https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20782/Ingenierias_2013_Ano_16_No_59_Abril-Junio.pdf 5362dfe3fb78c98e11b37430dfa0409a PDF Text Text 59 ISSN 1405-0676 Fatiga mecánica Aglomerados de nanopartículas Moldes yeso-cemento Disolución de carburos ABRIL - JUNIO 2013, Año XVI, No. 59 REVISTA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA DE LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN �Contenido Abril-Junio de 2013, Año XVI, No. 59 59 2 Directorio 3 Editorial: Divulgación de la ciencia y la tecnología Juan Antonio Aguilar Garib 6 Optimización de dispositivos para prueba de fatiga 13 Aglomerados de nanopartículas basados en magnetita y CTAB Moisés Jiménez Martínez, José Martínez Trinidad, Ulises Figueroa López Alejandro Estrada De la Vega, José Gabriel Durán Guerrero, Marco Antonio Garza Navarro, Iván Eleazar Moreno Cortez, Domingo I. García Gutiérrez, René Fabián Cienfuegos Pelaes 21 Influencia de la relación de contracción en el flujo con un escalón al frente (FFS) Adán Juárez Montalvo, José Alfredo Jiménez Bernal, Claudia Del Carmen Gutiérrez Torres, Juan Gabriel Barbosa Saldaña 30 36 Síntesis y caracterización de LaNixCo1-xO3 (x= 0.3, 0.5, 0.7): Posibles aplicaciones en celdas de combustible de óxido sólido María Elizabeth Flores-Guerrero, Alan J. Salazar-Rodríguez, Leonardo Chávez-Guerrero, René Fabián Cienfuegos Pelaes, Moisés Hinojosa Rivera Estudio de absorción de agua en moldes de yeso y yeso-cemento para vaciado de suspensiones Iván L. Samperio-Gómez, Claudia A. Cortés-Escobedo, Félix Sánchez-De Jesús, Ana María Bolarín-Miró 43 Procesos avanzados de oxidación por acción de BiVO4 para la purificación de agua Azael Martínez De la Cruz, Selene Sepúlveda Guzmán, Ulises Matías García Pérez 50 Efecto de la temperatura y tiempo sobre la disolución de la fase γ´y carburos sobre la aleación Waspaloy® Saraí Villalpando Hernández, Hugo Guajardo Martínez, Juan Antonio Pérez Patiño, Enrique López Cuellar, Martín Edgar Reyes Melo 58 Eventos y reconocimientos 60 Titulados a nivel Doctorado en la FIME-UANL 62 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 65 Acuse de recibo 66 Colaboradores 69 Información para colaboradores Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año XVI, No. 59 1 �Ingenierías, Año XVI, N° 59, abril-junio 2013. Fecha de publicación: 15 de abril de 2013. Revista trimestral, editada y publicada por la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Domicilio de la Publicación: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Telefono: +52 (81) 83294020 Ext. 5854. Impresa por: Desarrollo Litográfico, S.A. de C.V., M. M. del Llano 924 Ote., Centro, Monterrey, N.L., México, C.P. 64000. Fecha de terminación de impresión: 15 de abril de 2013. Tiraje: 800 ejemplares. Distribuido por: Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Número de reserva de derechos al uso exclusivo del título Ingenierías otorgada por el Instituto Nacional del Derecho de Autor: 04-2011-101411064600-102, de fecha 14 de octubre de 2011. Número de certificado de licitud de título y contenido: 15,525, de fecha 27 de marzo de 2012, concedido ante la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. ISSN: 14050676. Registro de marca ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial: En trámite. Ingenierías es una publicación trimestral arbitrada, editada por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, dirigida a profesionales, profesores, investigadores y estudiantes de las diferentes áreas de la ingeniería. Las opiniones y contenidos expresados en los artículos son responsabilidad exclusiva de los autores. Prohibida su reproducción total o parcial, en cualquier forma o medio, del contenido editorial de este número sin previa autorización. Ingenierías está indizada en: Latindex, Periódica, CREDI, DOAJ, Dialnet, Actualidad Iberoamericana, LivRe, NewJour. Versión en extenso en internet: http://ingenierias.uanl.mx/ Impreso en México Todos los derechos reservados © Copyright 2013 revistaingenierias@uanl.mx 2 DIRECTORIO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Rector: Dr. Jesús Ancer Rodríguez Secretario General: M.E.C. Rogelio G. Garza Rivera Secretario Académico: Dr. Juan Manuel Alcocer González Secretario de Investigación, Innovación y Posgrado: Dr. Mario C. Salinas Carmona Secretario de Extensión y Cultura: Lic. Rogelio Villarreal Elizondo Director de Publicaciones: Dr. Celso José Garza Acuña 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 REVISTA INGENIERÍAS Director y Editor Responsable: Dr. Juan Antonio Aguilar Garib, FIME-UANL Redacción: Lic. Julio César Méndez Cavazos CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Mauricio Cabrera Ríos, Puerto Rico. UPRM / Dr. Juan Jorge Martínez Vega, Francia. Universidad de Toulouse III / Dr. Samir Nagi Yousri Gerges, Brasil. UFSC, Florianopolis / Dra. Karen Lozano, USA. UT-Panam / Dr. Juan Miguel Sánchez, USA. UT-Austin CONSEJO EDITORIAL MÉXICO Dr. Óscar L. Chacón Mondragón, FIME-UANL / M.C. Fernando Javier Elizondo Garza, FIME-UANL / Dr. Jesús González Hernández, CIMAV / Dr. Moisés Hinojosa Rivera, FIME-UANL / Dr. Benjamín Limón Rodríguez, FIC-UANL / Dr. José Rubén Morones Ibarra, FCFM-UANL / Dr. Ubaldo Ortiz Méndez, FIME-UANL / Dr. Miguel Ángel Palomo González, FCQ-UANL / M.I.A. Roberto Rebolloso Gallardo, FFYL-UANL / Dr. Ernesto Vázquez Martínez, FIME-UANL COMITÉ TÉCNICO Dr. Efraín Alcorta García, FIME-UANL / Dr. Rafael Colás Ortiz, FIME-UANL / Dr. Jesús De León Morales, FIME-UANL / Dr. Virgilio A. González González, FIME-UANL / Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar, FIME-UANL / Dra. Oxana Vasilievna Karisova, FCFM-UANL / Dr. Azael Martínez De la Cruz, FIME-UANL / Dr. Enrique López Cuellar, FIME-UANL / Dr. Martín Edgar Reyes Melo, FIMEUANL / Dr. Roger Z. Ríos Mercado, FIME-UANL / Dr. Juan Ángel Rodríguez Liñan, FIME-UANL / Dr. Félix Sánchez De Jesús, ICBI-UAEH GRUPO CENTRAL EDITORIAL Tipografía y formación: Gregoria Torres Garay / Jesús G. Puente Córdova Indización: Dr. César Guerra Torres Diseño: M.A. José Luis Martínez Mendoza Fotografía : M.C. Jesús E. Escamilla Isla Webmaster: Ing. Cosme D. Cavazos Martínez / Ing. Dagoberto Salas Zendejo Impresor: René de la Fuente Franco Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año XVI, No. 59 �Editorial: Divulgación de la ciencia y la tecnología Juan Antonio Aguilar Garib FIME-UANL juan.aguilargb@uanl.edu.mx Divulgar significa publicar, extender o poner al alcance del público información, como se hace con un secreto que se da a conocer. En el caso de la divulgación científica y tecnológica, o mejor, divulgación de la ciencia y la tecnología, se refiere a la actividad para dar a conocer a la sociedad los avances científicos y tecnológicos. Hay diferentes niveles de divulgación según las personas a las que vaya dirigida, hay notas para el público en general que pueden estar escritas por “periodistas científicos”, o “reporteros de la ciencia” que obtienen información de diferentes fuentes, tales como entrevistas, reportajes, boletines de prensa de laboratorios y centros de investigación, así como de artículos científicos, y luego condensan esa información y la presentan utilizando un lenguaje accesible para ese público. El periodista científico que escribe notas de ciencia popular debe tener un buen entendimiento de la ciencia, tal que pueda apreciar la relevancia del material científico y su consistencia con conocimiento establecido, a fin de evitar la exageración, la sobresimplificación y los malos entendidos que alimentan mitos. En todo caso, la buena calidad de la divulgación exige que la información que se ofrece sea comprobable. El artículo científico es también un nivel de divulgación de la ciencia, pero está dirigido a personas con formación científica. Estos trabajos deben presentar además de la conclusión, la evidencia que lleva a ella, e información suficiente sobre los planteamientos y experimentos realizados de manera que puedan ser reproducidos por terceros. Este tipo de artículos están sujetos a revisión por parte de pares de los autores antes de ser publicados y aún después de esto continúan siendo juzgados en cuanto a su validez por los lectores. El lenguaje que se utiliza no es el mismo que el de las notas, ya que los artículos van dirigidos a público con cierta formación. Es claro que las características del lenguaje accesible son diferentes para los niños, los estudiantes de niveles básicos y aquellos que se desenvuelven en el medio de la ciencia y la tecnología. Lo mismo es válido en cuanto al vocabulario, que se puede distinguir según el área, no es el mismo para la medicina que para la aeronáutica. Hay un grado de responsabilidad importante en la publicación de artículos científicos, pues son fuente de información tanto para los periodistas científicos como para otros científicos que los utilizan como referencia para sus trabajos de investigación, o para resolver controversias científicas. En ciencias exactas se recurre a pruebas cada vez más rigurosas para resolver una controversia y Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año XVI, No. 59 3 �Divulgación de la ciencia y la tecnología / Juan Antonio Aguilar Garib. muchas veces la fuente de inspiración e información para el diseño de nuevos experimentos necesarios son los reportes que aparecen en estas publicaciones. La descripción presentada para los artículos científicos también es válida para los artículos tecnológicos, solo hay que considerar que los desarrollos tecnológicos los realizan los ingenieros, mas siendo que los ingenieros también saben de ciencia, pues la ingeniería hace uso de los principios científicos para crear sistemas que satisfacen diferentes necesidades de la sociedad, entonces los artículos tecnológicos también observan una forma de rigor y grado de responsabilidad en cuanto a sus declaraciones. No es difícil determinar si una contribución corresponde a la ciencia o a la tecnología. Lo que sí es un problema es que se dan casos en los que se justifica la ligereza con la que se tratan los detalles en una publicación argumentando que se trata de artículos de divulgación cuando se confunde la intención de lenguaje simple con la pérdida de contenido. Este tipo de artículos es con frecuencia más difícil de escribir porque se deben presentar y explicar los detalles en un lenguaje que alcanza a personas que no son especialistas. Es necesario tener presente que la construcción gramatical debe ser adecuada, cuidando la ortografía, lo que es propio del nivel cultural de un divulgador de ciencia y tecnología. La revista Ingenierías Llegado este punto, es oportuno dejar las generalidades y ubicarse particularmente en la revista Ingenierías, la revista de la casa, la cual contempla la divulgación de la ciencia y la tecnología de la manera que ya se ha expuesto. La revista Ingenierías está dedicada a la divulgación científica y tecnológica, artículos humanísticos del quehacer ingenieril, así como reportes de investigación. Los artículos son producto del trabajo directo de los autores y por supuesto están escritos en un lenguaje claro, didáctico y accesible para personas interesadas en estos temas. Los artículos tienen cierto grado de novedad o de originalidad, y cumplen con los aspectos ya mencionados propios del rigor científico. En conjunto esta descripción de la revista conforma su canon, es decir, sus características y normas, que por cierto se corresponden con las aceptadas internacionalmente. Un tema controversial en cuanto a su apego al canon de la revista se refiere a las simulaciones, pues aunque hay trabajos muy interesantes que están validados sólidamente, ya sea con mediciones, con modelación física o con pruebas de campo, también se dan propuestas de artículos que no pueden ser aceptados porque la simulación no se valida, no se hacen comparaciones o se hace contra otros modelos o simuladores de los que no se señala en qué condiciones fueron probados o qué limitaciones tienen. Esta circunstancia lleva a que la prueba no quede clara, o no lo sea, y el análisis y discusión de resultados pierdan su sustento. Es importante que los trabajos que involucran simulación tomen en cuenta que la validación es indispensable para proceder a la discusión, sobre todo porque la simulación es a final de cuentas solo una herramienta. Otros escritos que aunque son interesantes no pueden ser considerados como artículos de divulgación científica o tecnológica son las propuestas de proyecto, propuestas de modelos sin validación, propuestas de herramientas de análisis sin al menos un ejemplo de prueba con datos diferentes a los utilizados para su 4 Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año XVI, No. 59 �Divulgación de la ciencia y la tecnología / Juan Antonio Aguilar Garib. creación, los protocolos de tesis y los trabajos con resultados preliminares que no permiten realizar análisis o replicarlos. Los artículos con carácter humanístico frecuentemente pretenden apegarse al canon de revistas de ciencias sociales. Estas ciencias lo son tanto como las exactas y por lo tanto hay hipótesis que pueden ser probadas, con discusión y conclusiones. Es común que en este tipo de artículos la argumentación se sustente con citas en lugar de con pruebas, lo que no corresponde a cumplir con el rigor que las ciencias exigen. El abuso de las citas sugiere más la actitud de validación mediante consenso en lugar de prueba. Con apego a las características de estas ciencias, no hay justificación para omitir los detalles que conforman la reproducibilidad y validación de un trabajo de esta naturaleza. Tanto los artículos de historia, de administración, de educación y en general de ciencias sociales y humanas tienen la posibilidad de concluir en base a pruebas. Es importante que en estos trabajos se observe esta condición para que la discusión que emana del análisis de los resultados no se confunda con una opinión. En general, todo artículo debe cumplir con la oferta que hace en su introducción, debe proveer la información que da el marco a la investigación que se realiza, describir la experimentación o diseño, analizar y discutir los resultados y finalmente presentar una conclusión. Esta descripción del artículo es válida para una gran variedad de temas, mientras que el carácter de la divulgación está dado por el lenguaje empleado, no por el contenido. La revista Ingenierías fue presentada en 1998 y desde entonces ha evolucionado y llamado la atención de profesores y alumnos también en otras instituciones además de la nuestra, por lo que ha ampliado su cobertura. El número de contribuciones que la revista ha recibido a lo largo de poco más de quince años demuestra el interés de la comunidad dedicada a labores académicas, de investigación y docencia en publicar. El número de contribuciones aceptadas para publicación da cuenta de la comprensión de esta comunidad con respecto al carácter de divulgación de la revista. Estamos muy agradecidos con todas las personas que han colaborado con sus trabajos para publicación, con su tiempo y experiencia para arbitrar los trabajos, y con su entusiasmo para promover la revista. Es innegable la importancia de la divulgación que es además promotora de la vocación por las ciencias y es por eso que es del interés común en los centros de investigación e instituciones educativas de nivel superior. Quiero aprovechar esta ocasión para expresar además de mi agradecimiento, nuestra invitación a los estudiantes, investigadores y profesores relacionados con la ingeniería, tal como lo han hecho en diferentes oportunidades los directivos de la FIME-UANL, quienes siempre nos han brindado su apoyo, para que participemos en esta importantísima labor de divulgación de la ciencia y tecnología enviando artículos que por su calidad y pertinencia sean referencia en la sociedad, además de constituir un motivo de satisfación y orgullo para todos los que colaboramos en esta revista. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año XVI, No. 59 5 �Optimización de dispositivos para prueba de fatiga Moisés Jiménez Martínez Volkswagen de México José Martínez Trinidad Instituto Politécnico Nacional Ulises Figueroa López ITESM CEM moisesjimenezmartinez@gmail.com RESUMEN En el diseño de dispositivos para pruebas de fatiga se debe conseguir que tengan la suficiente resistencia para transmitir fuerzas o desplazamientos y evitar que en ellos se genere resonancia. En este trabajo se propone minimizar el tiempo de diseño mediante la optimización multiobjetivo. El caso de estudio es una simulación estática para el dispositivo de pruebas de torsión de eje trasero de automóvil, se realizó la optimización topológica así como una optimización de forma definiendo diferentes perfiles estructurales en el mercado. Se obtuvo una geometría optimizada cumpliendo con la restricción de rigidez del dispositivo para transmitir el desplazamiento al eje de prueba. PALABRAS CLAVE Optimización topológica, Optimización de forma, análisis modal, análisis estático, correlación numérico-experimental. ABSTRACT The design of devices for fatigue test must guarantec that they have enough strength to transmit forces or displacements and avoid resonances in the device. In this work is proposed to apply optimization to reduce design time. The case study is a static simulation for the device of rear axle´s test, is performed the topology optimization to find the geometry and shape optimization defining different structural profiles in the market. It was obtained an optimized geometry meeting the constraint of the device´s stiffness to transmit the displacement to the test´s axle. KEYWORDS Topology optimization, shape optimization, modal analysis, static analysis, numerical-experimental correlation. INTRODUCCIÓN Para realizar las pruebas de durabilidad1 se sigue un proceso que consiste en la adquisición de cargas mediante la instrumentación de un vehículo el cual es sometido a condiciones normales de operación considerando diferentes variables como son los conductores y las condiciones de manejo. Con la información adquirida se construye un colectivo de cargas representando el manejo de un 6 Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Optimización de dispositivos para prueba de fatiga / Moisés Jiménez Martínez, et al. porcentaje de la población además de incluir un factor para absorber la dispersión en las variables durante el manejo; este colectivo es extrapolado dependiendo la proyección de vida deseada.2 A partir de esta información se genera el requerimiento de prueba, las cuales pueden ser en dominio del tiempo o en dominio de la frecuencia. La mayoría de las pruebas son realizadas bajo condiciones de carga de amplitud constante, en estas la variable de carga (fuerza, desplazamiento, aceleración, temperatura) es elegida mediante un análisis de daño,3 en el cual se obtiene el número de repeticiones necesarias a determinado nivel de carga para reproducir una falla. Para la realización de estas pruebas se realiza el diseño estructural de los dispositivos, este proceso se puede realizar mediante métodos analíticos, sin embargo debido al incremento en la globalización de los mercados y el crecimiento en la competencia ha inducido a las compañías a implementar herramientas virtuales como la simulación de elementos finitos para lograr reducir los tiempos de desarrollo. Una metodología para este proceso es mostrada en la figura 1. Fig. 1. Metodología para el proceso de simulación. Con este proceso se observa que cuando un diseño no cumple los requerimientos de prueba se regresa al CAD o al preprocesador para modificar el modelo e iniciar nuevamente el análisis, esto se hace hasta que se cumplen los criterios de aceptación. Este proceso puede hacerse manualmente o con diferentes técnicas de optimización,4,5 la cual se realiza en base al espacio de diseño disponible en la geometría (G), Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 las cargas (C) así como los materiales empleados (M), en función de estas variables de diseño se realiza una medición del desempeño Pj.6 Pj = f (C , G , M ) (1) El elemento optimizado tiene una función que es lo que el elemento hace, el objetivo (ψo) que es lo que se maximiza o minimiza y las restricciones (ψi)que son las condiciones que se deben de cumplir. Matemáticamente un problema de optimización puede ser definido como: ψ o ( p ) = min(max) (2) ψ i ( p ≤) ≤ 0 (3) Pi ≤ Pj ≤ Ps (4) Siendo Pi y Ps el límite inferior y superior de las variables de diseño, la distribución del material es realizada por una modificación del módulo de Young de cada elemento en el espacio de diseño; cada elemento es considerado una variable de diseño y puede ser modificada durante el proceso de optimización. Actualmente en el mercado existen diferentes tipos de optimización: topológica,7,8 topográfica y de forma libre.9 La optimización topológica es usada para la determinación de bosquejos básicos de un nuevo diseño. Esto implica la determinación de características tales como el número y localización de agujeros, refuerzos y la geometría en general. Para la optimización de forma se varían dimensiones como alto y ancho, en donde estas variables son evaluadas para cumplir el objetivo de la optimización. En este trabajo se propone el uso de optimización multiobjetivo para mejorar los procesos de diseño de dispositivos para pruebas de fatiga. El caso de estudio es un análisis estático lineal empleando como primer paso la optimización topológica, integrando mediante una optimización de forma diferentes perfiles estructurales en el mercado. Se obtuvieron correlaciones con pruebas experimentales, los cuales muestran la factibilidad de implementar diferentes técnicas de optimización para el diseño de dispositivos de prueba. OPTIMIZACIÓN DE DISPOSITIVO La prueba de torsión del subensamble del eje trasero de automóvil se realiza mediante el 7 �Optimización de dispositivos para prueba de fatiga / Moisés Jiménez Martínez, et al. dispositivo mostrado en la figura 2, el cual tiene que transmitir un desplazamiento en ambos extremos; con esto se simulan condiciones de torsión sobre el cuerpo del eje. Se tiene la problemática de que en el desplazamiento en ambos lados del eje es diferente. Para el lado izquierdo se tiene un valor máximo de desplazamiento de 30.171 mm y el mínimo de -30.82 mm teniendo una amplitud de 30.4955. El objetivo de la optimización es reducir el peso con la restricción que el dispositivo transmita el mismo desplazamiento en ambos lados del eje de prueba y que el esfuerzo máximo esté dentro de la zona de vida infinita para prevenir fallas por fatiga, esto debido a que el dispositivo trabaja todos los días y la frecuencia de prueba es de 3Hz por lo que el dispositivo se somete a 94,608,000 ciclos anualmente. Como primer paso se realiza el análisis del dispositivo. El punto de aplicación de carga en el cilindro está desplazado del punto de aplicación en el eje. Para encontrar el valor de desplazamiento del cilindro nos basamos en los triángulos generados entre el cilindro y el dispositivo que se observan en la figura 4. Lc y Hc corresponden a la longitud y altura que genera el cilindro respecto al centro y Lpm así como Hpm corresponden al punto de medición en el eje. Fig. 2. Prueba de torsión de eje trasero. a) Cilindro, b) Celda de carga, c) Dispositivo para prueba de torsión y d) Eje trasero (Pieza de prueba). Se monitorea el desplazamiento en ambos lados del cilindro, con un equipo de medición QuantumXMX840A de la marca HBMMR con un transductor de hilo con hoja de datos (TEDS) que sirve para almacenar los datos de calibración (figura 3a). La figura 3b muestra la gráfica de desplazamiento, del lado derecho se obtiene un valor máximo de desplazamiento de 40.33 mm y el mínimo de -38.44, teniendo una amplitud de 39.385 mm. Fig. 4. Prueba de torsión de eje trasero. Fig. 3. Medición de desplazamiento, (a) Instrumentación y (b) gráfica de desplazamiento. 8 Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Optimización de dispositivos para prueba de fatiga / Moisés Jiménez Martínez, et al. Igualando las ecuaciones 5 y 6 encontramos la relación para conocer el desplazamiento necesario en el cilindro para obtener en el eje 40 mm. Tanβ = Lc (5) Hc Lpm Tanβ = (6) Hpm RESULTADOS DEL ANÁLISIS ESTÁTICO La figura 6a muestra el valor máximo de esfuerzos que es de 223.5 MPa; la figura 6b muestra los resultados de desplazamiento generado que son +/-31.603 mm para el lado izquierdo y -39.6609 mm para el lado derecho. CONDICIONES DE FRONTERA Las restricciones espaciales son mostradas en la figura 5, en donde BC1: 6DOF=0, BC2, BC3: U1, U2, UR1, UR3=0 y BC4 (HC)=U3. Igualando las ecuaciones 1 y 2 y despejando Hc encontramos el desplazamiento para nuestro modelo. Por lo tanto BC4=(+/-)32.7 mm en el cilindro, para obtener en el eje 40 mm. Fig. 5. Restricciones espaciales. El modelo de elemento finito es construido con 25,172 elementos hexaédricos de primer orden y dos elementos resorte para simular la rigidez del eje. Los valores de rigidez son obtenidos de dividir la fuerza encontrada en la celda con el desplazamiento medido. K= F d (7) Con la ecuación 7 se obtiene la rigidez K1= 73.33N/mm que corresponde al lado izquierdo del eje y K2= 56.66N/mm que corresponde al lado derecho del eje de pruebas. PROPIEDADES DEL MATERIAL Las propiedades mecánicas son las de un acero estructural A36: Módulo de Young = 210,000 MPa, coeficiente de Poisson=0.3, densidad de 7.85e-9 tonne/mm3, límite elástico de 248 MPa y la resistencia última (Su) en 400 MPa. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 Fig. 6. Resultados de la simulación, (a) esfuerzo y (b) desplazamiento. MODELO DE ELEMENTO FINITO PARA LA OPTIMIZACIÓN Una vez validada la metodología con la correlación del desplazamiento encontrado en la simulación y las pruebas experimentales, se realiza el modelo de elemento finito en el software Hypermesh para la optimización topológica, el cual está compuesto por 84 elementos Cpenta, 2 elementos Celas y 304,451 elementos hexaédricos de primer orden (figura 7). Los puntos de fijación del dispositivo al cilindro así como al eje y el punto central de rotación son áreas de no diseño. Los elementos donde puede o no haber material están definidos por el área de diseño. Las condiciones de frontera son las descritas para el análisis estático en la figura 6. Los resultados de desplazamiento en el análisis estático son simétricos por lo que solo se analiza cuando el cilindro se desplaza hacia arriba. 9 �Optimización de dispositivos para prueba de fatiga / Moisés Jiménez Martínez, et al. mover son mostrados en la figura 9; las condiciones de frontera son las mismas que para la optimización topológica así como para el análisis estático. Los resultados de la optimización de forma se muestran en la figura 10, se observa en el inciso a que todos los perfiles se pueden reducir en el ancho y en el inciso b se observa que el perfil superior también puede reducir su altura. Fig. 7. Modelo de elemento finito para la optimización. El objetivo de la optimización es disminuir el volumen con la restricción de que el esfuerzo sea menor al límite a la fatiga Se.10 Se=0.5 Su para Su<1378.9 MPa (8) La ecuación 8 se modifica considerando el factor de confiabilidad CR. Para una confiabilidad del 99.9999%, el valor es de 0.620. Se, R = (0.5Su ) x0.620 = 0.31Su (9) Usando la ecuación 9 se obtiene el valor de límite a la fatiga corregido Se,R que corresponde a 124 MPa. Considerando un factor de seguridad de 2.5 finalmente se obtiene la restricción de esfuerzo máximo en el dispositivo de 50 MPa. MODELO DE ELEMENTO FINITO PARA EL ANÁLISIS ESTÁTICO LINEAL Con el resultado de las optimizaciones topológicas y de forma, se determina el uso de un perfil de 101.6 x 50.8 mm de 4 mm de espesor con el cual se construye el modelo de elemento finito (figura 11), Fig. 9. Vectores para la optimización de forma. R E S U LTA D O S D E L A O P T I M I Z A C I Ó N TOPOLÓGICA Los resultados de la optimización topológica son mostrados en la figura 8. Los elementos que no trabajan se van eliminando; por el tipo de carga algunos elementos centrales van desapareciendo. A la geometría encontrada en la optimización topológica se le realizó una optimización de forma; para realizar esta optimización son definidas formas a la malla en el módulo de HyperMorph, definiendo los siguientes perfiles 101.6 x 101.6 mm y 50.8x 50.8 mm; los vectores generados de cómo la malla se puede Fig. 8. Resultados de la optimización topológica. 10 Fig. 10. Resultados de la optimización de forma. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Optimización de dispositivos para prueba de fatiga / Moisés Jiménez Martínez, et al. Fig.11. Modelo de elemento finito encontrado mediante optimización de forma. el cual tiene las siguientes características 10,845 elementos CQUAD, 143 elementos TRIA y 2 elementos resortes. Fig. 12. Resultados del modelo final (a) esfuerzo, (b) desplazamiento. RESULTADOS DEL ANÁLISIS ESTÁTICO Los resultados de esfuerzos son mostrados en la figura 12a el valor máximo del esfuerzo está en 10.7 MPa cumpliendo el objetivo de que el esfuerzo sea menor a 50 MPa. La figura 12b muestra el resultado del desplazamiento de 40.7 mm en los puntos donde se conecta el elemento resorte al dispositivo, logrando nuestra segunda y mas importante restricción de que el desplazamiento sea el mismo en ambos extremos. PRUEBAS EXPERIMENTALES Para verificar el desplazamiento en el dispositivo se realiza una medición; la figura 13a muestra el dispositivo y los resultados son mostrados en la figura 13b: se obtiene un desplazamiento de 40.6 mm para el lado derecho y 40.34 mm para el lado izquierdo. DISCUSIÓN Los resultados de esfuerzos son bajos comparados con el límite establecido, sin embargo la selección de una geometría diferente tenía como resultado que del lado izquierdo el desplazamiento fuera menor al del lado derecho del mismo; en el valor de 40.7 mm resultado del análisis numérico al compararlo con Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 Fig. 13. Medición en dispositivo diseñado mediante optimización, (a) dispositivo y (b) resultado de la medición. 11 �Optimización de dispositivos para prueba de fatiga / Moisés Jiménez Martínez, et al. el análisis experimental se encontró una diferencia de 0.1 mm y 0.36 mm respectivamente y un error de 0.26 mm entre el lado derecho e izquierdo lo que se considera despreciable debido a la dispersión inherente a las pruebas de fatiga. El incluir las restricciones de manufactura definiendo diferentes perfiles estructurales permite al ingeniero de diseño disminuir las variables a elegir, lo que permite reducir los tiempos de desarrollo. Sin embargo estos resultados se deben interpretar con experiencia de diseñador, ya que el programa entrega superficies en el caso de la optimización topológica la cual no puede reproducirse muchas veces debido a la complejidad de la misma lo que tendría como resultado una pieza fundida; para este caso de estudio se determinó un perfil estructural por los costos de fabricación del mismo. Para el caso de la optimización de forma el resultado es una variación de la variable, en este caso la altura y el ancho del perfil, el diseño final en un resultado es definido en conjunto con el programa y el diseñador. CONCLUSIONES La optimización es un proceso interativo que requiere juicio humano e intervención en el proceso para combinar la creatividad ingenieril con la velocidad computacional. La aportación del presente trabajo radica en la integración de optimizaciones de forma a los resultados de la optimización topológica con esto se acotaron los resultados y se combinaron el proceso de optimización con la creatividad del diseñador. La optimización de forma permite incorporar restricciones de manufactura obteniendo diseños factibles de fabricación. La validación de los diseños demuestra la confiabilidad de la aplicación de esta metodología para realizar optimización multiobjetivo considerando restricciones de manufactura. AGRADECIMIENTOS MJM agradece el apoyo a desarrollo técnico de VWM por el apoyo para la realización de este trabajo. 12 REFERENCIAS 1. M. Jimenez, J. Martinez, Durability tests, Proceedings of the 13th World Congress in Mechanism and Machine Science (IFToMM), Guanajuato, México, 19-25 June, 2011,A23537. 2. K.L Kotte, Betriebsfestigkeit Studienbrief, Technischen Universität Dresden, 1999, pp 23-64. 3. A. Fatemi, L. Yang, Cumulative fatigue damage and life prediction theories: a survey of the state of the art for homogeneous materials, Int. J Fatigue 20, (1998) 9-34. 4. K. Saitou, K. Izui, S. Nishiwaki, P. Papalambros, “A Survey of Structural Optimization in Mechanical Product Development”, Transactions of the ASME 5 (2005) p. p 214-226. 5. H . E s c h e n a u e r , N . O l h o f f , T o p o l o g y Optimization of Continuum Structures: A review, Appl Mech Rev ASME 54 (2001) 331390. 6. M.F Ashby, Multiobjective Optimization in Material design and Selection, Acta Metalurgica 48 (2000) 359-369. 7. A. Albers, P. Häuβler, K. Puchner, F. Fischer, W. Witteveen, B. Lauber, Topology optimization of dynamic loaded parts using multibody simulation and durability analysis. Institute für Produktenwicklung NAFEMS Seminar: Optimization in Structural Mechanics, Wiesbaden Germany April 27-28, (2005). 8. C.D Chapman, K. Saitou, M. J. Jakiela, “ Genetic Algorithms as an approach to Configuration and Topology design”, Journal of Mechanical Design 116 (1994), 1005-1012. 9. Optistruct V10.0, Altair Engineering Inc. 10. Y. Lee, J. Pan, R. B. Hathaway, M. Barkey, Fatigue Testing and Analysis, Elsevier Buiterworth Heinemann, 2005. pp 126-138. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Aglomerados de nanopartículas basados en magnetita y CTAB Alejandro Estrada de la Vega, José Gabriel Durán-Guerrero, Marco Antonio Garza-Navarro, Iván Eleazar Moreno-Cortez, Domingo I. García-Gutiérrez, René Fabián Cienfuegos-Pelaes FIME-UANL CIIDIT, UANL marco.garzanr@uanl.edu.mx RESUMEN En este trabajo se reporta la síntesis y caracterización de aglomerados basados en nanopartículas de magnetita y bromuro de cetiltrimetil-amonio (CTAB) preparados a partir de emulsiones aceite en agua de nanopartículas de magnetita dispersas en medio orgánico, y el CTAB como surfactante. Las nanopartículas utilizadas en la preparación de los aglomerados se sintetizaron a partir del método del poliol. Las nanopartículas de magnetita y los aglomerados sintetizados se caracterizaron mediante microscopía electrónica de transmisión, y espectroscopia de infrarrojo (FTIR). Los resultados experimentales sugieren que la morfología de los aglomerados es dependiente de la concentración de CTAB, se obtuvieron aglomerados esféricos en los que existe un arreglo compacto de nanopartículas de magnetita. La estabilidad de dichos aglomerados se logra a partir de la adsorción de la sección lipofílica del surfactante CTAB a su superficie. PALABRAS CLAVE Nanopartículas, magnetita, CTAB, emulsión, aglomerados. ABSTRACT Synthesis and characterization of clusters based on magnetite nanoparticles and cetyltrimethyl-ammonium bromide (CTAB) that were prepared from oil-inwater emulsions, and magnetite nanoparticles dispersed into an organic media, using CTAB as surfactant agent. Magnetite nanoparticles, employed on the clusters preparation, were synthesized following a polyol method. Magnetite nanoparticles and their clusters were characterized by transmission electron microscopy and infrared spectroscopy (FTIR). Experimental results suggest that the clusters morphology depends on the concentration of CTAB; spherical clusters with dense nanoparticles arrangement were obtained. Stability of the clusters is due leaded to the adsorption of the lipophilic moiety of CTAB molecules over clusters surface. KEYWORDS Nanoparticles, magnetite, CTAB, emulsion, clusters. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 13 �Aglomerados de nanopartículas basados en magnetita y CTAB / Alejandro Estrada De la Vega, et al. INTRODUCCIÓN El desarrollo de nanoestructuras y materiales nanoestructurados ha tenido un gran auge en los últimos 20 años, debido principalmente a su amplia gama de aplicaciones. Un buen número de las contribuciones reportadas en la literatura se enfoca a la obtención de nanoestructuras magnéticas, mismas que hallan sus potenciales aplicaciones en áreas como: la biomedicina, en la cual este tipo de estructuras se aplican como marcadores, separadores de células, ingeniería de tejidos; y en la medicina terapéutica y de diagnóstico, en la que éstas se usan como inductores de hipertermia, vehículos dosificadores y de entrega localizada de fármacos, y de agentes de contraste en imágenes de resonancia magnética o terapia genética y de RNA interferente.1–8 Específicamente, la síntesis de nanoestructuras de óxidos magnéticos, tales como las ferritas espinela, se ha llevado a cabo a partir de diversas rutas. De ellas, es posible mencionar las que involucran la descomposición de dioles en medios orgánicos; esta ruta es conocida como el método del poliol. En ella, sales orgánicas de metales de transición son disueltas en disolventes orgánicos en presencia de dioles y ácidos grasos. Bajo condiciones de atmósfera controlada y alta temperatura, comúnmente cercana a la temperatura de ebullición del disolvente empleado, se logra la hidrólisis de las sales orgánicas y la subsecuente formación de nanopartículas de ferritas espinela.9,10 Un aspecto que distingue a las nanoestructuras obtenidas mediante esta ruta es la buena dispersión de tamaño de partícula, ya que controlando variables como la rapidez de calentamiento de la reacción y concentración de moléculas de ácidos grasos, es posible obtener nanopartículas con tamaño y morfología bien definidos. No obstante, el control del tamaño de partícula, la distribución del mismo y su morfología resultan parámetros limitados en la búsqueda de propiedades magnéticas específicas, ya que éstas también dependen del grado de interacción entre las partículas dispersas en un medio cualesquiera; la dispersión de las partículas en un material nanoestructurado es comúnmente heterogénea, lo cual deriva en que sus propiedades magnéticas sean más bien regidas por la interacción entre partículas. En consecuencia, es relevante que para el control de las propiedades 14 magnéticas de este tipo de materiales, las interacciones partícula-partícula sean consideradas. Al respecto, la preparación de nanoestructuras híbridas promete la obtención de nuevos y novedosos materiales con propiedades magnéticas “ajustables”, en virtud de que éstas pueden controlarse a partir del grado de confinamiento y distribución de partículas en entidades discretas como lo son los aglomerados.6-8 Por ejemplo, se ha reportado que mediante la combinación de las rutas químicas como la co-precipitación o poliol, y microemulsión, es posible la preparación de nanoestructuras híbridas basadas en nanoesferas de poliestireno o sílica, en donde nanopartículas/ nanoaglomerados de magnetita son encapsulados(as).8,11 Más aún, muchos autores recomiendan el uso de polímeros inteligentes y solubles en agua para la estabilización de dichas nanoestructuras.8,12,13 De entre los polímeros sugeridos para este fin sobresalen los polisacáridos y polipéptidos. En la presente contribución se reporta la síntesis de nanoaglomerados de partículas de magnetita, a partir de la combinación de rutas químicas como el método del poliol y microemulsión, como conocimiento básico para la obtención de nanoestructuras híbridas como las descritas anteriormente. Más aún, se establecen las condiciones a partir de las cuales es posible controlar el tamaño y morfología de aglomerados desde emulsiones aceite-en-agua de nanopartículas de magnetita. Es importante señalar que, a diferencia de las aproximaciones descritas en la literatura, siguiendo la aquí propuesta es posible obtener distribuciones de tamaño de aglomerados sumamente estrechas, aun a concentraciones de surfactante inferiores a las reportadas por otros autores. EXPERIMENTACIÓN Reactivos Se utilizaron como reactivos el acetil-acetonato de hierro (III) [Fe(acac)3, 99.9%], 1,2-hexadecanodiol (HDD, 90.0%), ácido oleico (OA, 90.0%), oleilamina (OL, 70.0%), di-fenil éter (DFE, 99.0%), hexano absoluto (HEX-Abs, 99.0 %), etanol absoluto (ETL-Abs, 99.0%), bromuro de cetiltrimetil-amonio (CTAB, 98%) y agua destilada (Millipore, ρ= 13 MΩ-cm). Todos los reactivos fueron provistos por la compañía Sigma-Aldrich y se utilizaron sin ningún tratamiento previo. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Aglomerados de nanopartículas basados en magnetita y CTAB / Alejandro Estrada De la Vega, et al. Síntesis de nanopartículas La síntesis de las nanopartículas de magnetita se logró siguiendo la ruta propuesta por Sun y colaboradores 14 aunque, a diferencia de lo ahí propuesto, se controló la rapidez de calentamiento de la reacción y la temperatura a la cual ésta tuvo lugar. La metodología que se siguió se describe a continuación. Primeramente, 2 mmol de Fe(acac)3, 10 mmol de HDD, 6 mmol de OA y 6 mmol de OL se mezclaron en un medio de 20 mL de DFE a temperatura ambiente y bajo un flujo continuo de nitrógeno. Una vez que los sólidos agregados a la reacción se encontraban completamente dispersos en el medio orgánico, la dispersión fue calentada a una tasa de 10 ºC/min, bajo condiciones de reflujo y purga constante con nitrógeno, hasta alcanzar una temperatura de 200 ºC; la reacción se mantuvo a esta temperatura durante 30 minutos. Posteriormente, la temperatura de la reacción se elevó a 250 ºC a una tasa de 5 ºC/min. Luego de 30 minutos, el reactor se retiró de la fuente de calor y el producto se enfrió de manera natural para su posterior recolección. Una vez recolectado, se agregaron al producto 40 mL de ETL-Abs y se centrifugó a 9500 RPM y 4 ºC durante 20 minutos; este proceso se llevó a cabo en dos ocasiones, previa remoción del solvente del sólido precipitado. El producto lavado se dispersó en HEX-Abs, en presencia de 50 μL OA y 50 μL de OL, sometiéndolo a ultrasonido durante 10 minutos. La dispersión se centrifugó a 6000 RPM y 20 ºC durante 10 minutos, para luego descartar el sedimento. El producto disperso en el medio de HEX-Abs fue posteriormente precipitado mediante la adición de ETL-Abs, centrifugado a 6000 RPM y 20 ºC durante 10 minutos, y secado a vacío. Finalmente, la muestra seca se dispersó en HEX-Abs, sometiéndola a ultrasonido por 1 minuto, a una concentración de 19 mg/mL. En lo sucesivo se hará referencia a esta muestra llamándola M19. Síntesis de aglomerados Para la síntesis de los aglomerados, se prepararon muestras a diferentes concentraciones de surfactante, agregando 200 μL de la muestra M19 a 4 mL de disoluciones acuosas de CTAB al 15, 10, 5, 1 ó 0.8 mM; en lo sucesivo se hará referencia a estas muestras llamándolas M19C150, M19C100, M19C050, Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 M19C010 y M19C008, respectivamente. Las mezclas resultantes fueron, primeramente, agitadas manualmente, para luego someterlas a ultrasonido durante 2.5 minutos, utilizando una microsonda controlada por un homogenizador tipo Teckmar. Las emulsiones obtenidas se calentaron indirectamente a 80 ºC (baño María) y agitaron a 500 RPM durante 10 minutos, a fin de evaporar el HEX-Abs utilizado para la preparación de la muestra M19. Finalmente, las muestras fueron almacenadas a 30 ºC en tubos de ensayo para su posterior caracterización. Caracterización Las características cristalinas y morfológicas, y de composición química de las muestras sintetizadas se analizaron por microscopía electrónica de transmisión (TEM, por sus siglas en inglés) en un microscopio FEI, modelo Titan G2 80-300, empleando técnicas como imagen en campo claro (BF, por sus siglas en inglés), contraste en Z (HAADF-STEM, por sus siglas en inglés) y difracción de electrones (ED, por sus siglas en inglés). Para su caracterización, una gota de cada muestra fue depositada en rejillas de cobre para microscopía electrónica, tipo “lacey-carboncoated”, que fueron adquiridas de la compañía Electron Microscopy Science. La interacción entre las especies que constituyen cada muestra se caracterizó por espectroscopia de infrarrojo (FTIR, por sus siglas en inglés), usando un espectrómetro Thermo Scientific, modelo Nicolet. En este caso, 900 μL de cada muestra se mezclaron con 60 mg de bromuro de potasio (KBr, grado FTIR, ≥ 99%), para posteriormente secarse a 60 ºC durante una noche. Este procedimiento también se siguió para la preparación de muestras tomadas de reactivos como el CTAB, OA y OL, empleados en la síntesis de los materiales aquí reportados. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Caracterización cristalina y morfológica La figura 1 muestra imágenes de TEM obtenidas de la muestra M19. En la figura 1(a) se muestra una imagen obtenida a través de la técnica de HAADFSTEM, en donde se aprecia que las nanopartículas sintetizadas presentan una morfología cuasi-esférica. El inserto en esta figura muestra una imagen de BF de una de las nanopartículas, en donde es posible 15 �Aglomerados de nanopartículas basados en magnetita y CTAB / Alejandro Estrada De la Vega, et al. Fig. 1. Resultados del estudio por microscopía electrónica de la muestra M19. (a) imagen de HAADF-STEM de varias nanopartículas (en el inserto se muestra una imagen de BF obtenida a altas magnificaciones de una de las nanopartículas observadas en la figura); (b) patrón de ED obtenido de las nanopartículas mostradas en (a); y (c) distribución de tamaño de partícula calculada para esta muestra. distinguir un arreglo regular de planos atómicos; el espaciamiento entre estos planos puede relacionarse con la distancia interplanar reportada para la familia {311} en la estructura cristalina de la magnetita (véase JCPDS: 19-0629). La cristalinidad de las nanopartículas sintetizadas es confirmada por el patrón de ED mostrado en la figura 1(b), en donde es posible distinguir reflexiones atribuibles a las familias de planos {220}, {311} y {400} de la magnetita. Más aún, como se observa en la figura 1(c), la distribución de tamaño de partícula, obtenida a partir de la medición de una población de aproximadamente 600 partículas, es estrecha y tiene como centro un tamaño de 4 nm, así como una desviación estándar de 1.8 nm. La figura 2 muestra imágenes de HAADF-STEM obtenidas de los especímenes M19C150, M19C100, M19C050, M19C010 y M19C008. Como lo sugieren estas imágenes, por debajo de una concentración de 5 mM de CTAB, los aglomerados muestran una morfología esférica y una dispersión que permite distinguirlos como entidades separadas, a pesar de la cercanía entre ellos [véase figuras 2(c) a (e)]. En contraste, a concentraciones superiores de 5 mM, es evidente que los aglomerados tienen una morfología irregular [véase figuras 2(a) y (b)]. Como se aprecia, la irregularidad de los aglomerados es mas evidente al usar una concentración de 15 mM [véase inserto en la figura 2(a)]; mientras que a una concentración de 10 mM, los aglomerados están mas dispersos y unidos por “tiras” de nanopartículas [véase inserto en la figura 2(b)]. 16 Fig. 2. Imágenes de HAADF-STEM obtenidas de las muestras: (a) M19C150, (b) M19C100, (c) M19C050, (d) M19C010 y (e) M19C008. Los insertos en las figuras ilustran imágenes obtenidas a altas magnificaciones (450, 640 ó 910 kX) de cada muestra. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Aglomerados de nanopartículas basados en magnetita y CTAB / Alejandro Estrada De la Vega, et al. El cambio en la morfología de los aglomerados sintetizados se puede explicar de la siguiente manera. 15,16 Cuando se añade a una disolución acuosa de surfactante anfifílico como el CTAB, un hidrocarburo, como el HEX-Abs, éste podrá “solubilizarse” en el interior lipofílico de entidades denominadas micelas. Durante este proceso, y dependiendo de la concentración del surfactante, las micelas se incharán hasta el grado de convertirse en microgotas, dando como resultado una microemulsión. Si la concentración de surfactante se incrementa por encima de su concentración crítica micelar (ccm), la solubilidad del medio orgánico se incrementará, aunque las dimensiones de estas microgotas aumentarán más allá de la capa de surfactante, provocando la deformación de las micelas. Por lo tanto, considerando que los aglomerados sintetizados son el resultado de la formación de una microemulsión, la deformación de las micelas conllevarán a la deformación de los aglomerados, cuando se usan concentraciones superiores a la ccm. La ccm del CTAB usado en este trabajo de investigación fue estimada a 30 ºC y tiene un valor de 1 mM. Más aún, como se observa en la figura 3, el tamaño promedio de los aglomerados es prácticamente invariante entre las muestras M19C050, M19C010 y M19C008, aunque la dispersión en su distribución se tiende a estrechar a una concentración de 1 mM de CTAB. Además, la densidad de nanopartículas en los aglomerados tiende a ser mayor para estas muestras, es decir, en aquellas preparadas a concentraciones justo en o alrededor de la ccm estimada para el CTAB. Lo anterior se encuentra asociado al balance hidrofílicolipofílico el cual, bajo estas circunstancias, tenderá a minimizar las fuerzas repulsivas entre la sección hidrofílica de las moléculas de CTAB (formación disoluciones micelares), gracias a la afinidad de su sección lipofílica para con el medio orgánico (emulsificación de sustancias orgánicas en medio acuoso) en que las nanopartículas de magnetita se hallan dispersas.16,17 Este balance promueve la efectiva “solubilización” del medio orgánico a manera de gotas discretamente distribuidas en el medio acuoso, y cuya evaporación aparentemente conduce a la formación de arreglos compactos de nanopartículas. No obstante, a fin de corroborar que las interacciones antes mencionadas son las que Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 Fig. 3. Imágenes de HAADF-STEM en donde se observa la morfología y densidad de los aglomerados sintetizados en las muestras: (a) M19C050, (b) M19C010 y (c) M19C008, así como su correspondiente distribución de tamaño (a la izquierda de cada imagen). conducen a la formación de los aglomerados, se procedió a caracterizar las muestras sintetizadas por la técnica espectroscópica de FTIR. Caracterización espectroscópica La figura 4 muestra los espectros de FTIR obtenidos de los reactivos OL, OA y del espécimen M19. Como se observa, el espectro de OL muestra las bandas correspondientes a modo flexión del grupo amino (NH2) en 1566 y 795 cm-1; la flexión en el grupos metilo (CH3) en 1466 cm-1; estiramiento del enlace C-N en 1070 cm-1; y estiramiento del enlace C-C en cadena en 721 cm-1.18–20 Asimismo, en el espectro de OA se observan las bandas relacionadas a los modos de estiramiento de carbonilos (C=O) en 1713 cm-1; estiramiento en el plano de hidroxilos (OH) en 1466 cm-1; vibración tipo sombrilla de CH3 en 1414 cm-1; estiramiento de enlace C-O en carboxilos (-COO-) en 1284 cm-1; estiramiento fuera del plano de O-H en 937 cm-1; y balanceo de metilenos (CH2) en cadena en 715 cm-1.19–21 Por su parte, en el espectro obtenido de la muestra M19 (véase figura 4) se observan las bandas asociadas 17 �Aglomerados de nanopartículas basados en magnetita y CTAB / Alejandro Estrada De la Vega, et al. Fig. 4. Espectros de FTIR obtenidos de los reactivos (a) oleilamina, (b) ácido oleico y (c) de la muestra M19. a la vibración de enlaces Fe-O, a 633, 598 y 444 cm-1, en sitios tetraédricos y octaédricos de la estructura cristalina de la magnetita.18 Más aún, se aprecia una banda a 1527 cm-1, la cual puede atribuirse a la vibración de grupos COO- en moléculas de oleato adsorbidas a la superficie de las nanopartículas de magnetita; la desprotonación de las cadenas de OA y subsecuente adsorción de éstas en la superficie de nanopartículas de magnetita, es confirmada por la presencia de una banda a 1429 cm-1, que se encuentra relacionada a la vibración del grupo -NH4+ en las moléculas protonadas de OL.20 Además, la ausencia de la banda asociada al estiramiento de C=O en las moléculas libres de OA, a 1713 cm-1, sugiere una eficiente adsorción de moléculas oleato a superficie de las nanopartículas sintetizadas.21 La adsorción de estas moléculas a la superficie de las nanopartículas de magnetita proveen su estabilidad en el medio orgánico y resulta, como lo indican los resultados experimentales obtenidos por TEM, en una estrecha distribución en su tamaño de partícula. Por otro lado, la figura 5 muestra los espectros de FTIR obtenidos del CTAB empleado en esta investigación, así como de los especímenes M19C100, M19C050, M19C010 y M19C008. En el espectro experimental del CTAB se indican las bandas relacionadas a modos de vibración como22–24: estiramiento asimétrico y simétrico de CH3 en sección hidrofílica de la molécula (-N+-CH3), a 1487 y 1431 cm-1, respectivamente; vibración tipo tijera de 18 CH2 en la sección lipofílica de la molécula, a 1473, 1463, 1396 y 1385 cm-1; estiramiento del enlace CN+ en sección hidrofílica de la molécula, a 982, 960, 937 y 912 cm-1; y balanceo de metilenos en cadena [(-CH2-)n], a 731 y 719 cm-1. Además, como se muestra en la figura 5, los espectros obtenidos de las muestras sintetizadas exhiben bandas que se pueden relacionar a las modos de vibración observados en la molécula de CTAB. Sin embargo, es evidente que a medida que disminuye la concentración de CTAB en la muestra, las bandas relacionadas a vibraciones de CH2, modos tijera y balanceo en cadena, tienden a desaparecer. Este fenómeno indica un incremento en la magnitud de la barrera energética asociada a la vibración de CH2. Más aún, el hecho de que la vibración de los enlaces en la sección hidrofílica de la molécula de CTAB ocurran en el mismo intervalo de energía que para el CTAB puro, sugiere la formación de un arreglo compacto de cadenas de surfactante. Este arreglo de cadenas ocurre en torno a la superficie de los aglomerados sintetizados, a través de la adsorción de la sección lipofílica a la superficie de los aglomerados. La existencia de esta adsorción es apoyada por el corrimiento hipsocrómico de la banda relacionada a la vibración de Fe-O. Como se observa, existe un corrimiento de la banda a 444 cm-1, en el espectro de la muestra M19, a un valor de aproximadamente 452 cm-1, en el espectro de las muestras M19C050, M19C010 y M19C008. Fig. 5. Espectros de FTIR obtenidos del (a) CTAB puro, y de las muestras (b) M19C100, (c) M19C050, (d) M19C010 y (e) M19C008. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Aglomerados de nanopartículas basados en magnetita y CTAB / Alejandro Estrada De la Vega, et al. Es importante señalar que estos resultados son congruentes con lo observado a partir de estudio de la morfología de los aglomerados sintetizados, ya que a concentraciones de CTAB en las que no se apreció la formación de aglomerados de morfología regular, tal como la M19C100, no ocurre la desaparición de bandas relativas a la vibración de la sección lipofílica de las cadenas de CTAB, o un corrimiento significativo de la banda asociada a la vibración de Fe-O. CONCLUSIONES En este artículo se reportó la síntesis y caracterización de aglomerados basados en nanopartículas de magnetita y el surfactante CTAB. Los resultados experimentales obtenidos por microscopía electrónica de transmisión sugieren que la morfología de los aglomerados es dependiente de la concentración de CTAB empleada para su síntesis. Además, se encontró que a concentraciones cercanas a la concentración crítica de micela del CTAB es posible la obtención de aglomerados esféricos en los que existe un arreglo compacto de nanopartículas de magnetita. La estabilidad de dichos aglomerados se logra a partir de la adsorción de la sección lipofílica del surfactante CTAB a su superficie. Más aún, a diferencia de las aproximaciones descritas en la literatura, siguiendo la aquí propuesta es posible obtener distribuciones de tamaño de aglomerados sumamente estrechas, aun a concentraciones de surfactante inferiores a las reportadas por otros autores. En vista de ello, los resultados obtenidos en esta investigación servirán de conocimiento básico para la síntesis de nanoestructuras híbridas, basadas en estos aglomerados y polielectrolitos o polipéptidos, con la finalidad de incorporar a su arquitectura entidades como anticuerpos, enzimas o incluso moléculas de drogas. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen los financiamientos otorgados por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (proyecto No. 153482 del fondo SEP-CONACYT), y del Programa de Apoyo a la Investigación Científica y Tecnológica de la Universidad Autónoma de Nuevo León (proyecto No. IT516-10). Además, los autores agradecen a las coordinaciones de materiales avanzados y del Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 laboratorio de microscopía electrónica del Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología, por las facilidades brindadas para la realización de este trabajo de investigación. BIBLIOGRAFÍA 1. Cao, S.-W.; Zhu, Y.-J.; Ma, M.-Y.; Li, L.; Zhang, L. The Journal of Physical Chemistry C 2008, 112, 1851–1856. 2. Kim, D.-H.; Nikles, D. E.; Johnson, D. T.; Brazel, C. S. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2008, 320, 2390–2396. 3. Ruiz-Hernández, E.; Baeza, A.; Vallet-Regí, M. ACS Nano 2011. 4. Shi, J.; Votruba, A. R.; Farokhzad, O. C.; Langer, R. Nano Letters 2010, 10, 3223–3230. 5. Wang, Y.; Xu, H.; Ma, Y.; Guo, F.; Wang, F.; Shi, D. Langmuir 2011, 27, 7207–7212. 6. Van Berkel, K. Y.; Piekarski, A. M.; Kierstead, P. H.; Pressly, E. D.; Ray, P. C.; Hawker, C. J. Macromolecules 2009, 42, 1425–1427. 7. Chaleawlert-umpon, S.; Pimpha, N. Materials Chemistry and Physics 2012, 135, 1–5. 8. Qiu, P.; Jensen, C.; Charity, N.; Towner, R.; Mao, C. Journal of the American Chemical Society 2010, 132, 17724–17732. 9. Sun, S.; Zeng, H.; Robinson, D. B.; Raoux, S.; Rice, P. M.; Wang, S. X.; Li, G. Journal of the American Chemical Society 2004, 126, 273–279. 10. Baldi, G.; Bonacchi, D.; Innocenti, C.; Lorenzi, G.; Sangregorio, C. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2007, 311, 10–16. 11. Zheng, W.; Gao, F.; Gu, H. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2005, 288, 403–410. 12. Zelikin, A. N. ACS Nano 2010, 4, 2494–2509. 13. Tan, J.; Liu, R.; Wang, W.; Liu, W.; Tian, Y.; Wu, M.; Huang, Y. Langmuir 2010, 26, 2093–2098. 14. Sun, S.; Murray, C. B.; Weller, D.; Folks, L.; Moser, A. Science 2000, 287, 1989–1992. 15. Mathew, D. S.; Juang, R.-S. Chemical Engineering Journal 2007, 219, 51–65. 16. Salager, J. L. Surfactantes en solución acuosa; Laboratorio FIRP, Universidad de los Andes, 1993; pp. 1–25. 19 �Aglomerados de nanopartículas basados en magnetita y CTAB / Alejandro Estrada De la Vega, et al. 17. Salager, J. L.; Antón, R. Formulación HLB, PIT, R de Winsor; Segunda ed.; Laboratorio FIRP, Universidad de los Andes, 1998; pp. 1–15. 18. Zhang, J. L.; Srivastava, R. S.; Misra, R. D. K. Langmuir 2007, 23, 6342–6351. 19. Bagaria, H. G.; Ada, E. T.; Shamsuzzoha, M.; Nikles, D. E.; Johnson, D. T. Langmuir 2006, 22, 7732–7737. 20. Bu, W.; Chen, Z.; Chen, F.; Shi, J. The Journal of Physical Chemistry C 2009, 113, 12176–12185. 20 21. Wu, N.; Fu, L.; Su, M.; Aslam, M.; Wong, K. C.; Dravid, V. P. Nano Letters 2004, 4, 383–386. 22. Cheng, W.; Dong, S.; Wang, E. Langmuir 2003, 19, 9434–9439. 23. Mehta, S. K.; Kumar, S.; Chaudhary, S.; Bhasin, K. K.; Gradzielski, M. Nanoscale Research Letters 2009, 4, 17–28. 24. Sau, T. K.; Murphy, C. J. Langmuir 2005, 21, 2923–2929. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Influencia de la relación de contracción en el flujo con un escalón al frente (FFS) Adán Juárez Montalvo, José Alfredo Jiménez Bernal, Claudia Del Carmen Gutiérrez Torres, Juan Gabriel Barbosa Saldaña Instituto Politécnico Nacional LABINTHAP, SEPI ESIME Zacatenco, UPALM adam_jua@yahoo.com.mx RESUMEN En este trabajo se presenta un estudio experimental del flujo con un escalón al frente (FFS). El conducto que encierra al escalón tiene una relación de aspecto y contracción de 10 y 2 respectivamente. El número de Reynolds utilizado es función de la altura del escalón h y corresponde a un valor de Reh= 1 250. Se utilizó la técnica de velocimetría mediante imágenes de partículas (PIV) para obtener los campos de velocidad instantáneos y promedio del flujo para las posiciones de x/h = 0.3, 0.5, 1, 1.5 y 2. Estos resultados son comparados cuantitativamente con los de otros trabajos con respecto a la inclinación del perfil con la finalidad de determinar el efecto provocado en la tendencia del perfil cuando se utiliza una sección transversal de menores dimensiones. PALABRAS CLAVE Perfil, inclinación, técnica PIV, sección transversal. ABSTRACT This paper presents an experimental study of the flow in a forward facing step (FFS). The channel enclosing the step has an aspect ratio of 10 and a contraction ratio of 2. The Reynolds number is function of the step height h and corresponds to a value of Reh= 1250. The technique used was particle image velocimetry (PIV) which allowed to obtain the instantaneous and average velocity fields at x/h=0.3, 0.5, 1, 1.5 and 2. These results are compared quantitatively with those from other works in respect to the slope of the profile in order to determine the effect caused on the profile tendency when using a smaller cross-section. KEYWORDS Profile, slope, PIV, cross section. INTRODUCCIÓN Muchos estudios experimentales y numéricos han sido llevados a cabo para comprender la física del flujo con un escalón atrás (BFS) y flujo con un escalón al frente (FFS). Ambos casos constituyen un problema tipo a través del cual se pretende estudiar y comprender los fenómenos de separación, recirculación Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 21 �Influencia de la relación de contracción en el flujo con un escalón al frente (FFS) / Adán Juárez Montalvo, et al. y readherencia del flujo1 tan común en diversos dispositivos ingenieriles tales como: canales de superficie abierta, cámaras de combustión, equipo de transferencia de calor, turbinas de gas, etc. En comparación con el flujo con un escalón atrás, el flujo con un escalón al frente ha sido menos estudiado. Este último ha recibido más atención en años recientes debido a que muchos de los complejos fenómenos de flujo que se dan en la industria pueden estudiarse con este caso. La estructura básica del flujo con un escalón al frente comprende dos zonas de recirculación (vórtices), puntos de separación y readherencia y capas límite,2 tal como lo ilustra la figura 1; estas estructuras hacen enriquecedor el estudio del flujo con un escalón al frente ya que son las responsables de la caída de presión, y de una mejor transferencia de calor y masa en el flujo3 (tópicos de gran importancia en mecánica de fluidos). Fig. 1. Flujo con un escalón al frente FFS.1 Diversos trabajos han sido llevados a cabo con la finalidad de estudiar los mecanismos que regulan el comportamiento de dichas estructuras cuando se modifica la geometría del sistema, así como los fenómenos de inestabilidad y ruido que inducen estas estructuras. De forma específica, Marino y Luchini 4 realizaron un análisis adjunto para determinar la sensibilidad y estabilidad del flujo con un escalón al frente a perturbaciones externas; encontraron que la distribución espacial de los valores característicos de los modos de inestabilidad del flujo está fuertemente influenciada por el tamaño de las burbujas de recirculación. En la proximidad del valor del número de Reynolds crítico, se identificó que la burbuja posterior al escalón es la principal responsable de la inestabilidad del flujo. Wilhelm y Kleiser5 llevaron a cabo un estudio numérico del FFS encontrando que la longitud y altura de la zona de recirculación al frente del escalón son casi constantes para números de Reynolds bajos o flujo de Stokes (Re<0.1). En el caso de números de Reynolds 22 grandes (Reh= 1 200), la longitud y altura de la zona de recirculación aumentan proporcionales a Re0.6 y Re0.2 respectivamente. Wang y Gaster6 realizaron un estudio experimental para examinar el efecto de un escalón con borde afilado en la transición de la capa límite, establecieron una correlación entre el número de Reynolds de transición y la altura del escalón para un flujo al frente y atrás del mismo. La posición de transición se asocia con el factor “N” que define el crecimiento integrado de las ondas de inestabilidad en la transición. Encontraron que la capa límite del flujo en un FFS o BFS tiene una transición más rápida que la transición de la misma en una placa plana lisa, ya que las ondas de inestabilidad se amplifican más rápidamente que las de una superficie lisa, se observa que la reducción en el factor “N” que ocurre en el FFS o BFS se correlaciona con la altura del escalón, por lo que se puede determinar el valor de N a partir de la altura del escalón. Hahn C. et al,7 estudiaron las características acústicas del FFS con la finalidad de identificar las regiones responsables de la generación del ruido, encontraron que el sonido generado por el paso del flujo en un FFS es de banda ancha, ya que el sonido radiado se encuentra en una gama de frecuencia de 2 kHz a 10 kHz a un número de Reynolds de 24000; utilizaron una correlación que les permitió determinar que sólo en la región del escalón se puede encontrar una conexión entre la distribución de la velocidad y la presión local en la pared al campo de presión sonoro. Así mismo determinaron que esta región contiene una estructura significativa de vórtice bidimensional. Smith y Smits8 llevaron a cabo el estudio experimental de una capa límite turbulenta en un FFS. El montaje experimental utilizado consistió en modificaciones realizadas al escalón del FFS, tales como la inclinación del escalón a un ángulo de 20° hacia el frente. Las mediciones se realizaron en la zona del escalón utilizando sondas Preston. Los resultados muestran que en esta zona el perfil de velocidad promedio estaba alterado por las modificaciones hechas en el escalón. Las mediciones de la intensidad de la turbulencia revelan que existe una reducción en la magnitud del esfuerzo de corte y un decaimiento progresivo en el perfil de los esfuerzos de Reynolds. Por otro lado, Largeau y Moriniere9 realizaron un estudio experimental de un FFS, el cual consistió en cambiar la altura del escalón y la velocidad de la corriente libre. Utilizaron Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Influencia de la relación de contracción en el flujo con un escalón al frente (FFS) / Adán Juárez Montalvo, et al. sondas de presión para medir las fluctuaciones de la presión en la pared. Así mismo utilizaron la técnica PIV para analizar la topología del flujo. Los resultados mostraron que el comportamiento del flujo es función de la relación de aspecto y de la relación entre el espesor de la capa límite y la altura del escalón para números de Reynolds muy grandes (7.7x104 y 10.80x104). Se realizaron correlaciones espacio-tiempo entre la presión de la pared y los campos de velocidad, mismas que demostraron que los niveles más elevados de correlación se encuentran en la parte superior de la burbuja de recirculación, principalmente en la capa cortante y se extienden aguas abajo del punto de readherencia. Además, los resultados muestran que la frecuencia del movimiento en la zona de separación es importante en la organización del flujo en el punto de readherencia. El propósito de este estudio, es investigar la influencia de la relación de contracción H/h (figura 2) en la velocidad del flujo, conforme éste se acerca a la base del escalón. De forma específica se investiga el efecto de una sección transversal pequeña sobre el perfil de velocidad del flujo. Fig. 2. Esquema de un conducto con escalón al frente. MONTAJE EXPERIMENTAL Y CONDICIONES DEL FLUJO Los experimentos fueron llevados a cabo en un canal rectangular de acrílico transparente (1.4 m de longitud, 0.1 m de ancho, y 0.02 m de altura) que contiene un escalón de 0.01 m de altura, 0.1 m de ancho (figura 3) y fue colocado a una distancia de 0.7 m (zona de flujo completamente desarrollado) a partir de la entrada del canal, se utilizó una relación de aspecto de w/h = 10, lo cual garantiza que se tenga flujo bidimensional,10,11 así como una relación de Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 Fig. 3. Montaje experimental. contracción de H/h=2. Los experimentos se llevaron a cabo utilizando velocimetría mediante imágenes de partículas (PIV) la cual es una técnica experimental no intrusiva. Las condiciones experimentales del flujo de agua corresponden a un Reh=1250 basado en la altura del escalón. Las mediciones se realizaron en la base del escalón, la región de visualización corresponde a un área de 22.76 mm x 16.89 mm. La cámara CCD tiene una resolución de 1600 x 1186 pixeles. La tabla I muestra las dimensiones de la configuración experimental actual y la utilizada por otros trabajos, así como de las condiciones del flujo, en ella se puede observar que la dimensión de la sección transversal utilizada en este trabajo, es mucho menor en comparación con la de los otros trabajos. RESULTADOS Se capturaron 200 imágenes mediante el uso de la cámara CCD, estas imágenes fueron divididas en ventanas de interrogación de 32 x 32 pixeles con un traslape de 50% para obtener los campos de velocidad del flujo en la zona de estudio mediante el uso del software Flowmanager. 100 campos de velocidad instantáneos fueron obtenidos. Se realizó un promediado temporal con los 100 campos de velocidad instantáneos, esto permitió obtener el campo de velocidad promedio mostrado en la figura 4 del cual se presentan perfiles de velocidad para 5 posiciones medidas a partir de la base del escalón, (x/h = 2, 1.5, 1, 0.5, 0.3). Estos perfiles de velocidad fueron obtenidos mediante la programación de algoritmos numéricos utilizando software Labview. Los resultados obtenidos son comparados con los de los investigadores mencionados en la tabla I. 23 �Influencia de la relación de contracción en el flujo con un escalón al frente (FFS) / Adán Juárez Montalvo, et al. Tabla I. Dimensiones del montaje experimental actual y de otros trabajos. Referencia Escalón (mm) Liu et al.13 Addad et al. 14 Hattori y Nagano.15 Altura Espesor Reh 20 20 300 13,200 500 50 100 170,000 70δ2 32δ2 40δ2 20 10 Camussi et al.16 Actual Reynolds Longitud 700 Zona de Experimentación Longitud Configuración Altura Espesor 300 300 Obstrucción 2,000 500 100 FFS-BFS 900 100δ2 30δ2 40δ2 FFS-BFS >10h 8,800 10,000 100 1,250 1,400 FFS-BFS 20 100 FFS Fig. 5. Perfiles de velocidad para x/h = 2. Fig. 4. Campo de velocidad promedio Reh=1250. Perfiles de velocidad En la figura 5 se muestra el perfil obtenido para la posición x/h = 2 y el de otros trabajos realizados en el tema, en ella se observa que la tendencia del perfil es muy similar en comparación con los trabajos de Liu et al13 y Hattori y Nagano;15 la tabla II muestra los valores de las magnitudes de la inclinación del perfil, entendiéndose por inclinación al recíproco del gradiente de velocidad, es decir (Δu/Δy)-1, de los valores mostrados en la tabla se puede observar que la inclinación del perfil de velocidad para el trabajo actual es menor en magnitud en comparación con los otros trabajos, lo cual concuerda con las magnitudes del número de Reynolds ya que para Hattori y Nagano Reh=900 y para el trabajo actual Reh=1 250, de la literatura especializada en mecánica de fluidos12 se sabe que conforme el número de Reynolds es incrementado la inclinación del perfil de velocidad debe disminuir. 24 La magnitud de inclinación marcada con ∞ en la tabla II en el primer punto para el caso del perfil de Hattori y Nagano se debe a que en este punto el flujo cambia de dirección (∆u/∆y→0), el flujo sale de la zona de recirculación y continúa su camino hacia el escalón. Algo sumamente interesante sucede cuando se comparan las inclinaciones del presente trabajo Tabla II. Inclinación del perfil para la posición x/h = 2. ADÁN HATTORI y NAGANO.15 (∆u/∆y)-1 LIU ET AL.13 y/h (∆u/∆y)-1 y/h y/h (∆u/∆y)-1 0.02 0.26 0.02 ∞ 0.01 1.04 0.05 0.23 0.04 2.90 0.07 1.39 0.07 0.28 0.06 3.48 0.10 1.73 0.09 0.25 0.10 0.97 0.15 1.04 0.11 0.28 0.12 0.73 0.18 2.08 0.14 0.38 0.15 0.87 0.23 3.11 0.16 0.45 0.16 1.16 0.26 2.08 0.18 0.66 0.19 0.77 0.31 1.56 0.21 0.52 0.21 1.16 0.34 1.73 0.23 0.68 0.23 0.77 0.38 5.14 Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Influencia de la relación de contracción en el flujo con un escalón al frente (FFS) / Adán Juárez Montalvo, et al. y la del trabajo de Liu et al13 ya que aún cuando la magnitud del Reynolds utilizado en el trabajo de Liu et al13 es aproximadamente 10.5 veces mayor que el Reynolds utilizado en este trabajo, se observa que la inclinación del trabajo actual es menor que la de Liu; este comportamiento se atribuye a las dimensiones de la sección transversal utilizadas en este trabajo, ya que una sección transversal pequeña incrementa el gradiente de velocidad a lo largo de la sección transversal del ducto. Este resultado concuerda con el hecho de que en el trabajo de Liu et al13 se utilizó un área de mayor sección transversal que la del trabajo actual, por lo tanto el flujo que pasa por la sección de menor área transversal debe acelerarse disminuyendo la inclinación del perfil de velocidad, situación que se presenta en el perfil de este trabajo para esta posición. Los perfiles de velocidad para la posición x/h=1.5 son ilustrados por la figura 6, en ella se observa que la tendencia del perfil de velocidad del trabajo actual es similar a la tendencia del perfil para la posición x/h=2. Sin embargo, se observa que en el perfil de velocidad de Hattori y Nagano15 se presenta una zona de velocidad negativa para la región aproximada de 0<y/h<0.1 y -0.2<u<0, esta zona de velocidad negativa se atribuye a la zona de recirculación formada en la base del escalón como resultado de un número de Reynolds bajo, situación que no se presenta en el perfil de velocidad del trabajo actual para esta posición ya que el número de Reynolds de este trabajo es mayor que el Reynolds del trabajo antes mencionado. La tabla III muestra las magnitudes de la inclinación para cada perfil de Tabla III. Inclinación del perfil para la posición x/h=1.5. Fig. 6. Perfil de velocidad para x/h = 1.5. Fig. 7. Perfiles de velocidad para x/h=1. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 ACTUAL HATTORI Y NAGANO.15 y/h (∆u/∆y)-1 y/h (∆u/∆y)-1 0.02 0.78 0.01 -2.29 0.05 0.48 0.03 -128.27 0.07 0.37 0.06 2.38 0.09 0.30 0.08 2.38 0.11 0.38 0.10 -128.27 0.14 0.52 0.12 1.48 0.16 0.40 0.15 1.18 0.18 0.42 0.17 0.78 0.21 0.53 0.19 2.38 0.23 0.64 0.21 0.78 0.25 0.50 0.24 1.48 la posición x/h = 1.5, al igual que en el caso anterior se observa que la magnitud de la inclinación para el perfil actual es menor que para el caso de Hattori y Nagano.15 Los valores negativos en dicho perfil se deben al cambio de la dirección del flujo, resultado de la existencia de una zona de recirculación o de baja presión. Como se puede observar en la figura 7 (x/h = 1), todos los perfiles de velocidad incluyendo el del trabajo actual presentan una zona de velocidad negativa para una zona aproximada 0≤y/h≤0.1 y -0.2≤u≤0; esto se debe a que el flujo se encuentra en una posición próxima a la base del escalón y por lo tanto la zona de recirculación (vórtice) del flujo formada en la base del escalón tiene mayor influencia en el comportamiento que presentan cada uno de los perfiles de velocidad. La tabla IV muestra las inclinaciones para cada perfil, estos 25 �Influencia de la relación de contracción en el flujo con un escalón al frente (FFS) / Adán Juárez Montalvo, et al. Tabla IV. Inclinación del perfil para la posición x/h=1. ACTUAL LIU ET AL.13 HATTORI Y NAGANO.15 26 y/h (∆u/∆y)-1 LECLERQ ET AL.17 y/h (∆u/∆y)-1 y/h (∆u/∆y)-1 y/h 0.02 4.93 0.02 3.09 0.01 ∞ 0.04 2.40 0.04 1.19 0.05 1.75 0.05 3.09 0.03 -2.32 0.08 2.00 0.06 1.33 0.07 0.76 0.08 1.86 0.05 ∞ 0.12 0.80 0.07 0.99 0.09 0.54 0.16 1.38 0.06 ∞ 0.13 1.00 0.08 1.33 0.11 0.57 0.12 1.04 0.07 ∞ 0.15 0.50 0.09 1.02 0.14 0.42 0.14 1.29 0.08 ∞ 0.17 0.75 0.22 1.02 0.16 0.52 0.19 2.07 0.10 ∞ 0.19 0.67 0.11 0.50 0.18 0.69 0.22 2.07 0.12 ∞ 0.20 0.68 0.12 1.19 0.21 0.47 0.26 1.38 0.13 ∞ 0.22 0.66 0.14 0.50 0.23 0.66 0.29 3.09 0.14 2.32 0.24 0.36 0.15 0.80 0.25 0.83 0.32 0.78 0.16 2.32 0.25 0.57 0.16 1.33 0.28 0.61 0.35 0.78 0.18 1.45 0.26 0.33 0.17 0.99 0.30 0.75 0.38 1.55 0.21 1.16 0.27 0.40 0.18 1.99 valores indican que para la mayoría de los perfiles de velocidad, el gradiente de velocidad disminuye en la zona cercana a la pared inferior del canal, así mismo se puede observar que el perfil de velocidad de Hattori y Nagano, el cual tiene el número de Reynolds más bajo y presenta la inclinación con mayor magnitud. Se observa que la inclinación del perfil actual para la posición y =0.02 es mayor en comparación con la magnitud de los otros trabajos porque en este punto en especial, el flujo es afectado por la zona de recirculación, cuando el flujo se aleja de la pared inferior del escalón la influencia de la zona de recirculación disminuye y la componente de velocidad u del flujo se recupera cambiando de dirección (continúa su camino hacia el escalón). El comportamiento anterior se ve reflejado en una disminución de la inclinación del perfil; al final el responsable de este comportamiento es el número de Reynolds ya que para todos los perfiles con excepción del perfil de Hattori yNagano el número de Reynolds es mayor que el del trabajo actual. Sin embargo, la inclinación para el perfil actual cuando el flujo se aleja de la pared inferior del canal disminuye por la influencia de la sección transversal, es decir, la pared superior del canal tiene una influencia significativa en la tendencia del perfil. En otras palabras, la dimensión de la sección transversal del canal influye sobre el flujo disminuyendo la inclinación de la (∆u/∆y)-1 ADDAD ET AL.14 y/h (∆u/∆y)-1 distribución de la velocidad. Para la posición x/h = 0.5 la figura 8 ilustra el perfil de velocidad actual y el obtenido por Hattori y Nagano; en ésta se puede observar que ambos perfiles presentan una zona de velocidad negativa o recirculación, resultado de una mayor influencia del vórtice formado en la base del escalón. De igual forma se observa que la zona o región de recirculación es mayor para ambos perfiles en comparación con la zona de recirculación presentada en la figura 7, ya que para la figura 8 la zona de velocidad negativa corresponde a una región de: 0≤y/h≤0.3, -0.22≤u≤0. Como se puede observar en la figura 8 la zona de velocidad negativa o recirculación ocupa una menor región en el caso del perfil actual en comparación con el de Hattori y Nagano (0≤y/h≤0.2 y -0.14≤u≤0), esto se debe a que en el caso de estudio antes mencionado el número de Reynolds utilizado es menor (Reh= 900), en comparación con el del trabajo actual (Reh= 1250), lo cual se refleja en el caso de Hattori y Nagano en una zona de recirculación mayor en comparación con la zona de recirculación del trabajo actual. En esta posición es interesante realizar un análisis más detallado de la pendiente de cada perfil; este análisis permite determinar la razón de cambio de la velocidad con la posición o la distancia conforme el flujo se acerca al escalón, con lo cual se puede deducir qué está sucediendo con la velocidad en cada perfil. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Influencia de la relación de contracción en el flujo con un escalón al frente (FFS) / Adán Juárez Montalvo, et al. Fig. 8. Perfiles de velocidad para la posición x/h = 0.5. La tabla V muestra la posición y magnitud de la pendiente para cada perfil. Como se muestra en la tabla V, los primeros valores de la pendiente para cada perfil son negativos, valores que concuerdan con el hecho de que en esas posiciones existe una zona de recirculación o velocidad negativa. De igual forma se puede observar que para la zona 0.02≤y≤0.05 la magnitud absoluta del valor de la inclinación para el perfil actual es mayor en comparación con el de Hattori y Nagano. Lo anterior se explica de la forma siguiente: se sabe que el número de Reynolds del trabajo actual es mayor que el del trabajo de Hattori y Nagano, por lo tanto la zona de recirculación del trabajo actual debe ser menor que la de ellos, es decir, la velocidad del flujo para el caso actual Tabla V. Inclinación del perfil para la posición x/h=0.5. ACTUAL y/h HATTORI Y NAGANO.15 (∆u/∆y)-1 y/h (∆u/∆y)-1 0.02 -0.68 0.02 -0.19 0.05 -1.65 0.02 -0.29 0.07 1.78 0.03 -0.29 0.09 1.81 0.03 -0.39 0.11 0.63 0.04 -0.29 0.14 0.73 0.05 -0.58 0.16 0.52 0.06 -0.29 0.18 0.59 0.06 -1.16 0.21 0.64 0.07 -0.58 0.23 0.84 0.08 -0.29 0.25 0.90 0.08 ∞ 0.28 0.93 0.10 -1.74 0.30 0.63 0.11 ∞ Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 se debe recuperar más rápido que la velocidad del flujo para el caso de Hattori y Nagano por lo tanto y como se puede observar en la tabla V, los valores negativos para la inclinación del perfil actual son menores en comparación con los valores negativos de Hattori y Nagano, de hecho en el trabajo actual sólo dos posiciones presentan valores negativos. Posterior a estos dos valores, la inclinación del perfil tiene valores positivos, lo cual significa que el flujo cambió de dirección, es decir, continúa su camino hacia el escalón; en otras palabras, para el caso actual, el flujo que se separa de la pared como resultado de la zona de recirculación se readhiere más rápido que para el caso de Hattori y Nagano, es decir el gradiente de presión del trabajo actual (Δp/Δx) es mayor que para el trabajo de Hattori y Nagano en esta posición. Los perfiles más cercanos al escalón son mostrados por la figura 9; en esta posición, la zona de recirculación o vórtice está completamente definida. Dos factores influyen en la tendencia del perfil para esta zona: 1) la zona de recirculación o vórtice, 2) la cara del escalón, el vórtice es el responsable de la zona de velocidad negativa que se observa en la parte izquierda de la gráfica (y≤0), el escalón provoca la tendencia observada en el perfil para la parte derecha de la gráfica (y>0). En ésta se observa que conforme el flujo se aleja de la pared inferior del canal y la cara del escalón, éste se acelera, lo cual se ve reflejado en la inclinación que presenta el perfil, ya que para la zona 0.07≤ y ≤0.76 se observa que para el presente trabajo, el valor de la inclinación (tabla VI) es grande en comparación con los valores para los otros trabajos, para la zona y ≥0.78 se observa que los valores de la inclinación disminuyen y son inclusive menores que la inclinación para los otros Fig. 9. Perfiles de velocidad para la posición x/h=0.3. 27 �Influencia de la relación de contracción en el flujo con un escalón al frente (FFS) / Adán Juárez Montalvo, et al. Tabla VI. Inclinación del perfil para x/h = 0.3. ACTUAL ADDAD ET LECLERQ ET CAMUSSI ET AL.14 AL.17 AL.16 y/h (∆u/∆y) y/h (∆u/∆y) y/h (∆u/∆y) y/h (∆u/∆y) -1 -1 -1 -1 0.02 -0.73 0.02 0.67 0.03 0.75 0.01 0.05 -0.49 0.03 0.80 0.05 0.57 0.09 0.07 4.68 0.05 0.00 0.06 0.50 0.20 0.09 2.04 0.05 0.50 0.07 0.86 0.28 0.11 1.29 0.05 0.75 0.09 0.57 0.37 0.14 1.60 0.07 0.33 0.10 0.67 0.47 0.16 0.95 0.08 1.00 0.12 0.67 0.58 0.18 0.81 0.09 0.40 0.13 0.67 0.66 0.21 1.07 0.10 1.00 0.14 0.57 0.76 0.23 1.16 0.11 0.67 0.16 0.67 0.85 0.25 1.59 0.12 0.33 0.17 0.57 0.94 0.28 1.19 0.13 2.00 0.18 1.60 0.30 1.85 0.15 0.00 0.21 0.80 0.32 1.59 0.15 0.92 0.22 1.50 0.35 1.44 0.19 1.00 0.24 2.00 0.37 2.02 0.21 1.50 0.26 0.80 0.39 3.65 0.25 0.41 4.27 0.28 0.44 0.46 1.67 0.28 0.31 1.33 2.10 0.31 2.67 0.34 2.29 2.18 0.34 1.67 0.44 2.00 0.48 1.50 0.37 2.33 0.47 1.60 0.51 1.67 0.41 1.33 0.49 1.33 0.53 1.58 0.44 2.00 0.52 1.43 0.55 4.45 0.46 1.14 0.55 2.00 0.58 3.94 0.49 1.14 0.58 1.60 0.60 1.27 0.52 1.33 0.65 1.50 0.62 1.86 0.54 1.00 0.67 1.00 0.65 4.54 0.56 1.00 0.70 1.84 0.67 1.64 0.59 1.00 0.85 0.80 0.69 0.90 0.62 1.14 0.86 2.00 0.71 2.60 0.65 1.00 0.88 1.20 0.74 0.75 0.67 1.00 0.90 0.98 0.76 1.21 0.70 1.20 0.78 0.98 0.72 1.11 0.81 0.85 0.75 0.75 0.83 0.68 0.77 0.89 0.85 0.60 0.79 1.00 0.88 0.66 0.83 1.00 0.90 0.52 0.85 0.86 0.92 0.62 0.87 1.14 28 1.67 1.43 trabajos, esto se explica de la siguiente forma: en la zona y ≤0.76 el flujo se encuentra en la zona de recirculación, por lo tanto el gradiente de velocidad tiene una magnitud baja, para la zona y ≥0.78 el gradiente de velocidad se incrementa como resultado de la contracción provocada por el escalón, en esta zona el flujo entra a una zona de contracción (vena contracta), en la cual el flujo se acelera provocando la tendencia del perfil observada en la gráfica, la magnitud de la inclinación del perfil para el trabajo actual resulta ser menor por que la relación de contracción utilizada en éste trabajo, es mucho menor en comparación con las relaciones de contracción utilizadas por los trabajos de las referencias13,14,15,16,17 tal y como se muestra en la tabla I. CONCLUSIONES El comportamiento del flujo de un escalón al frente depende fuertemente del número de Reynolds y de las relaciones de contracción y de aspecto. De forma particular en este trabajo se investigó el efecto que el uso de una sección transversal muy pequeña tiene sobre el flujo, se encontró que la inclinación del perfil se ve afectada por esta sección transversal, valores menores de inclinación para el perfil actual se encontraron en comparación con inclinaciones para trabajos con números de Reynolds mayores, lo que significa que las dimensiones de la sección transversal tienen una influencia predominante en la inclinación que el perfil pueda presentar, sin embargo se observa que la tendencia del perfil es exactamente la misma que para los casos de estudio con los que se comparó. REFERENCIAS 1. Sherry, M. , Lo Jacono, D. , Sheridan, J., An experimental investigation of the recirculation zone formed downstream of a forward facing step, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 98, 888–894, 2010. 2. Oztop, H. F., Mushatet, K. S., Yılmaz, İ., Analysis of turbulent flow and heat transfer over a double forward facing step with obstacles, International Communications in Heat and Mass Transfer, doi: 10.1016, 2012. 3. Morales Contreras, O. A., Barbosa Saldaña J. G., Jiménez Bernal J. A., Gutiérrez Torres C. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Influencia de la relación de contracción en el flujo con un escalón al frente (FFS) / Adán Juárez Montalvo, et al. del C., Caracterización numérico-experimental del vórtice adyacente al escalón de un conducto con contracción, Revista Ingenierías, 56, 7-14, 2012. 4. Marino, L., Luchini, P., Adjoint Analysis of the Flow over a Forward Facing Step, Theor. Comput. Fluid Dyn., 23, 37-54, 2009. 5. Wilhelm, D., Kleiser, L., Application of Spectral Element Method to Two-Dimensional Forward-Facing Step Flow, Journal of scientific computing, 17, 619-627, 2002. 6. Wang, Y. X., Gaster, M., Effect of surface steps on boundary layer transition Experiments in Fluids, 39, 679–686, 2005. 7. Hahn, C., Becker, S., Ali I., Escobar, M., Investigation of flow induced Sound Radiated by a Forward Facing Step, New Res. In Num. and Exp. Fluid Mech. VI, NNFM 96, 438-445, 2007. 8. Smith, D. R. y Smits, A. J., Multiple Distortion of a Supersonic Turbulent Boundary Layer, Applied Scientific Research, 51, 223-229, 1993. 9. Largeau, J. F., y Moriniere, V., Wall pressure fluctuations and topology in separated flows over a Forward Facing Step, Exp. Fluids, 42, 21-40, 2007. 10. Jiménez-Bernal, J. A., Juárez-Montalvo, A., Gutiérrez-Torres, C. del C., Barbosa-Saldaña, J. G., Rodríguez-Jiménez, L. F., Turbulent Flow Over a Facing Step at Several Reynolds Numbers, Proceedings of the ASME 2011 International Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 Mechanical Engineering Congress & Exposition IMECE2011, 2011. 11. Juárez Montalvo, A., Estudio Experimental del Flujo Sobre un Escalón Mediante la Técnica PIV, Tesis de Maestría Instituto Politécnico Nacional, 2011. 12. Durbin, P. A., Pettersson Reif, B. A. Statistical Theory and Modelling For Turbulent Flows, Edt. John Wiley & Sons ltd, 2001. 13. Liu, Y. Z. , Ke, F., Sung H. J., Unsteady separated and reattaching turbulent flow over a two dimensional square rib, Journal of Fluids and Structures, 24, 366-381, 2008. 14. Addad, Y., Laurence, D., Talotte, C. , Jacob, M. C., large eddy simulation of a forward backward facing step for acoustic source identification, International Journal of Heat and Fluid Flow, 24, 562–571, 2003. 15. Hattori, H., Nagano, Y. Investigation of turbulent boundary layer over forward facing via direct numerical simulation, International Journal of Heat and Fluid Flow, 31, 284–294, 2010. 16. Camussi, R., Felli, M., Pereira, F., Aloisio, G., Di Marco, A., Statistical properties of wall pressure fluctuations over a forward facing step, Phys. Fluids 20, 075113; doi: 10.1063/1.2959172, 2008. 17. Leclercq, D. J. J., Jacob, M. C., Louistot A., Talotte, C., Forward-backward facing step pair: aerodynamic flow, wall pressure and acoustic characterization, AIAA-2001-2249, 2001. 29 �Síntesis y caracterización de LaNixCo1-xO3 (x= 0.3, 0.5, 0.7): Posibles aplicaciones en celdas de combustible de óxido sólido María Elizabeth Flores-GuerreroA, Alan J. Salazar-RodríguezB, Leonardo Chávez-GuerreroA, René Fabián Cienfuegos PelaesA, Moisés Hinojosa RiveraA Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL leonardo.chavezgr@uanl.edu.mx B Facultad de Ciencias Químicas, UANL A RESUMEN Las estructuras tipo perovskita son materiales comúnmente usados como cátodos de celdas de combustibles de óxido sólido. En el presente trabajo, las perovskitas han sido sintetizadas mediante ruta Sol-Gel usando sales metálicas y agentes complejantes. Los polvos obtenidos fueron calcinados a 1000 °C durante 5h para lograr una estructura cristalina. Análisis térmicos y de rayos X han mostrado la existencia de la fase de LaNixCo1-xO3. Las imágenes de MEB dieron evidencia de los cambios en la microestructura debido a la cantidad de cobalto. Con estos resultados, se demostró la confiabilidad de producir una familia de compuestos (LaNixCo1-xO3) importantes para el desarrollo de celdas de combustible. PALABRAS CLAVE Cátodo, puntos de contacto triple, microestructura, Sol-Gel modificado. ABSTRACT Perovskite structures are materials used as cathodes in solid oxide fuel cells applications. In the present work, the perovskites were synthesized through a Sol-Gel route using metal salts and complexing agents. The obtained powders were calcined at 1000 °C for 5h to achieve a crystalline structure. The TGA and XRD have shown the existence of the LaNixCo1-xO3 phase. The SEM images evidenced the changes of the microstructure due to the amount of cobalt. With these results, it was demonstrated the reliability of producing a family of important compounds (LaNixCo1-xO3) for the development of fuel cells. KEYWORDS Cathode, triple-phase boundary, microstructure, modified Sol-Gel. INTRODUCCIÓN Las Celdas de Combustible de Óxido Sólido ó “SOFC”, por sus siglas en inglés (Solid Oxide Fuel Cell), tienen el potencial de convertirse en una tecnología para generar energía rentable en un futuro próximo. Los materiales para SOFC están constituidos por cinco componentes clave que son: el ánodo, electrólito, 30 Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Síntesis y caracterización de LaNixCo1-x03 (x=0.3, 0.5, 0.7): Posibles aplicaciones en ... / María Elizabeth Flores Guerrero, et al. cátodo, las interconexiones y los sellos.1-2 Por lo tanto, es necesario conocer la función y los requisitos necesarios para las aplicaciones específicas en SOFC; por ejemplo, la reducción electroquímica del oxígeno tiene lugar en el cátodo.3 Con el fin de optimizar esta reacción, el cátodo debe tener una alta conductividad electrónica, un coeficiente de expansión térmico compatible con otros componentes de la celda y compatibilidad química con el electrólito, porosidad apropiada para permitir la difusión de oxígeno gaseoso a través de la interfaz cátodo/electrólito, una estructura estable durante la manipulación y funcionamiento bajo una atmósfera oxidante y una elevada actividad catalítica.3-4 Uno de los materiales más comunes para altas temperaturas (800-1000 °C) es una mezcla del compuesto basado en manganita La 1-x Sr x MnO 3 ±δ (LSM) y óxido de circonio estabilizado con itrio (YSZ).5 Estos materiales han sido reconocidos como buenos conductores iónicos cuando se aplican en las celdas de combustible. El diseño microestructural es muy importante en el rendimiento del cátodo; por lo tanto, el objetivo principal cuando el material se sintetiza es reducir al mínimo las pérdidas óhmicas mediante el aumento de los puntos de contacto triple (cátodo, electrólito, y oxígeno). En general, es preferible que la celda (SOFC) funcione a una temperatura intermedia (600700 °C), lo que sólo es posible cuando se alcanza la suficiente conductividad iónica en el electrólito.6 Al disminuir la temperatura de trabajo de las celdas y probar diferentes materiales, las aplicaciones más prácticas pueden implementarse con éxito debido a la reducción de los costos y el aumento de vida útil de los materiales sin degradación o reacción en la interfaz cátodo/electrólito.4-7 Existen varios métodos para preparar perovskitas; por la vía de estado sólido, tal como el molino de bolas,8 calcinar polvos,9 o por vía húmeda, tales como: congelación,10 secado por pulverización,6 surfactantes,6 Pechini,11 sol-gel,12,13 co-precipitación10 y sales fundidas de nitrato.14 La red de la perovskita puede tolerar una sustitución múltiple de cationes con pequeños cambios en la estructura, logrando propiedades que pueden ser explotadas para obtener el material deseado consiguiendo una estructura estable. La ruta Sol-Gel posee ciertas ventajas, entre las cuales se encuentran: la homogeneidad, el control de la morfología y la posible obtención de partículas submicrométricas. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 Además, puede lograrse una composición específica debido a que la mezcla se produce en la escala atómica. El compuesto LaNi x Co 1-x O 3 ha sido estudiado ampliamente después del primer reporte que data de hace 40 años, principalmente por sus propiedades electrónicas, magnéticas15 y su uso como material de interconexión.16 En efecto, al dopar con cobalto la perovskita tipo LaNiO3 (que tiene una alta conductividad electrónica a temperatura ambiente), es posible mejorar su rendimiento a pesar de ser inestable por encima de 850 °C. Posteriormente Chiba et al.,9 en una serie de experimentos con LaNiMO3 [M=Al,Fe,Ga,Cr,Mn,Co], encontró que el cobalto permite la mayor conductividad a 812 ˚C,9 seguido por el hierro, mientras que el resto de los elementos arrojaron valores de conductividad de hasta dos órdenes de magnitud inferiores. El objetivo del presente trabajo de investigación fue evaluar al LaNixCo1-xO3 (x=0.3, 0.5, 0.7) sintetizado por la ruta del Sol-Gel modificado como un material para cátodo de SOFCs trabajando a una temperatura intermedia. Además se analiza la influencia de la cantidad de cobalto en la estructura del material producido. EXPERIMENTAL Se prepararon tres composiciones de LaNixCo1-xO3 mediante ruta Sol-Gel, donde los valores de x fueron 0.3, 0.5 y 0.7 siguiendo un procedimiento experimental semejante al reportado por Pechini.11 Se utilizaron materiales de grado reactivo de los nitratos La(NO3)3•6H2O, Ni(NO3)3•6H2O y Co(NO3)3•6H2O que fueron mezclados y disueltos en agua desionizada. Se mezclaron agentes quelantes y poliméricos tales como el hexametilentetramina (HMTA), acetil acetona (Acac) y ácido acético con una relación molar apropiada con los cationes para obtener la solución. La relación de HMTA a iones metálicos fue de 3:1, mientras que la relación utilizada de HMTA/Acac fue de 1:1. La solución resultante se sometió a un calentamiento de 65 °C durante 10 minutos con agitación magnética constante.13 Posteriormente, la mezcla formada fue tratada a una temperatura de 300 °C por espacio de 1 hora. Como resultado, se obtuvieron precursores de polvos amorfos que, enseguida, fueron calcinados a 1000 °C por 5 horas a una velocidad de calentamiento de 5 °C/min. Las muestras fueron etiquetadas como LNC37 para LaNi0.3Co0.7O3, LNC55 para LaNi0.5Co0.5O3 31 �Síntesis y caracterización de LaNixCo1-x03 (x=0.3, 0.5, 0.7): Posibles aplicaciones en ... / María Elizabeth Flores Guerrero, et al. y LNC73 para LaNi0.7Co0.3O3. Para determinar la estructura cristalina de las muestras obtenidas, se utilizó difracción de rayos X de alta temperatura (HTXRD) mediante la exploración del intervalo de 10 a 90°. Además, se usó un difractómetro PANalytical X’Pert PRO de polvos con una configuración de 2Ɵ (radiación Cu Kα, λ=0.15406 nm, incremento de 0.02° y tiempo de adquisición de = 2.0 s). Todos los datos obtenidos fueron analizados utilizando la base de datos del equipo. Las imágenes de MEB (microscopio electrónico de barrido) de las muestras fueron realizadas usando el microscopio electrónico de barrido SEM-FEG con EDX modelo LEICA S440. El análisis termogravimétrico de los polvos amorfos se llevó a cabo a temperaturas de 25 a 1000 °C. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las curvas termogravimétricas son presentadas en la figura 1. En ellas se muestra una pérdida de masa inicial de aproximadamente 7% en el intervalo de temperatura de 20 a 100 °C, atribuida a la pérdida de agua. Una segunda pérdida de peso de 72% se observa en el intervalo de 300 a 400 °C debido a la descomposición del material residual de síntesis para producir el óxido de perovskita. En el caso de LNC37 la pérdida de masa es de sólo 50% lo que puede atribuirse al método de síntesis debido a que se necesita menos material, incluso para una reacción similar, ya que las cantidades están basadas en la proporción de Ni. Por ejemplo, la cantidad total de nitratos necesaria para la síntesis de LNC37 es 36.19 g, mientras que para LNC55 sólo se requieren 21.71 g. Fig. 1. Análisis TG que muestra los cambios hasta la cristalización a 1000°C. 32 La estructura polimérica se descompone por encima de 400 °C y conduce a la formación de polvo amorfo, es decir una reacción exotérmica de combustión. El producto remanente se calienta a 1000 °C para obtener finalmente una fase cristalina. En la figura 2 se muestra el difractograma de rayos X (HT-XRD) donde se encuentra la cristalización completa seguida del material amorfo. La información mostrada en la gráfica indica que a 400 °C es el punto de partida para la cristalización. Los picos correspondientes al platino se deben al material que compone los contenedores del polvo durante el ensayo. Todos los picos coinciden con la estructura cristalina de la perovskita, demostrando que se obtiene un compuesto puro. El LNC73 es representado en la figura 2(c), donde se muestra la inestabilidad (picos amplios) en las primeras etapas de calentamiento en el intervalo de 350 a 450 °C, sin embargo al final se alcanza la cristalización completa. Las pruebas preliminares de estabilidad se llevaron a cabo mezclando los materiales (LCN) Fig. 2. XRD de alta temperatura, muestra los perfiles de cristalización de la perovskita (*) en (a) LNC37, (b) LNC55 y (c) LNC73. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Síntesis y caracterización de LaNixCo1-x03 (x=0.3, 0.5, 0.7): Posibles aplicaciones en ... / María Elizabeth Flores Guerrero, et al. con la YSZ. Posteriormente se calentó la muestra hasta la temperatura de 1000 °C durante 5 h. En el difractograma de rayos X no se percibieron picos de impureza, lo que sugiere, que no hay una reacción aparente en la interfaz y demuestra que estos materiales producidos tienen potencial para ser usados como cátodo en SOFC. La estabilidad a largo plazo puede alcanzarse incluso en el caso de que ocurra la reacción entre cátodo/YSZ, ya que existen otras alternativas de electrolitos como óxido de circonio dopado con óxido de cerio, gadolinio, samario, itrio y calcio, con lo que se pueden obtener mejores resultados.17 Por supuesto, se necesitan más estudios para concluir la viabilidad de estos nuevos materiales. Un hecho importante es que la fase perovskita no existe al comenzar el calentamiento (por debajo de 400 °C) y los cristales se forman in situ cuando la temperatura de los polvos supera los 400 °C como anteriormente se mostró en la figura 2. En todos los casos, puede identificarse un pico bien definido en el difractograma a 600 °C, temperatura a la cual la estructura se vuelve más cristalina, para finalmente obtener la fase completa a 1000 °C. Una ventaja de este método es el tiempo necesario para alcanzar la cristalización, pues se necesitan sólo cinco horas para convertir el polvo amorfo en un material cristalino completo, mientras que otros métodos requieren una cantidad excesiva de tiempo a una temperatura elevada para obtener la fase en un estado puro. En general, el método de estado sólido consiste en mezclar los polvos de óxidos en el molino de bolas y sinterizar, para finalmente calcinar a una temperatura tan alta como 1450ºC. Posteriormente, debe añadirse un tiempo de manipulación adicional al necesario para alcanzar una temperatura elevada y conseguir la fase final. Por otro lado, mediante SolGel, el material puede ser obtenido poco después de la mezcla de las soluciones como se observó con la prueba de XRD de alta temperatura, esto se muestra en la figura 2. Los resultados de rayos X concuerdan plenamente con los resultados previos de TGA, donde la pérdida de peso puede ser detectada paso por paso. Aunque la figura 2 (b) y (c) muestran inestabilidades debido a la pérdida de peso masiva (80%), la figura 2 (a) presenta un aspecto plano con una reacción Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 más controlada y con un punto de cristalización de partida bien definido. Por lo tanto, se puede inferir que el método puede haber influido en la estructura y propiedades como se informó en trabajos anteriores.4 En resumen, es bien sabido que el rendimiento del cátodo depende de sus propiedades microestructurales y morfológicas, por lo cual, dichas características deben ser bien controladas y comprendidas. En las figuras 3 (a-c) se muestra una mezcla de YSZ y los materiales de cátodo, mientras que las perovskitas puras aparecen en la figuras 3 (d-f). La figura 3 (a-c) muestra pequeñas partículas de YSZ de aproximadamente 150 nm de diámetro, así como los granos más grandes de material catódico. En la figura 3(d), correspondiente a LNC37 se observan partículas de entre 170 y 600 nm con forma semiesférica. En la figura 3 (e) pueden verse formas redondas alargadas de LNC55, las partículas son cada vez más grandes y la interacción entre ellas produce una estructura más compacta. En la figura 3 (f), LNC73, se observa una estructura con caras planas; como la composición se aproxima a la estructura de la LaNiO3, los granos se hacen más compactos generando una estructura con menos espacio libre disponible (sólido). Con todas estas micrografías, es posible concluir que el aumento de la cantidad de cobalto promueve la porosidad y la formación de estructuras de forma redonda, lo que podría ser favorable para el libre acceso al flujo de aire que pasa a través del material. Teniendo en cuenta las tres muestras, se puede observar en las figuras 3 (a-c) que la cantidad de YSZ interactuando con el cátodo es mayor cuando aumenta la cantidad de cobalto (LNC37) porque las partículas de YSZ pueden pasar fácilmente a través de los canales, lo cual es ampliamente recomendado en la producción de buenos materiales para cátodo. CONCLUSIONES Se sintetizó un material catódico con posible aplicación en SOFC, con diferentes composiciones de LaNixCo1-xO3 (x= 0.3, 0.5, 0.7) sin contaminación de fase. La cristalización del material comienza a 400 ˚C de acuerdo a los datos de difracción de rayos X de alta temperatura, los cuales también confirman la presencia de compuestos puros. Se analizó la 33 �Síntesis y caracterización de LaNixCo1-x03 (x=0.3, 0.5, 0.7): Posibles aplicaciones en ... / María Elizabeth Flores Guerrero, et al. Fig. 3. Micrografías que muestran la mezcla de YSZ/LaNixCo1-xO3, donde x = 0.3, 0.5, 0.7 en (a), (b) y (c) respectivamente y solamente el material de cátodo en (d), (e) y (f) respectivamente. influencia de la composición de la estructura, encontrando que LNC37 tiene una estructura abierta con granos redondeados y con probabilidad de que tenga un mejor rendimiento si se utiliza como un cátodo para SOFC. Por otra parte, el LNC73 tiene una estructura más sinterizada con poros menos 34 abiertos y granos que muestran caras planas. El LNC55 tiene una estructura intermedia que muestra la posibilidad de controlar la microestructura a través de la composición del material, abriendo la posibilidad de diseñar un material con las propiedades deseadas. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Síntesis y caracterización de LaNixCo1-x03 (x=0.3, 0.5, 0.7): Posibles aplicaciones en ... / María Elizabeth Flores Guerrero, et al. REFERENCIAS 1. Keegan C. Wincewicz, Joyce S. Cooper., Taxonomies of SOFC material and manufacturing alternatives. J. Power Sources 140, 280-296 (2005). 2. Zongping Shao, Wei Zhou, Zhonghua Zhu., Advanced synthesis of materials for intermediatetemperature solid oxide fuel cells. Prog. Mater Sci 57, 804-874 (2012). 3. San Ping Jiang., Nanoscale and nano-structured electrodes of solid oxide fuel cells by infiltration: Advances and challenges. Int. J. Hydrogen Energy 37, 449-470 (2012). 4. Stephen J. Skinner., Recent advances in Perovskitetype materials for solid oxide fuel cell cathodes. Int. J. Inorg. Mater 3, 113-121 (2001). 5. Zhiyi Jiang, Changrong Xia, Fanglin Chen., Nano-structured composite cathodes for intermediate-temperature solid oxide fuel cells via an infiltration/impregnation technique. Electrochim. Acta 55, 3595-3605 (2010). 6. José M. Serra, Hans-Peter Buchkremer., On the nanostructuring and catalytic promotion of intermediate temperature solid oxide fuel cell (ITSOFC) cathodes J. Power Sources 172, 768–774 (2007). 7. Marko Hrovat, Nikolaos Katsarakis, Klaus Reichmann, Slavko Bernik, Danjela Kus̆c̆er, Janez Holc., Characterisation of LaNi1−xCoxO3 as a possible SOFC cathode material. Solid State Ionics 83, 99-105 (1996). 8. Jintawat Chaichanawong, Kazuyoshi Sato, Hiroya Abe, Kenji Murata, Takehisa Fukui, Tawatchai Charinpanitkul, Wiwut Tanthapanichakoon And Makio Naito., Formation of strontiumdoped lanthanum manganite (La0.8Sr0.2MnO3) by mechanical milling without media balls. Advanced Powder Technol 17 613–622 (2006). Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 9. Reiichi Chiba, Fumikatsu Yoshimura, Yoji Sakurai., An investigation of LaNi1-xFexO3 as a cathode material for solid oxide fuel cells. Solid State Ionics 124, 281-288 (1999). 10. A. Tarancón, G. Dezanneau, J. Arbiol, F. Peiró, J.R. Morante., Synthesis of nanocrystalline materials for SOFC applications by acrylamide polymerization. J. Power Sources 118, 256-264 (2003). 11. Pechini M. Method of preparing lead and alkaline earth titanates and niobates and coating method using the same to form a capacitor, in US Patent; 1967. 12. Chia Siang Cheng, Lan Zhang, Yu Jun Zhang, San Ping Jiang., Synthesis of LaCoO3 nanopowders by aqueous gel-casting for intermediate temperature solid oxide fuel cells. Solid State Ionics 179, 282-289 (2008). 13. P. Lenormand, M. Rieu, R.F. Cienfuegos P., A. Julbe, S. Castillo, F. Ansart., Potentialities of the sol–gel route to develop cathode and electrolyte thick layers Application to SOFC systems. Surf. Coat. Technol 203, 901-904 (2008). 14. Jun Yang, Runsheng Li, Junyi Zhou, Xiaoci Li, Yuanming Zhang, Yulin Long, Yongwang Li., Synthesis of LaMO3 (M=Fe, Co, Ni) using nitrate or nitrite molten salts. J. Alloys and Comp 508, 301-308 (2010). 15. K. P. Rajeev and A. K. Raychaudhuri., Quantum corrections to the conductivity in a perovskite oxide: A low-temperature study of LaNi 1-x CoxO3(0≤x≤0.75). Phys. Rev. B 46, 1309-1320 (1992). 16. Om Parkash., LaNi1-xCoxO3 as interconnection materials. Mater. Sci. Bull. 1, 67-69 (1979). 17. Per Hjalmarsson, Mogens Mogensen., La0.99Co0.4Ni0.6O3−δ–Ce0.8Gd0.2O1.95 as composite cathode for solid oxide fuel cells. J. of Power Sources 196, 7237-7244 (2011). 35 �Estudio de absorción de agua en moldes de yeso y yeso-cemento para vaciado de suspensiones Iván L. Samperio-GómezA, Claudia A. Cortés-EscobedoB, Félix Sánchez-De JesúsA, Ana María Bolarín-MiróA, Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo fsanchez@uaeh.edu.mx, anabolarin@msn.com B Centro de Investigación e Innovación Tecnológica del IPN A RESUMEN El yeso es un material en la industria de la construcción y se utiliza de manera muy especial para la producción de moldes en el vaciado de suspensiones. En este trabajo se estudiaron diferentes mezclas yeso-cemento (blanco y gris), modificando sus proporciones en peso (70:30, 60:40 y 50:50) y su relación con diferentes porcentajes de agua:mezcla (40:60 y 50:50) para relacionarlo con sus propiedades: tiempo de fraguado, porosidad, densidad, absorción y morfología. Los resultados muestran cuantitativamente el efecto de los parámetros de procesamiento sobre las propiedades del molde de yeso o yesocemento, permitiendo establecer las condiciones de proceso adecuadas para cada aplicación. PALABRAS CLAVE Yeso, absorción, vaciado de suspensiones, tiempo de fraguado. ABSTRACT Plaster is a material with several applications, mostly in construction industry and especialy in the production of mold for slip casting. Different mixtures of plaster-cement (white and gray) were studied in this work, by means of determination of the following properties: curing time, porosity, density, absorption and morphology; with modifications in weight ratio between each component (70:30, 60:40 y 50:50) and water content (40:60 y 50:50, water: powder mixture). Results show quantitative effect of processing parameter on the final properties of the plaster or plaster/cement mold, allowing establish adequate process conditions to each application. KEYWORDS Plaster, absorption, slip casting, cure time. INTRODUCCIÓN Los moldes de yeso se han usado desde la antigüedad para conformar piezas cerámicas. Esa aplicación es todavía actual por el gran volumen de piezas que se obtienen mediante el método de vaciado de suspensiones, debido a que es un proceso sencillo, económico y flexible, en comparación con otros procesos 36 Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Estudio de absorción de agua en moldes de yeso y yeso-cemento para vaciado de suspensiones / Iván L. Samperio Gómez, et al. como el prensado isostático o la extrusión para la producción de piezas cerámicas.1-5 El vaciado de suspensiones consiste en vaciar una suspensión de partículas cerámicas en agua en el interior de un molde de yeso, que servirá de soporte mientras se desarrolla la operación de drenado al absorber el molde el agua contenida en la suspensión cerámica hasta alcanzar una consistencia suave pero firme. Una vez que se absorbe el agua de la suspensión en el yeso, la pieza conformada (en verde) se separa y se somete a un proceso de sinterización.6-9 Un yeso cerámico es al que le han sido ajustadas sus propiedades para controlar la absorción de agua, lo que está relacionado con la porosidad del molde y esto a su vez está relacionado con el tiempo de fraguado y con la relación agua/polvo (A/P) en la suspensión, lo que permite preparar pastas que satisfagan las necesidades propias de un proceso particular de vaciado.10-11 El yeso cocido es un conglomerante no estable en presencia de humedad, constituido por sulfato de calcio con media molécula de agua (CaSO4• ½ H2O) cuando provienen de cocción a temperaturas superiores a 170ºC, como es el empleado en este trabajo.9 Para ser empleado como molde, el yeso debe fraguar o cristalizar. La reacción química que tiene lugar en el fraguado se muestra a continuación (ecuación 1): 2 CaSO4•½ H2O+3 H2O→2 CaSO4•2 H2O (1) Para obtener yeso fraguado, es necesario mezclar polvo de yeso cocido (CaSO 4∙½H 2O, hemihidratado) con agua. En el momento de la mezcla se forma, alrededor de las partículas de yeso, una solución saturada respecto al hemihidratado y fuertemente sobresaturada respecto al dihidratado (CaSO4∙2H2O), formado por hidratación, estable y de menor solubilidad.9 Así comienza la cristalización del yeso, bien espontáneamente o a partir de núcleos de dihidrato que han permanecido sin modificar durante el proceso de cocción. Se disuelven entonces nuevas cantidades del hemihidrato continuando este proceso hasta su hidratación y cristalización total en forma de dihidrato.9 La mezcla tiene consistencia semifluida y puede ser vaciada en un molde de cualquier forma, conforme la reacción avanza, más cristales de hemihidrato reaccionan para formar cristales de dihidrato, la viscosidad de la masa empieza a aumentar rápidamente hasta el punto Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 que la mezcla ya no puede fluir en la impresión. En este punto el material ha alcanzado el tiempo inicial de fraguado y ya no debe manipularse. La reacción química termina cuando el yeso puede ser separado de la impresión sin distorsionarse o fracturarse, considerando éste como el tiempo de fraguado. Cuanto mayor sea la proporción A/P, mayor será el tiempo de fraguado y menor resistencia mecánica tendrá el producto de yeso.12-15 El tiempo de fraguado, es el tiempo que transcurre desde la adición del polvo al agua hasta que solidifica la pieza. El cemento es una mezcla de diversos componentes y en función de dicha composición se obtienen diferentes tipos, por ejemplo, el cemento Portland (gris) contiene mayor proporción de silicato dicálcico (2CaO∙SiO2) y silicato tricálcico (3CaO∙SiO2) y en menor proporción aluminato tricálcico (3CaO∙Al2O3), brownmillerita (aprox. 4CaO∙Al2O3, Fe2O3), CaO, MgO, y SiO2, mientras que el cemento aluminoso (blanco) contiene mucho más cantidad de alúmina, aproximadamente en una proporción 40Al2O3, 40CaO, 7SiO2, 7Fe2O3, 5FeO y 5 óxidos más,16 lo cual se debe asociar al contenido de óxidos de hierros y de manganeso.17 Se fabrica conforme a las especificaciones de la norma ASTM C150.18 Este trabajo tiene como objetivo estudiar el efecto de diferentes mezclas yeso-cemento (blanco y gris), modificando sus proporciones en peso (70:30, 60:40 y 50:50) y su relación con diferentes porcentajes de agua:mezcla (40:60 y 50:50) sobre algunas de sus propiedades: tiempo de fraguado, porosidad, densidad, absorción y morfología, las cuales afectan el proceso de vaciado de suspensiones. DESARROLLO EXPERIMENTAL 30 g de cada una de las mezclas mostradas en la tabla I se emplearon para obtener probetas de yeso. En un recipiente con agua se espolvoreó la mezcla de polvos y se dejó en reposo por 1 min, posteriormente se agitó la mezcla durante 1 min y se vertió en los moldes de madera. Éstos se dejaron secar a temperatura ambiente por 24 hrs, posteriormente se secaron a una temperatura de 50 °C por una hora hasta peso constante. El volumen del molde fue de 14 cm3. 37 �Estudio de absorción de agua en moldes de yeso y yeso-cemento para vaciado de suspensiones / Iván L. Samperio Gómez, et al. A las probetas una vez fraguadas y completamente secas (tratadas durante 1 h a 50 ºC y posterior enfriamiento hasta 25 ºC) se les realizó el análisis de absorción de agua, el cual consiste en pesar la probeta en seco y sumergirla durante 2 seg en agua desionizada y posteriormente determinar su peso en húmedo hasta que éste ya no aumente. Se determinó el tiempo de fraguado de cada una de las mezclas estudiadas (tabla I) por medio del método Vicat.19 Paralelamente, se determinó la densidad mediante el método de Arquímedes.20 Por último, se observó la morfología de las probetas obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido, usando un JEOL 1300 a 20 kV, la observación se realizó sobre un corte transversal de la probeta con el fin de observar el tipo de partículas obtenidas después del fraguado. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En las figuras 1a-c se muestran los resultados obtenidos de absorción de agua de cada una de las probetas preparadas según la composición mostrada en la tabla I, expresando dicha absorción como el porcentaje en volumen de agua absorbida respecto al volumen del molde, para cada una de las composiciones estudiadas. El comportamiento general que presentan todas las composiciones es similar, mostrando dos etapas: la primera, Tabla I. Probetas de yeso, yeso-cemento blanco y yesocemento gris. Rerefencia Relación en masa agua: polvos Relación en masa yeso: cemento YA4 40:60 100:0 50:50 100:0 Yeso YA5 Cemento Blanco YB7A4 40:60 70:30 YB7A5 50:50 70:30 YB5A4 40:60 50:50 YB5A5 50:50 50:50 Cemento Gris 38 YG7A4 40:60 70:30 YG7A5 50:50 70:30 YG5A4 40:60 50:50 YG5A5 50:50 50:50 Fig. 1. Absorción de agua de las probetas con diferentes relaciones polvo:agua y composiciones: (a) yeso, (b) yeso-cemento blanco y (c) yeso-cemento gris. correspondiente a un incremento muy rápido de la absorción de agua durante los primeros segundos de inmersión y posteriormente una segunda etapa, donde la absorción se estabiliza por debajo de un valor asintótico, que corresponde a la máxima capacidad de absorción de cada una de las mezclas estudiadas. Se presentan los resultados de rapidez de Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Estudio de absorción de agua en moldes de yeso y yeso-cemento para vaciado de suspensiones / Iván L. Samperio Gómez, et al. absorción en la primera etapa así como la máxima capacidad de absorción expresada en porcentaje en volumen de agua absorbida respecto al volumen total del molde obtenido, en la tabla II. Es importante destacar la relevancia de la rapidez con la que comienzan a absorber agua cada una de las probetas, ya que esta primera etapa de absorción es crucial para la textura de los cerámicos finales a obtener. Lo anterior debido a que si la absorción en la primera etapa es muy rápida, en la superficie del cerámico final habrá una mezcla de tamaños de partícula, ya que no hay tiempo de una reordenación de las partículas. Por otro lado, si la absorción en la primera etapa es lenta, las partículas menos cargadas en la suspensión, que generalmente son las más grandes, son las que podrían depositarse en una primera etapa, para formar parte de la superficie del cerámico final. Los resultados presentados en la tabla II, corresponden al análisis de absorción experimentales presentados en la figura 1. Permiten establecer que aquellas probetas preparadas con una relación de polvo:agua de 50:50 fueron las que presentaron mayor absorción en todos los casos. Los rangos de absorción de todas las probetas se encuentran entre un valor mínimo de 35% vol. para la composición YA4 y un máximo de 55% vol. para la composición YB7A5, respectivamente. Paralelamente, se observó que para una relación de yeso:cemento (tanto blanco como gris) 50:50 con una relación de polvo:agua de 50:50 (YB5A5 y YG5A5) las probetas requirieron mucho tiempo de secado; aunado a lo anterior, presentaron una estructura débil y su conformado no fue suficiente como para resistir el proceso de desmoldado, razón por la que no se llevaron a cabo las pruebas de absorción. Adicionalmente, en los resultados de absorción mostrados en la tabla II, se puede observar como las probetas YB7A4 e YB5A4 son las que absorben a menor velocidad, durante la primera etapa, pero continúan absorbiendo en la segunda etapa, tardando más tiempo en alcanzar su valor asintótico o capacidad máxima de absorción. Por otro lado, la probeta YA4 absorbe más en la primera etapa, pero luego absorbe mucho menos, debido a que se satura rápidamente. Para complementar el estudio de absorción, se presenta en la figura 2 la comparación de las probetas que presentaron mejor absorción en los sistemas de yeso y yeso con cemento blanco o gris, donde se observa que las probetas que están compuestas únicamente por yeso presentan una menor absorción a cualquier tiempo mientras que las de yeso-cemento gris presentan una mayor absorción. Los resultados presentados en la tabla II, confirman esta aseveración. Los resultados de tiempo de fraguado inicial y final de cada una de las composiciones se presentan en la tabla III. Adicionalmente, en esta tabla se presenta la densidad de las probetas preparadas. De acuerdo a los resultados presentados en la tabla, los moldes que fraguan más rápido presentan una menor densidad, por lo cual absorben más agua a comparación de los otros que al requerir más tiempo de fraguado hacen que se aglomeren mejor las partículas. Los resultados obtenidos confirman los resultados anteriores, para una relación de yeso: Tabla II. Datos de absorción para cada muestra. Referencia Rapidez de absorción (% vol./s) Máxima absorción VH2O (cm3) % Absorción max. VH2O/Vmolde (adim) YA4 6.79 5±0.3 35±2 YA5 10.00 7±0.4 50±2.5 YB7A4 6.43 5.8±0.8 41±5.5 YB7A5 10.89 7.7±0.6 55±4 YB5A4 6.52 6±0.9 43±7 YG7A4 7.41 5.6±0.6 40±5 YG7A5 11.25 7.5±0.5 53±4 YG5A4 7.95 5.9±0.1 42±1 Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 Fig. 2. Absorción de agua de las probetas con diferentes composiciones: (a) yeso, (b) yeso-cemento blanco y (c) yeso-cemento gris. 39 �Estudio de absorción de agua en moldes de yeso y yeso-cemento para vaciado de suspensiones / Iván L. Samperio Gómez, et al. cemento (tanto blanco como gris) de 50:50 con una relación de polvo:agua de 50:50 (YB5A5 y YG5A5) las probetas requirieron mucho tiempo de secado, presentaron una estructura débil y su conformado no fue suficiente como para resistir el proceso de desmolde, es por ello que no se reportan datos en la tabla III. Paralelamente, se puede observar que las piezas preparadas con una proporción de polvo:agua 60:40 (YA4, YB7A4, YB5A4, YG7A4 e YG5A4) presentan una mayor densidad en comparación con las preparadas con una proporción de polvo:agua 50:50 (YA5, YB7A5 e YG7A5). La menor densidad de las piezas finales fue obtenida con una mezcla de yeso con cemento gris en una proporción de 70:30 y con una relación de polvo:agua de 60:40. Esta probeta mostró una de las más bajas absorciones de agua, solamente mayor a la probeta preparada únicamente con yeso relación de polvo:agua de 60:40. Y la mayor densidad fue obtenida también con una mezcla de yeso:cemento gris en una proporción 50:50 y una relación polvo: agua de 60:40, con una absorción similar a la que mostró menor densidad en la pieza final. En la figura 3 se presenta la micrografía obtenida mediante microscopía electrónica de las probetas que sólo contienen yeso, en esta figura se observa una morfología acicular característica del yeso y la formación de cristales de tamaños de 5 a 10 micrómetros, pero además, particularmente, para la probeta con mayor cantidad de agua (YA5), se observa la formación de láminas de mayor tamaño, que pueden estar asociadas con prolongados tiempos de fraguado. Fig. 3. Micrografía de probetas fabricadas con yeso. Paralelamente, en la figura 4 se presentan las micrografías de las probetas obtenidas a partir de mezclas de yeso con cemento blanco, donde se observa que las probetas con menor contenido de yeso presentan menor formación de agujas (YB5A4) y además las que contienen mayor cantidad de agua presentan mayor cantidad de cristales de CaSO4 (YB7A5). Finalmente, en la figura 5 se presentan las micrografías de las probetas utilizando cemento gris. Tabla III. Tiempo de fraguado y densidades de las mezclas de yeso y yeso-cemento. Referencia YA4 YA5 YB7A4 YB7A5 YB5A4 YB5A5 YG7A4 YG7A5 YG5A4 YG5A5 40 Tiempo inicial (s) 450 600 270 360 210 390 480 630 390 660 Penetración inicial (s) 3 5 7 5 9 6 7 3 5 7 Tiempo final (s) 1140 2280 540 1320 900 -990 2130 840 -- Penetración final (s) 39.5 39.5 39.5 39.5 39.5 -39.5 39.5 39.5 39.5 Densidad (g/cm3) 1.0751 0.8397 1.2211 0.9160 1.1948 -1.2222 0.9015 1.2496 -- Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Estudio de absorción de agua en moldes de yeso y yeso-cemento para vaciado de suspensiones / Ivan L. Samperio Gómez, et al. Fig. 5. Micrografía de las probetas fabricadas con yesocemento gris. Fig. 4. Micrografía de las probetas fabricadas con yesocemento blanco. En estas imágenes se observa una menor formación de agujas y la formación de cristales más gruesos y aglomerados. En general, la morfología de las probetas es un indicativo de los mecanismos de fraguado, es decir, una mayor cantidad de agua, permitirá un fraguado más lento y por lo tanto, la formación de cristales más grandes, mientras que un menor contenido de yeso, da lugar a la formación de aglomerados. Por otro lado, el mecanismo de fraguado tiene un efecto directo, tanto en la porosidad, como en sus propiedades mecánicas y de absorción de Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 agua. De tal forma que, de acuerdo con los resultados obtenidos, debe permitirse una cristalización rápida, para la formación de aglomerados, que permitan tener una alta porosidad, pero manteniendo estabilidad estructural mecánica macroscópica. CONCLUSIONES De acuerdo con los resultados obtenidos, las probetas que presentan mayor absorción así como un tiempo de fraguado apropiado son aquellas obtenidas a partir de mezclas de yeso-cemento, con cualquier tipo de cemento, blanco o gris, donde el componente mayoritario es el cemento (70% en los polvos) y con un porcentaje de agua del 50% en la suspensión. 41 �Estudio de absorción de agua en moldes de yeso y yeso-cemento para vaciado de suspensiones / Ivan L. Samperio Gómez, et al. En general, todas las probetas obtenidas a partir de esta relación de polvo:agua, mostraron una mayor absorción de agua. Por otro lado, las probetas con altos niveles de absorción, presentan una mayor cantidad de aglomerados, promovida por un fraguado rápido, con poca cantidad de yeso, da lugar a una mayor absorción. AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue desarrollado con apoyo del proyecto CONACyT-México, fondo Ciencias Básica, clave No. 130413. REFERENCIAS 1. E. M. Múzquiz, J. G. Osuna, A. Solís y S. Solís, Influencia de los aniones Cl-1, Br-1 y SO4-2 sobre el tiempo de fraguado y propiedades del yeso cerámico, Bol. Soc. Quím. Méx., 3, 2, 73-78 (2009). 2. E. Vejmelková, M. Keppert, Z. Kersner, P. Rovnaníková, R. Cerný, Mechanical, fracturemechanical, hydric, termal, and durability properties of lime-metakaolin plasters for renovation of historical buildings, Const Build Mater, 31, 22-28, (2012). 3. P. Padevet, P. Tesárek, T. Plachý, Evolution of mechanical properties of gypsum in time, Int J Mech Sci, 5, 1, 1-9, (2011). 4. P. Chindaprasirt, K. Boonserm, T. Chairuangsri, W. Vichit-Vadakan, T. Eaimsin, T. Sato, K. Pimraksa, Plaster materials from waste calcium sulfate containing chemicals, organic fibers and inorganic additives, Const Build Mater, 25, 31933203, (2011). 5. M. Lanzón, P.A. García, Effect of citric acid on setting inhibition and mechanical properties of gypsum building plasters, Const Build Mater, 28, 506-511, (2011). 6. J. H. Deng, X, C. Huang, Y.J. Li, Experimental research on the mechanical properties of gypsum breccias with water content, J. Shanghai Jiaotong Univ. (Sci), 15, 2, 250-256, (2010). 7. Z. Chen S. Sucech, K. T. Faber, A hierarchical study of the mechanical properties of gypsum, J. Mater Sci., 45, 4444-4453, (2010). 8. R. A. Guevara, C. A. Gutiérrez, J. L. Rodríguez, J. López, M. León, Reología de suspensiones 42 de circón con adición de KCl y su efecto en las propiedades mecánicas de monolitos, XI Iberomet/CONAMET/SAM (2010). 9. R. Moreno, J. S. Moya, J. Requena, Colaje de óxidos cerámicos II: reología, Bol. Soc. Esp. Ceram. V., 25, 1, 3-9, (1986). 10. R. Moreno, J. S. Moya, J. Requena, Colaje de óxidos cerámicos I: fundamentos, Bol. Soc. Esp. Ceram. V., 24, 3, 165-171, (1985). 11. R. Moreno, J. S. Moya, J. Requena, Obtención de cuerpos densos de alúmina por colaje, Bol. Soc. Esp. Ceram. V., 26, 2, 93-97, (1987). 12. G. Tzouvalas, G. Rantis, S. Tsimas, Performance criteria for the use of FGD Gypsum in cement and concrete production, Springer 373-378 (2006). 13. R. Ylmén, U. Jäglid, B. Steenari, I. Panas, Early hydration and setting of Portland cement monitored by IR, SEM and Vicat techniques, Cem. Concr. Res., 39, 433-439, (2009). 14. H. Wong, A. Kwan, Packing density of cementitious materials: Part 1: measurement using a wet packing method, Mater Struct, 41, 689-701, (2008). 15. Carvajal, R. Moreno, Estudio de algunas propiedades de los moldes de escayola para el colaje de materiales no arcillosos, Bol. Soc. Esp. Ceram V., 27, 1, 11-15, (1988). 16. F.A. Cardoso, A. K. Agopyan, C. Carbone, R. G. Pileggi, V. M. John, Squeeze Flow as a tool for developing optimized gypsum plasters, Const Build Mater, 23, 1349-1353, (2009). 17. M. Pawlak, The influence of composition of gypsum plaster on its technological properties, Archives of Foundry Engineering, 10, 4, 55-60, (2010). 18. Standard test methods for physical of gypsum, gypsum plasters and gypsum concrete, ASTM C 472-99, (2009) 19. Standard Test Methods for Time of Setting of Hydraulic Cement by Vicat Needle, ASTM C 191-08, (2010). 20. Standard Test Methods for Density of Compacted or Sintered Powder Metallurgy (PM) Products Using Archimedes’ Principle, ASTM B 962-08, (2008). 21. Métodos de muestreo y prueba de materiales, Tiempo de fraguado del cemento por el método vicat, M-MMP-2-02-006, (2004). Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Procesos avanzados de oxidación por acción de BiVO4 para la purificación de agua Azael Martínez De la Cruz, Selene Sepúlveda Guzmán, Ulises Matías García Pérez FIME-UANL azael70@gmail.com RESUMEN En el presente estudio se describe la síntesis, caracterización y evaluación de la actividad catalítica de BiVO4 en procesos avanzados de oxidación de materia orgánica, así como el análisis de diversas variables experimentales que inciden en la velocidad de reacción y permiten elucidar el mecanismo de la misma. El BiVO4 fue sintetizado por co-precipitación, combustión y reacción hidrotermal en presencia de un agente estructurante. La actividad catalítica de las muestras fue evaluada en la fotodegradación de rodamina B, estableciéndose el efecto del pH, O2 disuelto y morfología de las muestras en la velocidad de reacción. PALABRAS CLAVE Oxidación, BiVO4, fotocatálisis, rodamina B. ABSTRACT This work describes the synthesis, characterization and evaluation of the photocatalytic properties of BiVO4 in advanced oxidation processes of organic mater. In the same way, an analysis of experimental variables that affect the rate of reaction was carried out in order to elucidate the reaction mechanism. BiVO4 was synthesized by co-precipitation, combustion and hydrothermal reaction in presence of a morphologic directing agent. The photocatalytic activity of the samples was tested in the photodegradation of rhodamine B. The effect of pH, O2 dissolved and morphology of the samples in the rate of reaction was established. KEYWORDS Oxidation, BiVO4, photocatalysis, rhodamine B. INTRODUCCIÓN El estudio de óxidos cerámicos semiconductores como catalizadores en reacciones de fotooxidación en solución, fase gaseosa o sólida ha sido objeto de gran interés en los últimos años. Se ha reportado en la literatura que diversos óxidos semiconductores presentan fotoactividad en una gran diversidad de reacciones útiles para la oxidación de diversos compuestos orgánicos presentes en aguas residuales,1 la disminución de contaminantes gaseosos responsables del efecto invernadero/purificación de aire2 y la reducción/oxidación de metales Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 43 �Procesos avanzados de oxidación por acción de BiVO4 para la purificación de agua / Azael Martínez De la Cruz, et al. pesados presentes en suelos y aguas contaminadas.3 Estas reacciones, clasificadas dentro de los procesos avanzados de oxidación (PAOs) ofrecen ventajas significativas frente a otras por su mayor factibilidad termodinámica y una velocidad de oxidación muy elevada por la participación de radicales libres, principalmente radicales hidroxilo (HO•). La búsqueda de nuevas tecnologías de oxidación que resulten eficientes y económicamente factibles a escalas industriales se ha centrado en el uso de la energía solar como fuente energética. Una de las aplicaciones que más interés ha despertado en las últimas décadas entre la comunidad científica internacional es la fotocatálisis heterogénea. El estudio de las variables que afectan una reacción fotocatalíticamente activada, así como la determinación de los mecanismos mediante los cuales opera, es fundamental para optimizar procesos de mineralización en la búsqueda de ahorro de energía, tiempo de tratamiento y disminución de costos de operación. Diversos trabajos han sido realizados con el fin de desarrollar fotocatalizadores con alta eficiencia en la región visible del espectro solar; como ejemplo basta mencionar a los óxidos In1-xNixTaO4, CaIn2O4, InVO4 y Bi2MoO6.4 En particular, la química de los vanadatos es muy rica y numerosas fases pueden ser formadas de acuerdo a su estequiometría con propiedades ópticas que les permiten absorber en la región visible del espectro solar. De entre estos óxidos, el vanadato de bismuto (BiVO4) es considerado un importante semiconductor por poseer propiedades de interés tecnológico tales como ferroelasticidad y conductividad iónica.5 Debido a su estabilidad, el BiVO4 ha sido empleado en un gran número de aplicaciones tecnológicas.6 La elección del semiconductor BiVO4 para la realización del presente estudio está basada en el atractivo que representa activar el material con la región visible del espectro solar. Se contempla en una primera parte del trabajo el estudio de la incidencia de variables como pH y O2 en el curso de la reacción fotocatalizada. Lo anterior permitirá establecer mecanismos o rutas de degradación de la materia orgánica que generará un conocimiento del sistema que a su vez permitirá establecer condiciones experimentales para optimizar el proceso. En segunda instancia, se observará el efecto de las 44 propiedades texturales de BiVO4 en su actividad catalítica durante la fotooxidación de un compuesto orgánico elegido como modelo. Como método de síntesis se han elegido la reacción por estado sólido (SSR), co-precipitación (Cop), hidrotermal (HT160-20, HT160-48) y combustión (BiVC-1. BiVC-3. BiVC-6, BiVC-9) en presencia de un agente estructurante. EXPERIMENTACIÓN La síntesis de BiVO4 por reacción en estado sólido fue realizada mediante el tratamiento térmico a 700ºC durante 66 h de una mezcla estequiométrica de Bi(NO3)3•5H2O y NH4VO3. La síntesis por coprecipitación se llevó a cabo mediante el mezclado de las siguientes soluciones: a) 1.4975 g de Bi(NO3)3•5H2O disueltos en 100 mL de HNO3 4 M a 70ºC. b) 0.3610 g de NH4VO3 disueltos en 100 mL de NH4OH 2 M a 70ºC. En una segunda síntesis, la co-precipitación se realizó en presencia del agente estructurante carboximetil celulosa (CMC). El procedimiento requirió de la preparación de tres disoluciones por separado: c) 0.01 moles de Bi(NO3)3•5H2O disueltos en 100 mL de HNO3 4 M a 70ºC. d) 0.01 moles de NH4VO3 disueltos en 100 mL de NH4OH 2 M a 70ºC. e) 1.00 g de CMC disuelto en 50 mL de agua destilada a 70ºC. La disolución e) fue agregada en la disolución d) y se mantuvo la disolución en agitación vigorosa durante 10 min. A continuación se agregó gota a gota la disolución c) en la disolución previamente formada entre d) y e) con agitación vigorosa. El pH de la suspensión fue ajustado a ~9.0. La fase fue obtenida por descomposición del precursor en aire. Se realizaron tratamientos térmicos a 200, 300 y 450ºC durante 24 h. La síntesis por combustión fue realizada mediante un procedimiento similar al descrito durante la síntesis del material por co-precipitación en presencia del aditivo orgánico. La diferencia esencial entre ambos métodos fue la eliminación del solvente por evaporación mediante un Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Procesos avanzados de oxidación por acción de BiVO4 para la purificación de agua / Azael Martínez De la Cruz, et al. tratamiento térmico moderado a 80 °C. Una vez eliminado el solvente a esta temperatura, la muestra fue espontáneamente combustionada en un proceso químico altamente exotérmico. Como producto de este proceso se obtuvo un sólido amarillo, mismo que fue utilizado como precursor de BiVO4 mediante tratamientos térmicos en aire a 200, 300 y 450ºC. El procedimiento para llevar a cabo la síntesis hidrotermal de BiVO4 en presencia de CMC parte de la preparación de tres disoluciones por separado: f) 0.03 moles de Bi(NO3)3•5H2O disueltos en 100 mL de HNO3 4 M a 70 °C. g) 0.03 moles de NH4VO3 disueltos en 100 mL de NH4OH 2 M a 70ºC. h) 1.18 g de CMC disueltos en 50 mL de agua destilada, disolución al 6 % p/p de CMC en agua destilada. De la disolución h) se adicionaron 25 mL en cada una de las disoluciones f) y g) preparadas manteniéndose las disoluciones en agitación vigorosa durante 1 h a temperatura ambiente obteniendo 2 disoluciones incoloras. A continuación se agregó gota a gota la disolución de Bi-CMC en la disolución de V-CMC con agitación vigorosa. Estas suspensiones fueron agitadas durante 1 h; posteriormente fueron transferidas dentro de un vaso de teflón de 600 mL. El vaso fue colocado en una autoclave y se realizaron calentamientos a diversas temperaturas e intervalos de tiempo a presión autógena bajo una agitación mecánica continua. La caracterización de las distintas muestras policristalinas de BiVO4 fue realizada por las técnicas de difracción de rayos-X, microscopía electrónica de barrido, fisisorción de N2 y espectroscopia de reflectancia difusa. Las pruebas fotocatalíticas fueron realizadas en un reactor de borosilicato. Como reacción modelo se eligió la degradación del colorante orgánico rodamina B (rhB). Se trabajó con un volumen inicial de 250 mL de una disolución de rhB con una concentración de 5 ppm en cada una de las pruebas de degradación de rhB. Como fuente de radiación se utilizó una lámpara de Xe de 6,000 K la cual tiene una potencia de salida de 35 W y una iluminancia de 1,630 lx. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las muestras obtenidas por los diferentes métodos de síntesis fueron caracterizadas estructuralmente mediante difracción de rayos-X en polvo. Los difractogramas obtenidos mostraron la presencia del polimorfo monoclínico de BiVO4 en forma pura de acuerdo al patrón de referencia (JCPDS 14-0688). Evaluación del efecto del pH y O2 disuelto en la actividad de BiVO4 en procesos de oxidación avanzada El pH de la dispersión y la cantidad de O2 disuelto fueron las variables experimentales elegidas para observar el comportamiento de la actividad catalítica de BiVO4 en el proceso de fotodegradación de rhB. La participación de protones (h+), iones hidroxilo (OH -) y O 2 en medio acuoso pueden incidir determinantemente en la velocidad de fotodegradación de materia orgánica debido a que son precursores de especies altamente reactivas como los radicales HO•, O2.-, etc. La incidencia de estas variables experimentales en el curso del proceso de fotodegradación del colorante se analizarán de manera representativa en la muestra sintetizada por coprecipitación. El análisis de las propiedades ópticas de los materiales reveló un valor de Eg de 2.31 eV para la muestra obtenida por reacción en estado sólido y de 2.27 eV para el material sintetizado por el método de coprecipitación. Para el BiVO4 sintetizado por reacción en estado sólido se obtuvo un área superficial BET de 0.27 m2g-1 y para el obtenido por co-precipitación de 1.46 m2g-1. La evaluación de la actividad catalítica de BiVO4 en la reacción de fotodegradación de rhB, bajo radiación de luz visible, a diferentes valores de pH de la dispersión se muestra en la figura 1. El porcentaje de fotodegradación de rhB con BiVO4 sintetizado por co-precipitación para un tiempo equivalente de 420 minutos a pH 4 fue del 54.0 %, mientras que a pH 5 del 59.0 %, a pH 6 del 68.0 %, a pH 8 del 74.6 % y a pH 10 del 99.5%. Se decidió evaluar el efecto del suministro de oxígeno al proceso de fotocatálisis ya que la presencia de éste puede resultar importante, porque actúa primariamente como una eficiente trampa para la captura de electrones (e-), conduciendo a la 45 �Procesos avanzados de oxidación por acción de BiVO4 para la purificación de agua / Azael Martínez De la Cruz, et al. Fig. 1. Cambio en la concentración de rhB durante el curso de su fotodegradación en presencia de BiVO4 a diferentes valores de pH. generación del radical superóxido (O2.-) y previniendo la recombinación del par hueco (h+)-electrón (e-). Para evaluar el efecto del O2 en el proceso de fotodegradación de rhB se llevaron a cabo experimentos a pH 10 dado a que a este valor de pH se obtuvieron los mejores resultados. En la figura 2a se muestra que la adición de O2 a la disolución acuosa de rhB bajo radiación de luz visible en ausencia del catalizador conduce a una degradación del colorante del 11.6 % después de 240 min de radiación. En la misma figura se muestra el efecto que tiene la presencia del O2 en la prueba de fotodegradación de rhB bajo radiación con luz visible en presencia del BiVO4 (figura 2b). El porcentaje de fotodegradación de rhB con BiVO4 a un pH de la dispersión de 10 y un flujo de O2 de 257 mL min-1 fue del 98.7 % después de 240 min de radiación, indicando que la presencia de O2 tiene un efecto positivo en la reacción de fotodegradación de rhB. Nótese como en este caso es posible alcanzar un porcentaje parecido de Fig. 2. Cambio en la concentración de rhB durante el curso de la radiación con luz visible. 46 fotodegradación del colorante 180 minutos antes de lo que se había hecho sin el flujo de O2. El efecto positivo del flujo de O2 en el proceso de degradación del colorante se debe a que el oxígeno actúa como una trampa de los electrones que se encuentran en la banda de conducción del material, lo cual permite que no se lleve a cabo la recombinación de las cargas, además de que contribuye a la formación de especies con un potencial de oxidación capaz de degradar al colorante en disolución. En base a los resultados experimentales obtenidos se puede concluir que el proceso de fotodegradación de la rhB en disolución acuosa ocurre mediante el proceso de fotosensitización del colorante por radiación de luz visible, aunque puede existir una pequeña contribución por fotocatálisis, misma que se ve notablemente incrementada cuando el pH de la solución del colorante es alcalino. El proceso de fotosensitización (véase figura 3) consiste en que una especie donadora de electrones como la rhB absorba el flujo de fotones incidente provocando que los electrones que se encuentran en el orbital pasen a un estado excitado *. Los electrones que pasan al estado excitado * son inmediatamente inyectados dentro de la banda de conducción del catalizador. Posteriormente esos electrones de la banda de conducción reaccionan con el O2 conduciendo a la formación del radical O2−•, con el cual se llevan a cabo una serie de reacciones que conducen a la formación del radical HO•, mediante el cual se lleva a cabo la degradación del colorante. Fig. 3. Mecanismo de fotosensitización de rhB en disolución acuosa con BiVO4 bajo radiación con luz visible. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Procesos avanzados de oxidación por acción de BiVO4 para la purificación de agua / Azael Martínez De la Cruz, et al. Fig. 4. Micrografías de SEM de BiVO4 obtenido mediante diferentes técnicas de síntesis. Evaluación del efecto del método de síntesis de BiVO4 en su actividad catalítica en procesos de oxidación avanzada El método mediante el cual se sintetiza el catalizador repercute en las propiedades morfológicas, superficiales y ópticas del material, lo que puede presentar un efecto importante al momento de su acción como catalizador. Por esta razón, se evaluará la influencia del método de síntesis en la actividad catalítica de BiVO4. La figura 4c muestra la micrografía de SEM de la muestra de BiVO4 obtenida de la reacción de coprecipitación utilizando un 9% en peso de CMC en la solución como estabilizador. Como se puede observar la muestra tiene un tamaño más pequeño de partícula comparada con la muestra obtenida por coprecipitación sin la adición de CMC. Para efectos comparativos se incluyen las imágenes de la muestra sintetizada por reacción en estado sólido a) y coprecipitación en ausencia de CMC, 4b). En este trabajo se realizaron además experimentos de obtención de BiVO4 mediante la técnica de combustión utilizando CMC como combustible. En la figura 5 se pueden observar las imágenes SEM de las muestras preparadas por esta técnica. Lo que podemos observar de manera general es la presencia de nanopartículas con tamaños entre los 50 y 200 nm que se encuentran ensambladas en arreglos de mayor tamaño. Este tipo de estructuras son conocidas como materiales nanoestructurados 3D. La formación de agregados es más evidente en las muestras con un tratamiento térmico a 200 °C (figura 5b), posiblemente debido a que después del proceso de combustión residuos del material orgánico permanecieron en la superficie y el tratamiento Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 Fig. 5. Micrografías de SEM de BiVO4 preparado mediante la técnica de combustión sin tratamiento térmico (a), y con tratamiento térmico a una temperatura de 200°C (b), 300°C a baja magnificación (c) y 300°C a alta magnificación (d). térmico a 200 °C no fue suficiente para removerlos. Para la muestra con un tratamiento térmico a 300 °C las partículas se observan definidas debido a que estas condiciones de tratamiento térmico remueven exitosamente los residuos orgánicos de la superficie de BiVO4 densificando además las partículas. La muestra obtenida después de las condiciones hidrotermales a 160 °C por 48 horas y un contenido de CMC del 6% fue analizada por SEM después de su purificación. Las imágenes obtenidas se presentan en la figura 6. La muestra presenta una morfología con una tendencia a la formación de estructuras 1D ramificada, es decir, las estructuras parecen tener una dirección preferencial de crecimiento tal y como está marcada en la imagen. 47 �Procesos avanzados de oxidación por acción de BiVO4 para la purificación de agua / Azael Martínez De la Cruz, et al. Fig. 6. Micrografías de SEM de BiVO4 preparado mediante la técnica hidrotermal en presencia de CMC al 6%. La figura 7 muestra las constantes de velocidad aparente (k) del proceso de fotodegradación de rhB y el tiempo de vida media del colorante (t1/2) cuando las distintas muestras de BiVO4 fueron empleadas como catalizadores. La muestra con menor actividad catalítica fue la obtenida por reacción en estado sólido, probablemente debido a que las altas temperaturas de síntesis produjeron un material bien sinterizado, con tamaños de partícula grande que hacen que los recorridos del par hueco-electrón hacia la superficie del catalizador sean largos y tengan una alta probabilidad de recombinación. Fig. 7. Datos cinéticos de la reacción de fotodegradación de rhB utilizando BiVO4 como fotocatalizador. A pesar de que las muestras H160-20 y H16048 obtenidas por hidrotermal presentaron las áreas superficiales mayores de entre todas las sintetizadas, su actividad catalítica no fue la más alta observada. La causa de la menor actividad catalítica observada en las muestras H160-20 y H160-48 puede estar relacionada con la temperatura de síntesis. A diferencia de los métodos de co-precipitación y combustión, en el método hidrotermal no se requirió 48 de un post-tratamiento térmico para la obtención de BiVO4. En la síntesis hidrotermal el óxido BiVO4 fue obtenido en fase acuosa en condiciones hidrotermales a 160ºC, sin un posterior tratamiento térmico lo que influye en la obtención de un material de baja cristalinidad. Al igual que las propiedades físicas del catalizador como estructura cristalina y electrónica, área superficial, tamaño de partícula y banda de energía prohibida; el grado de cristalinidad puede desempeñar un papel determinante en la actividad del catalizador. Los defectos presentes en los materiales de baja cristalinidad pueden actuar como centros de recombinación del par hueco-electrón, lo que hace ineficiente el proceso de separación de cargas y afectar considerablemente la actividad del catalizador. Este hecho no se contrapone con lo descrito con respecto al BiVO4 sintetizado por reacción en estado sólido, ya que la temperatura tiene un efecto inverso en el grado de cristalinidad de la muestra y su tamaño de partícula, debiéndose establecer un compromiso entre ambos parámetros. Asimismo, la actividad catalítica de las muestras H160- puede ser afectada a la presencia de CMC no removido por ausencia del tratamiento térmico. Este hecho parece estar respaldado por los resultados obtenidos en las muestras de combustión. Por su parte, las muestras obtenidas por coprecipitación (CMC-200, CMC-300) y combustión en presencia de CMC (BiVC-1, 3, 6, 9) requirieron de un post-tratamiento térmico del precipitado para la obtención de BiVO4 en forma pura. El tratamiento térmico a temperaturas del orden de los 200-300ºC promovió la formación del polimorfo monoclínico de BiVO4 y la eliminación de CMC. No obstante el análisis elemental y las micrografías de SEM revelaron la presencia de carbón residual en las muestras de menor temperatura de calcinación (CMC200 para el caso particular de la combustión). La presencia de CMC en el proceso de formación de BiVO4 tiene un efecto positivo en la actividad catalítica del material final. Esta situación se puede apreciar si observamos la serie de muestras preparadas por combustión BiVC- e incluimos la obtenida por co-precipitación simple. La actividad catalítica del material aumenta casi de manera lineal a medida que se incrementa la cantidad de CMC, encontrándose el mejor resultado con contenidos iniciales de CMC del 9% (BiVC-9). De acuerdo a Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Procesos avanzados de oxidación por acción de BiVO4 para la purificación de agua / Azael Martínez De la Cruz, et al. las micrografías obtenidas por SEM el desarrollo de morfología en forma de nanoesferas desarrollada a altas concentraciones de CMC parece influir en la actividad catalítica de BiVO4. CONCLUSIONES El semiconductor óxido BiVO4 sintetizado por co-precipitación presentó actividad catalítica para la reacción de fotodegradación de rhB en disolución acuosa bajo radiación con luz visible. Se observó que parámetros como el método de síntesis de BiVO4, el pH de la dispersión y suministro de O2; afectan significativamente la fotodegradación de rhB en disolución acuosa. El pH juega un papel muy importante en el proceso de degradación oxidativa de la rhB en disolución acuosa, ya que a mayor pH la velocidad de fotodegradación aumenta de manera significativa. A pH alcalino la concentración del ion OHaumenta, lo que favorece su adsorción sobre el BiVO4 conduciendo a la formación del radical HO•, mediante un proceso de oxidación con los h+ de la banda de valencia del semiconductor, con lo cual se evita la recombinación del par hueco-electrón y favorece su eficiente separación. El suministro de O2 tiene un efecto positivo en el proceso de fotodegradación catalítica de rhB en medio alcalino debido a que actúa como una trampa de los electrones de la banda de conducción del semiconductor con lo cual se favorece a la eficiente separación del par hueco-electrón y se disminuye el proceso de recombinación de ellos. Al igual que propiedades físicas del catalizador como estructura cristalina y electrónica, área superficial, tamaño de partícula y banda de energía prohibida; el grado de cristalinidad puede Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 desempeñar un papel determinante en la actividad del catalizador. Los defectos presentes en los materiales de baja cristalinidad pueden actuar como centros de recombinación del par hueco-electrón lo que hace ineficiente el proceso de separación de cargas y afecta considerablemente la actividad del catalizador. REFERENCIAS 1. L. Dapeng, Q. Jiuhui, “The progress of catalytic technologies in water purification: A review”, Journal of Environmental Sciences 21 (2009) 713. 2. Y. Huang, Z. Ai, W. Ho, M. Chen, S. Lee, “Ultrasonic spray pyrolysis synthesis of porous Bi2WO6 microspheres and their visible-lightInduced photocatalytic removal of NO”, J. Phys. Chem. C 114 (2010) 6342. 3. N. Aman, T. Mishra, J. Hait, R.K. Jana, “Simultaneous photoreductive removal of copper (II) and selenium (IV) under visible light over spherical binary oxide photocatalyst”, Journal of Hazardous Materials 186 (2011) 360. 4. R. Jain, M. Mathur, S. Sikarwar, A. Mittal, “Removal of the hazardous dye rhodamine B through photocatalytic and adsorption treatments”, Journal of Environmental Management 85 (2007) 956. 5. A.R. Lim, K.H. Lee, S.H. Choh, “Domain wall of ferroelastic BiVO4 studied by transmission electron”, State Commun. 83 (1992) 185. 6. L. Zhou, W. Wang, L. Zhang, H. Xu, W. Zhu, “Single-crystalline BiVO 4 microtubes with square cross-sections: microstructure, growth mechanism, and photocatalytic property”, J. Phys. Chem. C 111 (2007) 13659. 49 �Efecto de la temperatura y tiempo sobre la disolución de la fase γ’ y carburos sobre la aleación Waspaloy® Saraí Villalpando HernándezA, Hugo Guajardo MartínezB, Juan Antonio Pérez PatiñoA, Enrique López CuellarA,C Martín Edgar Reyes MeloA,C FIME-UANL FRISA C CIIDIT-UANL enlopez_73@yahoo.com, mreyes@gama.fime.uanl.mx A B RESUMEN En este trabajo se caracterizó la superaleación aeroespacial Waspaloy con el fin de encontrar las fases remanentes después de haberlas sometido a tratamientos térmicos de disolución a altas temperaturas. Este estudio fue realizado para determinar el efecto de la temperatura y el tiempo sobre la disolución completa o parcial de la fase γ´ y los carburos. Dos diferentes aleaciones fueron caracterizadas para encontrar posibles diferencias entre las muestras tratadas a los diferentes tratamientos térmicos. Los resultados mostraron que una de las aleaciones presentó fases remanentes incluso a la temperatura de disolución sugerida por el fabricante, ocasionando respuestas del material poco congruentes con los diagramas TTT reportados en la literatura. PALABRAS CLAVE Waspaloy, carburo, tratamiento térmico. ABSTRACT A superalloy Waspaloy for aerospace applications was characterized in this work in order to find remaining phases after heat treatments for dissolution at high temperature. This study performed with the aim of determining the effect of temperature and time on the complete or partial dissolution of γ´ and carbides phases. Two different samples were characterized in order to find differences between the samples exposed to the different heat treatments. Results showed that one of the alloys presented remaining phases even at the temperature dissolution suggested by the manufacturer, causing responses of the material that are not accordingly to TTT diagrams reported in literature. KEYWORDS Waspaloy, carbide, heat treatment. 50 Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Efecto de la temperatura y tiempo sobre disolución de la fase γ´ y carburos sobre ... / Saraí Villalpando Hernández, et al. INTRODUCCIÓN En la industria aeroespacial se emplean superaleaciones base Ni debido a la estabilidad de propiedades tanto a baja como a alta temperatura, además de su resistencia a la fractura.1-4 Una de las aleaciones más empleadas para la elaboración de piezas para motores a reacción es Waspaloy, utilizada principalmente en la sección caliente LPT (Low Pressure Turbine). Esta aleación se encuentra clasificada como una aleación base Ni,5 la cual debe sus propiedades principalmente al endurecimiento por precipitación de la fase γ’ en una matriz de fase γ.6 La aleación posee resistencia a alta temperatura (≈700 °C) y con una buena resistencia a la corrosión, especialmente a la oxidación a alta temperatura.7 La composición química reportada en la literatura para esta aleación es (% en peso): Cr 11.4, Co 14.0, Mo 4.5, Fe 0.6, Al 1.22, Ti 3.13, C 0.033, B 0.005, Ni bal. El Al y el Ti forman γ’ para un total aproximado de 0.25 de fracción volumétrica.8 El Cr, Co, y Mo causan un endurecimiento adicional por solución sólida con una baja tendencia a formar fases topológicas empaquetadas después de largos tiempos de servicio. Es por esto que en la actualidad, es muy común encontrar la aleación Waspaloy en hojas, anillos, ejes y discos de turbinas. No obstante la importancia de las propiedades de esta superaleación, en la literatura existe poca información sobre la cinética de precipitación de sus fases. Penkalla H.J. et al en 20037 reportaron un diagrama TTT en el cual se aprecia cómo, a temperaturas superiores a 1065 °C se alcanza la temperatura de disolución de todas las fases presentes en la aleación y además que con tiempos de enfriamiento relativamente fáciles de alcanzar (10 hr), ninguna de las fases debe de precipitar. Por otro lado, en la industria aeroespacial de la región, específicamente en el forjado a alta temperatura de piezas para turbinas, muy a menudo se reciben barras de distintos proveedores con pequeñas variaciones en la composición de esta aleación. Éstas pueden ser el origen de cambios en propiedades mecánicas dependiendo de los tratamientos termomecánicos utilizados y por lo tanto provocan que los productos finales no Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 cumplan con los requerimientos y especificaciones que requieren los clientes, generando problemas inherentes al proceso de forja. Lo anterior trae como consecuencia pérdidas económicas importantes si no se realizan ajustes en el proceso; de no ser detectados estos cambios antes de su aplicación operacional de la pieza, podrán incluso ser de consecuencias catastróficas en pérdidas humanas. En este trabajo, se estudian las fases remanentes de dos aleaciones distintas de Waspaloy después de haber sido expuestas a tratamientos térmicos a distintas temperaturas y tiempos. Esto con el fin de poder determinar una temperatura de partida que asegure un estado homogéneo y libre de fases remanentes que pudieran originar estos cambios. Los resultados mostraron en este caso que, una de las aleaciones (W1), cuya composición es parecida a la reportada en la literatura, presenta fases remanentes a temperaturas superiores a las de disolución propuestas por el mismo fabricante y además muestra una mayor dispersión de las propiedades mecánicas, lo que seguramente es consecuencia de una heterogeneidad importante en la composición química. Mientras que para la otra muestra (W2), los resultados de dureza, microscopía óptica y DTA sugieren que no se presenta la fase γ´ por encima de la temperatura de solubilidad sugerida, por lo que resulta ésta, una aleación más atractiva para su uso en la elaboración de turbinas. El orden de temperaturas estudiadas en este trabajo es de 1000 y 1100 °C y corresponde a la reportada por Penkalla H.J.7 METODOLOGÍA En este trabajo, se estudiaron dos diferentes aleaciones de Waspaloy, las cuales se identificaron como W1 y W2, con diferencias significativas en composición química, partircularmente en el contenido de cobalto y níquel. Al comparar la composición con la reportada por Penkalla H.J. et al7 se puede observar una diferencia mayor en los porcentajes que se ve reflejada en la cantidad de Co, siendo la aleación reportada por Penkalla H.J et al7 la que tiene mayor porcentaje (14%) contra el 13.35% que reporta W1 y el 12.86% que 51 �Efecto de la temperatura y tiempo sobre disolución de la fase γ´ y carburos sobre ... / Saraí Villalpando Hernández, et al. reporta W2 y según lo reportado en la literatura, el Co favorece la formación de la fase γ. Los tratamientos térmicos se realizaron a 4 temperaturas distintas y 8 tiempos diferentes. Las condiciones vienen reportadas en la tabla I. En donde el tratamiento A1 significa que la temperatura se mantuvo 5 °C por debajo de la temperatura de disolución de la γ’ sugerida por el fabricante durante el tiempo 1, que tiene una duración de 30 minutos y así sucesivamente. Y Z0 es el nombre con el que se identifica a la probeta sin tratamiento térmico. Tabla I. Condiciones de los tratamientos térmicos. Tiempo en minutos 30 60 90 120 150 180 210 240 Temp (°C) 1 2 3 4 5 6 7 8 A=γ´-5 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 D=γ´+5 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 E=γ´+20 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 G=γ´+40 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 Después de haber sido sometidas las muestras a sus tratamientos térmicos correspondientes, se seleccionaron algunas de ellas para ser primeramente, caracterizadas mediante difracción de rayos x en un equipo D8 Advance de marca Bruker , con un tamaño de paso de Δ2θ = 0,02°, permitiendo 5 s por paso. Lo anterior con el propósito de determinar sí mediante esta técnica, se pueden observar fases remanentes. Posteriormente, estas muestras fueron analizadas en un DTA marca Perkin Elmer. Las pruebas se realizaron a una temperatura de inicio 100°C y siguiendo una rampa de temperatura de 10°C por minuto hasta alcanzar una temperatura de 950°C. Esto como una técnica para poder identificar también fases remanentes. Posteriormente las muestras fueron caracterizadas mediante microscopía óptica utilizando para tal efecto un microscopio óptico marca Zeuss. Finalmente se llevaron a cabo pruebas de dureza en un Micro Hardness Tester marca SHIMADZU, con una carga de 2.92 N durante 15 segundos, para poder correlacionar las propiedades mecánicas con la microestructura y las posibles fases remanente. 52 RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la figura 1 (a y b) se reportan los difractogramas obtenidos para las muestras W1 y W2 de los estados Z0, A1, A8, D1 y G8 reportados en la tabla I. Estos estados fueron seleccionados para explorar solamente los estados claves con temperaturas bajas y altas, a tiempos cortos y tiempos largos, esto con el fin de evitar llevar a cabo el análisis de difracción de rayos X a los 24 estados. Como se puede observar, los resultados de difracción para los 5 estados para ambas muestras, corresponden en su totalidad a la fase γ, lo que es totalmente acorde a los TTT reportados en la literatura. Por lo que es de esperarse que el resto de los otros estados tengan el mismo comportamiento en cuanto a difracción de rayos X. Sin embargo, mediante esta técnica no se puede descartar la presencia de fases remanentes en pequeñas cantidades (<0.5 %). Por esta razón, se decidió realizar posteriormente pruebas mediante DTA. Fig. 1 (a y b). Difractogramas por rayos X de las aleaciones W1 y W2 respectivamente a distintos tratamientos térmicos. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Efecto de la temperatura y tiempo sobre disolución de la fase γ´ y carburos sobre ... / Saraí Villalpando Hernández, et al. En la figura 2 (a y b) se presentan los resultados obtenidos mediante DTA para las muestras sometidas a los tratamientos térmicos caracterizados por difracción reportados en la figura 1. Es muy evidente en la muestra W1, que a partir de los 500 °C, se comienza a dar un cambio en la pendiente del gráfico, y que a los 680 °C y 750 °C aproximadamente, unos pequeños y estrechos picos son detectados con claridad. Estas temperaturas son del orden de las temperaturas de formación de la fase γ’ lo que sugiere su presencia en la muestra, pero que ésta, debe de ser en muy pequeñas cantidades debido a la forma e intensidad de los picos. Y de ser así, ésta sería la razón por la cual mediante la técnica de difracción de rayos X, resulta imposible detectarla. La muestra W2 no muestra estos pequeños picos, solo muestra cambios en la línea base, lo que resulta en poca evidencia para poder decir que existen fases que se están precipitando. Fig. 2 (a y b). Resultados de DTA de las muestra W1 y W2 respectivamente. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 Con el fin de analizar su microestructura y observar la presencia de posibles fases remanentes aún en pequeñas cantidades, se realizaron observaciones metalográficas. En la figura 3 (a-f) se muestran las micrografías de la muestra original y de los tratamientos térmicos Z0, A1, A8, D1 y G8 respectivamente y que se reportan en la tabla 1 para la muestra W1. Como se puede apreciar, no se da en ninguno de los casos una expansión de grano. Pero si se pueden observar, estados más limpios que otros. Resulta muy claro que el tratamiento Z0, A1 y el A8, presentan la presencia en algunos granos de algún tipo de precipitación. Lo que apoyado con los resultados obtenidos por DTA y el orden de temperaturas de los picos, sugiere que se trate de la fase γ´. Por otro lado, la figura 4 (a-f) muestra también los mismos estados pero para la muestra W2. Caso contrario a la muestra W1, en esta aleación se logra identificar de manera clara un incremento importante en el tamaño de grano. Y al igual que para la muestra W1, también se puede observar en distintos estados la presencia de granos, lo que pareciera ser otra fase distinta a la matriz, tanto en el Z0, A1 y A8. Esto indica que los tratamientos Z0 (sin tratamiento térmico) y los A (γ´-5) que son los de la temperatura más baja, tienden a formar esta segunda fase, o a no disolver en su totalidad, la fase remanente γ´ que contienen de origen de fábrica las muestras. Lo que resulta muy congruente con los TTT encontrados en la literatura. Finalmente, se procedió a realizar ensayos mecánicos a las muestras tratadas midiendo su microdureza. En la figura 5 (a y b), se muestran los resultados de las microdurezas para la muestra W1 y W2 respectivamente. Debido a la simplicidad de esta prueba se optó por analizar más estados, sobre todo al tiempo más corto y más largo de cada temperatura. Los estados analizados fueron: A1, A4, A5, A8, D1, D8, E1, E8, G1 y G8. En la muestra W1, se aprecia una ligera tendencia a la disminución de la microdureza a medida que la temperatura y el tiempo aumentan. Sin embargo, la muestra W2 muestra claramente una disminución importante de la dureza una vez que se trabaja con la temperatura de 5 °C por encima de la temperatura de la disolución total de γ’ sugerida por el fabricante. La dureza baja 53 �Efecto de la temperatura y tiempo sobre disolución de la fase γ´ y carburos sobre ... / Saraí Villalpando Hernández, et al. claramente del orden de los 320 Vickers a los 220. Lo cual indica que las posibles fases remanentes de γ’, observadas claramente para ambas muestras mediante microscopía óptica y detectadas por DTA al menos para W1, son el origen de este incremento en la dureza y que desaparecen con un ligero aumento en la temperatura independientemente del tiempo expuestas. Por otra parte, el crecimiento del tamaño de grano, también podría ser un factor a tomar en Fig. 3 (a-f). Micrografías de los tratamientos Z0, A1, A8, D8, E8 y G8 de la muestra W1. 54 Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Efecto de la temperatura y tiempo sobre disolución de la fase γ´ y carburos sobre ... / Saraí Villalpando Hernández, et al. cuenta, sin embargo, en este caso sería mínimo, debido a que no en todos los casos en los que disminuyó la dureza, hubo crecimiento de grano. Y en estas aleaciones, el aporte principal al incremento de la dureza, es la precipitación de la fase γ´. Al comparar los resultados de dureza entre la muestra W1 y W2, se puede ver que la W2 muestra un comportamiento más predecible y esperado según Fig. 4 (a-f). Micrografías de los tratamientos Z0, A1, A8, D8, E8 y G8 de la muestra W2. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 55 �Efecto de la temperatura y tiempo sobre disolución de la fase γ´ y carburos sobre ... / Saraí Villalpando Hernández, et al. Fig. 5 (a y b). Microdurezas de las muestras W1 y W2 respectivamente a distintos tratamientos térmicos. los TTT reportados. Y se podría decir que en la W1 se presenta la fase remanente independientemente de la temperatura o el tiempo establecido en el TT. Esto la puede convertir en una aleación mucho más difícil de trabajar y con mayor heterogeneidad, lo cual puede resultar en un serio problema para sus aplicaciones. Y esto puede ser corroborado por los resultados de DTA, en donde los picos de la fase remanente que coinciden en este caso con los de la γ’, son muy claros para casi todos los tratamientos térmicos de la muestra W1. Además, en microscopía óptica, también, para los tratamientos más bajos, esta fase remanente, se identifica de manera muy clara. En cambio, la muestra W2 muestra ser mucho más noble, ya que con asegurarnos un incremento mínimo de 5 °C por encima de lo sugerido por el fabricante, las fases remanentes desaparecen por completo según el comportamiento mecánico del material. Lo anterior sugiere que la aleación W2 posee un control más estricto sobre la homogeneidad en la composición química de la aleación que la W1. 56 CONCLUSIONES Los resultados demuestran que la microdureza se ve afectada más por la fase remanente que por el crecimiento de grano en ambas aleaciones. En la aleación W1 parecen existir fases remanentes incluso por encima de la temperatura de solubilidad de la fase γ´ sugerida por los fabricantes. Mientras que en la W2 los resultados de dureza, microscopía y DTA sugieren que no se presenta la γ´ por encima de la temperatura de solubilidad. Esto podría deberse a un mayor control y homogeneidad de la composición química en la W2. Por otro lado, debido a que las fases remanentes se encuentran en muy bajas cantidades, la técnica de difracción de rayos X resulta inadecuada para su detección, mientras que por DTA, dureza y microscopía si es posible detectarlas. Así mismo, podemos decir que utilizar los TTT que se proponen en la literatura, como el de Penkalla H.J et al en 2003, al pie de la letra no resulta tan recomendable, ya que esta aleación Waspaloy, resulta muy sensible a cambios en la composición. Se recomienda entonces, usar la literatura solamente como una guía, y para aplicaciones industriales, se deberá de caracterizar a detalle cada aleación de distinta procedencia, o cada aleación con una composición específica, tal y cómo se caracterizó en este trabajo. REFERENCIAS 1. E. López Cuéllar, L. López Pavón, U. Ortiz Méndez, E. Reyes Melo, A. Martínez de la Cruz, M. Morin and H. Guajardo Martínez. The Thermoelectric Power, an alternative nondestructive method for the characterization of Inconel 718. Nova Science Publishers, Inc. (USA), 2011, ISBN: 978-1-61728-898-2. 2. E. López Cuéllar, E. Reyes Melo, A. Martínez-de la Cruz, A. García Loera, M. Morin. Journal of Alloys and Compounds 509 (2011) 7297–7302. 3. E. López Cuéllar, M. Morin, E. Reyes Melo, U. Ortiz Méndez, H. Guajardo Martínez, J. Yerena Cortéz. Journal of Alloys and Compounds 467 (2009) 572–577. 4. Penkalla H.J., Wosik J. Materials Chemistry and Physics 81 (2003) 417-423. 5. V.S.K.G. Kelekanjeri, R.A. Gerhardt, Electrochimica Acta 51 (2006) 1873–1880. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 �Efecto de la temperatura y tiempo sobre disolución de la fase γ´ y carburos sobre ... / Saraí Villalpando Hernández, et al. 6. Chang Keh-Minn, Liu Xingbo. Materials Science and Engineering A308 (2001) 1–8. 7. Brian Cantor, Hazel Assender and Patrick Grant., “Series in Materials Science and Engineering: Aerospace Materials”, An Oxford-Kobe Materials Text, Edited by Department of Materials, University of Oxford, UK. 8. Donachie M., Donachie S., Superalloys: A Technical Guide, Second Edition. ASM International (2002). IMPI’s CALL 2013 47 Annual Microwave Power Symposium th FOR PAPERS The premier industry-wide microwave power event June 25-27, 2013 The Providence Biltmore Providence, Rhode Island, USA Submission Deadline February 4, 2013 The International Microwave Power Institute invites the foremost researchers, experts and authors in the industry to submit papers in all areas of research, development, manufacture, specifications and use of microwave and radio frequency energy systems for all type of non-communication applications with an emphasis on food technology and food safety, development of applied and industrial systems, and new emerging technologies and processes. Presented by the International Microwave Power Institute PO Box 1140, Mechanicsville, VA 23111 Phone: +1 (804) 559 6667 t E-mail: info@impi.org www.impi.org Ingenierías, Abril-Junio 2013, Vol. XVI, No. 59 57 �Eventos y reconocimientos I. TALLER NACIONAL DE ASTROFÍSICA En el marco del 80 aniversario de la UANL y el primero del Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica (CIIIA), del 4 al 8 de marzo de 2013, se celebró el Primer Taller Nacional de Astrofísica Planetaria, cuyo objetivo es fomentar la colaboración entre los diferentes grupos que realizan estudios en las ciencias planetarias y la astrofísica de sistemas planetarios en el país y propiciar un foro para la discusión de propuestas de proyectos de observación, espaciales o teóricos para el desarrollo de la astronomía del país. En la inauguración estuvieron presentes el M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME, el Dr. José Franco López, Presidente de la Academia Mexicana de Ciencias, el Dr. Juan Manuel Alcocer González, Secretario Académico de la UANL, la M.C. Patricia Martínez Moreno, directora de la FCFM, y estuvo Autoridades en la inauguración del Taller Nacional de Astrofísica. 58 presidida por el Dr. Jesús Ancer Rodríguez, Rector de la UANL, quien anunció en su discurso la creación de un Observatorio Astronómico de la UANL en el municipio de Iturbide, proyecto que contará con el apoyo académico de la UNAM y de gestión para los recursos de inversión por parte de organismos nacionales como CONACYT y la AMC. En este evento se rindió homenaje al Dr. Héctor Pérez de Tejada, principal promotor de las ciencias espaciales en México y quien desde 1970 colabora en el Instituto de Geofísica de la UNAM. II. HOMENAJE A RAÚL RANGEL FRÍAS El pasado 15 de marzo se rindió homenaje en la Capilla Alfonsina al licenciado Raúl Rangel Frías, fundador de la revista Armas y Letras, en conmemoración del centenario de su natalicio. Fue recordado por su faceta de escritor con la publicación bilingüe (español-francés) de su libro Kato y otros relatos. El evento fue encabezado por el rector Jesús Ancer Rodríguez y contó con la presencia de la maestra Alejandra Rangel Hinojosa, hija del autor, quien habló de la obra, publicada por primera vez en 1981, en el marco de la Feria Universitaria UANLeer y del octogésimo aniversario de la Máxima Casa de Estudios. También fue publicado un número especial de colección de la revista Armas y Letras dedicada exclusivamente a conmemorar el centenario del natalicio de Raúl Rangel Frías. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año. XVI, No. 59 �Eventos y reconocimientos Alejandra Rangel Hinojosa, hija de Raúl Rangel Frías. III. NUEVA MESA DIRECTIVA DE LA REGIÓN NORESTE DE LA ACADEMIA MEXICANA DE CIENCIAS El pasado 13 de febrero tomó protesta el Consejo Directivo 2013-2015 de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC) de la Región Noreste. El nuevo presidente es el Dr. Enrique Jurado Ybarra, de la Facultad de Ciencias Forestales, el Secretario es el Dr. Azael Martínez de la Cruz de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica y la Tesorera es la Dra. Verónika Sieglin de la Facultad de Trabajo Social y Desarrollo Humano, todos profesoresinvestigadores de la UANL. La toma de protesta de la nueva Junta Directiva estuvo a cargo del Dr. José Franco López, Presidente Nacional de la AMC, en presencia del Dr. Jesús Ancer Rodríguez, Rector de la UANL, el Ing, Rogelio G. Garza Rivera, Secretario General de la UANL, el Dr. Mario César Salinas Carmona, Secretario de Investigación, Innovación y Posgrado, y la Dra. Norma Laura Heredia Rojas, presidente saliente. En esa misma reunión se le otorgó al Dr. Reyes Tamez Guerra el nombramiento de miembro distinguido de la AMC por su trayectoria como investigador, formador de capital humano altamente calificado y gestor del conocimiento. Una parte muy importante del evento fue la entrega de constancias a 12 científicos, entre los que se encuentra la Dra. Ada Margarita Álvarez Socarrás, profesora-investigadora de la FIME. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año XVI, No. 59 Los nuevos miembros de la AMC, Región Noreste son: • Dra. Ada Margarita Álvarez Socarrás (FIME-UANL) • Dra. Gloria María González González (Medicina-UANL) • Dr. Humberto González Rodríguez (Ciencias Forestales-UANL) • Dra. Natalya Kalashnykova (Ciencias Físico-Matemáticas-UANL) • Dr. Jorge Enrique Castro Garza (IMSS) • Dr. Óscar Flores Torres (UdeM) • Dr. Jorge Alejandro Benavides Lozano (ITESM) • Dr. Bryan William Husted Corregan (ITESM) • Dr. Servando López Aguayo (ITESM) • Dr. Roberto Parra Saldívar (ITESM) • Dr. César Vargas Rosales (ITESM) • Dr. Marcelo Fernando Videa Vargas (ITESM) Toma de protesta del Dr. Enrique Jurado Ybarra, el Dr. Azael Martínez y la Dra. Verónika Sieglin 59 �Titulados a nivel Doctorado en la FIME-UANL * Enero a Diciembre 2012 Ireri Aydee Sustaita Torres, Doctora en Ingeniería de Materiales. Tesis: Envejecimiento de aleaciones resistentes al calor 35 Cr-45i alto y bajo carbono, 24 de febrero de 2012. Jurado: Dr. Rafael Colás Ortiz (asesor), Dra. Martha P. Guerrero Mata, Dra. Maribel De La Garza Garza, Dr. Sergio Haro Rodríguez, Dr. Abraham Velasco Téllez. Rodrigo Puente Ornelas, Doctor en Ingeniería de Materiales. Tesis: Efecto de la adición del residuo nanosilice geotérmica sobre la durabilidad de morteros y concretos base cemento portland, 25 de mayo de 2012. Jurado: Dra. Lauren Y. Gómez Zamorano (asesor), Dra. Ana María Guzmán Hernández, Dra. Ana María Arato Tovar, Dr. Gerardo Fajardo San Miguel, Dra. Bertha A. Vázquez Méndez. Vanesa Avalos Gaytán, Doctora en Ingeniería con especialidad en Ingeniería de Sistemas. Tesis: Modelo adaptativo para la sincronización en redes modulares, 9 de julio de 2012. Jurado: Dra. Satu Elisa Schaeffer (asesor), Dr. José Arturo Berrones Santos, Dr. Romeo Sánchez Nigenda, Dr. Juan Antonio Almendral Sánchez, Dra. Laura Cruz Reyes. Tania Turrubiates López, Doctora en Ingeniería con especialidad en Ingeniería de Sistemas. Tesis: Complejidad computacional estructural en redes complejas, 27 de julio de 2012. Jurado: Dra. Satu Elisa Schaeffer (asesor), Dr. José Arturo Berrones Santos, Dra. Sara Elena Garza Villarreal, Dra. Vanesa Landero Nájera, Dr. Gregorio Toscano Pulido. * Información proporcionada por el Departamento de Titulación y Movilidad Académica del Posgrado, de la FIME-UANL. 60 Oscar Jesús Zapata Hernández, Doctor en Ingeniería de Materiales. Tesis: Simulación de la evolución microestructural de aceros al silicio durante su deformación en caliente, 23 de agosto de 2012. Jurado: Dra. Martha P. Guerrero Mata (asesor), Dr. Luis Leduc Lezama, Dra. Tania Berber Solano, Dr. Víctor Vázquez Lasso, Dr. Eduardo Valdés Covarrubias. Andrés Fernando Rodríguez Jasso, Doctor en Ingeniería de Materiales. Tesis: Desarrollo de aleaciones de alta resistencia A1-Cu Serie 2XX, 21 de septiembre de 2012. Jurado: Dr. Rafael Colás Ortiz (asesor), Dra. Martha P. Guerrero Mata, Dr. Arturo Juárez Hernández, Dr. José Talamantes Silva, Dr. Salvador Valtierra Gallardo. José Alejandro González Villarreal, Doctor en Ingeniería de Materiales. Tesis: Efecto de la microestructura y las variables de solidificación sobre el comportamiento a fatiga de alto ciclo en una aleación hipereutectica A1-Si-Ceu-Ni, 21 de septiembre de 2012. Jurado: Dr. Rafael Colás Ortiz, Dra. Martha P. Guerrero Mata, Dr. Javier E. González López, Dr. José Talamantes Silva, Dr. Salvador Valtierra Gallardo. Cyndy Arlenn Iñiguez Sánchez, Doctora en Ingeniería de Materiales. Tesis: Microestructura y propiedades mecánicas de cementos compuestos: efecto de la reactividad de adiciones pozolanicas e hidráulicas, 28 de septiembre de 2012. Jurado: Dra. Lauren Y. Gómez Zamorano (asesor), Dr. Guadalupe Alan Castillo Rodríguez, Dr. Juan Jacobo Ruiz Valdés, Dr. José Juan Escalante García. Yajaira Cardona Valdés, Doctora en Ingeniería con especialidad en Ingeniería de sistemas. Tesis: Estudio Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año. XVI, No. 59 �Titulados a nivel Doctorado en la FIME-UANL de un problema Bi-objetivo de diseño de cadena de suministro con incertidumbre en las demandas, 2 de noviembre de 2012. Jurado: Dra. Ada M. Álvarez Socarras (asesor), Dr. José A. Berrones Santos, Dr. Fernando López Irarragorri, Dr. Joaquín Pacheco Bonrostro, Dra. Iris Martínez Salazar. José Manuel Diabb Zavala, Doctor en Ingeniería de Materiales. Tesis: Recubrimiento de Ti-A1-0-C por una nueva técnica: deposición por fricción y oxidación térmica (DFOT) aplicado en la aleación Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, 20 de noviembre de 2012. Jurado: Dr. Marco Antonio L. Hernández Rodríguez (asesor), Dr. Arturo Juárez Hernández, Dr. Rafael Colás Ortiz, Dr. Juan Genesca Llongueras, Dr. José Dolores Oscar Barceinas Sánchez. Edgar Efraín Gauna González, Doctor en Ingeniería de Materiales. Tesis: Síntesis de hidrogeles interpenetrados base poli (nisopropilacrilamida) y quitosán para la obtención de nanopartículas magnéticas, 13 de diciembre de 2012. Jurado: Dr. Virgilio A. González González (asesor), Dr. Marco Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año XVI, No. 59 A. Garza Navarro, Dr. Antonio F. García Loera, Dr. Jorge Romero García, Dr. Antonio Serguei Ledezma Pérez. Luis Alonso Trujillo Guajardo, Doctor en Ingeniería Eléctrica. Tesis: Mitigación del error de impedancia en relevadores de distancia ante la modernización de los sistemas eléctricos de potencia, 14 de diciembre de 2012. Jurado: Dr. Arturo Conde Enríquez (asesor), Dr. Ernesto Vázquez Martínez, Dr. Manuel A. Andrade Barradas, Dr. Armando Llamas Terres. Gladys Yerania Pérez Medina, Doctora en Ingeniería de Materiales. Tesis: Soldabilidad y mecanismos de transformaciones de fase en uniones de aceros avanzados de alta resistencia martensíticos y TRIP por los procesos láser y FSW, 19 de diciembre de 2012. Jurado: Dra. Patricia del Carmen Zambrano Robledo (asesor), Dr. Facundo Almeraya Calderón, Dra. Citlalli Gaona Tiburcio, Dr. Felipe Arturo Reyes Valdés, Dr. Felipe de Jesús García Vázquez. 61 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL * Diciembre 2012 - Febrero 2013 Mayra Elena Reyes Hernández, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 6 de diciembre de 2012 Enedely Silerio Benavides, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Diseño de un dispositivo experimental de maquinado para aleaciones de Al-Si”, 7 de diciembre de 2012. Jesús Eduardo Ferrer Hurtado, Maestría en Ciencias de la Ingeniería con orientación en Energía Térmica y Renovable, (Por materias), 7 de diciembre de 2012. Adrian Mendoza Ayala, Maestría en Administración Industrial y de Negocios, Relaciones Industriales, (Por materias), 10 de diciembre de 2012. Edith Margarita Hernández Torres, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Influencia del proceso de criomolienda en la morfología y propiedades de materiales compuestos de polipropileno con organoarcillas”, 11 de diciembre de 2012. Roxana Colunga Jaime, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 3 de diciembre de 2012. Alma Graciela Esmeralda Gómez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Propiedades mecánicas en aleaciones de aluminio vaciadas desde temperatura ambiente hasta 300°C”, 13 de diciembre de 2012. * Información proporcionada por el Departamento de Titulación y Movilidad Académica del Posgrado, de la FIME-UANL. 62 Gerardo Treviño Castro, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 13 de diciembre de 2012. Lynda Margarita López Sosa, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Síntesis de un recubrimiento bioactivo sobre aleación Co-Cr mediante laser CO2”, 14 de diciembre de 2012. Roberto Eliud Soto Espinoza, Maestría en Ciencias de la Ingeniería con orientación en Energía Térmica y Renovable, “Desarrollo de un código computacional para el cálculo dinámico de cargas térmicas en edificaciones”, 14 de diciembre de 2012. Álvaro Daniel González Yzcoa, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad en Potencia y Control Automático, “Diagnóstico de fallas de sistemas operando en lazo cerrado”, 14 de diciembre de 2012. José Luis Tijerina González, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Evaluación y caracterización de recubrimiento depositados por técnica PVD en una aleación de cobalto biocompatible ASTM-F75”, 14 de diciembre de 2012. Vicente Cantú Prado, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 17 de diciembre de 2012. Héctor Posadas Fabela, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Optimización de un sistema de alimentación para la producción de cabezas de aluminio por el proceso de gravedad”, 18 de diciembre de 2012. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año. XVI, No. 59 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Sandra de la Vega Méndez, Maestría enAdministración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Por materias), 18 de diciembre de 2012. Idalia Yadira Abigail Orozco Morales, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 19 de diciembre de 2012. Oscar Ríos Resendiz, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 19 de diciembre de 2012. Itzel Castillo Müller, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio tribológico de lubricantes y recubrimientos duros en el proceso de estampado”, 20 de diciembre de 2012. Héctor Ángel Tijerina Martínez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 20 de diciembre de 2012. Emmanuel Moreno Aguilar, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Por materias), 20 de diciembre de 2012. Guillermo Díaz de la Vega González, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 20 de diciembre de 2012. Lizangela Guerra Fuentes, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio del envejecimiento en aceros 1004 y 1006”, 14 de enero de 2013. Fernando Antonio Blanco Flores, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Preparación y Caracterización de polipropileno injertado con pireno como dispersante de óxido de grafeno reducido”, 15 de enero de 2013. Lucio Alberto Sánchez Esparza, Maestría en Ingeniería con orientación Eléctrica, (Por materias), 15 de enero de 2013. Lonela Cristal de León Medellín, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Control Automático, “Desarrollo de esquemas de control utilizando un enfoque híbrido con aplicación al convertidor multicelular de 3 niveles”, 21 de enero de 2013. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año XVI, No. 59 Mario Valles Ballesteros, Maestría en Administración Industrial y de Negocios, Producción y Calidad, (Por materias), 24 de enero de 2013. Jesús Antonio Rodríguez de Ita, Maestría en Ingeniería con orientación Eléctrica, (Por materias), 28 de enero de 2013. Juan Enrique Hernández Castro, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio de la susceptibilidad a la corrosión bajo esfuerzos de uniones en tuberías de acero API 5L X-70 obtenidas por soldadura SMAW y MMA”, 28 de enero de 2013. Eduardo Martínez Zambrano, Maestría en Ciencias de la Ingeniería con orientación en Control Automático, “Metodología para la estabilización cuadrática por retroalimentación del estado de dependencia paramétrica para sistemas lineales con parámetros variantes en el tiempo”, 28 de enero de 2013. Filiberto Zambrano Ayala, Maestría en Ciencias de la Ingeniería con orientación en Control Automático, “Sincronización caótica de redes complejas formadas por osciladores discretos”, 29 de enero de 2013. Enrique de Jesús Ortiz García, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecatrónica, (Por materias), 29 de enero de 2013. Alfredo Arreola González, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 30 de enero de 2013. Dante Ferreyra Méndez, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecatrónica, (Por materias), 5 de febrero de 2013. Jade Melissa Valdez Gómez, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Proceso Adaptativo de las funciones de operación de los relevadores de protección”, 6 de febrero de 2013. María Adriana Yañez Nava, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 6 de febrero de 2013. Jesús Gustavo Valenzuela Munguía, Maestría en Ingeniería con orientación en Eléctrica, (Por materias), 7 de febrero de 2013. 63 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Gerardo Rodríguez Garza, Maestría en Ingeniería de la Información, Informática, (Por materias), 12 de febrero de 2013. Luis Ramón Salazar Salinas, Maestría en Administración Industrial y de Negocios, Comercio Exterior, (Por materias), 13 de febrero de 2013. Miguel Angel Hernández Villasana, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Por materias), 15 de febrero de 2013. Luis Alfonso Infante Rivera, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Cotas Lagrangianas por el problema de ruteo de vehículos en red tio estrella”, 15 de febrero de 2013. Rosa Nelly Serna Pérez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios, Relaciones Industriales, (Por materias), 19 de febrero de 2013. Ricardo Angel Villarreal Villarreal, Maestría en Administración Industrial y de Negocios, Producción y Calidad, (Por materias), 20 de febrero de 2013. 64 Claudia Jazmin Ochoa Valdez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 20 de febrero de 2013. Rebeca Morales Franco, Maestría en Ciencias de la Ingeniería con especialidad en Materiales, “Disminución de la cascarilla de óxido en un AISI 4140 en hornos de recalentamiento”, 21 de febrero de 2013. Carlos José Francisco García Samaniego, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 22 de febrero de 2013. Mauricio Brondo Garza, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 27 de febrero de 2013. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año. XVI, No. 59 �Acuse de recibo JOURNAL OF MICROWAVE POWER AND ELECTROMAGNETIC ENERGY MATERIALS PERFORMANCE AND CHARACTERIZATION (MPC) Esta revista trimestral (ISSN 0832-7823) es una publicación del International Microwave Power Institute que se enfoca en áreas de aplicación de las microondas y radiofrecuencia para fines industriales, científicos, médicos y de instrumentación. En el primer número de 2013 (Vol. 47, 1) se presenta un reporte que se refiere a un tipo de alimentos “precocidos” que están preparados para que la cocción final se lleve a cabo mediante microondas y tengan el aspecto de recién hechos. En este trabajo se analiza el perfil térmico alcanzado durante la cocción en dos tipos de hornos de microondas con la intención de determinar si se alcanzan temperaturas que aseguran la eliminación de agentes patógenos, aunque no se confirma ni su presencia antes de la cocción ni su eliminación al final. Otro artículo trata sobre la extracción de aceites a partir de epazote y albahaca utilizando microondas. La revista se publica en línea (www. jmpee.org) por número, y en forma impresa al cierre de cada volumen. Materials Performance and Characterization (MPC) es la nueva revista de la ASTM International en el campo de la ciencia e ingeniería de los materiales. MPC publica artículos de alta calidad en aspectos teóricos y prácticos del procesamiento, estructura, propiedades y desempeño de los materiales utilizados en aplicaciones mecánicas, del transporte, aeroespacial, energía, medicina, etc., incluyendo materiales metálicos, vidrios, cerámicos, polímeros, compósitos, textiles, nanomateriales, etc. Las modalidades de publicaciones son: artículos originales, artículos de revisión (reviews), y notas técnicas. Además, se editan números temáticos especiales, como un número en modelación, simulación y optimización de procesos térmicos. Los artículos aceptados se publican en línea. Mas detalles de la revista MPC pueden ser consultados en la página web: http://www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/ JOURNALS/MPC/ (J. A. Aguilar Garib) (R. Mercado Solis) Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año XVI, No. 59 65 �Colaboradores Aguilar Garib, Juan Antonio Ingeniero Mecánico y Maestro en Metalurgia por el Instituto Tecnológico de Saltillo. Doctorado en Ingeniería de Materiales por la UANL (1991). Premio de Investigación UANL en 1991, 2001, 2003 y 2012. Premio TECNOS en el 2000. Es Profesor Investigador de la FIME-UANL, miembro del SNI nivel I y de la Academia Mexicana de Ciencias. Barbosa Saldaña, Juan Gabriel Doctor en Ingeniería Mecánica por la Texas A&M University (2005) en Estados Unidos de América. Es coautor del libro de Termodinámica editado por Grupo Editorial Patria. Es miembro del SNI. Bolarín Miró, Ana María Licenciada en Ciencias Químicas con especialidad en Metalurgia por la Universidad de Barcelona, España (1993) y Doctora en Ciencias Químicas con especialidad en Ciencia de los Materiales Metálicos (1999) por la Universidad de Barcelona, España. Es investigador nacional SNI nivel II y profesorainvestigadora de la UAEH. Cienfuegos Pelaes, René Fabián Ingeniero Mecánico Electricista (1994), maestro en Ingeniería Energética de la Facultad de Ingeniería de la UNAM (1997). Doctorado de la Universidad Paul Sabatier con especialidad en celdas de combustible (2008). Actualmente es profesor-investigador de la FIME-UANL. Cortés Escobedo, Claudia A. Ingeniera Química Industrial y Maestra en Ciencias en Ingeniería Metalúrgica por la ESIQIE-IPN, doctora en Materiales por el CINVESTAV-IPN. Ha sido jefe del Departamento de servicios y desarrollo 66 tecnológico y representante autorizado del CIITECIPN ante la Entidad Mexicana de Acreditación y obtuvo el segundo lugar en el certamen nacional de tesis en energía de nivel doctorado organizado por el IIE. Es profesora investigadora desde el 2006 en el CIITEC-IPN, nivel 1 en el SNI desde 2009. Chávez Guerrero, Leonardo Ingeniero Mecánico Metalúrgico (2001) y Maestro en Ingeniería de Materiales (2004) por la FIME-UANL. Doctorado en Nanociencias y Nanotecnología (2008) por el IPICyT. Postdoctorado en École Nationale Supérieure de Chimie de Paris. París, Francia. Postdoctorado en la Escuela de Química de la Universidad de St Andrews. Escocia, Reino Unido. Actualmente es profesor investigador de la FIME (UANL). Durán Guerrero, José Gabriel Actualmente se encuentra estudiando la carrera de Ingeniería en Materiales en la Universidad Autónoma de Nuevo León. Ha realizado prácticas profesionales en el Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología (CIIDIT), y en la empresa Tenova HYL, en donde se desempeñó en el área de ingeniería y el área de operaciones. Estrada De la Vega, Alejandro Ingeniero Mecánico Administrador en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la U.A.N.L. en la cual también obtuvo su grado de Maestría. En cuanto a la experiencia laboral ha colaborado en diversas corporaciones: Earth Tech México, como practicante del área de ingeniería mecánica; Cedis Soriana, como jefe del área de distribución y logística; AMC, como supervisor de producción del área de moldeo. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año. XVI, No. 59 �Colaboradores Actualmente es estudiante de tiempo completo de doctorado del programa Doctoral en Ingeniería de Materiales de la F.I.M.E. – U.A.N.L., en colaboración con el Dr. Marco Antonio Garza Navarro. Investigadores, en nivel Candidato y cuenta con el reconocimiento de perfil deseable para un profesor de tiempo completo avalado por PROMEP. Actualmente es Profesor-Investigador de la FIME-UANL. Figueroa López, Ulises Ingeniero Metalúrgico por la Universidad Autónoma Metropolitana, Maestría en Sistemas de Manufactura y Doctorado en Ciencias por ITESM CEM. Actualmente es profesor investigador del Tecnológico de Monterrey CEM. Pertenece al SNI nivel 1. Guajardo Martínez, Hugo Ingeniero Mecánico Electricista y M.C. en Ingeniería de Materiales de la FIME de la Universidad Autónoma de Nuevo León en 1994 y 1997 respectivamente. Obtuvo su grado de Doctor en Ingeniería de Materiales en la Universidad de Toronto en Canadá en el 2002. Trabaja en FRISA Planta Superalloys a cargo del área de Metalurgia desarrollando forjas de superaleaciones y aleaciones base titanio para Motores de Turbo propulsión. Flores Guerrero, María Elizabeth Instructor en Educación Bilingüe y egresada del Bachillerato Internacional (IB) por la UANL en el 2009. Técnico en Electrónica y Electricidad Industrial por la FIME en 2012. Actualmente es estudiante de licenciatura en Ingeniería de Materiales en la FIME-UANL. García Gutiérrez, Domingo I. Ingeniero Físico Industrial del ITESM (2001). Maestro en Ciencias de la Ingeniería con especialidad en Ciencia e Ingeniería de los Materiales (2004) y Doctorado en Ciencia e Ingeniería de los Materiales (2006) por la Universidad de Texas en Austin. Posteriormente laboró en el laboratorio de caracterización de procesos del consorcio de investigación y desarrollo de la industria de los semiconductores, SEMATECH, en Austin, Texas (2006-2010). Actualmente es profesor-investigador titular A de la FIME-UANL, miembro del SNI en su nivel 1, cuenta con el reconocimiento de perfil deseable por parte de PROMEP. García Pérez, Ulises Licenciado en Química Industrial por la UANL, Maestro en Ciencias con especialidad en Materiales y Doctor con especialidad en Ingeniería de Materiales por FIME-UANL. Autor de 3 artículos en revistas indizadas. Garza Navarro, Marco Antonio Ingeniero Mecánico Electricista (2004), Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica en Ingeniería de Materiales (2006) y Doctor en Ingeniería de Materiales (2009) por la Universidad Autónoma de Nuevo León. En 2009 recibió el Premio de Investigación de la UANL en el área de Ciencias Exactas. Es miembro del Sistema Nacional de Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año XVI, No. 59 Gutiérrez Torres, Claudia Del Carmen Doctora en ingeniería mecánica por la Texas A&M University (2004) en Estados Unidos de América. Es coautor del libro de Termodinámica editado por Grupo Editorial Patria. Es miembro del SNI. Hinojosa Rivera, Moisés Doctor en Ingeniería de Materiales por la UANL, Postdoctorado en ONERA (Chatillon, Francia). Miembro del SNI nivel I, miembro de la AMC, cuenta con perfil PROMEP, actualmente es el Subdirector de Posgrado de la UANL. Jiménez Bernal, José Alfredo Doctor en Ingeniería Mecánica por la Texas A&M University (2004) en Estados Unidos de América. Es coautor del libro de Termodinámica editado por Grupo Editorial Patria. Es miembro del SNI. Jiménez Martínez, Moisés Candidato a Doctor en Ciencias en Ingenieria Mecánica, licenciatura y maestría en Ingenieria Mecánica por el Instituto Politécnico Nacional. Trabaja como Ingeniero de Pruebas en Volkswagen de México (VWM) siendo especialista de pruebas de durabilidad, ha participado en congresos nacionales e internacionales, es coautor de una patente para la industria petrolera. En 2012 ganó un premio de asistencia a la investigación por parte de la compañía MSC Software Corporation en donde anualmente se seleccionan a 12 personas en el mundo para apoyarlos en su investigación. Juárez Montalvo, Adán Maestro en ciencias en Ingeniería Mecánica por la Sección de Estudios de Posgrado e investigación de 67 �Colaboradores la Esime Zacatenco. Actualmente es estudiante del Programa de Doctorado en Ciencias en Ingeniería Mecánica de la SEPI Zacatenco. López Cuellar, Enrique Ingeniero Mecánico Eléctrico y M.C. en Ingeniería de Materiales de la FIME de la Universidad Autónoma de Nuevo León en 1996 y 1998 respectivamente. Obtuvo su grado de Doctor en Ingeniería de Materiales en el INSA de Lyon de Francia en el 2002.Trabaja en área de los materiales funcionales y su caracterización en el Posgrado de FIME y en el CIIDIT de la UANL, y es miembro del SNI Nivel I. Martínez De la Cruz, Azael Licenciado en Química Industrial por la UANL y Doctor en Ciencias Químicas por la Universidad Complutense de Madrid. Actualmente es profesor Investigador de FIME-UANL, ha obtenido 4 premios de Investigación UANL, 2 reconocimientos como asesor de la mejor Tesis de Maestría por la UANL y 3 Premios Nacionales de Investigación. Miembro del SNI, nivel 2. Martínez Trinidad, José Licenciado en Ingeniera Agrícola, UACh, Maestría y Doctorado en Ciencias en Ingenieria Mecánica por el Instituto Politécnico Nacional. Actualmente es profesor investigador de la Sección de Estudios de Postgrado e Investigación de la ESIME Zacatenco. Pertenece al SNI nivel 1. Moreno Cortez, Iván Eleazar Ingeniero Mecánico Administrador (2003), Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales (2006) y Doctor en Ingeniería de Materiales (2009), por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Es Profesor-Investigador de la FIME-UANL, adscrito al Programa de Doctorado en Ingeniería de Materiales Pérez Patiño, Juan Antonio Ingeniero Electricista Administrador (FIMEUANL-1980), M.C. en Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales (FIME-UANL-1996). Profesor Titular de la coordinación de la División de Materiales desde 1978 a la fecha (FIME). Jefe del Departamento de Tecnología de los Materiales en FIME (1990-1996), del 2002 a la fecha Coordinador de Proyectos Académicos de la FIME. 68 Reyes Melo, Martín Edgar Ingeniero en Industrias Alimentarias por la Facultad de Agronomía de la UANL. Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales por la FIME-UANL. Doctorado en Ingeniería de Materiales (2004) en la Universidad Paul Sabatier de Toulouse, Francia. Ha obtenido el Premio de Investigación UANL en 1999, 2004, 2009, 2011 y 2012. Es catedrático investigador en la FIME y el CIIDIT de la UANL. Es miembro del SNI nivel I. Es miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Salazar Rodríguez, Alan Josué Es estudiante de la carrera de Licenciatura en Química Industrial de la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL. Samperio Gómez, Iván L. Ingeniero en Ciencia de los Materiales (2008) por la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Actualmente es estudiante del Programa de Doctorado en Ciencia de los Materiales de la misma universidad con el tema de Fabricación de mini-tubos de Ni-8YSZ para su aplicación como ánodos en las celdas de combustible. Sánchez De Jesús, Félix Ingeniero Mecánico-Electricista por la FI-UNAM (1993). Master en Tecnología de Pinturas, Fundación Bosch i Gimpera-Universidad de Barcelona, España (1995). Doctorado en Ciencia de los Materiales Metálicos por la Universidad de Barcelona, España (1999). Profesor- Investigador de la UAEH desde 2000, miembro del SNI nivel 1 y líder del CA-PQFESUAEH, PROMEP Sepúlveda Guzmán, Selene Ingeniera Química por la Universidad Autónoma de Coahuila (1998), Doctorado en Polímeros (2005) por el Centro de Investigación en Química Aplicada. Realizó una estancia posdoctoral en la Universidad de Texas en Austin (2007). Miembro del SNI nivel I. Actualmente Profesor Titular en la FIME-UANL. Villalpando Hernández, Saraí Ingeniero en Física de la División de Ciencias e Ingenierías, Campus León, Universidad de Guanajuato y estudiante de M.C. en Ingeniería de Materiales de la FIME de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año. XVI, No. 59 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, profesores e investigadores a colaborar en la revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril y reportes de investigación. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores estableciendo claramente su contribución; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo el veredicto inapelable. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, precisión de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. CRITERIOS EDITORIALES Los autores de artículos de revisión o divulgación deberán contar con una producción directa reconocida en la temática de interés de la revista. Estos trabajos deben ofrecer una panorámica del campo temático, separar las dimensiones del tema, mantener la línea de tiempo y presentar una conclusión que derive del material presentado. No se aceptan reportes que muestren solamente mediciones. Los artículos deben presentar los resultados de las mediciones acompañados de su análisis detallado, un desarrollo metodológico original, una manipulación nueva de la materia o ser de gran impacto y novedad social. Sólo se aceptan modelos matemáticos que sean validados científicamente dentro del propio trabajo. No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen mediciones y se efectúe un análisis de correlación Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año XVI, No. 59 para su validación. No se aceptan protocolos de investigación, proyectos, propuestas o trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntos. LINEAMIENTOS EDITORIALES Es requisito enviar para su consideración editorial: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, en CD o por E-mail a la dirección: revistaingenierias@gmail.com El título del artículo no debe exceder de 80 carácteres. El número máximo de autores por artículo es cinco. La extensión de los artículos no deberá exceder de 12 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como en inglés. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg CONTACTO Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, 1er. piso, ala norte. Tel.: 8329-4000 Ext. 5854 Fax: 8332-0904 E-mail: revistaingenierias@gmail.com 69 �70 Ingenierías, Abril-Junio 2013, Año. XVI, No. 59 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2013 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 16 Número Número de la revista 59 Mes de publicación Mes cuando se publicó Abril-Junio Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2013, Año 16, No 59, Abril-Junio Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Méndez Cavazos, Julio César, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/04/2013 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2020822 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 CTAB Magnetita Nanopartículas Optimización topológica Sección transversal Técnica PIV