y Rodríguez-Sánchez19,20 las obtienen mediante síntesis electroquímica. Li Guoping y col.21 realizan síntesis de las NPs empleando el método de reducción con metanol utilizando como estabilizador la (poli(N-vinil-2-pyrrolidiona)) en solución acuosa. Poovathinthodiyil Raveendran y col.22 llevan a cabo una reducción en disolución acuosa con almidón como estabilizante y β-D-glucosa como agente reductor. Wojciech Lesniak y col.23 realizan una reducción con luz ultravioleta de iones plata en una disolución usando dendrímeros como estabilizadores y acomplejantes de las nanopartículas. Li Yuning y col.24 prepararon una reducción con fenilhidracina sin estabilización (deposición de precipitado sobre sustrato). Alés Panácek y col.25 emplean una reducción con sacáridos (glucosa y galactosa) y disacáridos (maltosa y lactosa) de complejos de Ag(NH3)2+, sin estabilizador. Rasika Tankhiwale y col.26 hacen una reducción con citrato de sodio en una interface de papel modificado con acrilamida. Toshihito Miyama y col.27 Hacen una reducción de la sal de plata de la carboximetilcelulosa mediante radiación UV-vis. DESARROLLO EXPERIMENTAL Materiales utilizados: Almidón National 0572, en forma de polvo blanco, provisto por Aranal, el cual tiene un peso molecular menor que 10,000 g/mol. Sal 35 �Síntesis de nanocompósitos de plata con almidón / Alejandro Torres-Castro, et al. inorgánica de nitrato de plata AgNO3, provisto por Sigma-Aldrich con pureza de 99% (grado reactivo) y peso molecular de 168.87 g/mol. Borohidruro de sodio NaBH4, provisto por Sigma-Aldrich con pureza de 99% (grado reactivo) y peso molecular de 37.83 g/mol. La elaboración de nanocompósitos de almidónplata fue realizada por dos métodos diferentes. Primer método de síntesis En este método es empleado el hidroboruro de sodio NaBH4 como agente reductor; Se preparó una suspensión de 2.5 g de almidón en 100 mL de agua destilada, a la cual se le agregó una solución de acuosa de AgNO3 con concentración de 0.01 M (0.01 mol/L). Posteriormente, se le agregó una solución de 2 mg de NaBH4 en 10 mL de agua destilada. La reacción de reducción fue en este caso inmediata, cambiando la coloración de la suspensión de almidón a un color café obscuro. Segundo método de síntesis En esta ruta de síntesis se solubilizaron 1.5 g de almidón en 100 mL de agua destilada, mediante el calentamiento de la dispersión a una temperatura de 70 ºC por un periodo de 15 min. El gel blancuzco resultante fue dejado reposar por 24 hrs. Posteriormente, se observó que una parte del almidón se precipitó al fondo del recipiente empleado, por lo cual se decidió utilizar solo la parte superior de la solución para la síntesis de los materiales compósitos. La concentración real de esta disolución fue obtenida a partir del secado de una alícuota de la solución a 60°C, (concentración de 7.58 x 10-3 g/mL). Posteriormente la síntesis de los materiales compósitos se realizó a temperaturas de 55°C y 85°C por periodos de 2 y 24 horas, dando como resultado 4 experimentos distintos. Estos experimentos fueron conducidos de la manera siguiente: Se vertieron 55.5 mL de la solución de almidón en un matraz de tres bocas, en donde la solución fue calentada a la temperatura del experimento. Una vez alcanzada la temperatura, se agregaron al matraz 5 mL de una solución acuosa de AgNO3 con concentración de 0.028 M (0.0280 mol/L). La reacción se mantuvo 36 en reflujo para evitar la evaporación del agua de la solución en el matraz y fue monitoreada durante el tiempo requerido en cada experimento. Durante la reacción fue evidente el cambio de coloración de la disolución, de un color blancuzco translúcido, a uno amarillento, grisáceo y finalmente violeta, lo cual dependió del tiempo en que se dejó que ocurriera la reacción. Los materiales resultantes de estas síntesis fueron congelados con hielo seco inmediatamente después de transcurrido el tiempo de la reacción. Lo anterior se hizo con la finalidad de detener la reacción de reducción de la plata. Posteriormente, las muestras congeladas fueron secadas sublimando el agua bajo condiciones de vacío (1 x 10-3 Torr) en una liofilizadora. Los compósitos de plata y almidón se caracterizaron por técnicas de microscopía electrónica de barrido Nanosem 200 (MEB), microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (METAR) Tecnai TF30, contraste de fases por número atómico (HAADF, por sus siglas en ingles) y espectroscopía de ultravioleta-visible (UV-vis). RESULTADOS Y DISCUSION Primer método de síntesis Fue evidente la ocurrencia de una reacción al cambiar la coloración del medio de reacción de blancuzco a café obscuro inmediatamente después de haberle añadido el borohidruro de sodio. Al observar los materiales secos mediante microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (figura 1), se encontraron efectivamente nanopartículas cuyo Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Síntesis de nanocompósitos de plata con almidón / Alejandro Torres-Castro, et al. Fig. 1. Imágenes de METAR de NPs de plata reducida con borohidruro de sodio en almidón. a) Imagen principal, b) acercamiento del recuadro indicado en (a), c) difracción de electrones de la partícula. tamaño osciló entre 10 y 20 nm de diámetro, encontrándose estas embebidas en el almidón. En la figura 1A se aprecia una distribución de tamaños de partícula más o menos uniforme. La figura 1B es una amplificación de la partícula del recuadro de la figura 1A, donde se aprecia que el espaciamiento interplanar de 2.42 Å corresponde al plano cristalográfico [1,1,1] de la plata, siendo el eje de zona el correspondiente al vector B = [-2,-1,-1] como lo indica la figura. En la figura 1C se muestra la difracción de electrones de la partícula, corroborando que las dimensiones de la celda unidad corresponden a la de la plata elemental, es decir una estructura cúbica centrada en las caras con dirección [-1,-1,-1]. Durante estos experimentos, se presentó siempre un problema, que fue la presencia de aglomerados de partículas de entre 5 y 8 nm (figura 2), indicando una dispersión relativamente pobre. Fig. 2. Micrografía de METAR de un aglomerado de nanopartículas de plata en almidón Segundo Método Reacción a 55 °C En la figura 3, se reportan los espectros UV– Vis de los nanocompuestos preparados a 55 °C durante 24 horas de reacción y comparados con el espectro UVdel nitrato de plata. Se aprecia la banda característica de las NPs de plata a 430 nm, así como un hombro apenas apreciable a 519 nm; la banda del nitrato de plata, cuyo espectro también mostrado en esta figura, resulta muy débil como para interferir en el espectro de los nanocompuestos. Las bandas a 430 y 519 nm pueden ser atribuidas a la absorción de las nanopartículas de plata embebidas en almidón y ocurre debido a la resonancia superficial del plasmón. Lo anterior sugiere la formación de nanopartículas de plata vía la reducción de iones de plata por las moléculas de almidón. El inserto muestra un gráfico de absorbancia de la banda observada a 430 nm contra la concentración de NPs de Ag de distintas disoluciones acuosas obtenidas de esta muestra. Al analizar imágenes de MEB obtenidas a bajo vacío y con el detector de electrones retrodispersados presentados en la figura 4, observamos los nódulos micrométricos de almidón y las nanopartículas de plata cuya cantidad va incrementándose al incrementar el tiempo de reacción de 2 horas (figura 4A) a 24 horas (figura 4B). Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Fig. 3. Espectros UV-vis, de nanocompuestos de plata almidón preparados con la fracción soluble de almidón a 55°C tiempos de 24 horas y comparados con el espectro del nitrato de plata. 37 �Síntesis de nanocompósitos de plata con almidón /Alejandro Torres-Castro, et al. Fig. 5. Espectros UV-vis. de nanocompuestos de plata almidón preparados con la fracción soluble de almidón a 85°C tiempos de 24 horas y comparados con el espectro del nitrato de plata. Fig. 4. Imágenes de microscopía electrónica de barrido, mediante la técnica de bajo vacío y electrones retrodispersados: a) 2 horas de reacción y b) 24 horas de reacción a temperatura de 33 ºC. A la vez se observa que en la reacción con duración de 2 horas, las partículas tienen una distribución de tamaños más o menos angosta alrededor de los 50 nm, mientras que en la reacción llevada a cabo durante 24 horas, se encuentra una distribución más ancha, habiendo partículas desde 55 nm hasta un poco más de 100 nm. Estos resultados corroboran lo observado mediante espectroscopía de UV-vis. Segundo Método de Reacción a 85 °C Los espectros UV-Vis del nanocompuesto de la reacción a 85 ºC después de 24 horas se muestran en la figura 5. Aquí se puede observar que igual que en el caso de la reacción a 55 ºC, la banda de absorción del nitrato de plata no influye en forma 38 significativa en los espectros del nanocompuesto, pero a diferencia de aquella reacción, solamente se aprecia una banda correspondiente a la absorción de las NPs de plata, indicando que probablemente se tenga una distribución de tamaños de partícula monomodal. También es conveniente indicar que los cambios en la “altura” de la línea base, en este y todos los espectros que se han presentado, puede explicarse por la presencia de cierta turbidez, no observable a simple vista, pero detectable por el espectrofotómetro. En la figura 5 el inserto muestra un gráfico de absorbancia de la banda a 419 nm, contra la concentración de NPs de Ag de distintas disoluciones acuosas obtenidas de esta muestra. En las imágenes de MEB de bajo vacío y electrones electrodispersados de la muestra reaccionada por 2 hrs. (figura 6), se aprecian nanopartículas de tamaño en el orden de los 40 a 80 nm, que por su morfología esférica son seguramente de plata. Se aprecian también los glóbulos de almidón de tamaño micrométrico, pero además se encuentran una gran cantidad de cristales que probablemente son de AgNO3, indicando que posiblemente la reacción no se ha completado. Al observar las imágenes de MEB de las muestras reaccionadas durante 24 hrs. (figura 7), encontramos las microesferas correspondientes a los gránulos de almidón, así como nanopartículas con una Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Síntesis de nanocompósitos de plata con almidón / Alejandro Torres-Castro, et al. Fig. 6. Imágenes de microscopía electrónica de barrido, mediante la técnica de bajo vacío y electrones retrodispersados de dos regiones en la muestra reaccionada durante 2 horas a 85 ºC. distribución de tamaños bastante homogénea con alrededor de 80 nm, además también apreciamos la ausencia de cristales no cuasi-esféricos (muy probablemente de nitrato de plata), lo que sugiere el término de la reacción de reducción de plata. CONCLUSIONES Es posible obtener nanocompuestos de partículas de plata en almidón por cualquiera de las tres vías experimentales, esto es: 1) utilizando como agente reductor y estabilizador el almidón National 0572, 2) almidón National 0572 usando como agente reductor el borohidruro de sodio y 3) usar la fracción soluble del almidón National 0572 y usándolo tanto como agente reductor como estabilizador a temperaturas de entre 55 y 85 °C. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Fig. 7. Imágenes de microscopía electrónica de barrido, mediante la técnica de bajo vacío y electrones retrodispersados de dos regiones en la muestra reaccionada durante 24 horas a 85 °C. El primer método ofrece como ventajas la baja temperatura (ambiente) a que se lleva la reacción y el uso del almidón tal y como llega del proveedor, teniendo como desventajas la bimodalidad de la distribución de los tamaños de las nanopartículas y la formación de algunos aglomerados. El segundo método ofrece además de las ventajas mencionadas en el primer método, la rapidez de la reacción, la formación de nanopartículas de menor tamaño de 10 a 20 nm y la ausencia de aglomerados, pero como desventajas la mayor temperatura de reacción requerida. A 55 °C se observa bimodalidad de la distribución de tamaños. Mientras que a 85 °C se requiere, para completar la reacción un tiempo 39 �Síntesis de nanocompósitos de plata con almidón / Alejandro Torres-Castro, et al. de reacción grande (24 horas.) pero se obtiene una distribución monomodal de tamaños de partículas de aproximadamente 80 nm bien dispersas. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen a la UANL, Copamex y al CONACYT, por los apoyos económicos recibidos para la realización de este proyecto. BIBLIOGRAFÍA 1. Julia L. Clement and P.S. Jarret. Antibacterial Silver. Advances in Pharmacological Sciences. (1994),Vol. 1 Nos. 5-6. pp. 467-482. 2. E.H. Blakeney, Book, “The history of Herodotus” translated by G. Rawlinson; Dent London. (ed) 1945. 3. G. Sykes. Book, “Disinfection and Sterilization”; Spon, London.(1958) 4. J. Raulin Abstract of articles on oligodynamic sterilization. Project WS 768 The Engineer Board, Corps of Enginners, U.S. Army, Fort Belvoir, Va. (1947). 5. V o n N a g e l i , K . W . DenschrSchweizNaturforschGes. (1893) 33, 174. Berk (3) Abstract 5. 6. Ersin. Ulkur|et al.Comparison of silver-coated dressing (Acticoat™), chlorhexidine acetate 0.5% (Bactigrass®), and fusidic acid 2% (Fucidin®) for topical antibacterial effect in methicillinresistant Staphylococci-contaminated, full-skin thickness rat burn wounds, Burns, (2005), Vol. 31, pp. 874-877 7. G . G o s h e r g e r e t a l . , S i l v e r c o a t e d megaendroprostheses in a rabbit model-an analysis of the infection rate and toxicological side effect, J. Biomaterials, (2004), Vol. 25, pp. 5547-5556. 8. M. E. Rupp et al.Effect of silver-coated urinary catheters: Efficacy, cost-effectiveness, and antimicrobial resistance, Am. J. Infect. Control (2004), Vol. 32, pp. 445-450. 9. M. Strathmann et al., Use of an oxonol dye in combination with confocal laser scanning microscopy to monitor damage of Staphylococcus aureus cells during colonization of silver-coated 40 vascular grafts J. Int. J. Antimicrob. Agents (2004)Vol. 24, pp. 36-42. 10. S. Ohashi et al., Antibacterial Activity of Silver Inorganic Agent YDA Filler, J. Oral Rehabil. (2004), Vol. 31, Issue 4, pp. 364-367. 11. R. W. Y. Sun et al., Silver nanoparticles fabricated in Hepes buffer exhibit cytoprotective activities toward HIV-1 infected cells.Chem. Commun. (2005). 40, 5059, 12. Roldán M. V, Frattini A. L,Sanctis O. A, Pellegri N. S, “NanopartículasMetálicas Con FormasDiversas Metal Nanoparticles WithDifferent Shapes”, Anales AFA, (2005), V17, 212. 13. Dawn A, Mukherjee P, Nandi A. K, “Preparation of Size-Controlled, Highly Populated, Stable, and Nearly Monodispersed Ag Nanoparticles in an Organic Medium from a Simple Interfacial Redox Process Using a Conducting Polymer”, Langmuir, (2007), 23, 5231-5237 14. Raffi M, Hussain F, Bhatti T. M, Akhter J. I, Hameed A, Hasan M. M, “Antibacterial Characterization of Silver Nanoparticles against E: Coli ATCC-15224”, J. Mater. Sci. Technol., (2008), Vol. 24(2), pp. 192-196. 15. Firestone M. A,Williams D. E, Seifert S, Csencsits R, “Nanoparticle Arrays Formed by Spatial Compartmentalization in a Complex Fluid”, Nano letters, (2001), Vol. 1(3), pp. 129-135. 16. He S, Yao J,Jiang P, Shi D, Zhang H, Xie S, Pang S,Gao H, Formation of Silver Nanoparticles and Self-Assembled Two-Dimensional Ordered Superlattice”, Langmuir, (2001), Vol.17, pp. 1571-1575. 17. Durán N, Marcato P. D, Alves O. L, De Souza G, Esposito E, “Mechanistic Aspects Of Biosynthesis Of Silver Nanoparticles By Several FusariumOxysporum Strains”, Journal of Nanobiotechnology(2005), Vol.3(8), pp. 1-7. 18. Shankar S. S, Ahmad A, Sastry M, “Geranium Leaf Assisted Biosynthesis of Silver Nanoparticles”, Biotechnol. Prog.,(2003), Vol. 19, pp. 16271631. 19. Kim T-G, Kim Y. W, Kim J. S, Parka B, “SilverNanoparticle Dispersion from the Consolidation Of Ag-Attached Silica Colloid”, J. Mater. Res. (2004), Vol. 19(5), pp. 1400 – 1407. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Síntesis de nanocompósitos de plata con almidón / Alejandro Torres-Castro, et al. 20. Rodríguez-Sánchez L, Blanco M. C, LópezQuintela M. A, “ElectrochemicalSynthesis of SilverNanoparticles”, J. Phys. Chem. B. (2004), Vol.104, pp. 9683-9688. 21. Li Guoping , Yunjun L, Weishang Y, Liang Z, Huimin T, “Preparation Of Dendritic Silver Nanoparticles By Direct Chemical Reduction”, CJI, (2005), Vol. 7(1), pp. 1-10. 22. PoovathinthodiyilRaveendran, Fu J, Wallen S. L, “Completely “Green” Synthesis and Stabilization of Metal Nanoparticles”, J. Am. Chem. Soc. (2003), Vol.125, pp.13940-13941. 23. WojciechLesniak, Bielinska A. W, Sun K, Janczak K. W, Shi X, Baker Jr. J. R, Balogh L. P, “Silver/DendrimerNanocomposites as Biomarkers: Fabrication, Characterization, in Vitro Toxicity, and Intracellular Detection”, Nano Letters, (2005), Vol.5(11), pp. 2123-2130. 24. Li Yuning, Wu Y, Ong B. S, “Facile Synthesis of Silver Nanoparticles Useful for Fabrication Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 of High-Conductivity Elements for Printed Electronics”, J. Am. Chem. Soc. (2005), Vol. 127, pp. 3266-3267. 25. AlésPanácek,Kvítek L, Prucek R, Kolár M, Vecerová R, da Pizúrová N, Sharma V. K, Nevécná T, Zboril R, “Silver Colloid Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Their Antibacterial Activity”, J. Phys. Chem. B, (2006), Vol.110, pp. 16248-16253. 26. RasikaTankhiwale, Bajpai S. K, “Graft Copolymerization onto Cellulose-Based Filter Paper and Its Further Development as Silver Nanoparticles Loaded Antibacterial Foodpackaging Material”, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, (2009), Vol. 69(2), pp.164-168. 27. Toshihito Miyama, Yonezawa Y, “Photoinduced Formation and Aggregation of Silver Nanoparticles at the Surface OfCarboxymethylcellulose Films”, Journal of Nanoparticle Research,(2004), Vol. 6(5), pp. 457-465. 41 �Brechas acústicas en arreglos lineales de dipolos magnéticos Francisco Javier Sierra ValdezA, Carlos Martínez HernándezA, Jesús Carlos Ruiz SuárezB A Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas, UANL Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN B cmartinezhdzmx@yahoo.com.mx RESUMEN Las brechas acústicas se observan en medios no homogéneos hechos de materiales compuestos. La modulación de las propiedades elásticas en tales medios crea los efectos coherentes de la dispersión e interferencia que llevan a los intervalos de frecuencia en los que la propagación del sonido es prohibida. En contraste, aquí se reporta una observación experimental de las brechas acústicas en medios homogéneos; específicamente en cadenas granulares. Las esferas usadas en este estudio son magnéticas, por lo tanto, en lugar de modular las propiedades elásticas de la cadena, nosotros modulamos la magnetización, esto es, las fuerzas de contacto. La velocidad de propagación de las señales acústicas a través de las cadenas magnéticas usadas en este estudio es distinta a la velocidad predicha por la ley de Hertz. PALABRAS CLAVE Cadena de esferas, fuerza magnética, ley de Hertz, velocidad del sonido, brechas acústicas. ABSTRACT Acoustic gaps are observed in inhomogeneous structures made of composite materials. The modulation of the elastic properties in such media creates the coherent effects of scattering and interference that lead to frequency intervals where sound propagation is forbidden. In contrast, we report here an experimental observation of acoustic gaps in homogeneous media; specifically in granular chains. The beads used in our study are magnetic. Therefore, instead of modulating the elastic properties of the chain, we modulate the magnetization, i.e. the contact forces. We also observe that the propagation speed of acoustic signals through the magnetic chains used in this study is at odds with the speed predicted by Hertz’s law. KEYWORDS Chain of beads, Magnetic force, Hertz’s law, Speed of sound, Acoustic-gaps. INTRODUCCIÓN La propagación de las señales acústicas a través de cadenas de esferas idénticas ha logrado, a través de los años, el estatus de un modelo clave para estudiar las propiedades acústicas de los materiales granulares. Comprimidas1-3 o no 42 Artículo basado en el proyecto “Brechas acústicas en arreglos lineales de dipolos magnéticos”, galardonado con el Premio de Investigación UANL 2010, en la categoría de Ciencias Exactas, otorgado en la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la UANL, celebrada el 10 de septiembre de 2010. Artículo publicado en la Revista Ciencia UANL, Vol. XIII, No. 4, correspondiente a oct-dic 2010, revisado por los autores. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Brechas acústicas en arreglos lineales de dipolos magnéticos / Francisco Javier Sierra Valdez, et al. comprimidas,1,4,5 las cadenas se han estudiado con el objetivo de elucidar las diferencias importantes en las respuestas lineales y no lineales observadas en los sistemas granulares. En principio, dos partículas esféricas adyacentes en una cadena comprimida se deforman, según la ley de Hertz: la deformación δ0 es proporcional a F02/3, en la que F0 es la fuerza de contacto. Si la amplitud de las oscilaciones es mucho más pequeña que δ0, se conocen bien los resultados para cadenas de masas puntuales idénticas unidas a movimientos oscilatorios lineales,1 siendo la constante de resorte κ igual a 3/4 (a.F)1/3θ−2/3, en la que a es el radio de las esferas, y θ es dada por 3/4 (1−ν2).E−1, siendo ν el radio de Poisson, y E−1 el módulo de Young. Por consiguiente, la velocidad del sonido en una cadena es proporcional a κ1/2, luego esto se vuelve proporcional a F01/6. Como consecuencia, cuando F0 es cero, la cadena es incapaz de transmitir sonido. Sin embargo, cuando la amplitud de las oscilaciones es más grande que δ0,4-6 se pueden propagar ondas solitarias (solitones). El conocimiento acumulado hasta ahora acerca de este caso no lineal ha inducido a este grupo a proponer recientemente las nuevas aplicaciones, como los dispositivos de bifurcación.8 Un experimento realizado por uno de los grupos anteriores2 fue la propagación de sonido en un arreglo lineal de esferas de 8 mm de diámetro. Se coloca por un extremo de la cadena un emisor que produce una excitación; y por el otro, un receptor que envía la señal a un osciloscopio. A su vez, se aplica una fuerza de compresión a lo largo de la cadena, la cual se mide con un sensor de fuerza estática colocado en un extremo de la misma, detrás del emisor. Se obtuvo que para valores de fuerza pequeños, la ley de Hertz se modifica por F01/4, para F0 < 1,250 N, lo que contrasta con F01/6 para valores mayores en la fuerza de contacto. En la presente investigación retomamos el fenómeno de transmisión de sonido a través de una cadena de esferas (figura 1(a)). Sin embargo, a diferencia de trabajos anteriores, nosotros utilizamos esferas magnéticas idénticas hechas con base en neodimio, hierro y boro (NdFeB). Debido a la interacción dipolar cohesiva existente entre ellas, estos arreglos se consolidan sin necesidad de presión externa, lo que nos permite estudiar el efecto de la magnetización Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Fig. 1. (Color en línea) (a) Cadena de esferas magnéticas. Los dipolos se alínean de forma cabeza-cola (→→→ →). (b) Arreglo bidimensional de esferas magnéticas. En uno de los ejes, los dipolos están alineados como se muestra en (a), y en el otro se orientan alternadamente (izquierda-derecha). (c) El diseño experimental usado en los experimentos. en la propagación del sonido. El propósito en este trabajo es discutir dos resultados: en primer lugar, la velocidad de una señal acústica, a través de una cadena magnética, sigue un comportamiento tipo ley de potencias con la fuerza de contacto Fm, en el que se encuentra el exponente de 1/3 en lugar de 1/6, obtenido anteriormente en cadenas comprimidas. En segundo lugar, las brechas de frecuencias no se modulan mediante las constantes elásticas de las esferas, sino por su magnetización. Con el fin de evaluar la importancia de este comportamiento tan intrigante, se destaca que los efectos acústicos de ancho de banda se han observado sólo en compuestos periódicos consistentes de dos materiales diferentes. 9,10 Cuanto mayor sea el contraste elástico entre los componentes del arreglo, se definirá mejor la brecha de frecuencias. Por ejemplo, una cadena de esferas de acero comprimida externamente, con esferas de nylon periódicamente distribuidas dentro de la misma, puede tener un espectro de transmisión de sonido con al menos un ancho de banda. En el caso fuertemente no lineal, en el que los solitones se observan rutinariamente, un compuesto granular de esta clase es también capaz de limitar y desintegrar estas ondas solitarias.7,11 43 �Brechas acústicas en arreglos lineales de dipolos magnéticos / Francisco Javier Sierra Valdez, et al. INTERACCIÓN MAGNÉTICA Por otro lado, la energía de interacción magnética entre dos momentos dipolares μi y μj está dada por Uij= μ2rij−3[μi • μj -3(μi • rij)(μj • rij)], en la que rij =|rj -ri| es la distancia de separación entre los dipolos y μ=|μi|=|μj|. Aunque esta expresión es válida sólo para dipolos ideales, se usa para estimar la fuerza de contacto entre dos esferas adyacentes, Fi,i+1, en una cadena de N partículas magnetizadas. En la figura 2 se muestran las fuerzas de contacto con dos configuraciones diferentes de dipolos: (a) el caso en el que los dipolos están orientados de forma cabezacola (→→→→), y (b) el caso en el que alternan direcciones. Vale la pena remarcar que aunque ambas configuraciones son cohesivas (figura 2), sólo la primera es estable en condiciones reales. Las fuerzas de contacto son menores en las fronteras de la cadena, debido a la naturaleza de las interacciones magnéticas. Fig. 2. (Color en línea) (a) Fuerzas de contacto para cadenas de diferentes longitudes, con N= 6,11,16,21. La configuración de dipolos es de tipo cabeza-cola. (b) Fuerzas de contacto para cadenas con N= 6,11,16,21, en los que los dipolos alternan orientaciones. Nótese que las fuerzas de contacto son más pequeñas (mayores) en los límites de las cadenas, debido a la naturaleza de la interacción de dipolo a dipolo. 44 De manera interesante, sin embargo, este segundo arreglo se vuelve estable, si las cadenas alineadas cabeza-cola se ensamblan en un arreglo bidimensional (figura 1(b)).1 M E T O D O L O G Í A E X P E R I M E N TA L Y RESULTADOS Se comenzó por medir la velocidad del sonido en una cadena de 20 esferas magnéticas como una función de la fuerza magnética de contacto. Las esferas, con un diámetro d de 5 mm, fueron adquiridas (SuperMagnetM) con un dipolo magnético permanente estimado en μ= 0.07 A.m2 (este valor corresponde a la intensidad superficial de campo medida con un Lakeshore Gaussmeter 475). Estas esferas, hechas de una mezcla de NdFeB, se recubren en el proceso de manufactura con una capa epóxica resistente. Con un horno de temperatura controlada, las esferas se calientan hasta reducir su magnetización. Por lo tanto, las cadenas se forman con diferentes fuerzas de cohesión, las cuales se obtienen fácilmente al medir cuidadosamente la fuerza necesaria para separar las cadenas por la mitad. Se coloca un piezoeléctrico en contacto con la primera esfera de la cadena, y se anexa un acelerómetro (DeltaTronBK, 1000 MV/g) en la última [figura 1(c)]. El piezoeléctrico se controla con un generador de señales (HP-33120A) que propaga un pulso cuadrado de 2 s a lo largo de la cadena. Para medir el tiempo de vuelo del frente de este pulso, se utiliza un osciloscopio Agilent 54641A (figura 3), y conociendo la longitud de la cadena (en este caso 10 cm), la velocidad del sonido puede obtenerse (figura 4). Encontramos que la velocidad medida de esta manera se compara razonablemente bien con la velocidad de la onda real, la cual puede producirse como una onda estacionaria en alguna frecuencia menor que la frecuencia de corte. Por lo que la velocidad del sonido es proporcional a la frecuencia de corte (Costeet al.),1 la velocidad puede estimarse, si encontramos experimentalmente esta frecuencia (ver los puntos rojos en figura 4). Los resultados indican que el pulso angosto usado en al primer método no se dispersa mucho durante la propagación. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Brechas acústicas en arreglos lineales de dipolos magnéticos / Francisco Javier Sierra Valdez, et al. Fig. 3. (a) Pulso acústico enviado a través de la cadena magnética de esferas. El pulso tiene un ancho de 2 μs. (b) La señal medida al final de la cadena ∆t es el tiempo de vuelo del pulso en la cadena. Nótese que el acelerómetro toma alrededor de 400 μs para relajarse. Fig. 4. (Color en línea) Velocidad del sonido como función de la fuerza de contacto en el punto medio de la cadena. Los datos son bien ajustados por una ley de potencias con exponente 1/3 (ver también gráfica log-log insertada). Los cuadros negros se midieron como se indica en el texto, y los puntos rojos se obtuvieron por una primera medición de las frecuencias de corte (frecuencias en las cuales no se propaga la señal), y luego con la expresión ν=2πaƒc, en la que a es el radio de las esferas (ver Coste et al.).1 Adicionalmente mostramos, para comparación, la velocidad del sonido predicha por la ley de Hertz (exponente 1/6). El error experimental es del tamaño del punto. Entre más grande es la fuerza de contacto entre las esferas, mayor es la velocidad de propagación (figura 4). Los resultados ajustan razonablemente bien a una ley de potencias con exponente 1/3 (ver también gráfico log-log insertado en la figura 4). En principio, este valor difiere del resultado clásico dado por el Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 modelo de Hertz, el cual predice un exponente de 1/61 (ver la línea punteada en figura 4). Es lógico pensar que si se aplica una fuerza de compresión muy grande a la cadena, la velocidad de propagación presentaría una tendencia a ser constante, suponiendo que no exista destrucción de esferas. Se observa un aumento en los exponentes de la fuerza conforme disminuyen los intervalos de fuerza, ya que para valores de fuerzas mayores a 1,250 N, el exponente es 1/6.1 Sin embargo, se ha obtenido el exponente de 1/4 en otros experimentos.1,3,12 Aunque la naturaleza del exponente de 1/4 es todavía una controversia en la bibliografía científica, se cree que este exponente tiene su raíz en la ley de Hertz modificada, que toma lugar cuando las fuerzas de compresión se reducen significativamente, alrededor de 20 a 200 N.3 Por lo tanto, especulamos que el exponente encontrado en nuestros experimentos (1/3) es mayor que ¼, ya que las fuerzas de contacto son reducidas aún más (alrededor de 0.5 a 5 N, como vimos en la figura 4).1 Creemos que es necesario un poco más de investigación al respecto, para elucidar la naturaleza de este exponente. En el caso de la velocidad de propagación a través de una malla (23x23 esferas), se utilizó el mismo procedimiento experimental mostrado para la cadena, e incluye los mismos parámetros. Al medir, en el caso de la línea 1 (dipolos alineados), la velocidad es de 639.5 m/s, y en la línea 2 (dipolos desalineados) es de 263.03 m/s; siendo ésta mayor en la línea 1, debido al alineamiento de los dipolos, por lo que ejercen mayor fuerza entre ellos [figura 1(b)]. Como se mencionó antes, un segundo experimento se llevó a cabo para ver si la cadena magnética se comporta como un cristal fotónico, cuando las esferas no magnéticas (impurezas) son insertadas periódicamente dentro de la cadena. En principio, la inserción de esferas de este tipo podría modular la impedancia acústica dentro de la cadena, lo que afecta el resultado de la onda de sonido y viaja a través de ésta. La cadena se forma por N=25 celdas, cada celda contiene cinco esferas magnéticas y n no magnéticas, en el que n puede ser 1, 2, 3 o 4. Una vez que las esferas no magnéticas se colocan dentro de la cadena, éstas, por supuesto, se remagnetizan un poco, y garantizan la cohesión de la cadena. 45 �Brechas acústicas en arreglos lineales de dipolos magnéticos / Francisco Javier Sierra Valdez, et al. Sin embargo, entre mayor sea n, menores son las fuerzas de contacto en tales segmentos, y mayor es el contraste entre estos y las esferas magnéticas. La figura 5 ilustra la modulación de estas fuerzas de contacto en una cadena integrada por cinco celdas y media. Fig. 6. (a) Señal acústica enviada a través de una cadena de esferas magnéticas. La señal se compone de un tren de onda de 20 ms, en el que la frecuencia incrementa con el tiempo desde 1kHz hasta 15kHz. (b) Señal medida al final de la cadena. Fig. 5. (Color en línea) Fuerzas de contacto en cadenas cortas como función de la longitud de la cadena (número de esferas). Cada cadena está formada por cinco celdas y media. Y cada celda, formada por cinco esferas magnéticas (amarillas) y (a) uno, (b) dos, (c) tres y (d) cuatro esferas no magnéticas (negro). En principio, hay dos formas para obtener el espectro de potencias de un pulso de sonido que viaja a través de una cadena lineal: el normal-mode analysis (NMA) y el pulse analysis (PA) (ver, por ejemplo, Parmley et al.).14 En el primero, una oscilación con una frecuencia dada se transmite través de la estructura, y cuando esta frecuencia varía, el arribo de la señal es registrado. En el segundo, un pulso, rico en frecuencias, se genera y se envía a través de la cadena. Luego, la señal se mide con un receptor, posteriormente se le aplica la transformada de Fourier. El método PA es mucho más rápido, pero la composición de las frecuencias del pulso tiene que determinarse previamente. Nosotros implementamos un tercer método, cercanamente relacionado con el segundo. Éste consiste en la propagación de un tren de ondas sinusoidales, en el que la frecuencia incrementa con el tiempo. El detector (acelerómetro) actúa como un integrador, y a la señal registrada se le aplica la transformada de Fourier. La figura 6 muestra un tren de ondas típico y la correspondiente señal recibida. 46 A continuación se muestran los resultados del espectro de potencias de la onda transmitida para las cadenas consideradas. Como se señaló, la cadena se forma de N=25 celdas, y cada celda incorpora un creciente número de impurezas (esferas no magnéticas). Para establecer una mejor apreciación de la influencia que tiene la incorporación de impurezas, se compara con respecto a la cadena completamente magnética (figura 7). Encontramos claramente una brecha de frecuencias en los últimos tres espectros. En el caso n=0, todas las frecuencias que se transmiten inicialmente son capaces de atravesar la cadena libremente. El caso para n=1 no se muestra, ya que es muy similar al caso en el que todas las esferas de la cadena son magnéticas, y esto se debe a que las esferas magnéticas no perciben una impureza, por lo que no se consigue una superposición destructiva para la formación de una brecha, esto es, todas las frecuencias logran atravesar la cadena libremente. Posteriormente se puede observar que en n= 2,3, y 4 se da lugar a superposiciones destructivas que generan una brecha de frecuencias en la que el sonido no se puede propagar. El espectro, junto con las brechas, se corre hacia bajas frecuencias conforme el número de impurezas (n) aumenta. Considerando que la longitud de la cadena también crece con n, este corrimiento es esperado. Nótese que el caso de la figura 7 (a) se normaliza con respecto al pico más alto de la gráfica (0.08164 Volts). Cabe señalar que Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Brechas acústicas en arreglos lineales de dipolos magnéticos / Francisco Javier Sierra Valdez, et al. para un número de impurezas mayor a 4, el sonido se disipa en gran medida durante su viaje, por lo que el espectro de salida no arroja datos importantes. Fig. 7. (Color en línea) Espectro de potencias del pulso transmitido conforme el número de esferas no magnéticas (n) es incrementado; (a) n=0, (b) n=2, (c) n=3, (d) n=4. Los puntos negros son los datos experimentales, y la curva azul representa la predicción teórica del modelo matemático que será discutido en el apartado siguiente. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 DISCUSIÓN El modelo teórico que respalda nuestros resultados experimentales se presenta a continuación. Este modelo utiliza una expresión matemática reportada por Griffiths y Steinke,15 quienes resuelven la teoría general de propagación de ondas en un medio localmente (finito) periódico, con la estructura de la matriz de transferencia (teoría cuántica de dispersión). Tenemos una señal sinusoidal de una frecuencia dada ƒ, propagándose a través de un sistema unidimensional (1D) periódico finito como el mostrado en la figura 5, donde ésta se transmite con un coeficiente de transmisión, dado por Griffiths y C. Steinke:15 T = [1+z2(senNγ / senγ)2]-1, en el que z=ε_sen(κ2b), γ=cos1 (ξ),y ξ=cos(κ2b)cos(κ1L)−ζ+sen (κ2b)sen(κ1L). ε, κ, η, b y L se definen así: ε+ =1/ 2(η±1/ η), κi =(2πf)/νi, η = κ1/ κ2= ν2/ ν1, b =nd, y L=5d. Todas las esferas de la cadena (magnetizadas y no magnetizadas) son elásticamente idénticas, η es simplemente el cociente de las impedancias acústicas, y este cociente se toma como el único parámetro libre para adaptar la posición y forma de las brechas acústicas. Sin embargo, tenemos que resolver primero el siguiente inconveniente: la teoría de Griffiths y Steinke se restringe al caso de ondas no disipativas, mientras que en nuestro caso la propagación del sonido es fuertemente disipativa. La función ad hoc es Gaussiana, debido a que el espectro asociado a n=0 tiene claramente esta forma. Los parámetros introducidos en el modelo anterior para el ajuste de los datos experimentales en la figura 7 son: (a) n=0, η=1, ƒ0=9.5 kHz, σ=4.5 kHz, y λ=0.95; (b) n=2, η=0.61, ƒ0=7.6 kHz, σ=3.5 kHz, y λ=0.22; (c) n=3, η=0.58, ƒ0=6.1 kHz, σ=3.5 kHz, y λ=0.14; (d) n=4, η=0.54, ƒ0=5.2 kHz, σ=3.5 kHz, y λ=0.025. El acuerdo razonable que encontramos con los resultados experimentales (ver la curva azul en figura 7) es digno de mencionarse. Primero, una expresión matemática compacta que tiene su origen en una teoría cuántica de dispersión es capaz de describir completamente un sistema mecánico finito. Segundo, para adaptar los datos, se usó sólo un parámetro libre, η, y este parámetro es simplemente el cociente de dos velocidades. 47 �Brechas acústicas en arreglos lineales de dipolos magnéticos / Francisco Javier Sierra Valdez, et al. CONCLUSIÓN Una cadena lineal de esferas sin compresión externa es capaz de propagar sonido, si las esferas se atraen entre ellas con una fuerza magnética interna. La velocidad de una señal acústica es proporcional a Fm1/3, donde F es la fuerza dipolar magnética. La diferencia entre el exponente encontrado en nuestras mediciones y los trabajos realizados anteriormente (1/6 y 1/4) se debe a que por primera vez las fuerzas de interacción magnéticas usadas son mucho menores a las fuerzas de compresión utilizadas previamente. En cuanto a la velocidad de propagación del sonido en la malla (2D), encontramos que ésta es casi 2.5 veces mayor en que los dipolos están alineados en comparación con la línea en donde los dipolos están desalineados. Por último, un resultado muy importante en este trabajo es la existencia de brechas acústicas. Si la interacción magnética entre las esferas de la cadena (es decir, fuerza de contacto) se modula con la inserción de esferas completamente desmagnetizadas del mismo material, las brechas de frecuencia aparecen. REFERENCIAS 1. Coste, E. Falcon, and S. Fauve, Phys. Rev. E (1997). 2. C. Coste and B. Gilles, Eur. Phys. J.B. 7, 155 (1999). 48 3. M. de Billy, J. Acoust. Soc. Am. 108, 1486 (2000). 4. V.F. Nesterenko, J. Appl. Mech. Tech. Phys. (1983). 5. V.F. Nesterenko, J. Appl. Mech. Tech. Phys. (1984). 6. V.F. Nesterenko, Dynamics of Heterogeneous Materials (Springer-Verlag, New York, 2001), Chap. 1. 7. C. Daraio, V.F. Nesterenko, E.B. Herbold, and S. Jin, Phys. Rev. Lett. 96, 058002 (2006). 8. C. Daraio and V.F. Nesterenko, in Shock Compression of Condensed Matter, edited by M. Elert, M.D. Furnish, R. Chau, N.Holmes, and J. Nguyen, AIP Conf. Proc. No. 978 (AIP, New York, 2007), p. 1419. 9. J.N. Munday, C.B. Bennet, J. Acoust. Soc. (2002). 10. P.G. Luan and Z. Ye, Phys. Rev. E 63, (2001). 11. M.A. Porter, C. Daraio, I. Szelengowicz, E.B. Herbold, and P.G. Kevrekidis, Physica D 238, 666 (2009). 12. P.G. de Gennes, Europhys. Lett. 35, 145 (1996). 13. X. Jia, C. Caroli, and B. Velicky, Phys. Rev. Lett. 82, 1863 (1999). 14. S. Parmley et al., Appl. Phys. Lett. 67, 777 (1995). 15. D. Griffiths and C. Steinke, Am. J. Phys. 69, 137 (2001). Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �¿Contribuyen la ciencia y la tecnología a abatir la pobreza? Gustavo Viniegra González, Departamento de Biotecnología de la UAM-Iztapalapa vini@xanum.uam.mx Carlos Viniegra Beltrán Facultad de Derecho de la Universidad Panamericana en la Ciudad de México carlos@viniegra.org RESUMEN El desarrollo científico es una condición necesaria, pero no suficiente, para que un país prospere y alcance un alto nivel de desarrollo humano. Sólo cuando la ciencia se transforma en tecnología y ésta genera patentes y otras formas de conocimiento de uso restringido, se convierte en factor útil para el combate de la pobreza. PALABRAS CLAVE Ciencia, tecnología, pobreza. ABSTRACT Scientific development is a necessary but not sufficient condition for having prosperity and a high level of human development in a given country. Only when science is transformed into technology, generating patents and other forms of restricted know-how, then scientific knowledge becomes a useful resource in the struggle against poverty. KEYWORDS Science, technology, poverty. Artículo publicado en la Revista Ciencia, Vol. 61, No. 4, correspondiente a octdic 2010. Reproducido con autorización de la Academia Mexicana de Ciencias y revisado por los autores. INTRODUCCIÓN En muchos foros se ha indicado que el desarrollo de la ciencia y la tecnología propias será el camino más seguro para resolver el problema de la pobreza prevaleciente en América Latina. Por ello, consideramos necesario analizar este concepto en función de un enfoque global sobre el desarrollo económico y social. Aquí se indica que esto depende del proyecto de cada nación, con dos alternativas fundamentales: a) la continuación del modelo como país dependiente, que intenta aprovechar su menor costo de mano de obra como ventaja comparativa en el mercado global, para la exportación de materias primas agrícolas, petróleo, minería o productos industriales ensamblados, o b) el modelo alternativo y emergente de un país competidor en los mercados internacionales, con un creciente valor agregado de su producción, asociado a la asimilación activa de la tecnología. También sustentamos la idea de que la distribución de la riqueza es afectada por la aplicación acelerada de los conocimientos científicos al desarrollo económico, pero requiere de una economía equilibrada entre las grandes y Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 49 �¿Contribuyen la ciencia y la tecnología a abatir la pobreza? / Gustavo Viniegra González, et al. pequeñas empresas, para que de esa manera los beneficios de la tecnología avanzada se distribuyan en redes complejas de producción, transformación y distribución de bienes y servicios con un valor agregado cada vez mayor. APRENDIZAJE ACTIVO Vs. APRENDIZAJE PASIVO En la literatura sobre el desarrollo económico tardío se mencionan dos modelos contrastantes: a) el de la asimilación activa de la tecnología (learning by doing) y b) el desarrollo con asimilación pasiva de la tecnología (learning by using). El primer modelo, puesto en práctica en Japón, Corea del Sur, Taiwán y China, ha sido descrito por diversos autores (Johnson, 1982; Amsden, 1989; Aoki y colaboradores, 1998; Castells, 1996) y tiene las siguientes características: en el despegue de la economía ocurre una industrialización acelerada que utiliza versiones adaptadas y desagregadas de la tecnología industrial occidental. Al arranque de este modelo, se construyen redes de pequeñas empresas rurales o suburbanas que producen piezas, componentes o materias primas intermedias, usando la mano de obra disponible y haciendo el ensamblado o montaje final en grandes empresas urbanas. Estas últimas proporcionan a las primeras suficiente capital, tecnología y servicios comerciales para vender los productos en los mercados locales e internacionales. Este modelo tuvo como antecedente a las redes para la fabricación de piezas de relojería de Suiza en el siglo XVII (Federation of the Swiss Watch Industry FH, 2009) y también se ha observado con diversas variantes en las economías de los países escandinavos y de los Países Bajos, especialmente durante la primera mitad del siglo XX. El segundo modelo fue puesto en práctica en América Latina después de la segunda guerra mundial. Se sustentó en las exportación de materias primas y la sustitución de manufacturas importadas con poca competencia externa, usando tecnología importada lista para usarse (llave en mano). En este modelo no se observa una estrategia para el aprendizaje tecnológico ni para dar cauce al proceso de urbanización generado por la población rural desocupada, la cual migra a las ciudades de cada país e inclusive al extranjero, creando grandes grupos de personas subempleadas, 50 desprovistas de oportunidades para el aumento de sus capacidades. Con ello, se estanca la productividad, se deprimen los niveles salariales, y se mantiene la desigualdad económica. Para contrastar la evolución de estos dos modelos, se analizarán a continuación las trayectorias del desarrollo económico y tecnológico de Corea del Sur, como ejemplo del primer modelo, y de Brasil y México, como ejemplos del segundo. CREACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE LA RIQUEZA El tema central de la comparación se relaciona con el hecho que el ingreso promedio per cápita de Corea del Sur creció desde 1970 con una tasa muy superior a la de Brasil y México, según se muestra en la figura 1. Y además, lo hizo con una disminución acentuada de la desigualdad en la distribución de la riqueza, medida con el coeficiente de desigualdad llamado “de Gini” (Gi), mostrado en la figura 2, acompañado, a su vez, de una elevación considerable del bienestar Fig. 1. Evolución del PIB per cápita en USD-PPP (US dollars at Purchasing Power Parity) a precios constantes de 1980, de: Corea del Sur( ), Brasil ( ) y México ( ). Las tasas promedio de crecimiento fueron: Corea del Sur, 8%; Brasil, 3%; y México, 5%. Fuente: Banco Mundial. Fig. 2. Evolución del coeficiente de Gini en Corea del Sur ( ), Brasil ( ) y México ( ). Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �¿Contribuyen la ciencia y la tecnología a abatir la pobreza? / Gustavo Viniegra González, et al. lista general. Brasil y México pertenecen al segundo, con los lugares 75 y 53, respectivamente. Todo lo anterior indica que Corea del Sur ha logrado resolver el problema de la pobreza en tres décadas, y que Brasil y México aún tienen mucho que hacer en este tema. Fig. 3. Evolución del Índice de Desarrollo Humano en Corea del Sur ( ), Brasil ( ) y México ( ). social, evaluado por el índice de desarrollo humano (IDH), mostrado en la figura 3. Conviene resaltar que en Corea del Sur, el coeficiente de Gini ha tenido una tendencia decreciente durante los últimos 30 años, con un valor inferior a 0.4, y un valor promedio cercano a 0.34. En cambio, México presentó valores en la banda superiores a 0.43 e inferiores a 0.55, con un valor promedio de 0.48. Los datos sobre el coeficiente de Gini se reflejan en los valores del índice de desarrollo humano, pues en 1980 Corea del Sur tenía un valor intermedio del índice de desarrollo humano (0.722), comparable con el de Brasil (0.685) y México (0.756). Pero para 2007, Corea del Sur ya los había superado con un valor de índice de desarrollo humano igual a 0.937, mientras que el coeficiente de Gini, el IDH de Brasil era de 0.813 y el de México 0.854 El éxito de Corea del Sur es espectacular: al final de la guerra con Corea del Norte (1948) era un país miserable, ya que, según Adelman (1997) a mediados de los 1960 tenía un ingreso medio per cápita inferior a 100 dólares. Ahora es un país desarrollado, con un alto nivel de vida y un ingreso medio per cápita de más de 20 mil dólares (véase la figura 1). El Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) publicó en 2009 una lista de 182 países, divididos en cuatro grupos. Aquí destacamos dos: a) los 38 países con muy alto desarrollo humano (índice de desarrollo humano IDH mayor de 0.9), y b) los 46 países con desarrollo humano alto (índice de desarrollo humano IDH entre 0.803 y 0.895). Corea del Sur pertenece al primer grupo, con el lugar 26 de la Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 DESARROLLO CIENTÍFICO Y TECNOLÓGICO DE COREA DEL SUR, BRASIL Y MÉXICO En la figura 4 se indica la evolución de las publicaciones científicas de Corea, Brasil y México. En el quinquenio de 1976 a 1980, las producciones anuales promedio de las publicaciones científicas archivadas en el ISI Web of Knowledge fueron de 124, 1850 y 1031, respectivamente. Claramente, en esas fechas, Brasil y México tenían una superioridad científica sobre Corea del Sur. Pero durante el cuatrienio de 2006 a 2009, la producción media anual de publicaciones científicas para cada país, fue de 37 mil 018 para Corea; 27 mil 692 para Brasil y 9 mil 245 para México. La tasa de crecimiento anual media de la ciencia de Corea del Sur fue explosiva (18.1 por ciento), comparada con 8.3 por ciento de Brasil y 6.7 por ciento de México. Para comparar el desarrollo de la ciencia con la tecnología, puede utilizarse el coeficiente, τ, definido como sigue: Fig. 4. Publicaciones científicas. Número de artículos registrados en el ISI-Web of Science con autores de Corea del Sur ( ), Brasil ( ) y México ( ). Se indican los valores promedio anual de los quinquenios indicados. Los valores del quinquenio de 1976 a 1980, fueron de 124, 1850 y 1031, respectivamente. Para el período de 2006 a 2009, fueron de 35018, 27692 y 9245, respectivamente. Las tasas promedio de crecimiento anual de 1976 a 2009, fueron: 18.1%, 8.3% y 6.7%, respectivamente. 51 �¿Contribuyen la ciencia y la tecnología a abatir la pobreza? / Gustavo Viniegra González, et al. τ = patentes registradas, en EUA / artículos científicos con autores de la misma nacionalidad. Este índice es una medida de la transferencia de conocimiento científico a la tecnología competitiva de cada país. La figura 5 indica la evolución de este índice. En 1976 se tenían los valores de τ = 1.62 por ciento, 1.17 por ciento y 4.37 por ciento (Corea, Brasil, México). De ahí se infiere que hace más de 30 años México no sólo tenía una mayor producción científica que Corea del Sur, también transfería mejor su conocimiento hacia la tecnología. En el último cuatrienio, las cifras fueron τ = 25.9 por ciento, 0.74 por ciento y 1.63 por ciento, respectivamente. Por tanto, durante estos últimos 35 años Corea no solamente se ha convertido en un país competitivo en conocimientos científicos propios, sino que ha logrado transferir con gran eficiencia sus conocimientos científicos a la tecnología, cosa que no ha ocurrido en Brasil ni en México. El aprovechamiento de las patentes de autores de cada país por las empresas del país respectivo se puede calcular usando el coeficiente ρ, definido como: ρ = patentes con beneficiarios de un país / patentes con autores del mismo país. Fig. 5. Evolución de la proporción entre patentes en EUA y publicaciones científicas indexadas con autores de: Corea del Sur ( ), Brasil ( ) y México ( ). La relación está expresada en forma fraccionaria y en escala logarítmica. Los datos provienen del ISI Web of Science y de la US Patent Office. en el quinquenio de 1976 a 1980, los valores de τ fueron: 1.17%, 1.62% y 4.37%, respectivamente. Los valores para el trienio de 2006 a 2009 fueron: 0.74%, 25.90% y 1.63%, respectivamente. 52 En la figura 6 se observa que en el quinquenio centrado en 1976-1980 los valores de ρ, fueron 10 por ciento, 22 por ciento y 16 por ciento, respectivamente. En ese periodo de tiempo, los inventores de esos tres países tuvieron dificultades para conseguir apoyo de beneficiarios o financiadores de la invención en su propio país. Pero en el último cuatrienio los valores de ρ fueron 94 por ciento, 38 por ciento y 20 por ciento, respectivamente. Al multiplicar los dos factores se obtiene un índice combinado de eficiencia, ε = ρτ. En forma breve, los valores de ε durante el último cuatrienio fueron de 25 por ciento para Corea del Sur y cerca de 0.3 por ciento para Brasil y México. Esto prueba que Corea del Sur construyó un sistema integrado y eficiente de alta productividad científica y tecnológica, cosa que no ocurrió ni en Brasil ni en México. Otra forma de ver este problema es analizar la proporción del Producto Interno Bruto dedicado al fomento de la ciencia y la tecnología. En Corea del Sur, este gasto ha sido, por más de tres décadas, igual o superior al 2 por ciento del Producto Interno Bruto. En Brasil la cifra se acerca al 1 por ciento, y en México, al 0.4 por ciento. Además, en Corea del Sur las empresas aportan cerca del 70 por ciento de ese gasto, mientras que para Brasil y México esta proporción es inferior al 50 por ciento. Del conjunto de los datos anteriores, proporcionados por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), podemos inferir que Corea del Sur ha fomentado a la ciencia y tecnología como un factor esencial para su desarrollo, cosa que no ha sucedido ni en México ni en Brasil. Fig. 6. Proporción porcentual de las patentes registradas en EUA por autores de los países indicados que tienen beneficiarios de los mismos. Corea del Sur ( ), Brasil ( ) y México ( ) Datos quinquenales de la US Patent Office. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �¿Contribuyen la ciencia y la tecnología a abatir la pobreza? / Gustavo Viniegra González, et al. Fig. 7. Distribución fraccional de la distribución acumulada de las 500 empresas más grandes de México, según la lista de Expansión de 2008. La curva punteada corresponde a la hipótesis de una distribución igualitaria (todas las empresas facturarían el mismo monto). La curva sólida, a la facturación observada. el coeficiente Gi=0.7656 es la diferencia de áreas entre esas dos curvas. el valor total de la facturación fue de 0.584 billones de dólares (37% del PIB) con un tipo de cambio de 13 pesos por USD. La línea con cuadros corresponde al porcentaje de la facturación de cada decil. LA DESIGUALDAD DEL DESARROLLO EMPRESARIAL MEXICANO Y SU RELACIÓN CON EL ATRASO TECNOLÓGICO En la figura 7 se muestra la distribución, en 2008, de la facturación de las 500 empresas más grandes de México, que correspondió aproximadamente a 580 mil millones de dólares (37 por ciento del Producto Interno Bruto), según datos publicados en 2009 por la revista Expansión (http://www.cnnexpansion.com). Dentro de estas 500 empresas, la facturación de las 50 más grandes (el decil superior), que incluyen a 19 de capital internacional, correspondió a 390 mil millones de dólares (24.6 por ciento de Producto Interno Bruto) y las 50 últimas empresas de esa lista (el decil inferior) sólo facturaron 944 millones de dólares (0.16 por ciento del Producto Interno Bruto). Estos datos demuestran una distribución inequitativa, con un coeficiente de Gini (EMPRESARIAL) de 0.766 de la facturación analizada. El análisis de las patentes registradas en Estados Unidos desde 1976 hasta 2009, a nombre de las 50 empresas más grandes, mostró sólo 33 documentos. También, durante ese periodo, la Oficina de Patentes de Estados Unidos asignó 726 patentes a personas Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 (físicas o morales) mexicanas. Esto indica que las 50 empresas más grandes de México sólo obtuvieron el registro del 0.045 por ciento de todas las patentes registradas en Estados Unidos con beneficiarios mexicanos. Esta gran discrepancia entre la posición dominante de las empresas más importantes y su desatención de la tecnología propia merece ser discutida a la luz de las diferencias entre dos grandes conglomerados o consorcios: el grupo mexicano Carso, que en 2008 facturó 88.8 mil millones de dólares y desde 1976, sólo ha registrado 22 patentes a nombre de cualquiera de sus subsidiarias, y el grupo coreano Samsung, que en 2008 facturó la cantidad de 173.4 mil millones de dólares (http://www.samsung.com) y tiene registradas a su nombre 33 mil 976 patentes en los archivos de la Oficina de Patentes de Estados Unidos. Estos datos ilustran las discrepancias entre los conglomerados de empresas coreanas (chaebols) y los conglomerados mexicanos. Los primeros tienen un alcance global y apoyan su productividad en la alta tecnología propia, siguiendo la práctica de “learning by doing”. En cambio, los segundos se sustentan en una posición dominante en un mercado interno, protegidos del exterior por barreras no arancelarias, y siguen la práctica de “learning by using”. Podemos inferir que para los conglomerados coreanos la inversión en desarrollo tecnológico no tiene fines filantrópicos para generar mayor valor social (aunque lo hacen). Más bien es una estrategia que les permite ser más grandes y ricos que los conglomerados mexicanos, y dicho sea de paso, esa estrategia permitió erradicar casi por completo la pobreza en Corea del Sur. Es interesante notar que ninguna de las 19 empresas internacionales más importantes de México ha registrado en Estados Unidos patentes con domicilio postal mexicano. Pero las mismas empresas si cuentan con más de 50 mil patentes registradas a su nombre, con direcciones postales en sus países de origen. Estos datos indican que, dentro de las cadenas globales, México funciona como prestador de servicios de bajo valor agregado y no tiene las condiciones para emerger como país competidor en el mercado mundial. 53 �¿Contribuyen la ciencia y la tecnología a abatir la pobreza? / Gustavo Viniegra González, et al. LAS ESPIRALES DEL DESARROLLO ECONÓMICO Por todo lo anterior, planteamos la existencia de dos espirales para el desarrollo económico: a) La espiral virtuosa de la productividad creciente basada en la estrategia tecnológica activa (learning by doing). Consiste en el desarrollo de un sistema económico equilibrado entre pequeñas empresas proveedoras de bienes y servicios y grandes empresas promotoras del mercado. Los beneficios económicos de las pequeñas empresas son suficientes para financiar su desarrollo tecnológico y, como resultado de una mayor simetría del mercado interno (bajo coeficiente de Gini de la facturación empresarial) y de su desarrollo tecnológico, las empresas grandes reinvierten sus ganancias en una mejor integración tecnológica. Esto genera una espiral rápidamente ascendente de crecimiento económico compartido con las pequeñas empresas, con la consiguiente disminución del coeficiente de Gini de la distribución del ingreso familiar en la población por incremento del nivel de empleo especializado bien remunerado. b) La espiral viciosa de la baja productividad basada en la estrategia tecnológica pasiva (learning by using). Consiste en el desarrollo de un sistema empresarial asimétrico, con alto coeficiente de Gini de la facturación empresarial, que impide a las pequeñas empresas el acceso a mercados rentables y redunda en pocos alicientes para la innovación tecnológica. Dado que las grandes empresas pueden importar tecnología prefabricada, porque mantienen altos márgenes de ganancias merced a la transferencia de altos precios al mercado interno, no tienen alicientes para invertir en el desarrollo de tecnología propia. Y como las pequeñas empresas no tienen recursos económicos suficientes para pagar sus propios desarrollos tecnológicos, el ciclo se reproduce. Lo anterior significa que un alto valor del coeficiente de Gini en la facturación empresarial fomenta la mala distribución del coeficiente de Gini del ingreso familiar, lo que a su vez impide el combate a la pobreza y a la marginación social. 54 CONCLUSIONES Los datos aquí presentados indican que el desarrollo científico es una condición necesaria, pero no suficiente, para que un país prospere y alcance un alto nivel de desarrollo humano. La condición que hace suficiente que la ciencia sea un factor útil para el combate a la pobreza es la transformación de ésta en tecnología para que, convertida en patentes y otras formas de conocimiento de uso restringido, pueda ser utilizada por las empresas en su afán por competir tanto en el mercado interno como en el mundial. Para que la ciencia se asocie eficientemente con la tecnología y ésta con el combate a la pobreza, se requiere la integración de cadenas productoras de bienes y servicios que equilibren la participación de las pequeñas y grandes empresas, aumentando el empleo y el ingreso con metas definidas para el incremento del valor agregado de la economía. Esto implica una estrategia de estímulos y de fomento al proceso de asimilación activa de la tecnología (learning by doing), discutido anteriormente. En naciones como México, que enfrentan el futuro sin una estrategia integrada de ciencia y tecnología ligada al desarrollo industrial y sin un aumento de las capacidades humanas, pero, con asimilación pasiva de la tecnología (learning by using), el desarrollo de la ciencia por sí sola no mejora mucho la productividad ni la distribución del ingreso, y por ello, se vuelve muy difícil combatir a la pobreza. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �¿Contribuyen la ciencia y la tecnología a abatir la pobreza? / Gustavo Viniegra González, et al. LECTURAS RECOMENDADAS • Adelman, I. (1997), “Social development in Korea, 1953-1993”, en Cha, D-S, K-S Kim y D. H. Perkins, The Korean economy, 1945-1995, performance and vision for the 21st century, Seúl, Korean Development Institute. • Amsden, A. H. (1989), Asia’s next giant: South Korea and late industrialization, Nueva York, Oxford University Press. • Aoki, M., H-K Kim y M. Okuno-Fujiwara (1998), The role of government in East Asian economic development: comparative institutional analysis, Oxford, Clarendon Press. • Castells, M. (1996), “The rise of the network society” (The information age: economy, society and culture, volume 1), Malden, Massachusetts, Blackwell Publishers. • Federation of the Swiss Watch Industry FH, (2009), “A short tale of history”, www.fhs. ch/en/history.php. • Johnson, C. A. (1982), MITI and the Japanese miracle, Stanford University Press, p. 412. FUENTES DE DATOS • Para las patentes: United States Patent and Trademark Office. • Para el Producto Interno Bruto per cápita: El método atlas (US$ nominal), desarrollado por el Banco Mundial en 2009. • Para el Índice de Desarrollo Humano: El Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) y el Banco Mundial. • Para el coeficiente de Gini de México: Distribución del ingreso en México: Banco de México, Ensayos, Documento 37; Carrillo Huerta, M. M. y H. V. Vázquez Mateos (2005), “Desigualdad y polarización en la distribución del ingreso salarial en México”, Problemas del Desarrollo, 36(141), pp. 109-130; Cortés, F. (2009), Pobreza, desigualdad en la distribución del ingreso y crecimiento económico, México, 1992 a 2006, México, El Colegio de México. • Para el coeficiente de Gini de Corea del Sur: Kwon Hyun, Jin y Byung-In Lim (2002), Income distribution in Korea: empirical evidence from OECD guideline, Korea institute of Public Finance, University of Wyoming; Choi, K. (2003), Measuring and explaining income inequality in Korea, Korea Development Institute; Central Intelligence Agency (CIA), The world fact book (www.cia.gov/library/publications/the-worldfactbook/fields/2172.html); esta misma fuente fue utilizada para consultar el coeficiente de Gini de Brasil. Revista de la Academia Mexicana de Ciencias www.revistaciencia.amc.edu.mx email: rciencia@servidor.unam.mx Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 55 �Efecto del reforzamiento y la velocidad de enfriamiento en las propiedades mecánicas de la aleación AlMgSi Regino Castro GrelaA, Bernardo Campillo IllanesB, C, Socorro Valdez RodríguezC CIICAp-FCQeI-UAEMor Facultad de Química, UNAM C Instituto de Ciencias Físicas, UNAM svaldez@fis.unam.mx A B RESUMEN Una aleación AlMgSi reforzada con partículas de carburo de silicio (SiCp), fue fabricada mediante el método de vórtex, y luego vaciada en un molde de cobre y enfriada en nitrógeno líquido para lograr una elevada velocidad de enfriamiento. La aleación AlMgSi y el compuesto AlMgSi-SiCp fueron también solidificados en un molde de arena sílica para evidenciar la influencia que ejerce la velocidad de enfriamiento sobre la dureza, el esfuerzo de cedencia y el esfuerzo último. Los resultados arrojan una mejora en dichas propiedades al aumentarse la velocidad de enfriamiento. La aleación AlMgSi sin reforzamiento, con respecto de la aleación reforzada, presenta menores valores de dureza. El efecto del reforzamiento aunado a la velocidad de enfriamiento propician una combinación clave para modificar la dureza, el esfuerzo de cedencia y el esfuerzo último de la aleación AlMgSi. PALABRAS CLAVE Aleación AlMgSi, propiedades mecánicas, partículas de SiC, velocidad de enfriamiento. ABSTRACT An AlMgSi alloy reforzed with silicon carbide particles was produced by the vortex method, poured into a copper mold and cooled with liquid nitrogen for getting a high cooling rate. The influence of high cooling rate was compared with a cooling rate from a silica-sand mould. The results showed an improvement in mechanical properties (hardness, yield tension stress, ultimate tension stress) at high cooling rate. In addition, the AlMgSi alloy shows a lower hardness than the reforzed AlMgSi alloy. The reforcement and cooling rate effect are a key combination to modify the mechanical properties in an AlMgSi alloy. KEY WORDS AlMgSi alloy, mechanical properties, SiC particles, cooling rate. 56 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Efecto del reforzamiento y la velocidad de enfriamento en las propiedades mecánicas... / Regino Castro Grela, et al. INTRODUCCIÓN El Aluminio y sus aleaciones, combinan sus propiedades de ductilidad, conformabilidad y baja densidad con las propiedades del material de refuerzo tales como: dureza, estabilidad química y térmica de las partículas cerámicas. Una de las combinaciones más estudiadas es el sistema SiC/Al, caracterizado por una buena resistencia al desgaste y alta conductividad térmica.1 El interés en la adición de magnesio a la matriz de aluminio, está motivado por la aplicación de las aleaciones AlMg y AlMgSi en la industria automotriz y aeroespacial, debido a su alta resistencia mecánica y bajo peso. Además, es posible obtener excelentes propiedades mecánicas, a través de tratamientos térmicos, con los cuales se forma la fase β-Mg2Si cuya estructura cristalina es la cúbica centrada en la cara: ccc (a = 0,639nm). Se ha reportado la presencia de esta fase con una distribución uniforme tanto en la matriz, como en el límite de grano.2 La elección de SiCp como reforzante, es debido a que las partículas de carburo de silicio, poseen propiedades de alta dureza y bajo coeficiente de expansión térmica, además de ser resistentes al desgaste, con buena resistencia mecánica a temperaturas elevadas y resistencia al choque térmico.3 En comparación con las aleaciones metálicas, los compuestos de matriz metálica reforzados con partículas cerámicas (MMCs) presentan mayor resistencia mecánica, superior dureza, elevada conductividad térmica y mayor estabilidad dimensional. Inclusive muchos materiales compuestos son utilizados por su elevada resistencia al desgaste y alto módulo específico.4 Los compuestos de matriz metálica son considerados como excelentes candidatos en aplicaciones estructurales, aeronáutica-aeroespacial, o en la industria automotriz. Conjuntamente con el tratamiento térmico, la ruta de preparación de todo material, juega un papel importante, para la obtención de excelentes propiedades mecánicas tales como la dureza, el esfuerzo de cedencia y el esfuerzo último. La síntesis de materiales compuestos a través del método de vórtex, ha dado excelentes resultados en la distribución homogénea del reforzante, disminución de la porosidad y la eliminación de reacciones químicas secundarias.5 La importancia Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 en la disminución de la microporosidad, genera beneficios en el refinamiento del grano,6 mientras que el incremento de esta porosidad debido a gas disuelto, tiende a aumentar el tamaño de grano. Debe considerarse, que la contracción o rechupe durante el proceso de solidificación, es un efecto importante para la presencia de microporosidad. Sin embargo, resultados previos con el método de vórtex han reportado la disminución de la porosidad.3 En la presente investigación, la aleación AlMgSi fue reforzada con partículas de carburo de silicio (SiCp), mediante el método de Vórtex (figura 1) y posteriormente solidificada en un molde de cobre con forma de cuña, el cual fue sumergido en nitrógeno líquido (72.2K/196ºC) con la finalidad de acelerar la velocidad de enfriamiento durante el proceso de solidificación. Fig. 1. Figura esquemática del equipo de vórtex. Una elevada velocidad de enfriamiento comprendida entre 10 2 y 10 6 K/s, provoca un subenfriamiento en el líquido, iniciando el proceso de nucleación lejos de las condiciones de equilibrio, lo cual conduce a la obtención de sólidos con microestructuras7 y propiedades diferentes8 a las obtenidas mediante velocidades de enfriamiento convencional. En este trabajo, se reportan las propiedades de dureza, esfuerzo de cedencia y esfuerzo último correspondientes a la aleación AlMgSi y AlMgSi-reforzada, ambas solidificadas a diferentes velocidades de enfriamiento. Además se realiza una comparación entre estos resultados y las propiedades de dureza, esfuerzo de cedencia y esfuerzo último, para los mismos sistemas, solidificados a velocidades de enfriamiento convencional. 57 �Efecto del reforzamiento y la velocidad de enfriamento en las propiedades mecánicas... / Regino Castro Grela, et al. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL La fabricación del material reforzado, se realizó mediante el Método de Vórtex (figura 1). Este es un proceso simple y económico, que tiende a favorecer la incorporación del material de refuerzo, en este caso las partículas cerámicas de SiC, en la aleación matriz AlMgSi. El método de vórtex, consiste en agitar vigorosamente la aleación AlMgSi calentada a una temperatura arriba de la temperatura líquidus, al mismo tiempo que las partículas de refuerzo (SiC) precalentadas son adicionadas en el vórtex formado.9 Para la fabricación del material compuesto, se inició con la preparación de la aleación AlMgSi, utilizando elementos de pureza comercial (Al 98.5% y Mg 99.9% de pureza). Los elementos Al (660 °C) y Mg (650 °C) fueron colocados en un crisol de alúmina, e introducidos al interior de un horno de resistencia a 700 °C, previamente precalentado junto con el Si (1414ºC) a 300 ºC durante 15 mins. Se utilizó una mezcla de sales fundentes (KCl + NaCl en relación 1:1) para evitar el contacto del baño líquido con el ambiente y la oxidación de los elementos Al y Mg. Las partículas cerámicas de SiC fueron precalentadas con un horno eléctrico a 870°C, durante 15 minutos, y entonces adicionadas a una velocidad de 30 g/min a la aleación matriz de AlMgSi mediante el Método de Vórtex; el vórtex fue creado con la ayuda de un agitador mecánico que gira a una velocidad de 1150 rpm, agitando el baño líquido durante 15 minutos para obtener una buena homogeneización. Se agregó como desescoriador 2% de NaF. El compuesto AlMgSiSiCp fue desgasificado con el crisol dentro del horno, con la finalidad de propiciar la reacción entre el desescoriador y el gas, para generar una escoria ligera, así como para eliminar el hidrógeno disuelto y evitar microporosidades en el sólido. Se retiró la escoria mecánicamente y el baño líquido de AlMgSiSiCp fue vertido en dos diferentes tipos de molde (figura 2 y 3). El SiC fue agregado en dos cantidades diferentes de 5 y 10% en peso. Uno de los moldes fue realizado con arena sílica (figura 1). Y el segundo molde está constituido con la forma de cuña, con paredes frontales de cobre y laterales de arena sílica; este molde fue enfriado 58 Fig. 2. Molde de arena sílica. El círculo en el interior indica la posición del termopar. Fig. 3. Esquema del molde en forma de cuña. Con paredes frontales de cobre y laterales de arena sílica. mediante su inmersión dentro de un tanque de poliestireno extruido lleno de nitrógeno líquido durante 30 minutos (figura 2) previos al proceso de colado. En ambos moldes, se colocaron termopares cromel/alumel tipo K, de 0.0003m de calibre, cubiertos por canutillos de cerámica de 0.0016m de diámetro. En el molde de cobre, se distribuyeron internamente tres pares de termopares a lo largo del molde, identificados como puntos P1, P2 y P3, iniciando desde la zona ancha de 5 cm (P1), a la zona angosta (P3); con la finalidad de registrar la temperatura y determinar la velocidad de enfriamiento durante el proceso de solidificación. La tabla I, reporta la composición química del compuesto AlMgSi-SiCp, obtenida mediante espectroscopía óptica de emisión, la cual está basada en la longitud de onda característica de cada elemento; el análisis se realizó mediante un espectrómetro Modelo LAX X8-WINDOWS, marca SPECTROLAB con 15 canales analíticos, que opera bajo ambiente de computación de Microsoft Windows; los resultados reportados corresponden al promedio de cinco análisis, los cuales fueron realizados en tres regiones diferentes de las probetas de AlMgSi y AlMgSi-SiCp. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Efecto del reforzamiento y la velocidad de enfriamento en las propiedades mecánicas... / Regino Castro Grela, et al. Tabla I. Composición química del compuesto Al-Mg-SiC (at. %). Tabla II. Velocidad de enfriamiento (K/s) determinada a partir de los termopares en el molde de arena (Pa) y en tres posiciones (P1, P2 y P3) en el molde de cobre. Elementos AlMgSi Material AlMgSi -5%SiCp AlMgSi 10%SiCp Si 1.160 5.150 10.700 Material Pa P1 P2 P3 Mg 9.920 9.880 9.600 AlMgSi 5.3 52.0 74.0 140.0 otros 0.770 0.800 0.098 AlMgSi-5%SiCp 6.0 56.0 128.0 250.0 Al Bal. Bal. Bal. AlMgSi-10%SiCp 9.0 83.0 156.0 290.0 Los lingotes fueron cortados a lo largo de la sección longitudinal, paralelo a la posición del termopar. Posteriormente fueron desbastados con papel lija esmerilada para agua de No. 80 hasta No. 1200 de carburo de silicio, pasando por: No. 240, No. 320, No. 400, No. 600. Se pulieron utilizando un paño de fieltro microcloth embebido en un abrasivo de alúmina grado 5.0μ, 1.0μ, 0.3μ y 0.05μ. A continuación, fueron atacadas con reactivo Keller durante 30 seg. La preparación metalográfica fue llevada a cabo para realizar los ensayos de microdureza sobre la matriz de la aleación AlMgSi y del compuesto AlMgSi-SiCp. Los ensayos de microdureza Vickers se realizaron en todas las muestras, las obtenidas por el molde de arena y el molde de cobre con forma de cuña. Las muestras fueron identadas con un Microdurómetro modelo INSTRON serie 210013. Se aplicó una carga de 980.70 mN durante 10 s. La dureza se determinó mediante el análisis de las diagonales de cada marca identada. Cada valor reportado, es el promedio de 5 mediciones en regiones diferentes de la muestra. Los valores de esfuerzo último y punto de cedencia, se obtuvieron a partir de ensayos de tensión realizados con una máquina INSTRON a temperatura ambiente y 3 x 10-3 s-1 en velocidad de deformación. Las muestras para el ensayo de tracción (25 x 6 x 5 mm) fueron maquinadas siguiendo la norma ASTM B557M. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La tabla II, reporta la velocidad de enfriamiento medida a partir de los termopares. La literatura, indica que se han estudiado condiciones de enfriamiento que van desde 10-6 K/s para grandes lingotes comerciales, hasta 109 K/s, para muestras solidificadas rápidamente, enfocadas principalmente en los cambios microestructurales. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Velocidad de Enfriamiento (K/s) En este trabajo, los elevados valores de la velocidad de enfriamiento corresponde a 290 K/s, para el molde de cobre, alcanzado con el enfriamiento en nitrógeno líquido. El cobre puede producir elevadas velocidades de enfriamiento para una colada convencional.4 Los datos reportados en la tabla II, muestran que es posible generar una solidificación rápida a través de un elevado enfriamiento controlado por el diseño y tipo de molde. Evidentemente, la velocidad de enfriamiento aumenta de 15.7% (porcentaje en K/s) a 47.15% para la matriz AlMgSi, a medida que el acercamiento entre las dos paredes de cobre disminuye, es decir hacia la punta del molde. Otro aumento en la velocidad de enfriamiento, se observa con la adición de partículas cerámicas (SiC) a la matriz AlMgSi, esta influencia se hace notoria en el molde de arena, debido a que el porcentaje de enfriamiento va del 7.8% (porcentaje en K/s) para 5% SiCp a 33.4% (porcentaje en K/s) para 10% SiCp. En este caso, se aprecia claramente la influencia de la adición del cerámico a la matriz, dado que la velocidad de enfriamiento en arena es 46.7 veces menor que para el punto P1 (posición del termopar en el punto 1, zona ancha de 5cm para el molde de cobre). Resultados similares, han sido obtenidos por J. Cai y col. para una aleación A356. Ellos reportan un incremento en la velocidad de enfriamiento con la adición de partículas de Al2O3.10 La adición de partículas cerámicas al metal fundido, introduce un número mayor de sitios de nucleación y reduce el subenfriamiento, acelerando por lo tanto, el proceso de solidificación. Dado que se considera que las partículas de SiCp actúan como sitios de nucleación, su presencia interfiere al proveer de un mayor número de superficies que disminuyen la barrera energética del subenfriamiento aumentando el proceso de nucleación. 59 �Efecto del reforzamiento y la velocidad de enfriamento en las propiedades mecánicas... / Regino Castro Grela, et al. Debe considerarse también, que el incremento en la velocidad de enfriamiento, propicia un decremento sobre la temperatura de subenfriamiento durante el proceso de nucleación. Este fenómeno origina un incremento en la temperatura de nucleación, como consecuencia la velocidad de solidificación aumenta, debido a la presencia de un mayor número de núcleos y aglomerados de átomos que tienden a crecer simultáneamente. Los resultados de la investigación, revelan que con el incremento en la velocidad de enfriamiento de 9 K/s en arena (Pa) a 290 K/s (P3) para el compuesto AlMgSi-10%SiCp se obtiene una mejora del esfuerzo de cedencia. El incremento en el esfuerzo último va de 275MPa para la velocidad más baja hasta 300 MPa para la velocidad de enfriamiento más alta (figura 4). En la figura 4, también están representadas las propiedades mecánicas de dureza, esfuerzo de cedencia y esfuerzo último, obtenidas con una colada convencional en molde de arena. Estas son comparadas con las obtenidas a elevada velocidad de enfriamiento del molde de cobre. Puede observarse la influencia benéfica que ejerce la elevada velocidad sobre las propiedades mecánicas. Es evidente que este mejoramiento en las propiedades mecánicas de la matriz y el material compuesto está gobernado tanto por el incremento en la velocidad de enfriamiento, así como por la adición de partículas cerámicas. Fig. 4. Representación de las propiedades mecánicas para AlMgSi, AlMgSi-5%SiCp y AlMgSi-10%SiCp a diferente velocidad de enfriamiento. 60 Puede observarse también, el influjo que ejercen las partículas cerámicas sobre la dureza, el punto de cedencia y el esfuerzo último. Estos incrementos están de acuerdo con lo reportado por G. H. Paulino y col.11 CONCLUSIONES La solidificación de la aleación AlMgSi y del material compuesto AlMgSi-SiCp a través de un molde de cobre en forma de cuña y el enfriamiento del molde con nitrógeno líquido, fue posible alcanzar velocidades de enfriamiento máximas de 250 y 290 K/s cercano en la punta del molde de cobre. Es importante destacar el mejoramiento en las propiedades mecánicas (dureza, punto de cedencia y esfuerzo último) a medida que la velocidad de enfriamiento se incrementa. Los más altos valores para dureza, punto de cedencia y esfuerzo último, fueron determinados para velocidades de enfriamiento de 290 K/s. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen el financiamiento otorgado por DGAPA-UNAM-PAPIIT-IN105708. REFERENCIAS 1. M. Mahagundappa, H. L. Benal, H.K. Shivanand, Influence of heat treatment on the coefficient of thermal expansion of Al (6061) based hybrid composites, Mater. Sci. Eng. A(2006) 435–436, 745–749. 2. J. Xu, J.X. Zhang, S.W. Tang, W.C. Ren, Effect of transcrystallinity on tensile behaviour of discontinuous carbon fibre reinforced semicrystalline thermoplastic composites, Mater. Sci. Eng. A 433 (2006) 94–99. 3. S. Kumar, V. Balasubramanian. Effect of reinforcement size and volume fraction on the abrasive wear behaviour of AA7075 Al/SiCp, Tribology 43 (2010) 414-422. 4. Y M. Bayhan, K. Önel. Optimization of reinforcement content and sliding distance for AlSi7Mg/SiCp composites using response surface methodology, Mater. Design. 31 (2010) 3015-3022. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Efecto del reforzamiento y la velocidad de enfriamento en las propiedades mecánicas... / Regino Castro Grela, et al. 5. S. Valdez, B. Campillo, R. Pérez, L. Martínez, A. García H., Synthesis and microstructural characterization of Al–Mg alloy–SiC particle composite, Mat. Lett. 62 (2008) 2623-2625. 6. Lihong Han, Derek O. Northwood, Xueyuan Nie, Henry Hu, The effect of cooling rates on the refinement of microstructure and the nanoscale indentation creep behavior of Mg–Al–Ca alloy, Mater. Sci. Eng. A 512 (2009) 58–66. 7. M.A. Suarez, O. Alvarez, M.A. Alvarez, R.A. Rodriguez, S. Valdez, J.A. Juarez. Characterization of microstructures obtained in wedge shaped Al–Zn–Mg ingots. J. Alloys Comps. 492 (2010) 373–377. 8. R.M. Shalaby. Effect of rapid solidification on mechanical properties of a lead free Sn–3.5Ag solder. J. Alloys Comps. 505 (2010) 113–117. 9. M. Kök Abrasive wear of Al2O3 particle reinforced 2024 aluminium alloy composites fabricated by vortex method. App. Sci. Manufac. A 37 (2006) 457-464. 10. J. Cai, G. C. Ma, Z. Liu, H. F. Zhang, Z. Q. Hu., Influence of rapid solidification on the microstructure of AZ91HP alloy, J. Alloys and Comp. 422 (2006) 92–96. 11. G.H. Paulino and J.H. Kim, Mixed-Mode Crack Propagation in Functionally Graded Materials, J. Eng. Fract. Mech. 71 (2004) 1907. En el marco de las actividades del AÑO INTERNACIONAL DE QUÍMICA 2011 La Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través del Área de Química Industrial, en colaboración con los cuerpos académicos de Química y de Química Sintética, invitan a todos los interesados a participar en el: CONGRESO INTERNACIONAL DE QUÍMICA INDUSTRIAL 2011 A celebrarse en la Ciudad de Monterrey, Nuevo León del 5 al 8 de abril de 2011, en la Biblioteca Universitaria “Raúl Rangel Frías” de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Para mayores informes: Dr. Juan Manuel Alfaro Barbosa jualfaro@fcq.uanl.mx Tel.: 83294000 Ext. 6240 y 6241 o consultar la página: http://www.fcq.uanl.mx/ Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 61 �Compuestos β-aldólicos fotoluminiscentes como indicadores de deformación en polietileno Fernando A. Blanco-FloresA,C, Sofía Vázquez-RodríguezB,C, María G. Sánchez-AnguianoA, Arturo R. Vázquez-VelázquezB,C, Virgilio A. González-GonzálezB,C Facultad de Ciencias Química, UANL FIME-UANL C CIIDIT-UANL sofia.vazquezrd@uanl.edu.mx; virgilio.gonzalezgnz@uanl.edu.mx A B RESUMEN Se elaboraron películas mediante evaporación de solvente de una mezcla de polietileno de alta densidad (HDPE) con una serie de compuestos βaldólicos fotoluminiscentes, el 2,6-bis(p-fenileno)ciclohexanona y el poli[(2,5bis(octiloxi)-4-(3-oxo-1-butenil)benzaldeido].Los compuestos β-aldólicos en el HDPE mostraron una buena estabilidad térmica y óptica. Aparentemente, los compuestos β-aldólicos forman agregados en el HDPE, por lo que la emisión de fluorescencia de la película tiene un desplazamiento batocrómico de 12 nm con respecto a la emisión de la molécula del β-aldólico en solución. Se observó que las características ópticas podrían controlarse al someter a las películas a un proceso de calentamiento y rápido enfriamiento. Este efecto podría tener un gran potencial para el uso de los compuestos β-aldólicos como sensores de deformación en materiales plásticos. PALABRAS CLAVE Fluorescencia, polietileno, sensado, deformación, excímero. ABSTRACT Casting films of binary blends were prepared using high density polyethylene (HDPE) and a series of β-aldols photoluminescent the 2,6bis(p-phenylene)cyclohexanone) and poly[(2,5-bis(octyloxy)-4-(3-oxo-1butenyl)benzaldehyde)]. β-aldols photoluminescent compounds showed a good thermal and optical properties. Because of the β-aldols’strong tendencies to form aggregated into HDPE, the film photoluminescent emission showed a batochromic shifts of 12 nm compared to the photoluminescent emission spectra of β-aldol molecules in solution. It was shown that optic properties of the photoluminescent film could be controlled by cycles of heating and rapidly quenching. This effect could be a potential application to β-aldol molecules as internal strain sensor in plastics materials. KEYWORDS Fluorescence, polyethylene, sensor, deformation, excimer. 62 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Compuestos β-aldólicos fotoluminiscentes como indicadores de deformación en polietileno / Fernando A. Blanco Flores, et al. INTRODUCCIÓN El campo del sensado químico depende enormemente de nuevos materiales, como lo son los polímeros, partículas y nanoestructuras.1 Los polímeros fluorescentes conjugados han surgido como materiales que pueden transformar una señal química en una medición eléctrica o un evento físico.1 Existe una rama de sensores que utilizan moléculas orgánicas luminiscentes, que están basados en técnicas de fluorescencia y fosforescencia. Entre sus principales aplicaciones se encuentran:1 1) detección de explosivos, 2) detección de DNA, 3) sensado de iones pequeños, 4) polielectrolitos conjugados como biosensores, entre otras. También se han desarrollado estudios sobre el sensado de la deformación de materiales termoplásticos.2-8 El sensado consiste en incorporar oligómeros fotoluminiscentes (FL) a polímeros semicristalinos, y estudiar los cambios en las propiedades ópticas del oligómero provocados por reordenamientos moleculares del polímero. Los oligómeros conjugados FL que se han incorporado en polímeros, como polietileno (PE) y polipropileno (PP), han formado agregados estables de pocas moléculas. Las características de la emisión provienen sobre todo de la fluorescencia de cromóforos que interactúan a través de la sobreposición de enlaces π-π de las moléculas, lo cual recibe el nombre de excímero.9 Al aplicar una deformación mecánica a la película polimérica, se promueve la desintegración de los agregados que constituyen la fase dispersa. Al no haber excímeros, la fluorescencia emitida por la matriz se debe solo a la emisión individual de cada oligómero FL en estado excitado.4,6,7 C. Lowe y C. Weder3,10 utilizaron compuestos fotoluminiscentes de la familia oligomérica de los ciano p-fenilenovinileno (OPVs) como el 1,4bis(α-ciano-4-metoxiestiril)-2,5-dimetoxibenceno (BCMBD), 1,4-bis(α-ciano-4-metoxiestiril) benceno (BCMB) y 2,5-bis(α-ciano-4-metoxiestiril)tiofeno. Se mezclaron en copolímeros de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) con 1.2% y 9.3% de octeno. Encontraron que al incrementar la concentración de los oligómeros, la intensidad de la banda correspondiente al rojo aumenta (entre 573 nm a 644 nm), y el efecto es mayor en el copolímero con 9.3% de octeno. Las películas fueron sometidas a un proceso de deformación de 300% observando Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 la disminución de la intensidad de la banda de emisión en el rojo del espectro visible. A. Pucci y sus colaboradores2 prepararon mezclas mediante mezclado en fundido de PP con bis-(benzoxazolil) estilbenceno (BBS), el cual es un pigmento de uso comercial. Observaron que la emisión de la película cambió de azul (con picos centrados en 410, 430 y 455 nm) a verde (500 nm) a concentraciones 0.2 a 0.5 % en peso con respecto al PP. Además, demostraron que las emisiones de dichas películas regresaban a 410, 430 y 455 nm en el material después de haber aplicado la deformación por tensión. A pesar del contenido innovador de esta aplicación de sensado en polímeros termoplásticos, son pocas las moléculas conjugadas fluorescentes estudiadas como marcadores. Las moléculas sintetizadas hasta ahora en nuestro grupo de investigación mediante la ruta de condensación aldólica, pueden presentar máximos de emisión en la región del verde, entre 480 y 523 nm.11,12 Algunas de las moléculas β-aldólicas FL han sido utilizadas para la fabricación de películas por autoensamblaje, las cuales presentaron una topografía granular uniforme y de baja rugosidad (rugosidad media cuadrada = 0.89 nm).11 En este trabajo se estudió la estabilidad química, térmica y óptica en polietileno de alta densidad (HDPE) de dos moléculas β-aldólicas FL el 2,6-bis(pfenileno)ciclohexanona (BFC) (figura 1) y poli[(2,5bis(octiloxi)-4-(3-oxo-1-butenil)benzaldeido] (pC8Bz). Las moléculas fueron sintetizadas por la ruta de condensación aldólica.13,14 Se elaboraron películas y se sometieron a un proceso de calentamiento y rápido enfriamiento, para determinar la capacidad de manipular el rompimiento de los excímeros para una posible aplicación como sensor de deformación en materiales plásticos. Fig. 1. Moléculas dispersas (a) y agregadas (b) de 1,5bis(p-fenileno)1,4-penten-3-ona. 63 �Compuestos β-aldólicos fotoluminiscentes como indicadores de deformación en polietileno / Fernando A. Blanco Flores, et al. PARTE EXPERIMENTAL Materiales Los materiales utilizados para la síntesis de condensación aldólica fueron: tereftaldicarboxaldehído (Sigma Aldrich con 99% de pureza), 2,5-bis(octiloxi)tereftaldehído (Sigma Aldrich con 99% de pureza), acetona y ciclohexanona (J. T. Baker HPLC, con 99.9% de pureza). El hidróxido de sodio (Productos químicos Monterrey con 97.3% de pureza) fue utilizado como catalizador. Los solventes utilizados fueron cloroformo (Tedia HPLC con 99.99% de pureza) y xileno (Fermont HPLC con 99.99%). El polímero utilizado como matriz fue el polietileno de alta densidad (PEMEX). Todos estos reactivos fueron utilizados como se recibieron sin realizar algún proceso de purificación. Procedimiento Experimental Los compuestos fluorescentes BFC y pC8Bz fueron sintetizados por la ruta de condensación aldólica.13 Para el compuesto BFC se realizó una serie de reacciones variando la relación estequiométrica 1:1, 1:2 y 1:3 entre el tereftaldehido (TFA) y ciclohexanona (CHX). El compuesto pC8Bz fue sintetizado a partir de la reacción entre 2,5-bis(oc tiloxi)tereftaldehído (OTP) y acetona (AC), a una relación molar 1:1. Primero, se disolvió en un vaso de precipitado 0.3g de NaOH en 20ml de una solución H 2O/EtOH en proporción 1:1. Posteriormente, la solución fue vertida a un matraz bola de 200 mL, y se adicionó el dialdehido aromático más otros 20ml de una solución H2O/EtOH 1:1 con agitación constante. Después, se calentó el medio de reacción a 60°C y se adicionó gota a gota la cetona con agitación constante. Al finalizar la adición Tabla I. Cantidades utilizadas para la síntesis de los productos BFC y pC8Bz mediante condensación aldólica. Relación molar masa del dialdehido aromático (g) masa de cetona (g) Clave 1 TFA :1 CHX 1 0.731 BFC-1 1 TFA :2 CHX 1 1.46 BFC-2 1 TFA :3 CHX 1 2.19 BFC-3 OTP:1 AC 0.2 0.029 pC8Bz-1 64 se mantuvo la temperatura y la agitación por 30 minutos, manteniendo el sistema en reflujo mediante un sistema de refrigeración. Finalmente, se enfrió el medio de reacción y se adicionaron 2 ml de HCl 1.0 N, formándose un precipitado color amarillo, el cual fue posteriormente lavado con una solución de H2O/EtOH 1:1. Las claves de los productos obtenidos se enlistan en la tabla I. La incorporación de los oligómeros FL a HDPE se llevó a cabo mediante dispersión en solución. En un matraz bola se disolvieron en 0.8g de HDPE y 0.004 g del compuesto β-aldólico en xileno, lo cual corresponde al 0.5% en peso con respecto al polímero. La solución fue calentada a 130 °C durante 15 minutos con agitación, tiempo en el cual el oligómero y el HDPE se disolvieron por completo. La mezcla se vierte rápidamente en una caja petri previamente calentada a 130°C dentro de una estufa, y se mantiene la temperatura hasta que se obtiene la completa evaporación del disolvente y la formación de la película. Posteriormente las películas fueron sometidas a un tratamiento térmico, el cual se realizó de la siguiente manera: 1) primero se evalúa la emisión de fluorescencia de las películas, 2) se introducen las películas a una estufa a 140°C durante una hora, 3) se retiran las películas de la estufa y se sumergen rápidamente en un baño de hielo, y finalmente 4) se obtiene un segundo espectro de emisión. Caracterización Los compuestos BFC y pC8Bz fueron caracterizados mediante espectroscopía ultravioletavisible (UV-vis) en un Perkin-Elmer Lamda 35. Las películas fueron caracterizadas por espectroscopía de infrarrojo (FT-IR) en un equipo Nicolet 6700 en modo de transmitancia a 4 cm-1 de resolución con 32 barridos. Los espectros de emisión se obtuvieron en un equipo Perkin-Elmer Lambda LS55 excitando las muestras a una longitud de onda de 365 nm. Las características térmicas de las películas fueron obtenidas mediante análisis de calorimetría diferencial de barrido en un equipo Perkin-Elmer Diamond DSC a una velocidad de 10°C/min, tomando el valor máximo del pico del segundo barrido de calentamiento como la temperatura de transición.15 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Compuestos β-aldólicos fotoluminiscentes como indicadores de deformación en polietileno / Fernando A. Blanco Flores, et al. Fig. 2. Espectro de absorción Uv-vis para la solución de BFC en cloroformo grado espectroscópico. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los espectros UV-vis para todos los compuestos BFC disueltos en cloroformo se muestran en la figura 2. Se observó una banda asociada a los electrones π a π* (antienlace), resultando los máximos en 356 nm. Sin embargo se observó un desplazamiento batocrómico de 9 nm para la muestra BFC-3, lo cual podría deberse a un aumento en la conjugación16 por el exceso de ciclohexanona en la reacción. La emisión máxima de fluorescencia de los productos BFC en solución (cloroformo) fue de 486 nm para los tres productos. También se obtuvieron los espectros de emisión de los productos BFC en estado sólido (figura 3), observándose un máximo de emisión de 509 nm para los productos BFC-2 y BFC-3. El producto BFC-1 presentó un máximo de emisión a 500 nm. La diferencia entre los máximos de Fig. 3. Espectro de emisión de fluorescencia de los productos BFC en estado sólido a λexc = 365 nm. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 emisión del compuesto BFC en solución y en estado sólido presentan un desplazamiento hipsocrómico de 14 nm para BFC-1; y de 23 nm tanto para BFC-2 como para BFC-3. El desplazamiento en la emisión podría deberse a la formación de excímeros entre las moléculas fluorescentes.4,9 Para verificar que los compuestos BFC están presentes en el HDPE, se analizaron los espectros de FTIR (figura 4) de las películas. En el espectro se observan los picos característicos del HDPE:17 una banda alrededor de 2890 cm-1 correspondiente al estiramiento –CH2, dos bandas a 1463 cm-1 y 1260 cm-1 correspondientes a la flexión C-H, y otra a 728 cm-1 correspondiente a los enlaces C-C. Debido a la baja concentración de BFC en HDPE, las señales detectadas del compuesto son de baja intensidad y corresponden a las señales del C=O a 1700 cm-1. Figura 4. Espectro de FTIR de la película HDPE con 0.5% de BFC-1. La temperatura de transición de fase (T) y la correspondiente entalpía (∆H) observada en el segundo calentamiento por DSC se muestran en la Tabla 2. La temperatura de transición en el segundo calentamiento de la película HDPE+BFC, muestra una variación mínima (1-2°C) con respecto al HDPE inicial. El efecto del BFC en la cristalinidad del HDPE, se evaluó por cambios en el por ciento de cristalinidad, relacionando el ∆H de fusión del segundo calentamiento de las películas con el ∆H de fusión (290 J/g) del HDPE 100% cristalino.18 El por ciento de cristalinidad obtenido para los materiales HDPE+BFC-1 (49%), HDPE+BFC-2 (57%) y HDPE+BFC-3 (61%) están dentro del rango del error experimental del equipo así como de la manipulación 65 �Compuestos β-aldólicos fotoluminiscentes como indicadores de deformación en polietileno / Fernando A. Blanco Flores, et al. Tabla II. Características térmicas de las películas de HDPE con todos los BFC. Muestra T (°C) ∆H fusión (J/g) % cristalinidad HDPE 131 191.1 66 HDPE+BFC-1 131 140.6 49 HDPE+BFC-2 131 165.5 57 HDPE+BFC-3 132 177.3 61 de la muestra, por lo que no se considera un cambio considerable en la cristalinidad del material. En la figura 5, se muestran los espectros de emisión (λexc = 365 nm) de la película blanco de HDPE antes y después del tratamiento térmico. Las bandas de emisión observadas a 485 nm y 550 nm, podrían asociarse a problemas de dispersión de luz.9 Se observó que la posición de las bandas de emisión no cambia aun después del tratamiento térmico. Fig.6. Espectro de emisión de fluorescencia de la película de HDPE+ BFC-3 antes y después del tratamiento térmico ( λexc= 365 nm). Las líneas punteadas corresponden a las bandas obtenidas por deconvolución. podría asociarse al pico del excímero. El resultado de la deconvolución (línea punteada en Figura 6) da un pico a 510 nm que corresponde a lo observado en el espectro de emisión de BFC-3 en estado sólido. Después del tratamiento térmico, el pico a 510 nm desaparece, sugiriendo la dispersión de los excímeros de BFC-3. Para confirmar que el tratamiento térmico utilizado puede dispersar los excímeros, se evaluó una película con el polímero pC8Bz el cual ya ha sido estudiado en aplicaciones de optoelectrónica y que presenta una mayor intensidad de fluorescencia.14 Fig. 5. Espectro de emisión de fluorescencia de las películas de HDPE sometidas a tratamiento térmico excitadas a λexc= 365 nm. Las películas de HDPE con BFC-1 y BFC-2 excitadas a una longitud de onda de 365 nm no mostraron desplazamientos considerables en el pico máximo de emisión después del tratamiento térmico. Sin embargo, en el espectro de emisión de HDPE+BFC-3 (Figura 6) se observó un hombro en el pico máximo de emisión a 510 nm antes del tratamiento térmico. Se realizó la deconvolución del pico máximo de emisión antes del tratamiento térmico utilizando el programa PEAK FIT (modelo de Gauss) para confirmar si el hombro observado 66 Fig. 7. Espectro de emisión de fluorescencia de la película de HDPE con pC8Bz antes y después del tratamiento térmico (λexc= 326 nm). Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Compuestos β-aldólicos fotoluminiscentes como indicadores de deformación en polietileno / Fernando A. Blanco Flores, et al. El espectro de emisión de la película se obtuvo a λexc=326 nm de longitud de onda (figura 7). La emisión de la película HDPE+pC8Bz mostró una banda intensa formada por hombros a longitudes de onda de 472 y 517 nm. Después del tratamiento térmico, se observó un desplazamiento hipsocrómico de 12 nm hacia la región azul del espectro dando un máximo a 463 nm. El desplazamiento se puede asociar a la dispersión de los excímeros, y por lo tanto la emisión sería semejante a la molécula en solución. Este resultado coincide con lo observado por otros autores2,4 cuando provocan deformación mecánica de las películas que contienen compuestos cromóforos de la familia de los ciano p-fenilenovinileno. También se observó que al utilizar un polipropileno injertado con grupos anhídrido maleico (PP-g-AM) como matriz, el pC8Bz presenta una emisión diferente bajo una lámpara de luz UV de 365 nm de longitud de onda (figura 8). En el caso de HDPE, la emisión de la película es semejante a la del pC8Bz en solución; en cambio cuando se utiliza PP-g-AM, la emisión es semejante a la del pC8Bz en polvo. Lo anterior podría deberse a la naturaleza química del polímero, lo cual se reportará en trabajos posteriores. Figura 8. Imagen de pC8Bz y su dispersión en cloroformo, HDPE y PP-g-AM bajo una lámpara de luz UV (λexc=365 nm). CONCLUSIONES Los compuestos fluorescentes BFC y pC8Bz presentaron formación de excímeros dentro del HDPE, siendo posible la dispersión del excímero por la deformación realizada al polímero durante el tratamiento térmico. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Las películas preparadas con los compuestos BFC presentaron ligeros cambios en la emisión, lo cual se debe tanto a la baja concentración del compuesto en la película, así como a dispersiones de luz provocadas por la superficie de la película. Por los resultados obtenidos en este trabajo se sugiere que los compuestos β-aldólicos fotoluminiscentes pueden presentar aplicaciones como indicadores de deformación en polímeros termoplásticos AGRADECIMIENTOS Los autores desean agradecer al Programa de Mejoramiento al Profesorado (PROMEP) por el apoyo financiero otorgado al Proyecto PROMEP/103.5/09/4826 con folio UANL-PTC-255. BIBLIOGRAFÍA 1. S.W. Thomas, G.D. Joly, and T.M. Swager, Chemical sensors based on amplifying fluorescent conjugated polymers, Chemical Reviews, 107(2007), 1339. 2. A. Pucci, M. Bertoldo, and S. Bronco, Luminescent bis(benzoxazolyl)stilbene as a molecular probe for poly(propylene) film deformation, Macromolecular Rapid Communications, 26(2005), 1043. 3. C. Löwe and C. Weder, Oligo (p-phenylene vinylidene) excimers as molecular probes: deformation-induced color changes in photoluminiscent polymer blends, Advanced Materials, 22(2002), 1625. 4. B.R. Crenshaw and C. Weder, Deformationinduced color changes in melt-processed photoluminescent polymer blends, Chemistry of Materials, 15(2003), 4717. 5. B.R. Crenshaw, et al., Deformation-induced color changes in mechanochromic polyethylene blends, Macromolecules, 40(2007), 2400. 6. J. Kunzelman, B.R. Crenshaw, and C. Weder, Self-assembly of chromogenic dyes—a new mechanism for humidity sensors, Journal of Materials Chemistry, 17(2009), 2989. 7. F. Donati, et al., New cyclic olefin copolymer for the preparation of thermally responsive 67 �Compuestos β-aldólicos fotoluminiscentes como indicadores de deformación en polietileno / Fernando A. Blanco Flores, et al. luminescent films, Macromolecular Chemistry and Physics, 210(2009), 728. 8. M. Kinami, B.R. Crenshaw, and C. Weder, Polyesters with built-in threshold temperature and deformation sensors, Chemistry of Materials, 18(2006), 946. 9. J. Lakowickz, Principles of Fluorescence Spectroscopy. 3a. 2006, Baltimore: Springer. 27. 10. C. Löwe and C. Weder, Synthesis and properties of photoluminescent 1,4-bis-(1-cyano-4methoxystyryl)benzenes, Synthesis, 9(2002), 1185. 11. R.C. Cabriales-Gómez, Nuevos materiales orgánicos luminiscentes via condensación aldólica, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. 2003, Universidad Autónoma de Nuevo León: San Nicolas de los Garza. 12. R. Esquivel-González, Efecto de la estructura en aductos de condensación aldólica sobre sus propiedades de fluorescencia, Facultad de 68 Ciencias Químicas. 2007, Universidad Autónoma de Nuevo León: San Nicolas de los Garza. 13. R. Esquivel and V.A. González, Relación estructuraluminiscencia en aductos de condensación aldólica., Ingenierías, X(2007), 69. 14. V.A. González, et al., ß-aldol condensation as a new synthetic approach for the preparation of luminescent oligomers, Polymer Bulletin, 58(2007), 627. 15. A.R.A. Palmans, et al., Tensile orientation behavior of alkoxy-substituted bis(phenylethyn yl)benzene derivatives in polyolefin blend films, Chemistry of Materials, 12(2000), 472. 16. B. Valeur, Molecular Fluorescence Principles and Applications. 2001: Wiley-VCH. 54. 17. R.M. Silverstein and F.X. Webster, Spectrometric Identification of Organic Compounds. 6a., ed. Wiley. 1997. 18. Y. Kong and J.N. Hay, The measurement of the crystallinity of polymers by DSC, Polymer, 43(2002), 3873. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Eventos y reconocimientos I. 63 ANIVERSARIO DE LA FIME-UANL Durante la semana del 16 al 24 de octubre de 2010 tuvo lugar la celebración del sexagésimo tercer aniversario de la FIME-UANL, en el que se realizaron eventos académicos, culturales, deportivos y sociales. ALMUERZO DE LA FRATERNIDAD El Director de la FIME, el M.C. Esteban Báez Villarreal presidió el 16 de octubre el tradicional “Almuerzo de la Fraternidad”, donde convivieron maestros y egresados de diferentes generaciones y que sirve de preámbulo a la semana de aniversario. Vista de los asistentes al tradicional Almuerzo de la Fraternidad FIME-UANL 2010. XVII CONGRESO INTERNACIONAL SOBRE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA El 19 de octubre de 2010 se inauguró el XVII Congreso Internacional sobre Educación, Ciencia y Tecnología. La ceremonia fue presidida por el Dr. Jesús Ancer Rodríguez, Rector de la UANL; M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME; Dr. Raúl Quintero Flores, Presidente del Consejo Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 El Rector de la UANL inaugurando el XVII Congreso Internacional sobre Educación, Ciencia y Tecnologia. Consultivo de Estudios de Posgrado de la FIME; y el Dr. Jaime Parada Ávila, Director General del Instituto de Innovación y Transferencia de Tecnología de Nuevo León, entre otros. En el marco de este congreso se presentaron conferencias, se realizaron mesas redondas y se llevó a cabo el Coloquio “Avances e Innovación en Materiales”. Entre las conferencias se pueden destacar: • “Stochastic Hydro-Thermal Scheduling Under CO2 Emission Constraints”, impartida por el Dr. Steffen Rebennack, profesor de la Colorado School of Mines, Golden, USA. • “Combustible Biodiesel”, estando a cargo de la Dra. Janeth Aidé Perea Villamil, del Centro de Investigación en Ciencia y Tecnología de Alimentos (CICTA), Bucaramanga, Colombia. • “Como desarrollar Sistemas Expertos en Ingeniería Mecánica. El caso de la Selección de Materiales”, impartida por el Dr. Víctor Jacobo Armendáriz, de la Facultad de Ingeniería de la UNAM. 69 �Eventos y reconocimientos Autoridades y participantes del panel ”Los estudios de posgrado y la competitividad”, realizado dentro del XVII Congreso Internacional sobre Educación, Ciencia y Tecnología. CARRERA CONMEMORATIVA 6.3 Km. El 24 de octubre de 2010, como cierre a los festejos del 63 aniversario de la FIME-UANL se efectuó la tradicional carrera conmemorativa, la cual consistió en un recorrido de 6.3 km en el circuito de Ciudad Universitaria, contando con gran afluencia de corredores, entre maestros, alumnos y comunidad en general. Jorge Alberto Hernández, estudiante de FODUANL, realizó el mejor tiempo. Al terminar se premió a los ganadores de las diferentes categorías y se efectuó una convivencia familiar en el estacionamiento principal. II. RENUEVAN CONSEJO CONSULTIVO DE POSGRADO DE LA FIME-UANL En el marco de su 63 aniversario, la FIME-UANL renovó su Consejo Consultivo de Estudios de Posgrado. Este grupo de distinguidos profesionistas lo preside el Dr. Raúl Quintero Flores, quien fundara la Escuela de Graduados de la FIME-UANL en 1966. El Rector de la UANL el Dr. Jesús Ancer Rodríguez, en compañía del M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME, tomó protesta a los integrantes de este órgano de consulta integrado por: Jaime Parada Ávila, Rafael Colás Ortíz, Hugo Solís Tovar, Salvador Valtierra Gallardo, José Talamantes Silva, José Zamudio Sánchez, Moisés Hinojosa Rivera y Raúl Quintero Flores. 70 Consejo Consultivo de Estudios de Posgrado de la FIMEUANL acompañado por el Rector de la UANL y el Director de la FIME. III. PREMIOS FIME-UANL A LA EXCELENCIA 2010 El 19 de octubre de 2010, en un acto presidido por el Rector de la UANL, Dr. Jesús Áncer Rodríguez y el Director de la FIME, M.C. Esteban Báez Villarreal se entregaron los reconocimientos FIME a la Excelencia en las áreas de Docencia, Investigación, Desarrollo Profesional, Innovación y Deporte. El reconocimiento al mérito de Docencia fue para el M.C. Daniel Ramírez Villarreal, en Investigación fueron galardonados los doctores Azael Martínez de la Cruz y Enrique López Cuéllar, ganadores del Premio de Investigación UANL 2010 en el área de Ingeniería y Tecnología. Cuatro distinguidos egresados de la FIME recibieron el reconocimiento en el área de Desarrollo Profesional: Jesús Martínez Ruiz, Ingeniero en El Dr. Enrique López Cuéllar recibiendo del M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME-UANL, el reconocimiento a la excelencia en investigación. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Eventos y reconocimientos Control y Computación; Jorge Ochoa Jaime, Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones; Rubén Villarreal Villalón, Ingeniero Mecánico Administrador; y Juan Francisco Martínez Sánchez, Ingeniero Mecánico Electricista. El doctor Roger Ríos Mercado recibió la distinción al Mérito en Innovación; y en el ámbito Deportivo se reconoció a los destacados karatecas Abraham Briseño Martínez y Homero Morales Carrillo. IV. NUEVO MIEMBRO DE LA ACADEMIA DE INGENIERÍA El 19 de octubre de 2010 en punto de las 18:00 hrs. en la Sala Polivalente de la FIME-UANL, la Academia de Ingeniería presentó en calidad de Académico Titular, al Dr. Virgilio Ángel González González. Durante la ceremonia, el Dr. González, Profesor Investigador de la FIME-UANL, presentó su trabajo titulado “Geometría de Cristales en la Cinética de Cristalización o Solidificación”. El Dr. Virgilio A. González recibiendo su diploma de miembro de la Academia de Ingeniería. V . MÉRITO ACADÉMICO ESTUDIANTIL Y GRUPO DE LOS 100 El miércoles 20 de octubre en el marco de la Semana Cultural del 63 aniversario de la FIME-UANL se llevó a cabo la ceremonia de entrega de reconocimientos a los alumnos que obtuvieron los mejores promedios en el semestre enero-junio de 2010. Los alumnos distinguidos con el reconocimento al Mérito Académico, por su desempeño escolar fueron: Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Alumnos reconocidos durante la tradicional develación de placas al Mérito Académico en la Biblioteca “Ing. Guadalupe Evaristo Cedillo Garza” de la FIME-UANL. Alumno Carrera Promedio Verónica M. Reyes Carranza IAS 99.65 María E. Chávez Yerena IEA 99.18 Jessen E. González Márquez IMC 98.50 Cesar A. de la Garza Carrasco IME 97.58 Jessica J. González Tamez IMA 97.21 Rubén A. Treviño Amaro IEC 95.81 Ana K. Martínez Ortiz IMF 93.75 Emigdio Ríos Baltazar IMT 92.44 Posteriormente se reconoció al Grupo de los Cien, formado por los alumnos con mejores calificaciones en el periodo enero-junio 2010. En esta ocasión se reconoció a alumnos de las siguientes carreras: 29 de Ingeniero en Mecatrónica, 28 de Ingeniero Mecánico Administrador, 15 de Ingeniero en Electrónica y Automatización, 13 de Ingeniero Administrador de Sistemas, 7 de Ingeniero Mecánico Eléctrico, 7 de Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones, 1 de Ingeniero en Materiales, 1 de Ingeniero en Manufactura, 1 de Ingeniero en Aeronáutica. VI. RECONOCIMIENTO A INVESTIGADORAS EN MATEMÁTICAS El 3 de noviembre de 2010, en la Cd. de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, la Sociedad Matemática Mexicana junto con la Fundación Sofía Kovalévskaia, otorgaron reconocimientos a mujeres jóvenes sobresalientes que realizan en México investigación científica relacionada con las matemáticas. 71 �Eventos y reconocimientos Entrega de reconocimientos a investigadoras en matemáticas durante el Congreso Nacional de la Sociedad Matemática Mexicana 2010. Este año, se otorgaron 8 reconocimientos, de los cuales tres fueron otorgados a Profesoras Investigadoras del posgrado en Ingeniería de Sistemas de la FIME-UANL: A la Dra. Sara Rodríguez Sánchez por su trabajo en “Optimización de la cadena de suministro bajo incertidumbre. Aplicación al sector porcino”; a la Dra. María Angélica Salazar Aguilar, Posdoctorante en el CIRRELT (Montreal, Canadá) y egresada del posgrado en Ingeniería de Sistemas, por su trabajo en “Diseño eficiente de sectores para la recolección de residuos”; y a la Dra. Yasmín Ríos Solís, Profesora-Investigadora del Posgrado en Ingeniería de Sistemas por su investigación en “Asignación óptima de personal a lo largo del tiempo”. Este año participaron 41 de licenciatura y 48 de maestría, de las cuales fueron premiadas en total 12 tesis. De la FIME-UANL fueron reconocidas las siguientes tesis de maestria: En el área de Ciencias Naturales y Exactas:“Diseño de territorios comerciales con costos de ruteo”. Autor: Juan Carlos Salazar Acosta y asesor: Dr. Roger Z. Ríos Mercado, de la Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas. En el área de Ingeniería - Tecnología Arquitectura: ”Síntesis y caracterización de nanopartículas de óxidos de los sistemas Bi2O3-MoO3 y Bi2O3-WO3 para la degradación de contaminantes orgánicos bajo la luz visible”. Autor: Sergio Alberto Obregón Alfaro y asesor: Dr. Azael Martínez de la Cruz, de la Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales. VIII. PREMIO NACIONAL DEL DEPORTE 2010 La alumna de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Paola Michell Longoria López, recibió el Premio Nacional del Deporte de manos del Presidente de la República, Felipe Calderón Hinojosa. Este reconocimiento entregado en el marco del festejo del Centenario de la Revolución Mexicana, que por primera vez se entrega a deportistas no profesionales, le fue entregado a Paola Longoria por su destacada trayectoria en racquetbol. VII. PREMIO A MEJORES TESIS UANL El 6 de octubre de 2010, la UANL, entregó los Premios a las Mejores Tesis de Licenciatura y Maestría realizadas en el año 2009. Profesionistas que recibieron el premio a mejor tesis de la UANL presentada en el 2009. 72 El Presidente de la Republica, Felipe Calderón Hinojosa, entregando a Paola Longoria, estudiante de la FIME-UANL, el Premio Nacional del Deporte. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Septiembre 2010 - Noviembre 2010 Guillermo Gutiérrez Ibarra, Maestría en Logística y Cadena de Suministro con orientación en Dirección y Operación, (Por materias), 1 de septiembre de 2010. José Artemio Barrera Rodríguez, Maestría en Logística y Cadena de Suministro con orientación en Dirección y Operación, (Por materias), 1 de septiembre de 2010. René Damián González González, Maestría en Logística y Cadena de Suministro con orientación en Logística Global, (Por materias), 1 de septiembre de 2010. Ismael García López, Maestría en Logística y Cadena de Suministro con orientación en Dirección y Operación, (Por materias), 1 de septiembre de 2010. Jesús María Rodríguez Leal, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias), 1 de septiembre de 2010. Mónica Gabriela Martínez Hernández, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Desarrollo del método de investment casting como proceso de manufactura de tijeras grado quirúrgico”, 2 de septiembre de 2010. Jesús Víctor Manuel Cid Medina, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Control Automático, “Diseño de espacio de paridad para sistemas continuos”, 3 de septiembre de 2010. Alberto Varela Valdez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Propiedades de escalamiento en superficie de fractura de materiales compuestos particulados y su relación con efectos de tamaño”, 7 de septiembre de 2010. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Mayra Puch Sosa, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias), 8 de septiembre de 2010. Eduardo Manuel Guardia Ramírez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Sistemas Eléctricos de Potencia, “Equivalentes dinámicos reducidos basados en mediciones fasoriales para grandes sistemas de potencia”, 13 de septiembre de 2010. Oralia Elizabeth Sáenz Ponce, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 13 de septiembre de 2010. Francisco León Garza, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 13 de septiembre de 2010. Javier Julián Monsiváis Hernández, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Por materias), 13 de septiembre de 2010. Anwar Espinosa de los Monteros Zapata, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias), 22 de septiembre de 2010. Brenda Elizabeth Arreola Flores, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias), 22 de septiembre de 2010. Guillermo Gutiérrez Ibarra, Maestría en Ciencias de la Administración con Especialidad en Producción y Calidad, (Por materias), 23 de septiembre de 2010. Karina Araceli Cabriales Gómez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Obtención de nanopartículas de 3C- 73 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL SiC por medio de una síntesis sol-gel asistida por microondas”, 24 de septiembre de 2010. Rosendo Eduardo Nieto Cortés, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecánica, (Por materias), 24 de septiembre de 2010. Adriana Eloisa García Castillo, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio de fases de una aleación base Ni-Fe variando condiciones de deformación en caliente”, 29 de septiembre de 2010. René de Jesús Cerda Rojas, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Evolución del tamaño de grano durante el proceso de forja en caliente de una aleación base níquel por medio de elemento finito”, 29 de septiembre de 2010. Francisco Aurelio Pérez González, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Mejora de las propiedades mecánicas en electrodos usados para beneficio del cobre”, 30 de septiembre de 2010. Ana Karina Garza García, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Proyecto corto) “Seguimiento de instrucciones en el aula de niños de preescolar”, 1 de octubre de 2010. JesúsAlberto Garza Báez, Maestría enAdministración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Implementación del control estadístico de la calidad en la vida del anaquel en un producto carnilo”, 5 de octubre de 2010. Alejandro Oviedo Martínez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 5 de octubre de 2010. Karla Magdalena Delgadillo Salazar, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 5 de octubre de 2010. Luis Gerardo Morales Arévalo, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias), 6 de octubre de 2010. Ulises Quezada Barrios, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 8 de octubre de 2010. 74 Martín Calvillo Murguía, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 11 de octubre de 2010. Francisco Raya Cortez, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Por materias), 15 de octubre de 2010. Jaime Esparza López, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio de las propiedades mecánicas en una aleación Al.Si-Cu en función de su tratamiento térmico”, 20 de octubre de 2010. Jair Jesús Gerardo Palacios Puente, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Proyecto corto), “Proyecto de implementación de la norma ohsas 18001: 2007 en oficinas generales”, 21 de octubre de 2010. Santiago Zaragoza Leal, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecatrónica, (Por materias), 21 de octubre de 2010. Mario Aníbal Farias Castellanos, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias), 22 de octubre de 2010. Juan Gabriel Contreras Pérez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Proyecto corto), “Propaidos”, 25 de octubre de 2010. Christian Eusebio Charles Landeros, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 25 de octubre de 2010. Yadira Moreno Vera, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Proyecto corto), “Soldadura por fricción”, 27 de octubre de 2010. Erick Emmanuel Guerrero González, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias), 27 de octubre de 2010. Berenice Wendoline Alemán Pérez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 28 de octubre de 2010. Ismael Marín Sánchez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio de la influencia de nitrógeno y aire en uniones de soldadura libre de plomo Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL para componentes de uso electrónico”, 29 de octubre de 2010. Néstor Alejandro Escareño Faz, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Por materias), 29 de octubre de 2010. Juan José Gloria Puente, Maestría en Ciencias de la Ingeniería de Manufactura con especialidad en Automatización, (Por materias), 3 de noviembre de 2010. Daniel Guillén Aparicio, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Sistemas Eléctricos de Potencia, “Diseño de una función wavelet madre para distinguir eventos transitorios en sistemas eléctricos de potencia”, 6 de noviembre de 2010. Fernando Peña Ayala, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias),10 de noviembre de 2010. Norberto Urbina Brito, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecatrónica, (Por materias),12 de noviembre de 2010. Lucero Rodríguez Estrada, Maestría en Ingeniería con orientación en Eléctrica, “Análisis de aspectos legales, económicos y sociales aplicables en la generación de energía eléctrica en el ámbito de abastecimiento”, 16 de noviembre de 2010. Manuel Alejandro Escobedo Castillo, Maestría en Ingeniería con orientación en Eléctrica, “Instalación eléctrica de un sistema híbrido en media y baja tensión”, 16 de noviembre de 2010. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 Elías Cárdenas Cervantes, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias),19 de noviembre de 2010. Adrián A. Canales Ñañez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio del efecto de la interacción de aluminio a diferentes condiciones de solidificación y su influencia en las propiedades mecánicas”, 19 de noviembre de 2010. Gabriela González Juárez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Análisis microestructural de una superaleación Fe-Ni-Co bajo diferentes condiciones térmicas y mecánicas”, 19 de noviembre de 2010. M y r t h a l a F l o re s F a u s t ro , M a e s t r í a e n Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 24 de noviembre de 2010. José Mario Aladro Capistrán, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecánica, (Por materias), 26 de noviembre de 2010. Aldo Alejandro Reyes Gómez, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias), 26 de noviembre de 2010. FUENTE: Subdirección de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. 75 �Acuse de recibo INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA TEMAS CIENTÍFICOS CONTEMPORÁNEOS Esta revista arbitrada de divulgación científica y tecnológica editada semestralmente por la Facultad de Ingeniería de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. En sus páginas, con un diseño más de folleto que de revista científica, se presentan trabajos muy variados tanto en temática como en estilo, los cuales, aunque breves, despiertan el interés y resultan amables para el lector. Como ejemplos de contenido, en su número 12 de su año 5, publicado en mayo de 2010, se presentan artículos sobre: Generación de energía eléctrica a partir de energía eólica, el diseño de un triciclo eléctrico solar para discapacitados, métodos econométricos dentro de la valuación, la fibra textil Kenaf, efecto de sismos en estructuras, entre otros. Para mayor información puede consultarse la página en Internet en www.revistaingenieria.buap.mx o contactarse por email a la dirección: revista36@gmail.com. (FJEG) El Dr. J. Rubén Morones Ibarra, catedrático de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas-UANL, nos ofrece en este libro un amplio panorama de la física, abordando diversas temáticas, ninguna fácil de comprender. El autor con esta obra aspira a que “algunos estudiantes se sientan atraídos por los temas tratados aquí”. Inicia tratando sobre fuentes de energía y para captar la atención de los lectores el autor hace referencia a las marchas y protestas por causa de los altos costos de los energéticos, estrategia que le permite discutir de manera muy fluida el impacto de los combustibles fósiles en el medio ambiente y las bondades de las llamadas fuentes alternas de energía, destacando la energía nuclear, haciendo notar que “la población conoce muy poco de las aplicaciones de la física nuclear” pues los medios de comunicación dirigen la atención hacia los aspectos negativos, lo cual “contrasta con la nula información sobre los beneficios que la física nuclear ha proporcionado a la humanidad”. Se trata de una magnífica obra de divulgación que merece ser conocida y difundida ampliamente. (MHR) 76 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Colaboradores Alcorta García, Efraín Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones (1989) y Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad en Control (1992) por la UANL. Doctor en Ingeniería Eléctrica por la Universidad Gerhard-Mercator Duisburgo en 1999. Actualmente profesor-Investigador de la FIME-UANL. Blanco Flores, Fernando Antonio Licenciado en Química Industrial (2010) por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Actualmente es estudiante del Posgrado de Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales en la FIME-UANL. Castro Grela, Regino Ingeniero Mecánico por la FCQeI de la UAEMMorelos. Estudiante de Maestría en el CIICAPFCQeI en la UAEM. Campillo Illanes, Bernardo Es profesor de la Facultad de Química de la UNAM, comisionado en el ICF-UNAM. Pertenece al SNI, nivel II. Ha desempeñado cargos administrativos dentro de la UNAM como jefe de departamento y coordinador de posgrado. Cid Medina, Jesús Víctor Manuel Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica por la Universidad Autónoma de Zacatecas (2008), Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Control Automático por la UANL (2010). Elizondo González, César Ingeniero Mecánico Electricista (1969), Licenciado en Ciencias Físico-Matemáticas(1970), Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 en Control (1974) y Doctor en Ingeniería Eléctrica, todos por la UANL. Actualmente es profesorinvestigador de la FIME-UANL. Esquivel González, Reynaldo Licenciado en Química Industrial (2006) por la FCQ-UANL. Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales (2009) por la FIME-UANL. Actualmente realiza estudios de doctorado dentro de un convenio de cotutela entre la FIME-UANL y la Universite Bordeaux 1. Elizondo Garza, Fernando Javier Ingeniero Mecánico Electricista por la FIME-UANL. Diplomado en Administración de Tecnología en el CINVESTAV del IPN. Maestría en Ingeniería Ambiental por la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Premio Estatal de Ecología N.L. 2002, Reconocimiento al Mérito Académico ANFEI 2003 y Profesor Emérito de la UANL. Actualmente es catedrático y consultor de la FIME. Director de la Revista Ingenierías. Garza Navarro, Marco Antonio Ingeniero Mecánico Electricista (2004), M.C. en Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales (2006) y Doctorado en Ingeniería de Materiales (2009) por la FIME-UANL. Premio de Investigación UANL-2009, Nivel C en el SNI. Actualmente es Profesor Investigador de la FIME-UANL. Gauna González, Edgar Licenciado en Química Industrial (2004) por la FCQ-UANL. Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales (2009) por la FIME-UANL. Actualmente cursa el doctorado en Ingeniería de Materiales en la FIME-UANL. 77 �Colaboradores Gómez López, Paola Guadalupe Ingeniera en Materiales (2008) y Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales (2010) por la FIME-UANL. Actualmente lleva a cabo estudios de doctorado en el Programa Doctoral de Ingeniería de Materiales de la FIME-UANL. González González, Virgilio Químico Industrial con Maestría en Química Orgánica por la FCQ-UANL y Doctorado en Ingeniería de Materiales en la FIME-UANL. Ha sido investigador en el campo de los polímeros desde 1975. Es miembro del SNI nivel II. Es profesor investigador de tiempo completo de la UANL desde 1998. Martínez Hernández, Carlos Licenciado en Física (1980) por la UANL. Maestría en Ciencias con especialidad en Ingeniería Nuclear (1990). Doctorado en Ingeniería Física Industrial (2005). Actualmente es profesor y Director de la Carrera de Física en la FIC-UANL. Rojas Sandoval, Javier Licenciado en Historia y Maestría en Metodología de la Ciencia por la UANL. Doctorado por la Universidad Iberoamericana. Profesor e investigador de la UANL. Director de la página: www. monterreyculturaindustrial.org. Miembro de The International Commitee for the Conservation of the Industrial Heritage y el Comité Mexicano para la Conservación del Patrimonio Industrial. Ruíz Suárez, Jesús Carlos Licenciado en Física (1980) por la UANL. Maestría en Física (1983) en la BUAP. Doctorado en Física (1987) en la Universidad de Waterloo (Canadá). Fue Profesor Investigador en la CCA-UNAM 1989-1991, en el ITESM 1991-1995. Actualmente es Profesor Investigador en el CINVESTAV-IPN. Premio W. B. Pearson 1988 (Canadá). Premio Fulbright Scholar 1999 (USA). SNI Nivel 3. Sanchez Anguiano, María Guadalupe Químico Farmacéutico Biólogo (1989) y Maestría en Ciencias Químicas especialidad en Química Analítica (1992) por la Facultad de Ciencias Químicas, UANL. Investigación y Desarrollo, Grace Container (1993-1998). Doctor en Polímeros 78 (2004) por el Centro de Investigación en Química Aplicada. Actualmente Profesor-Investigador FCQ-UANL. Sierra Valdez, Francisco Javier Licenciado en Física (2008) por la UANL. Premio Investigación UANL 2010, Actualmente es estudiante de Maestría en el CINVESTAV-IPN. Torres Castro, Alejandro Doctorado en Ingeniería de Materiales por la FIME-UANL. Pos-doctorado en el departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Texas en Austin. Actualmente es Profesor Investigador en el área de materiales en la FIME-UANL. Es nivel I en el SNI. Valdez Rodríguez, Socorro Estudios de posgrado en la FQ-UNAM en el área de Metalurgia y Materiales. Realizó un posdoctorado en la Universidad de California. Es investigadora del Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM participando en el área de Materiales. Es nivel I del SNI desde 2007. Vázquez Rodríguez, Sofía Ingeniera Químico por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (1998). Doctora en Polímeros por el Centro de Investigación en Química Aplicada (2004). Actualmente es Profesora-Investigadora de la FIME-UANL. Nivel Candidato del SNI. Vázquez Velázquez, Arturo Román Ingeniero Químico (2005) por el Instituto Tecnológico de Ciudad Madero. Maestro en Ciencias en Ingeniería Química por la División de Estudios de Posgrado e Investigación del Instituto Tecnológico de Ciudad Madero (2008). Actualmente estudiante de Doctorado en Ingeniería de Materiales en la FIME-UANL. Viniegra Beltrán, Carlos Licenciado en economía por la UAM-Iztapalapa y Master in Business Administration por el Instituto Panamericano de Alta Dirección de Empresas (IPADE). Es profesor de la asignatura de economía en la Facultad de Derecho de la Universidad Panamericana en la Ciudad de México. Actualmente es titular de la Unidad de Gobierno Digital en la Secretaría de la Función Pública. Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Viniegra González, Gustavo Médico Cirujano (1965) por la UNAM. MC en Bioquímica (1967) por el CINVESTAV, y Doctor of Philosophy en Biofísica (1971) por la Universidad de California, San Francisco. Actualmente es profesor titular del Departamento de Biotecnología de la UAM-Iztapalapa. En 1985 recibió el Premio Nacional al Mérito en Ciencia y Tecnología de los Alimentos. Es profesor distinguido de la UAM (1996) e Investigador Nacional Emérito del Sistema Nacional de Investigadores (2001), Doctor Honoris Causa por la Université Aix-en-Provence (Marsella, Francia, 2001) y Caballero de la Orden de las Palmas Académicas (Francia, 2002). Es miembro fundador de la Sociedad Mexicana de Biotecnología y Bioingeniería, y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias y de la Academia de Ingeniería. 10º CONGRESO INTERAMERICANO DE COMPUTACIÓN APLICADA A LA INDUSTRIA DE PROCESOS CAIP´2011 30 de Mayo al 3 de Junio de 2011 Girona - Catalunya – España ORGANIZA Universitat de Girona PATROCINAN Centro de Información Tecnológica, CIT (Chile) Universidad Tecnológica Nacional, FRVM (Argentina), Universidad de Costa Rica (Costa Rica) Univ. de Trás-os-Montes e Alto Douro (Portugal) DIRECCIÓN DE CONTACTO Comité Organizador CAIP´2011 Universitat de Girona http://www.udg.edu/caip2011 caip2011@udg.edu Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 79 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, profesores e investigadores a colaborar en la revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril, reportes de investigación, reportajes y convocatorias. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Se aceptarán trabajos en inglés solamente de personas cuyo primer idioma no sea el español. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo el veredicto inapelable. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, precisión de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. CRITERIOS EDITORIALES En el caso de los trabajos de revisión o divulgación el autor debe demostrar que ha trabajado y publicado en el tema del artículo, debe ofrecer una panorámica clara del campo temático, debe separar las dimensiones del tema y evitar romper la línea de tiempo y considerar la experiencia nacional y local, si la hubiera. No se aceptan reportes que muestren solamente mediciones. Los artículos deben contener la presentación de resultados de medición acompañados de su análisis detallado, un desarrollo metodológico original, una manipulación nueva de la materia o ser de gran impacto y novedad social. Sólo se aceptan modelos matemáticos que sean validados científicamentre dentro del propio trabajo. No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen 80 mediciones y se efectúe un análisis de correlación para su validación. No se aceptan protocolos de investigación, proyectos, propuestas o trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntos. LINEAMIENTOS EDITORIALES Para su consideración editorial es requisito enviar: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, en CD o por E-mail a la dirección: revistaingenierias@gmail.com El título del artículo no debe exceder de 80 carácteres. El número máximo de autores por artículo es cinco. La extensión de los artículos no deberá exceder de 12 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como en inglés. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg Para cualquier comentario o duda estamos a disposición de los interesados en: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, 1er. piso, ala norte. Tel.: 8329-4000 Ext. 5854 Fax: 8332-0904 E-mail: revistaingenierias@gmail.com Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 �Publicación trimestral arbitrada de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, dirigida a profesionistas, profesores, investigadores y estudiantes de las diferentes áreas de la ingeniería. La opinión expresada en los artículos firmados es responsabilidad del autor. No se responde por originales y colaboraciones no solicitadas. Se autoriza la reproducción total o parcial de los artículos siempre y cuando se solicite formalmente, se cite la fuente y no sea con fines de lucro. La correspondencia deberá dirigirse a: Revista Ingenierías, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL, A.P. 076 “F”, Ciudad Universitaria, C.P. 66450, San Nicolás, N.L., México. Tel: (52) (81) 8329-4020 Ext. 5854. Fax: (52) (81) 8332-0904 Correo electrónico: revistaingenierias@gmail.com , fjelizon@mail.uanl.mx , juan.aguilargb@uanl.edu.mx Página en Internet: http://ingenierias.uanl.mx Ingenierías está indizada en: Latindex, Periódica, CREDI, DOAJ, Dialnet, Actualidad Iberoamericana, LivRe, NewJour. ISSN: 1405-0676 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 81 �CALIMET CALIMET SA SA de de CV CV LABORATORIO ACREDITADO ISO/IEC 17025 SERVICIOS: ANÁLISIS QUÍMICOS Espectrometría de chispa en materiales matriz fierro, aluminio y cobre Absorción atómica Determinador de Carbono y Azufre CS 230 Materiales ferrosos y no ferrosos Análisis vía húmeda Grafito, cales, ferroaleaciones Combustión Determinación de %C y %S Granulometría PRUEBAS MECÁNICAS Y FÍSICAS Ensayo de Impacto Charpy hasta -80° C Tensión y compresión Dureza Rockwell (Todas las escalas) Dureza Brinell Ensayos de impacto charpy ANÁLISIS NO DESTRUCTIVOS Ultrasonido Líquidos penetrantes Medición de espesores Partículas magnéticas Radiografía industrial (subcontratada) Durómetro Rockwell nueva generación Ultrasonido detector de fallas ANÁLISIS DE FALLA Caracterización microestructural con microscopio Carl Zeiss y analizador de imagen Metalografía de Campo Experiencia, Calidad y Servicio... Equipos verificados y calibrados de acuerdo a la Norma NMX-EC-17025-IMNC-2006. Informes de calibración y trazabilidad al CENAM y NIST. Av. Las Puentes, No. 1002-A, entre Montes de Transilvania y Av. Santo Domingo Col. Las Puentes 4to. Sector, San Nicolás de los Garza, N.L., C.P. 66460 Tels: 8353-1745, 8302-04-86, 8057-30-76, 1367-03-39, 8350-92-89, Tel/Fax: 1367-03-40 Pág. Web www.calimet.com.mx E-mail: calimet1@prodigy.net.mx, servicioalcliente@calimet.com.mx 82 Ingenierías, Enero-Marzo 2011, Vol. XIV, No. 50 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2011 Volumen Volumen de la revista 14 Número Número de la revista 50 Mes de publicación Mes cuando se publicó Enero-Marzo Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2011, Año 14, No 50, Enero-Marzo Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Elizondo Garza, Fernando J., 1954-, Director Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Méndez Cavazos, Julio César, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/01/2011 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2020813 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Rights Information about rights held in and over the resource Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Detección de fallas Industria Nanocompósitos Pioneros Polímeros conjugados