https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20784/Ingenierias_2013_Ano_16_No_61_Octubre-Diciembre.pdf 2c59cb4d8ad2b0fcf06b028478c5ff91 PDF Text Text 61 ISSN 1405-0676 Bacteria magnetotáctica Laboratorios en ingeniería Eliminación de contaminantes Resistencia química de hormigones OCTUBRE - DICIEMBRE 2013, Año XVI, No. 61 REVISTA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA DE LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN �Contenido Octubre-Diciembre de 2013, Año XVI, No. 61 61 2 Directorio 3 Editorial: La importancia de los laboratorios en la enseñanza de la ingeniería María Idalia Gómez de la Fuente 6 Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria magnetotáctica Carlos Luna Criado, Raquel Mendoza Reséndez 17 Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación de contaminantes orgánicos de agua Diana Berenice Hernández Urésti, Azael Martínez de la Cruz 27 Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique Sandra Pinzón Galvis 38 Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias de coque de petróleo Rodrigo Puente Ornelas, Carlos Javier Lizcano Zulaica, Tushar Kanty Das Roy, Guadalupe Alan Castillo Rodríguez, Bertha Alicia Vázquez Méndez 48 Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidrio-poliéster como cargas en concreto polimérico Rodolfo Morales Ibarra, Elsa Abigail Duncan Flores, Saida Mayela García Montes, Alma Gisela Martínez Arellano, Juan Francisco Barrón Garanados, Denisse Arantxa Cepeda Mújica 54 Eventos y reconocimientos 57 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 61 Acuse de recibo 62 Colaboradores 65 Información para colaboradores Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 1 �Ingenierías, Año XVI, N° 61, octubrediciembre 2013. Es una publicación trimestral, editada por la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Domicilio de la Publicación: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Telefono: +52 (81) 83294020 Ext. 5854, Fax +52 81 83320904. Editor responsable: Dr. Juan Antonio Aguilar Garib. Reserva de derechos al uso exclusivo No. 04-2011-101411064600-102, ISSN: 1405-0676. Número de certificado de licitud de título y contenido: 15,525, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Registro de marca ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial: En trámite. Impresa por: Desarrollo Litográfico, S.A. de C.V., M. M. del Llano 924 Ote., Centro, Monterrey, N.L., México, C.P. 64000. Fecha de terminación de impresión: 15 de octubre de 2013. Tiraje: 800 ejemplares. Distribuido por: Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Prohibida su reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor. Impreso en México Todos los derechos reservados © Copyright 2013 revistaingenierias@uanl.mx DIRECTORIO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Dr. Jesús Ancer Rodríguez Rector M.E.C. Rogelio G. Garza Rivera Secretario General Dr. Juan Manuel Alcocer González Secretario Académico Lic. Rogelio Villarreal Elizondo Secretario de Extensión y Cultura Dr. Celso José Garza Acuña Director de Publicaciones FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA M.C. Esteban Báez Villarreal Director Dr. Juan Antonio Aguilar Garib Editor responsable y director de la revista Ingenierías Lic. Julio César Méndez Cavazos Redacción Gregoria Torres Garay M.C. Jesús G. Puente Córdova Melody Lizeth Cortés Gonzaléz Tipografía y formación Dr. César Guerra Torres Indización M.A. José Luis Martínez Mendoza Diseño M.C. Jesús E. Escamilla Isla Fotografía Ing. Cosme D. Cavazos Martínez Ing. Dagoberto Salas Zendejo Webmaster René de la Fuente Franco Impresor CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Mauricio Cabrera Ríos, Puerto Rico. UPRM / Prof. Ruth Kiminami, Brasil. UFSC, San Pablo / Dr. Juan Jorge Martínez Vega, Francia. Universidad de Toulouse III / Dr. Juan Miguel Sánchez, USA. UT-Austin / Dr. Samir Nagi Yousri Gerges, Brasil. UFSC, Florianopolis / Dr. Zarel Valdez Nava, Francia. UPS-INPT-LAPLACE-CNRS CONSEJO EDITORIAL MÉXICO Dr. Óscar L. Chacón Mondragón, FIME-UANL / M.C. 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Ríos Mercado, FIME-UANL / Dr. Juan Ángel Rodríguez Liñan, FIME-UANL / Dr. Félix Sánchez De Jesús, ICBI-UAEH 2 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 �Editorial: La importancia de los laboratorios en la enseñanza de la ingeniería Dra. María Idalia Gómez de la Fuente Editora de la revista Química Hoy Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas Idalia.Gomezd@uanl.edu.mx En la actualidad comienza a darse una corriente que afirma que el proceso enseñanza-aprendizaje se puede generar de manera virtual a través de programas en que se desarrollan actividades no presenciales. Es indudable que las nuevas tecnologías de la información y comunicación (TIC) ofrecen una oportunidad importante para que cada vez sea más común que haya seminarios, diplomados o cátedras en línea. La popularidad de las TIC influye en que se esté modificando la estructura básica de los cursos científicos y sus prácticas de laboratorio, y en la actualidad es común tener “prácticas demostrativas”, incluso mediante el uso de sitios web, por ejemplo youtube. Si nos enfocamos en el área de las ciencias de la ingeniería, podemos encontrar videos demostrativos de ensayos mecánicos de tensión, compresión y dureza, entre otros. Pero, ¿cómo se puede asegurar que el alumno adquirió la competencia o el conocimiento esperado? o bien, ahora con el enfoque curricular de la enseñanza por competencias, ¿realmente adquiere el alumno las competencias de una unidad de aprendizaje, sin hacer uso de la experiencia presencial que involucra el desarrollar una práctica de laboratorio? No hay manera de sustituir completamente las experiencias que se desarrollan en el laboratorio con actividades no presenciales, ya que cuando un alumno realiza una práctica, en primer lugar aprende a integrarse a un equipo de trabajo, aplicando sus competencias de socialización, el respeto a sus compañeros y la responsabilidad de entregar resultados individuales que serán parte del resultado del equipo. Estas competencias serán indispensables para el éxito del futuro profesional de las ciencias de la ingeniería, pues al tratar de resolver un problema en planta deberá colaborar en equipo con el técnico, el obrero o el encargado del laboratorio para lograr la resolución del problema. En segundo lugar, se da de manera natural la enseñanza por pares, pues son los mismos alumnos los que se explican entre ellos el fenómeno observado y lo discuten. Este modelo de aprendizaje, es la base del modelo constructivista, el cual define al proceso enseñanza-aprendizaje como la organización de métodos de apoyo que permitan a los alumnos construir su propio saber. Entonces, la discusión por pares, permite el realizar preguntas (exponer dudas) que frente al profesor no se harían, debido a que quizás el alumno considere que su pregunta no sea interesante, pero a su compañero sí se la formula, porque es su igual existe Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 3 �La importancia de los laboratorios en la enseñanza de la ingeniería / María Idalia Gómez de la Fuente. un clima de confianza, de apertura. Estas mismas experiencias le permitirán al futuro ingeniero, llamar a algún colega para consultarlo sobre la mejor forma de resolver un problema. En tercer lugar el conocimiento adquirido se integra de manera natural al cúmulo de conocimientos previos, dando pie al método de enseñanza de la escuela filosófica de René Descartes, de la cual podemos mencionar una de sus características, el método deductivo: A partir de las ideas y principios innatos que son elaborados por el entendimiento, se desarrolla deductivamente todo el conocimiento. Por otro lado, las actividades no presenciales sugieren que el proceso de aprendizaje se efectúe mediante la autoguía o la ayuda de un “facilitador” cuya presencia virtual le impide interactuar directamente con los alumnos, perdiendo la oportunidad de detectar las deficiencias de éstos, ya que los alumnos se dirigen a él sólo cuando tienen dudas que se atrevan a expresar, además de que se dificulta la transmisión de consejos y la compartición de experiencias porque no hay comunicación en vivo, ni con el facilitador ni con otros compañeros. La presencia de un profesor en el laboratorio es sumamente importante, pues es el guía, el que domina la ciencia a enseñar, y el que responde de manera asertiva a las dudas, independientemente de que los alumnos las expresen o no. El profesor es quien se asegura de que los alumnos dedican tiempo suficiente y de calidad a las prácticas, y promueve la integración del nuevo conocimiento en el quehacer del futuro profesional de la ingeniería. Para esto resulta más que obvio que las competencias académicas del profesor en el laboratorio deberán ser amplias, además de identificarse por tener una actitud positiva de la práctica experimental, que genere en sus estudiantes expectativas de éxito en el aprendizaje y en el crecimiento personal y con una amplia disposición de atención a los requerimientos del grupo. Las actividades mencionadas sólo pueden ser llevadas a cabo de manera presencial y es por eso que numerosos programas de estudio en el mundo que ofrecen cursos virtuales, aun exigen que los alumnos desarrollen actividades presenciales en aulas y laboratorios. Las habilidades y capacidades que obtienen de este modo son fundamentales en el desenvolvimiento profesional de los ingenieros, especialmente en el trabajo para los desarrollos tecnológicos, aunque no se limita a ellos, pues labores de supervisión efectiva y solución de problemas de campo aprovechan intensivamente lo aprendido con este tipo de formación. A continuación cito algunos ejemplos de éxito que no habrían sido posibles si los protagonistas no hubieran tenido una formación teórica y práctica. Intencionalmente están narrados de la manera típica en que se suelen presentar los inventos y descubrimientos, en la que incluso se llega a atribuir mayor peso a la buena suerte que al trabajo arduo, pero esperando que el lector aprecie que es la formación de los ingenieros la que llevó a los desarrollos tecnológicos correspondientes en estos ejemplos. • El ingeniero Percy Lebaron Spencer descubrió el efecto de las microondas en los alimentos de una forma inesperada. Spencer estaba probando un tubo de vacío, denominado magnetrón, el cual se utilizaba en ese entonces en la fabricación de radares. Al estar trabajando, descubrió que un chocolate que traía en la bolsa se había derretido. Intrigado, probó colocando unas semillas de maíz 4 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 �La importancia de los laboratorios en la enseñanza de la ingeniería / María Idalia Gómez de la Fuente. cerca del tubo, y las observó agitarse y estallar en forma de palomitas. Spencer repitió el experimento con un huevo, el cual estalló ante sus ojos. El ingeniero dedujo que el calentamiento de los alimentos se debía a la exposición de la energía electromagnética en la frecuencia de las microondas, y así, creó el primer horno que revolucionó la industria de los alimentos desde 1947. • El químico Roy J. Plunkett estaba trabajando en 1938 para la empresa DuPont en una forma para producir un nuevo refrigerante. En uno de sus experimentos encontró un residuo de polvo blanco en una válvula. Al probar esta sustancia en reacción con otras, descubrió que era inerte a todas las bases y ácidos conocidos. La empresa se interesó en el hallazgo de Plunkett y lo registró como parte de sus polímeros como politetrafluoroetileno (PFTE), aunque es conocido popularmente por su nombre comercial, Teflón. Esta sustancia es muy reconocida por sus aplicaciones en los utensilios de cocina, pero también se le han dado múltiples aplicaciones industriales y comerciales, como en la manufactura de farmacéuticos y de semiconductores entre otros. • El marcapasos fue creado por el ingeniero Wilson Greatbach, quien estaba trabajando en un sistema para registrar los latidos del corazón. Pero un error al elegir un componente produjo un fenómeno nuevo: una emisión rítmica de impulsos eléctricos. El genio de Greatbatch pudo darse cuenta de que ese patrón podía identificarse con el de un corazón, tras recordar las charlas con algunos médicos en las que estos le explicaban que en el fondo el corazón es un motor que se alimentaba con electricidad, puso manos a la obra hasta que consiguió el primer marcapasos implantable. Éste se probó con éxito en perros en 1958 y lo patentó en 1962. En los ejemplos anteriores podemos identificar tres características: la práctica experimental real, la duda sobre los resultados obtenidos y la deducción; habilidades y capacidades desarrolladas indudablemente en los laboratorios de ciencias e ingeniería. Otra forma de enfatizar la importancia que tienen las prácticas de laboratorio en el medio laboral se puede dar en la famosa experiencia que los empleadores suelen exigir a los candidatos a contratación. La primera experiencia, que es en sí la combinación de conocimientos y competencias, de campo, puede provenir de la escuela, no es raro que sus laboratorios cuenten con equipos similares, y muchas veces superiores, a los que se encuentran en las empresas. Estos equipos están dedicados a la enseñanza por lo que los estudiantes tienen la oportunidad de conocerlos y trabajar con ellos durante sus estudios. El campo del trabajo es una forma de laboratorio que es altamente valorado, los estudiantes buscan hacer prácticas y los empleadores prefieren a personas con experiencia, es decir que hayan trabajado presencialmente. En sentido estricto, las prácticas de laboratorio contribuyen a que los egresados cuenten con alguna experiencia aunque aún no hayan tenido su primer empleo, y ya que se entiende que tanto los académicos y alumnos, como los empleadores valoran la experiencia, entonces no hay duda de que sin dejar de considerar las bondades de las TIC, cualquier propuesta de actualización de los programas educativos en las ingenierías deberá continuar reforzando la necesidad del trabajo presencial en los laboratorios. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 5 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria magnetotáctica Carlos Luna Criado*, Raquel Mendoza-Reséndez** *Facultad de Ciencias Físico Matemáticas-UANL **FIME-UANL carlos.lunacd@uanl.edu.mx, raquel.mendozars@uanl.edu.mx RESUMEN En esta investigación se proponen y analizan algunas estrategias de síntesis para la preparación de nanoelipsoides magnéticos uniformes con microestructuras diseñadas, que presentan claras similitudes con el arreglo de los magnetosomas (pequeños nanocristales magnéticos) biomineralizados por la bacteria magnetotáctica. Dadas sus propiedades magnéticas duras a temperatura ambiente, el material resultante puede emplearse como imanes permanentes nanoscópicos en campos tan diversos como el registro de información de alta densidad, biosensores y bioseparadores magnéticos, y en terapias basadas en el suministro de fármacos y/o tratamientos de hipertermia localizados. PALABRAS CLAVE Nanoelipsoides, nanoestructuras magnéticas, cadenas de monodominios magnéticos, bacteria magnetotáctica. ABSTRACT In the present contribution, we propose and analyze some synthetic strategies for the preparation of uniform magnetic nanoellipsoids with tailored microstructures that exhibit similarities to the arrangement of the magnetosomes (small magnetic nanocrystals) biomineralized by magnetotactic bacteria. Given their hard magnetic properties at room temperature, the resulting nanoellipsoids can be used as permanent nanomagnets in a large variety of technological fields, including information recording media, magnetic bioseparators and biosensors, localized hyperthermia therapies and drug delivery. KEYWORDS Nanoellipsoids, magnetic nanostructures, chains of magnetic monodomains, magnetotactic bacteria. INTRODUCCIÓN Las nanoestructuras magnéticas con morfologías anisótropas son de gran interés científico y tecnológico. Su estudio nos ofrece oportunidades excepcionales para identificar y entender principios fundamentales de la física del magnetismo, asociados a fenómenos tales como los de la anisotropía magnética y el transporte eficiente de electrones polarizados. Por otra parte, el alcance tecnológico de estos 6 Artículo basado en el trabajo “Nanoelipsoides de Fe y FeCo con Microestructuras Diseñadas Bioinspiradas en la Bacteria Magnetotáctica: Síntesis y Estudios Magnéticos”, el cual obtuvo el Premio de Investigación UANL 2013, en la categoría de Ciencias Exactas, otorgado en la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la UANL, celebrada el 29 de agosto de 2013. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. fenómenos es todavía difícil de imaginar, dando lugar a áreas aplicadas, todavía en construcción, tan promisorias como el registro magnético de información, tratamientos terapéuticos asistidos mediante campos magnéticos, el diseño de nuevos transductores y la emergente espintrónica, que está revolucionando el modo de almacenar y procesar la información. Cabe destacar que, hasta hace poco, las investigaciones de las nanoestructuras magnéticas con morfologías anisótropas han avanzado relativamente poco en comparación con las de otros materiales de baja dimensionalidad, debido principalmente a que los materiales magnéticos suelen presentar hábitos de crecimiento isótropos. Es por ello que hay pocas técnicas y protocolos disponibles que han permitido obtener nanoestructuras magnéticas con morfologías alargadas de forma controlada. Algunas de ellas están basadas en técnicas de litografía,1 de electro-hilado2 o bien implican el uso de plantillas nanotexturadas o nanoporosas.3 Estas limitaciones conllevan que varios problemas fundamentales y aplicados concernientes a los sistemas de baja dimensionalidad magnéticos estén dentro de los retos de la ciencia moderna. Entre las nanoestructuras magnéticas unidimensionales, tales como nanoalambres y nanotubos, las cadenas de nanopartículas magnéticas monodominio merecen una atención especial, ya que son fundamentales para el estudio de interacciones magnéticas entre partículas monodominio y la comprensión de los procesos de la inversión de la magnetización en nanopartículas con morfologías alargadas.4,5 Es por ello que es necesario disponer de modelos experimentales apropiados para el estudio de nanocadenas magnéticas, contrastando y complementando diversos modelos micromagnéticos. Es interesante señalar al respecto que los nanocristales magnéticos biomineralizados intracelularmente por un tipo de bacterias microaerófilas, denominadas bacterias magnetotácticas, presentan excelentes cualidades para el estudio fundamental y la aplicación tecnológica de nanopartículas magnéticas. Estos nanocristales biomineralizados se conocen con el término magnetosomas, y por lo general se ensamblan en el interior de la bacteria en una o más cadenas lineales con sus ejes de fácil imanación orientados a lo largo del eje de la cadena.6,7 Estas nanopartículas son nanocristales ferrimagnéticos de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 magnetita (Fe3O4) o greigita (Fe3S4).6,7 Sus tamaños son típicamente de 35 a 100 nm, los cuales se encuentran dentro del rango del tamaño de partículas monodominio para estos materiales, y por encima del tamaño crítico superparamagnético a temperatura ambiente. Todas estas características están diseñadas biológicamente para proporcionar un momento magnético permanente a cada bacteria, que le permite orientarse y moverse paralelamente con las líneas del campo geomagnético.6,7 Desafortunadamente, las dificultades para lograr un cultivo masivo de las bacterias magnetotácticas obstaculizan su explotación científica y comercial.7 Por estas razones, el desarrollo de rutas sintéticas para preparar cadenas de nanocristales magnéticos análogos a los magnetosomas es un objetivo de gran relevancia. Este reto nos motivó recientemente8-11 a revisar algunos métodos de preparación sintéticos de nanoestructuras aplicando nuevos enfoques y estrategias, para obtener nanopartículas elipsoidales de Fe y de FeCo que presentan microestructuras diseñadas muy peculiares, similares a las cadenas de magnetosomas de las bacterias magnetotácticas. El método empleado se basa en los resultados previos encontrados en la reducción con hidrógeno de nanopartículas de hematites.12-14 En la contribución presente se describen y analizan los fundamentos de dichas metodologías, y se muestra como aplicando las estrategias propuestas se logró controlar de manera flexible la composición y la elongación de los nanoelipsoides de Fe y de FeCo, la orientación de los cristalitos monodominio magnéticos (con las direcciones <110> ó <001> aproximadamente orientadas a lo largo del eje longitudinal del nanoelipsoide), su tamaño (de 32 a 16 nm) y el tipo de sus arreglos en cadenas simples o cadenas dobles. TÉCNICAS EXPERIMENTALES Reactivos químicos empleados En la síntesis de las muestras se utilizaron los siguientes reactivos tal como se recibieron: perclorato de hierro (III) (Fe(ClO4)3, >98%, Fluka), urea (>99%, Merck), fosfato dihidrogenado de sodio (NaH2PO4,> 97%, Fluka), hidróxido de amonio (NH4OH, 99.99+%, Sigma-Aldrich), nitrato de itrio (Y(NO3)3 6H2O, 99.9%, Aldrich) y nitrato de cobalto 7 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. (Co(NO3)2 6H2O, >99%, Merck). El agua añadida en todos los experimentos se destiló tres veces. Síntesis de las partículas de hematites precursoras Para preparar las muestras de hematites (α-Fe2O3) con relación axial (i.e. la relación entre la longitud de las partículas y su anchura) controlable, se calentaron en un horno a 98°C soluciones acuosas con perclorato de hierro (III) 0.1 M, urea 0.1 M y una concentración variable (0, 3.5, 4.5 o 5.5 mmol dm-3) de fosfato dihidrogenado de sodio. En este proceso, las soluciones se mantuvieron inalteradas en tubos de ensayo cerrados durante 48 horas. Después de enfriar la mezcla resultante a temperatura ambiente, se separó el sólido precipitado de la solución madre mediante centrifugación, y se purificó varias veces con agua. Finalmente, se secó el polvo obtenido a 50°C en una estufa de secado. Las muestras resultantes se identificaron de acuerdo a la concentración de fosfato empleada: H-0mM, H3.5mM, H-4.5mM y H-5.5mM, respectivamente. Reducción térmica de las partículas de hematites a hierro metálico (α-Fe) Para obtener partículas de hierro constituidas por nanocristales monodominio alineados en cadenas, las muestras de hematites precursoras (H-3.5mM, H-4.5mM y H-5.5mM) se redujeron a α-Fe mediante tratamientos térmicos bajo un flujo continuo de gas hidrógeno (99,99%) de 40 l/h a 400°C. El tiempo de reducción en la mayoría de los experimentos fue de 4 horas. No obstante, se hicieron algunos experimentos con tiempos de reducción menores (1 ó 2 horas) con la finalidad de obtener mayor información acerca del proceso de reducción. Después de estos tratamientos térmicos, la fuente de calentamiento se retiró y las muestras se dejaron enfriar a temperatura ambiente. Posteriormente, con el fin de pasivar la superficie de las partículas de α-Fe y evitar una oxidación posterior de la muestra al ponerla en contacto con el aire, se hizo incidir sobre las muestras gas N2 previamente burbujeado en un matraz que contenía etanol. Las muestras resultantes obtenidas con tiempos de reducción de 4h se identificaron con los nombres: Fe3.5mM, Fe-4.5mM y Fe-5.5mM, respectivamente. 8 Obtención de nanoelipsoides de FeCo Con el fin de obtener partículas de FeCo con morfología elipsoidal, los nanoelipsoides de hematites fueron recubiertos con una capa de cobalto antes de proceder al tratamiento térmico de reducción.10 Para ello, se dispersaron 5 mmol de partículas de hematites (muestra H-4.5mM) en 150 ml de agua destilada empleando un baño de ultrasonido. A continuación, se añadieron 50 ml de una solución acuosa de nitrato de cobalto con una relación molar [Co]/[Co+Fe] del 10%. Después, el pH de la solución se ajustó a 10 con una solución de NH4OH y la muestra se mantuvo bajo agitación durante 1 h. A continuación, se separaron las partículas por centrifugación, se purificaron con agua destilada y se secaron a 50°C durante 12 horas. La reducción de esta muestra se llevó a cabo en dos etapas. En la primera etapa, la muestra de hematites recubierta con cobalto se calentó a 200°C en vacío durante 3 horas, y después se redujo a una ferrita en una atmósfera de hidrógeno a 360°C. Posteriormente, esta muestra se recubrió con una cantidad adicional del 20% molar de cobalto para obtener nanoelipsoides finales de Fe70Co30. A continuación, los nanoelipsoides recubiertos se redujeron a la fase metálica por medio de calentamiento a 400°C durante 4 horas en presencia de un flujo de hidrógeno de 40 l/h. Luego, la muestra se enfrió a temperatura ambiente bajo atmósfera de H2. Finalmente, se hizo pasar a través de la muestra gas N2 humedecido con etanol con el fin de oxidar moderadamente la superficie de los nanoelipsoides para estabilizarlos. La muestra final fue identificada como FeCo-4.5mM. Nanoelipsoides de hierro recubiertos con itrio Para recubrir los nanoelipsoides de hematites con un compuesto de itrio nos inspiramos en el método descrito por Aiken y Matijevic.15,16 Brevemente, se dispersaron 50 mg de nanoelipsoides de hematites (muestra H-4.5mM) en 30 ml de agua destilada empleando un baño de ultrasonido durante 5 minutos. A continuación, se añadieron a la dispersión de partículas 50 ml de una solución acuosa de nitrato de itrio con 1.8 M de urea en agitación mecánica durante 15 minutos. En estos experimentos, el porcentaje molar de itrio Y/(Y+Fe) se ajustó a 2, 4 y 6. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. Posteriormente, la solución resultante se mantuvo en tubos de ensayo cerrados y se envejeció en un horno durante 2 horas a 90°C. Por último, las partículas fueron recuperadas por centrifugación y lavadas varias veces con agua destilada. La recolección del precipitado se realizó por filtración y se secó a 50°C en una estufa de secado. Posteriormente, estos nanoelipsoides fueron reducidos a su estado metálico mediante tratamientos térmicos bajo un flujo continuo de gas hidrógeno (99,99%) a 500°C. Las muestras obtenidas se identificaron con los nombres: Fe-4.5mM@Y2%, Fe-4.5mM@Y4% y Fe-4.5mM@Y6%, respectivamente. Técnicas de caracterización Se realizaron mediciones de difracción de rayos X (DRX) para identificar las fases presentes en las muestras utilizando un difractómetro Siemens D5000 con radiación Kα de Cu. Las longitudes de coherencia promedio (LCP) perpendiculares a los planos cristalográficos de las muestras (determinados mediante los índices de Miller h, k y l) se denotaron con Dhkl y se calcularon a partir de la anchura a media altura (FWHM) del pico de la reflexión correspondiente utilizando la ecuación de Scherrer:17 Dhkl = 0.9λ β Cosθd (1) donde λ es la longitud de onda de los rayos X, β es el ancho del pico de difracción y θd es el ángulo de difracción. El tamaño y forma de las partículas fueron examinados por microscopía electrónica de transmisión (MET) utilizando un microscopio FEI-TITAN 80-300 kV operando a 300 kV. Las muestras fueron depositadas sobre rejillas de cobre tipo “lacey-carbon”. Durante los estudios de MET no hubo evidencia de transformaciones estructurales o químicas de las muestras. Los valores promedio y desviación estándar de la longitud y anchura de las partículas se determinaron mediante un análisis estadístico de las dimensiones observadas en las micrografías MET de más de 100 partículas. La media y desviación estándar de la relación axial se determinó a partir de los valores obtenidos para cada partícula. Para obtener más información acerca de la microestructura de las partículas se utilizó difracción de electrones de área seleccionada (DEAS) y Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 microscopía electrónica de transmisión de alta resolución. Las imágenes de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución fueron analizadas haciendo transformadas rápidas de Fourier (FFT) con el programa informático Digital Micrograph 3.11.1 (Gatan software, Inc). Los elementos presentes en las muestras se determinaron mediante espectrometría de emisión atómica con inducción de plasma acoplado (ICP-AES, Perkin-Elmer 5500), y en partículas individuales se llevaron a cabo análisis de espectrometría de energía dispersiva (EED). Las propiedades magnéticas de las partículas se estudiaron con un magnetómetro de muestra vibrante SQUID-VSM (Quantum Design). Las curvas de histéresis magnética se midieron con un campo máximo aplicado de 3T a temperatura ambiente. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Caracterización de las nanoestructuras de hematites precursoras Para obtener nanoelipsoides magnéticos se sintetizaron, primeramente, nanoestructuras de hematites (α-Fe2O3) alargadas mediante la hidrólisis de soluciones de hierro (III) inducida térmicamente en presencia de urea e iones fosfato. Estas nanoestructuras, a diferencia de las nanoestructuras de hierro metálico y las aleaciones de FexCo100-x, pueden crecer con una gran variedad de morfologías anisótropas que dependen fuertemente de las condiciones de síntesis, tales como la presencia de agentes surfactantes. La figura 1a muestra los patrones de difracción de las nanoestructuras precursoras sintetizadas en presencia de diferentes concentraciones de fosfato dihidrogenado. Dichos patrones corresponden a una única fase cristalina consistente con la estructura tipo corundum de la hematites (Joint Committee on Powder Diffraction Standards fichero No. 33-0664). Las imágenes de MET (ver figura 2) mostraron que la presencia de pequeñas concentraciones de fosfato de sodio en el medio de reacción modificaron substancialmente la morfología y uniformidad de las nanoestructuras de hematite. De esta forma, se encontró que la uniformidad y la relación axial de las partículas de hematites aumentó con el incremento de la relación de concentraciones entre iones fosfato y Fe+3 (ver figuras 1b y 2a-d). Este cambio de 9 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. Fig. 1. a) Patrones de DRX de las muestras H-0mM, H4.5mM y H-5.5mM. b) Dependencias de la relación axial y los valores de D104 de las muestras de hematites en función de la relación de concentraciones [PO4-3]/[Fe+3] empleada en su síntesis. Fig. 2. Micrografías de MET de las muestras de hematites sintetizadas a) en ausencia de iones fosfato y con concentraciones de NaH2PO4 de b) 3.5, c) 4.5 y d) 5.5 mmol dm-3. 10 morfología, de partículas equiaxiales a nanoelipsoides, también se evidenció con el cambio de la relación de intensidades de los picos de DRX correspondientes a los planos (104) y (110), ver figura 1a. Las imágenes MET de campo brillante y campo oscuro de los nanoelipsoides de hematites (figuras 3a y b) mostraron que los nanoelipsoides de αFe2O3 tienen una estructura interior constituida por cientos de nanopartículas primarias ensambladas con diámetros en torno a un orden de magnitud menor que la anchura de los nanoelipsoides. Por otra parte, las imágenes de MET de alta resolución revelaron que estas nanopartículas primarias son monocristales que están altamente orientados con la dirección <001> dirigida a lo largo del eje del nanoelipsoide. Como ejemplo ilustrativo, la figura 3c muestra una imagen de MET de alta resolución cuya transformada rápida de Fourier es presentada en la figura 3d. El patrón observado en esta última imagen está constituido por puntos ligeramente alargados (formando pequeños arcos) que pueden indexarse en el eje de zona [1-10] de la hematites. Esto confirma que los nanocristales de α-Fe2O3 comparten la misma orientación dentro del nanoelipsoide. Por otra parte, se observa que la dirección cristalográfica [006] cae a lo largo del eje largo del nanoelipsoide. Otra evidencia de la alta orientación de los nanocristales es que las longitudes de coherencia promedio, D104 (figura 1b), presentan valores más próximos al ancho de los nanoelipsoides que al tamaño de los nanocristales. Estos resultados sugieren que el mecanismo de formación de los nanoelipsoides de α-Fe2O3 se basa en la agregación espontánea de nanopartículas monocristalinas primarias de hematites para formar estructuras ordenadas con morfología elipsoidal. Para verificar esta hipótesis, se tomaron alícuotas del medio de reacción a diferentes tiempos y se examinaron por MET. En la figura 4a se muestra una imagen de MET obtenida para una alícuota extraída transcurridas 30 horas de reacción en el experimento H-4.5 mM. En esta imagen se observan claramente nanopartículas primarias que tienden a agregarse en estructuras nanoelipsoidales. La relación entre la relación axial de los nanoelipsoides y la concentración relativa de aniones PO4-3 (ver figuras 1b y 2a-d), así como la alta orientación de los nanocristales de α-Fe2O3 dentro de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. Fig. 3. Imágenes MET de a) campo brillante y b) de campo oscuro de una partícula de la muestra H-4.5mM. c) Micrografía MET de alta resolución de la partícula estudiada en la imagen anterior. La dirección del eje largo de la partícula está resaltada con una flecha doble. d) Transformada rápida de Fourier de la imagen c. Los puntos de este patrón han sido indexados al eje de zona [1-10] de la hematites. las nanoarquitecturas elipsoidales, son consecuencias de la adsorción preferencial de los aniones PO4-3 por las caras superficiales paralelas al eje c de la hematites. Esta adsorción selectiva puede explicarse teniendo en cuenta las relaciones estereoquímicas entre los aniones PO4-3 y los huecos que presenta la estructura de la hematites en las mencionadas caras (ver fig. 4b).18 De este modo, esta adsorción selectiva provee una cierta distribución de cargas eléctricas en la superficie de los nanocristales, la cual introduce nuevas interacciones anisótropas en el sistema que determinan la dirección [001] como la dirección preferencial para la agregación de los nanocristales, favoreciendo la formación de nanoarquitecturas con una morfología alargada (ver esquema representativo en figura 4c). Caracterización de los nanoelipsoides de α-Fe Los patrones de DRX de las muestras obtenidas después del tratamiento térmico (ver por ejemplo patrón de la muestra Fe-4.5mM en la figura 5) pueden indexarse considerando una única fase cristalina de hierro metálico (Joint Committee on Powder Diffraction Standards fichero No. 06-696). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 Fig. 4. a) Micrografía de MET de una alícuota extraída transcurridas 30 horas de reacción en el experimento H4.5mM. b) Representación esquemática de la adsorción selectiva de aniones PO4-3 por las caras paralelas al eje c de la hematites. c) Representación idealizada del proceso de auto-ensamblaje de nanocristales de hematites en una nanoarquitectura con forma elipsoidal. Es importante destacar que los valores de D110 fueron los mismos, dentro del error experimental, para las muestras Fe-3.5mM, Fe-4.5mM y Fe-5.5mM, siendo próximos a 30 nm. Los estudios por MET mostraron que la uniformidad y morfología de las partículas no experimentaron cambios significativos después de aplicar los tratamientos térmicos reductores (ver figuras 6a y b), sin embargo, se observó que las dimensiones de los nanoelipsoides se redujeron ligeramente. Las imágenes de altos aumentos de MET (figura 6b y c) indicaron que, con el tratamiento térmico en presencia de flujos de hidrógeno, los nanoelipsoides de hematites no solo experimentaron una transformación cristaloquímica, sino que también aumentó el tamaño de los cristalitos. De este modo, en estas imágenes se observa que los nanoelipsoides están constituidos por sub-unidades con un núcleo oscuro de unos 30 nm de diámetro recubierto por una capa de pocos nm, asociada a la superficie de óxido formada durante el proceso controlado de pasivación, la cual aparece con un tono más claro. 11 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. Fig. 5. Patrones de DRX de las muestras H-4.5mM, Fe4.5mM, FeCo-4.5mM y Fe-4.5mM@Y6%. Este óxido no fue detectado por difracción de rayos X (figura 5), probablemente debido a su pequeño tamaño de cristal. La distribución de las subunidades en el interior de los nanoelipsoides dependió de las dimensiones de los nanoelipsoides de hematites iniciales y el tiempo de reducción, tal como se estudió con detalle en las referencias 8 y 10. En particular, se encontró que los nanoelipsoides después de un tratamiento térmico de 1 ó 2 horas, solo presentaron una cadena de sub-unidades alineadas. Esta estructura de una sola cadena de cristales se observó también en los nanoelipsoides de la muestra Fe-5.5mM. En cambio, los nanoelipsoides de las muestras Fe-3.5mM y Fe-4.5mM exhibieron una peculiar estructura formada por una sub-unidad en cada punta de la partícula y dos cadenas lineales de sub-unidades en el centro de la partícula (ver figuras 6b y c). A este tipo de arreglo lo llamamos cadenas dobles frustradas. En la figura 7a se muestra una representación esquemática de estos cambios. Caracterización de los nanoelipsoides de FexCo100-x Tal como se demostró en otros trabajos,10,12 es factible modificar la composición de los 12 Fig. 6. a), b) y c) Imágenes de MET de la muestra Fe4.5mM. En la imagen c, algunos núcleos metálicos están resaltados con líneas discontinuas. d) Imagen de MET de la muestra FeCo-4.5mM. e) Micrografía de MET de alta resolución de un nanoelipsoide de FeCo-4.5mM. f) Transformada rápida de Fourier de la imagen e. nanoelipsoides y obtener nanoelipsoides de FexCo100-x (0 ≤ x ≤ 30) recubriendo las nanopartículas de hematites iniciales con una capa de óxido de cobalto. Al reducir estos nanoelipsoides con el tratamiento térmico en atmósferas de hidrógeno, el cobalto se difunde dentro de la partícula obteniendo nanoaleaciones de FexCo100-x. Esto es posible dado que el radio de los átomos de Co es muy próximo al de los átomos de Fe. La figura 7b muestra una representación esquemática de este proceso. Los nanoelipsoides de FexCo100-x presentaron las mismas características estructurales que los nanoelipsodes de α-Fe. De este modo, presentaron núcleos metálicos monocristalinos, con una estructura cúbica centrada en el cuerpo (bcc, por sus siglas en inglés), recubiertos por una capa de óxido. En la figura 6d se presenta una imagen de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. MET de bajos aumentos de la muestra FeCo-4.5mM, donde se puede observar la uniformidad de estos nanoelipsoides. En la figura 6e se muestra una imagen MET de alta resolución de un nanoelipsoide de Fe70Co30. La transformada rápida de Fourier de esta imagen (figura 6f) muestra un patrón de puntos que pueden indexarse con el eje de zona [100] de una aleación FexCo100-x con estructura bcc. De las imágenes 6e y f podemos concluir que la dirección [011] (que es la dirección del eje magnético medio para un cristal αFe con anisotropía magnetocristalina predominante) cae a lo largo del eje del nanoelipsoide. Además, se detectaron puntos de difracción que se pueden asociar al eje de zona [110] de una ferrita, asociada a la capa superficial de óxido protectora, siendo la dirección <100> coincidente con la dirección <001> del Fe70Co30. Fig. 7. Representaciones esquemáticas de las transformaciones estructurales y de composición observadas: a) durante el proceso de reducción de nanoelipsoides de hematites, b) durante el proceso de reducción de nanoelipsoides de hematites recubiertas con cobalto, y c) durante el proceso de reducción de nanoelipsoides de hematites recubiertos con itrio. Nuevas estrategias para el diseño de la microestructura de nanoelipsoides de α-Fe y FexCo100-x Los estudios presentados en la sección anterior han demostrado que los nanoelipsoides obtenidos presentan el gran atractivo de combinar una morfología elipsoidal con una microestructura constituida por cadenas de nanocristales magnéticos alineados, Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 mostrando claras semejanzas con los magnetosomas de la bacteria magnetotáctica. Esto los convierte en excelentes modelos experimentales útiles para la contrastación y complementación de diversos modelos teóricos micromagnéticos.8,10 No obstante, con los protocolos descritos no se logró controlar ni el tamaño de los cristalitos metálicos ni su orientación dentro del nanoelipsoide, siendo ambos parámetros determinantes en las propiedades físicas de los nanoelipsoides. Es por ello que buscamos nuevas estrategias que mejoraran nuestra capacidad de controlar la microestructura de los nanoelipsoides. Con este fin, se trató de modular el crecimiento de los nanocristales durante el proceso de reducción mediante la introducción de tensiones internas adicionales dentro de los nanoelipsoides. Para ello, se recubrieron los nanoelipsoides de hematites iniciales con compuestos cuyos coeficientes de dilatación térmica lineal son diferentes a las fases en las que se transforma el nanoelipsoide durante el tratamiento térmico (magnetita y α-Fe). De este modo, estos recubrimientos generan tensiones internas transversales producidas por las diferencias en la expansión térmica entre el nanoelipsoide y su recubrimiento durante el proceso de reducción con tratamientos térmicos en atmósferas de hidrógeno.10 En este protocolo, el espesor y la naturaleza del recubrimiento son factores de control de las propiedades microestructurales de los nanoelipsoides finales.9 En el trabajo presente mostraremos los resultados obtenidos empleando recubrimientos de óxido de itrio. El itrio no se difunde al interior de las partículas, permaneciendo principalmente en la superficie del nanoelipsoide después del proceso de reducción térmica, tal como demostramos mediante caracterizaciones de XPS y otras técnicas analíticas en la referencia 10. No obstante, la presencia de estos recubrimientos no se detectó por difracción de rayos X debido a su naturaleza amorfa. Estos recubrimientos tuvieron una fuerte influencia en el tamaño de los monocristales metálicos de los nanoelipsoides finales. En la figura 8f se muestra el valor de la longitud de coherencia promedio D110 de los nanoelipsoides tratados térmicamente en función de la relación molar [Y]/[Y+Fe]. De esta dependencia se puede deducir que el tamaño de los núcleos de los nanoelipsoides disminuye significativamente según aumenta el espesor del recubrimiento. 13 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. Por otra parte, los análisis realizados mediante difracción de electrones y MET de alta resolución indicaron que los recubrimientos también tuvieron una influencia en la orientación de los cristales metálicos y el tipo de arreglo que forman. Como ejemplo ilustrativo, mostraremos el caso de una muestra de nanoelipsoides de hierro recubiertos con itrio con una relación molar [Y]/[Y+Fe] del 6% (figura 8a). En la mayoría de estos nanoelipsoides, no se evidenció una estructura tipo cadenas dobles frustradas, sino que los nanocristales de Fe aparecieron alineados en solo una cadena recubiertos por un material amorfo, tal como se puede observar en las figuras 8b y c. La figura 8d muestra una imagen de MET de alta resolución de uno de los núcleos de hierro metálico de un nanoelipsoide de la muestra Fe-4.5mM@Y6%. En ella se observan franjas reticulares que pueden asociarse a la estructura bcc del hierro proyectada a lo largo de la dirección <100> (véase también la imagen de FFT correspondiente en la figura 8e). Fig 8. a), b) y c) Micrografías de MET de la muestra Fe-4.5mM@Y6%. d) Imagen de MET de alta resolución correspondiente a la región resaltada en la imagen c) con un cuadro discontinuo. e) Transformada rápida de Fourier de la imagen d. f) Dependencia de las longitudes de coherencia D110 de los nanoelipsoides de α-Fe en función de la cantidad de itrio en sus recubrimientos. 14 Además, se encontró que la dirección <001> (es decir, la dirección del eje de fácil magnetización para un cristal α-Fe con anisotropía magnetocristalina predominante) es aproximadamente paralela al eje largo del nanoelipsoide. Estas mismas características la presentaron el resto de los núcleos de este nanoelipsoide. Propiedades magnéticas de los nanoelipsoides de α-Fe y de Fe x Co 100-x , y su potencial tecnológico La peculiar microestructura de los nanoelipsoides obtenidos, constituida por nanocristales magnéticos alineados en cadenas, y el alto nivel de control que nos aportan los métodos de preparación propuestos sobre el tamaño, tipo de arreglo y orientación de los nanocristales dentro de los nanoelipsoides, convierten a este sistema de partículas en un excelente modelo experimental útil para la contrastación y complementación de diversos modelos teóricos micromagnéticos 8,10, el estudio de los efectos de las interacciones dipolares en un sistema de nanopartículas8 y el estudio de la competencia de diversas fuentes de anisotropía en partículas alargadas.11 Es importante resaltar que el tamaño de los núcleos metálicos de los nanoelipsoides es menor que el tamaño crítico monodominio esperado para nanopartículas de α-Fe y de FeCo,19 por lo que es esperable que éstos núcleos sean monodominios magnéticos. Esta hipótesis fue corroborada en las referencias 8 y 10 realizando diversos estudios magnéticos. La figura 9 muestra los ciclos de histéresis medidos a temperatura ambiente de algunas de las muestras estudiadas en la contribución presente. En estas curvas se observa que estas muestras presentan valores altos de campo coercitivo, magnetización remanente e imanación de saturación debido a su anisotropía de forma. Estos valores varían dependiendo del tamaño de los núcleos, el tipo de alineamiento de los núcleos (cadenas simples o dobles frustradas) arreglo y su composición.10 En relación con estas propiedades, es importante destacar que los valores del campo coercitivo encontrados son considerablemente más grandes que el campo coercitivo máximo esperado para una partícula monodominio de α-Fe con una anisotropía magnetocristalina predominante (2K1/MS ≈ 560 Oe, Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. tratamientos térmicos localizados se basarían en que los nanoelipsoides disipan energía en forma de calor cuando se encuentran en el seno de un campo magnético alterno por medio de la rotación de su momento magnético (relajación de Néel) y la rotación de los nanelipsoides producida por el torque ejercido por el campo aplicado (relajación browniana). Fig. 9. Ciclos de histéresis obtenidos para las muestras Fe-4.5mM, FeCo-4.5mM y Fe-4.5mM@Y6% a temperatura ambiente. donde K 1 es la constante de anisotropía 20), y notablemente mayor que los valores observados experimentalmente en nanopartículas de hierro con un diámetro alrededor de 30 nm a temperatura ambiente. 21 Esto sugiere que la anisotropía de forma es la fuente de anisotropía predominante en el sistema a temperatura ambiente. Por otra parte, estos valores se incrementan considerablemente si la temperatura de medición se reduce a pocos grados Kelvin,8,11 lo cual es esperable para un arreglo de cristales ferromagnéticos con tamaños de pocas decenas de nanómetros. Las propiedades magnéticas duras de nuestro sistema de nanopartículas implican elevadas pérdidas de energía durante su histéresis, factor que junto a las reducidas dimensiones de los nanoelipsoides los hacen muy atractivos para su uso como material base para el diseño de medios flexibles de almacenamiento de información o de energía. Por otro lado, podrían presentar un futuro prometedor en diversas aplicaciones dentro del área biomédica. Por ejemplo, se podrían emplear en el diseño de biosensores y bioseparadores basados en el reconocimiento, anclaje y recolección magnética de biomoléculas y agentes patógenos. Asimismo, los nanoelipsoides magnéticos podrían emplearse en terapias de tumores cancerígenos transportando fármacos antineoplásicos y a su vez emplearse como diminutos centros de irradiación de calor (42-55°C) para destruir selectivamente células cancerígenas sin dañar a los tejidos sanos adyacentes. Estos Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 CONCLUSIONES En la contribución presente se han establecido procedimientos de preparación de nanoelipsoides de Fe y FeCo con una microestructura constituida por nanocristales monodominio alineados con la misma orientación formando una o dos cadenas dentro de los nanoelipsoides, de forma similar a como aparecen alineados los magnetosomas de la bacteria magnetotáctica. Las técnicas desarrolladas permiten modificar de forma controlada y reproducible la composición y la elongación de los nanoelipsoides magnéticos, la orientación de los nanocristales, su tamaño y el tipo de sus arreglos. Esto conduce a su vez a la modulación de sus propiedades magnéticas, las cuales se caracterizan por sus altos valores de coercitividad, magnetización remanente y de magnetización de saturación debido a que presentan una alta anisotropía magnética gobernada principalmente por su morfología alargada. Estas propiedades magnéticas duras, adaptables a las necesidades específicas de una aplicación determinada, proveen a estos nanoelipsoides de un gran potencial tecnológico. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al M. C. Enrique Díaz Barriga su excelente ayuda técnica en el MET. Asimismo, agradecen al Dr. Carlos J. Serna y a la Dra. M. Puerto Morales sus valiosos comentarios. Esta investigación fue financiada por CONACYT con los proyectos CB84478 y CB83468, y la UANL con el proyecto Paicyt2009-IT 147-09. REFERENCIAS 1. T.-K. Chung, S. Keller, G. P. Carman. Electricfield-induced reversible magnetic single-domain evolution in a magnetoelectric thin film. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 132501. 15 �Nanoelipsoides de Fe y FeCo con microestructuras diseñadas bioinspiradas en la bacteria... / Carlos Luna Criado, et al. 2. H. Wu, R. Zhang, X. Liu, D. Lin, W. Pan. Electrospinning of Fe, Co, and Ni Nanofibers: Synthesis, Assembly, and Magnetic Properties. Chem. Mater. 2007, 19, 3506-3511. 3. V. M. Prida, K. R. Pirota, D. Navas, A. Asenjo, M. Hernández-Vélez, M. Vázquez. Self-Organized Magnetic Nanowire Arrays Based on Alumina and Titania Templates. J. Nanosci. Nanotechnol. 2007, 7, 272-285. 4. I. S. Jacobs, C. P. Bean. An Approach to Elongated Fine-Particle Magnets. Phys. Rev. 1955, 100, 1060-1067. 5. L. Zhang y A. Manthiram. Experimental study of ferromagnetic chains composed of nanosize Fe spheres. Phys. Rev. B 1996, 54, 3462-3467. 6. R. E. Dunin-Borkowski, M. R. McCartney, R. B. Frankel, D. A. Bazylinski, M. Pósfai, P. R. Buseck. Magnetic microstructure of magnetotactic bacteria by electron holography. Science 1998, 282, 1868-1870. 7. D. Schüler. Formation of magnetosomes in magnetotactic bacteria. J. Molec. Microbiol. Biotechnol. 1999, 1, 79-86. 8. Carlos Luna Criado, Raquel Mendoza Reséndez. Estudio del mecanismo de inversión de la magnetización en nanoelipsoides de Fe con microestructuras diseñadas, bioinspiradas en la bacteria magnetotáctica. CiENCiAUANL 2013 (aceptado). 9. Raquel Mendoza Reséndez, Carlos Luna Criado. Método de control de las propiedades microestructurales y magnéticas de partículas elipsoidales mediante la modulación de sus tensiones internas a través de recubrimientos con una relación de sus coeficientes de expansión térmica. Patente MX/a/2013/005103. 10. R. Mendoza-Reséndez, C. Luna, E. D. BarrigaCastro, P. Bonville y C. J. Serna. Control of Crystallite Orientation and Size in Fe and FeCo Nanoneedles. Nanotechnology 2012, 23, 225601. 11. R. Mendoza-Reséndez, C. Luna. Shape 16 Anisotropy and Exchange Bias in Magnetic Flattened Nanospindles with Metallic/oxide Core/Shell Structures. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 2012, 12, 7577-7581. 12. Raquel Mendoza-Reséndez, Raul Pozas, M. Puerto Morales, Pierre Bonville, Manuel Ocaña, Carlos J. Serna. FeCo magnetic nanoneedles obtained by Co-coating haematite. Nanotechnology 2005, 16, 647–654 13. R. Mendoza-Reséndez, O. Bomati-Miguel, M. P. Morales, P. Bonville, C. J. Serna. Microstructural characterization of ellipsoidal iron metal nanoparticles. Nanotechnology 2004, 15, S254S258. 14. R. Mendoza-Reséndez, M. P. Morales, C. J. Serna. Reduction mechanism of uniform iron oxide nanoparticles to metal used as recording media. Mater. Sci. Eng. C 2003, 23, 1139-1142. 15. B. Aiken, E. Matijevic. Preparation and properties of uniform coated inorganic colloidal particles. IV. Yttrium basic carbonate and yttrium oxide on hematite. J. Colloid and Interface Sci. 1988, 126, 645-649. 16. E. Matijevic. Preparation and properties of uniform size colloids. Chem. Mater. 1993, 5, 412-426. 17. B. D. Cullity, S. R. Stock. Elements of X-ray diffraction. Prentice may: New Jersey. 2001. 18. V. Barron, M. Herruzo, J. Torrent. Phosphate Adsorption by Aluminous Hematites of Different Shapes. Soil. Sci. Soc. Am. Proc. 1988, 52, 647651. 19. A. Aharoni. Angular dependence of nucleation by curling in a prolate spheroid. J. Appl. Phys. 1997, 82, 1281-1287. 20. C. Kittel. Physical theory of ferromagnetic domains. Rev. Mod. Phys. 1949, 21, 541-583. 21. R. Fernández-Pacheco, M. Arruebo C. Marquina, R. Ibarra, J. Arbiol and J. Santamaría. Highly magnetic silica-coated iron nanoparticles prepared by the arc-discharge method. Nanotechnology 2006, 17, 1188-1192. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación de contaminantes orgánicos de agua Diana Berenice Hernández Urésti, Azael Martínez-de la Cruz CIIDIT-FIME-UANL azael70@gmail.com RESUMEN El molibdato de plomo (PbMoO4) fue sintetizado en forma de polvo mediante cinco rutas de síntesis (reacción en estado sólido-SS, coprecipitación-Cop, hidrotermalH60, sonoquímica-Sono y por radiación con microondas-MW). Las muestras resultantes fueron caracterizadas por técnicas experimentales convencionales. La actividad fotocatalítica de PbMoO4 fue evaluada bajo irradiación UV en la reacción de degradación de rodamina B (RhB), índigo carmín (IC), naranja G (OG) y naranja de metilo (MO). En general, la actividad de las muestras preparadas siguió la secuencia MW > Sono > H60 > Copp > SS mostrando una importante correlación con la ruta de síntesis del material. Esta situación fue asociada con las propiedades texturales y morfológicas del óxido. Bajo condiciones ácidas, para el caso de RhB, IC y OG, las soluciones fueron rápidamente decoloradas. El análisis de carbón orgánico total (TOC) de las soluciones irradiadas de los colorantes reveló que un alto grado de mineralización de los compuestos orgánicos es posible por acción de PbMoO4 luego de 96 h de radiación UV. PALABRAS CLAVE Fotocatálisis heterogénea, PbMoO4, molibdato, colorantes orgánicos Artículo basado en el trabajo “Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación de contaminantes orgánicos de agua”, el cual obtuvo el Premio de Investigación UANL 2013, en la categoría de Ingeniería y Tecnología, otorgado en la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la UANL, celebrada el 29 de agosto de 2013. ABSTRACT Lead molybdate powder (PbMoO4) was successfully synthesized by using five routes of synthesis (solid state reaction-SS, coprecipitation-Cop, hydrothermalH60, sonochemistry-Sono and microwave irradiation-MW). The resulting samples were characterized by conventional experimental techniques. The photocatalytic activity of PbMoO4 samples was evaluated under UV irradiation for the degradation reaction of rhodamine B (RhB), indigo carmine (IC), orange G (OG), and methyl orange (MO). In general, the activity of samples synthesised follows the sequence MW > Sono > H60 > Copp > SS showing a strong correlation with the route of synthesis. This fact was associated with the textural and morphological properties of oxide. The bleaching of the organic dye solutions over PbMoO4 photocatalyst was quickly reached for RhB, IC, and OG under acidic conditions. Total organic carbon (TOC) analysis of samples irradiated revealed that mineralization of organic dyes by the action of PbMoO4 is feasible after 96 h of UV irradiation. KEYWORDS Heterogeneous photocatalysis, PbMoO4, molybdate, organic dyes Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 17 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. INTRODUCCIÓN La búsqueda de nuevas tecnologías de oxidación para la purificación de agua que resulten eficientes y económicamente factibles a escalas industriales se ha centrado en el uso de la energía solar como fuente energética. Una de las aplicaciones fotoquímicas que ha despertado más interés en las últimas décadas entre la comunidad científica internacional es la fotocatálisis heterogénea. Debido a que la velocidad de recombinación hueco-electrón en el seno del semiconductor es muy superior a la velocidad de oxidación-reducción de especies contaminantes en su superficie, es indispensable establecer condiciones experimentales para promover esta separación y hacer ineficiente el proceso de recombinación de cargas. Lo anterior puede realizarse, bien mediante la modificación estructural/electrónica del semiconductor, o bien mediante la variación del medio de reacción. El material semiconductor por excelencia utilizado como fotocatalizador es el TiO 2 en su forma cristalina de anatasa debido a su alta actividad catalítica bajo radiación ultravioleta, alta inercia ante procesos de fotocorrosión y bajo costo. Diversos trabajos han sido realizados con el fin de desarrollar fotocatalizadores con alta eficiencia en la región visible del espectro solar, como ejemplo basta mencionar a los óxidos In1-xNixTaO4, CaIn2O4, InVO4 y Bi2MoO6.1-5 Desde el punto de vista tecnológico, la fotocatálisis heterogénea se encuentra actualmente en una fase temprana de investigación y desarrollo tecnológico. No obstante, existen dispositivos comerciales que operando bajo este principio son utilizados para la purificación de aire, principalmente en la eliminación de óxidos de nitrógeno (NOx) y de compuestos orgánicos volátiles (VOC´s) presentes en interiores de oficinas, casas y automóviles. Asimismo, el desarrollo comercial de superficies autolimpiantes como ventanas y piezas cerámicas, así como cubiertas de focos de alumbrado que operan por la presencia de un fotocatalizador es una realidad.6 Aunque notables avances se han reportado en el empleo de la fotocatálisis heterogénea para la remoción de contaminantes en medio acuoso, el camino a recorrer para su aplicación en grado masivo de volumen y empleo de radiación solar aún es largo. 18 Entre los principales problemas a los que se enfrenta la aplicación de la fotocatálisis heterogénea en medio acuoso se encuentran la dificultad en el manejo de grandes volúmenes de agua, un proceso efectivo de separación del fotocatalizador del medio una vez concluido el proceso, así como la necesidad de aumentar la eficiencia fotocatalítica del semiconductor preparado. En contraparte, el uso de esta herramienta tecnológica presenta la ventaja de requerir una fuente de energía gratuita e inagotable como lo es la energía solar, el tratarse de un proceso no selectivo para la oxidación y mineralización de prácticamente cualquier compuesto orgánico, así como su aplicación en niveles de concentración de contaminantes donde otras técnicas son inoperantes. En las reacciones fotocatalíticas existen factores que pueden influir de manera positiva o negativa para que éstas se puedan llevar a cabo de manera eficiente. Es precisamente objeto de estudio de la presente investigación el atender a estos factores para la consecución y desarrollo de un fotocatalizador con alta eficiencia en procesos de remoción de contaminantes en medio acuoso. La presente propuesta incluye la selección de un semiconductor (PbMoO4) y la modificación de sus propiedades fisicoquímicas para potenciar su actividad fotocatalítica en reacciones de degradación de colorantes orgánicos. Lo anterior mediante el empleo de diversas rutas de síntesis química que emplean diferentes condiciones de tratamiento térmico/enfriamiento para la preparación de óxidos semiconductores con propiedades morfológicas y texturales diferentes que incidan en la actividad fotocatalítica del material. EXPERIMENTACIÓN El material PbMoO4 fue preparado en forma policristalina mediante diferentes métodos: reacción en estado sólido (SS), coprecipitación (Cop), hidrotermal (H60), sonoquímica (Sono) y radiación con microondas (MW). Para la preparación del molibdato por el método de reacción en estado sólido se pesaron cantidades en relación estequiométrica apropiada del óxido MoO3 y la sal Pb(NO3)2, se homogeneizaron y la mezcla reactiva se compactó en forma de pastilla por medio de una prensa mecánica. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. Las pastillas fueron calcinadas a 950˚C en un horno eléctrico durante 72 horas. Posteriormente la muestra fue enfriada a temperatura ambiente. Para la síntesis por coprecipitación se utilizaron como precursores Pb(NO3)2 y (NH4)6Mo7O24•4H2O. A partir de dichas sales, se prepararon dos soluciones acuosas. La solución de Pb(NO3)2 fue vertida lentamente gota a gota en la solución de (NH4)6Mo7O24•4H2O manteniendo una agitación vigorosa y originando una suspensión de color blanco. Se ajustó a pH= 11 utilizando NH4OH, manteniendo la suspensión en agitación durante 30 minutos adicionales. Una vez formado el precipitado, éste fue separado por filtración. En la preparación de PbMoO4 mediante el método hidrotermal se utilizaron como reactivos H2MoO4 y Pb(NO3)2, los cuales fueron disueltos en 75 mL de agua desionizada. Posteriormente, la disolución se mantuvo en agitación vigorosa dentro de un baño de ultrasonido y se ajustó a pH= 11 por adición de NH4OH. La suspensión se transfirió a una autoclave de acero inoxidable. El proceso hidrotermal se realizó a 60˚C con una velocidad de calentamiento de 2˚C. min-1 durante 10 minutos. Transcurrido este tiempo, se realizaron varios lavados con agua desionizada al precipitado resultante con el fin de neutralizar el pH (~7) y después se procedió a la evaporación del solvente a 70˚C. En la síntesis del método por sonoquímica se partió de los reactivos H2MoO4 y Pb(NO3)2 y se siguió el procedimiento experimental descrito a detalle previamente.7 Para la preparación de la muestra por radiación con microondas se vertieron 15 mL de etilenglicol anhídrido en un vaso de precipitado y fueron añadidos 5 mmoles de H2MoO4 y de Pb(NO3)2 con agitación constante y se ajustó a pH= 11 utilizando NH4OH. La dispersión de color blanca fue transferida a un equipo de microondas para someterla a un calentamiento mediante la aplicación del 50% de la potencia del horno de 120W durante 20 minutos. Posteriormente, el sólido obtenido fue separado por filtración. La caracterización estructural del óxido PbMoO4 fue realizada por difracción de rayos-X en polvo (DRX) usando un difractómetro Bruker Advanced X-Ray Solution D8 con radiación Kα del Cu (λ= 1.5418 Å). Las mediciones se realizaron en Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 un intervalo 2θ de 10° a 60° con un tamaño de paso de 0.05° y un tiempo de 0.05 segundos por cada paso. La banda de energía prohibida (Eg) se determinó mediante espectroscopia de reflectancia difusa (DRS) utilizando un espectrofotómetro Perkin Elmer Precisely Lambda 35 UV/Vis con esfera de integración. El área superficial de los fotocatalizadores fue determinada mediante fisisorción de nitrógeno (método BET) utilizando un analizador Bel-Japan Minisorp II. La morfología de las muestras fue analizada mediante la técnica de microscopía electrónica de barrido (SEM) utilizando un microscopio FEI Nova Nano SEM de bajo vacío con un voltaje máximo de aceleración de 3 kV. Las reacciones de degradación fotocatalítica se llevaron a cabo en un reactor de inmersión de borosilicato con chaqueta de enfriamiento para mantener la temperatura de reacción en 25°C± 1°C. Como fuente de radiación UV fue utilizada una lámpara heterocromática de Xe de 10,000 K. La intensidad de la radiación UV fue de 1,380 μW.cm-2. La actividad fotocatalítica de PbMoO4 se evaluó en la reacción de degradación de los colorantes orgánicos rodamina B (RhB), índigo carmín (IC), naranja G (OG) y naranja de metilo (MO) en solución acuosa, véase figura 1. En un vaso de precipitado se agregaron 200 mL de una solución del colorante orgánico que contenía 200 mg de PbMoO4 y posteriormente se transfirió a un baño de ultrasonido para la eliminación de agregados. Considerando el coeficiente de absorción molar de cada colorante, las concentraciones iniciales fueron 5, 30, 20, y 20 mg. L-1 para RhB, IC, OG y MO, respectivamente. A fin de asegurar que Fig. 1. Estructura molecular de colorantes de distintas familias de compuestos orgánicos. 19 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. el equilibrio de adsorción-desorción del colorante en la superficie de catalizador se hubiera alcanzado la solución se mantuvo en reposo en la oscuridad por 1 h. Después de este tiempo, la lámpara se encendió. Durante la reacción, las muestras se tomaron del reactor a diferentes intervalos de tiempo y luego se analizaron mediante un análisis colorimétrico tomando como referencia el máximo de absorción de cada colorante para determinar su concentración. Se llevaron a cabo experimentos en condiciones ácidas y básicas a pH= 4 y 10 añadiendo HNO3 ó NH4OH, respectivamente. El grado de mineralización fue seguido mediante el análisis del contenido de carbón orgánico total (TOC) de las soluciones con diferentes tiempos de irradiación. Se utilizaron 250 mL de la solución del colorante (50 mg.L-1 para RhB, OG y MO; y 100 mg.L-1 para IC) conteniendo 250 mg de fotocatalizador. Las muestras irradiadas se analizaron en un analizador de TOC Shimadzu VSCN8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las muestras obtenidas por los diferentes métodos de síntesis fueron caracterizadas estructuralmente mediante difracción de rayos-X en polvo. Los difractogramas obtenidos mostraron la presencia de la fase tetragonal de PbMoO4 sin la presencia de impurezas de acuerdo a la tarjeta JCPDS No. 01-0714910, como se muestra en la figura 2. En particular, la muestra PbMoO4 (MW) presentó la mayor cristalinidad como lo demuestra su Fig. 2. Difractogramas de PbMoO4 obtenidos mediante el método de reacción en estado sólido (SS), coprecipitación (Copp), hidrotermal (H60), sonoquímica (Sono) y radiación con microondas (MW). 20 difractograma con líneas de difracción bien definidas y altas intensidades. La energía de banda prohibida se obtuvo mediante los espectros de reflectancia difusa (DRS), y los valores son mostrados en la tabla I. Todas las muestras obtenidas presentaron un valor de Eg mayor a 3 eV lo cual define que son fotocatalizadores que pueden ser activados mediante radiación UV. Para determinar el área superficial de los materiales sintetizados se realizaron análisis de fisisorción de nitrógeno utilizando el método BET, véase tabla I. La muestra PbMoO4 (SS) fue la que exhibió el menor valor de área debido a que la alta temperatura de síntesis promovió un proceso de crecimiento de partícula mediante un mecanismo de sinterización. Cuando el PbMoO4 fue sintetizado por el resto de los métodos de síntesis, el área superficial del material se incrementó en aproximadamente un orden de magnitud, alcanzando un valor máximo de 5.98 m2.g-1 para PbMoO4 (Sono). Tabla I. Propiedades físicas de PbMoO4 preparado por diferentes métodos de síntesis. Método de Síntesis Temperatura Energía Área de calcinación de banda superficial (°C) prohibida (eV) (m2.g-1) Estado sólido (SS) 950 3.10 0.20 Coprecipitación (Copp) 350 3.16 1.18 Hidrotermal (H60) 70 3.09 2.71 Sonoquímica (Sono) 70 3.19 5.98 Microondas (MW) 70 3.17 2.52 La figura 3 muestra algunas imágenes de SEM representativas de la morfología de las muestras preparadas. De acuerdo al análisis por SEM la muestra (SS) no presentó una morfología definida en particular, con ausencia de aglomerados y de tamaños superiores a 2 μm (3a). La fase obtenida mediante el método de coprecipitación presentó una morfología irregular tipo oval en sus partículas con un tamaño menor al observado para PbMoO4 (SS), del orden de 350 nm (3b). La muestra obtenida mediante el método hidrotermal presentó una morfología de sus partículas en forma octaédrica Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. Fig. 3. Micrografías SEM de las muestras de PbMoO4 (SS) (a), PbMoO4 (Copp) (b), PbMoO4 (H60) (c), PbMoO4 (Sono) (d) y PbMoO4 (MW) (e). o de bipirámide con tamaño de 150-300 nm (3c). Esta morfología es ocasionada por la temperatura y la presión utilizada en el reactor hidrotermal, ya que es capaz de promover el mecanismo de nucleación, agregación y recristalización. En el proceso de coalescencia se incrementó la concentración de partículas, que durante su crecimiento probablemente causó la formación de defectos superficiales en sus caras.8 Las partículas presentaron una orientación preferencial al plano cristalográfico [001], ya que los cristales tendieron a formarse con una mayor velocidad de crecimiento en esa dirección.9 Las partículas obtenidas mediante el método de sonoquímica mostraron una morfología semiesférica utilizando como medio dispersante etilenglicol (EG) (3d). Los efectos físicos del ultrasonido como la cavitación originaron núcleos limitados durante la etapa de crecimiento de las partículas, debido al tiempo de duración de los colapsos de implosión de las burbujas en el líquido (> 1ns). Dicha implosión ocasionó una distribución homogénea en el tamaño de cristal y tamaño de partícula, disminuyendo la formación de aglomerados y obteniendo una morfología definida. La muestra de PbMoO4 (MW) está formada por partículas con una morfología en forma ovalada Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 (3e). La radiación con microondas produjo un calentamiento muy rápido de toda la suspensión que favoreció la nucleación de los cristales alcanzando una distribución de tamaño de partícula homogénea. El EG absorbe las ondas de alta frecuencia, al formarse la fase PbMoO4 también absorbió las microondas produciendo partículas de tamaño homogéneo mediante el mecanismo de Ostwald Ripening.10 En este mecanismo, los centros de nucleación se aglomeran y disuelven generando pequeñas partículas, donde los aglomerados grandes crecen a partir de los aglomerados de partículas más pequeñas, que se disuelven y desaparecen. En la figura 4 se resumen los resultados obtenidos para la degradación de los cuatro colorantes orgánicos utilizando como fotocatalizador PbMoO4 sintetizado por reacción en estado sólido, co-precipitación, hidrotermal, sonoquímica y microondas bajo condiciones ácidas de pH= 4. Dado que los tiempos de vida media obtenidos para naranja de metilo fueron considerablemente grandes con respecto a los del resto de los colorantes, los datos de t1/2 para este colorante fueron divididos entre 2 para ser representados y ser mejor visualizados en la figura 4. Independientemente del método de síntesis, la actividad fotocatalítica de PbMoO 4 para la 21 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. Fig. 4. Tiempo de vida media de los colorantes rodamina B (RhB), índigo carmín (IC), naranja G (OG) y naranja de metilo (MO) utilizando PbMoO4 sintetizado por 5 rutas de síntesis. (*MO = tiempo de vida media dividido entre 2 para una mejor visualización de la figura). degradación de los colorantes fue en la dirección IC > RhB > OG > MO. Este hecho es aún más notable dado que el IC fue el colorante utilizado a una mayor concentración inicial en los experimentos (30 ppm) con respecto a OG y MO (20 ppm) y aún más que con respecto a RhB (5 ppm). La dificultad para degradar OG y MO se puede asociar con la presencia de grupos funcionales azo (-N=N-) en sus respectivas estructuras moleculares, como se muestra en la figura 1. De acuerdo con reportes previos,11 la fotodegradación de un colorante azo está asociada con el rompimiento del enlace -N=Nen una etapa inicial de la reacción. No obstante, este proceso es complicado debido a que la energía promedio del enlace azo es cercano a 420 kJ mol-1, considerablemente mayor al valor de energía de 286 kJ mol-1 requerido para la ruptura del enlace -N-C- en las sucesivas de-etilaciones en el caso de la RhB. Aún bajo esta circunstancia, es a destacar la diferencia en la dificultad de degradar las moléculas de los dos colorantes azo. En este sentido, la presencia de un grupo hidroxi- ligado a un anillo aromático en la molécula de OG puede constituir un punto de ataque para un ataque más efectivo al anillo aromático y su posterior apertura. Por su parte, la mayor velocidad en la degradación de la molécula de IC con respecto a RhB puede correlacionarse con la apertura del anillo aromático en la etapa temprana de la degradación, a diferencia de RhB donde la etapa inicial está dominada por la de-etilación de su molécula. El análisis de los espectros de absorción de ambos colorantes parece soportar esta hipótesis (figura 5), aunque es necesario a futuro un análisis de cromatografía de líquidos acoplado a masas para 22 Fig. 5. Espectros de absorción característico de los colorantes rodamina B (a) e índigo carmín (b) bajo condiciones ácidas en el curso de su degradación en presencia de PbMoO4 (MW). la identificación de intermediarios de reacción y corroborar lo anterior. Analizando la figura 4 desde el punto de vista del método de síntesis, en términos generales para los cuatro colorantes analizados, la actividad de PbMoO4 fue en la dirección de MW > Sono > H60 > Copp > SS. La única excepción a esta secuencia fue la degradación de RhB por PbMoO4 (Sono), donde se observó un descenso notable en la actividad fotocatalítica que no pudo ser justificada con la información experimental disponible. Las condiciones experimentales de la síntesis de PbMoO4 por reacción en estado sólido (SS) impiden que la reacción entre reactivos se dé de manera completa, esto debido a que el crecimiento de la capa del producto entre los dos reactivos elimina la Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. interfase reactivo-reactivo obligando a la migración de las especies móviles a recorrer más distancias a través de la estructura cristalina del producto a medida que transcurre el tiempo de reacción. Lo anterior da como resultado un material de naturaleza heterogénea, aunque es importante señalar que por difracción de rayos-X no fue observada la presencia de impurezas (al nivel de resolución de la técnica). Adicionalmente, la alta temperatura empleada durante la síntesis de PbMoO4 produce partículas de tamaño del orden de los 10-50 μm (análisis SEM) lo que conlleva a obtener un material con área superficial muy baja. Por último, el tamaño grande de partícula obtenido para PbMoO4 (SS) dificulta conseguir una buena dispersión en la solución del colorante lo que sin duda afecta el área del fotocatalizador expuesta a la radiación. Por su parte, el método de co-precipitación es susceptible a la obtención de materiales heterogéneos dada la dificultad de la precipitación estequiométrica de las especies participantes al 100%. Esta condición puede afectar ligeramente la estequiometría del óxido y ser la causa de una menor actividad fotocatalítica. Las muestras de PbMoO4 con mayor actividad fotocatalítica (MW>Sono>H60) tienen la característica en común de haber sido preparadas en un medio líquido de reacción, situación que favorece reacciones completas y la obtención de materiales más homogéneos. De las tres muestras mencionadas, H60 fue obtenida sin un tratamiento térmico posterior a la reacción hidrotermal llevada a cabo a 60ºC. Lo anterior conduce a la obtención de un material con baja cristalinidad debido a la temperatura empleada durante su síntesis. La baja cristalinidad puede ser un factor negativo en el proceso fotocatalítco debido a que los defectos en el material pueden actuar como centros de recombinación de cargas. La formación de PbMoO4 (MW) y PbMoO4 (Sono) fue llevada a cabo a temperaturas de reacción locales difíciles de determinar por técnicas convencionales. No obstante, en ambos casos, por la naturaleza de ambos métodos se estiman temperaturas locales altas por lapsos de tiempo cortos, así como procesos de enfriamiento muy rápidos. Estos factores pueden promover un material con alta cristalinidad, con una baja concentración de defectos que ayude a evitar la indeseable recombinación de cargas durante el proceso fotocatalítico. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 Para ambas muestras, MW y Sono, el análisis por SEM reveló la presencia de partículas pequeñas y discretas, poco propensas a la aglomeración, lo que sin duda facilita una mejor dispersión del fotocatalizador en la solución del colorante y una mayor área de exposición a la radiación de la lámpara. En este punto es importante remarcar la diferencia existente entre el área expuesta de un catalizador y la de un fotocatalizador. En el primer caso existe una relación directamente proporcional entre área superficial y concentración de sitios activos en la superficie del catalizador, mientras que para un fotocatalizador es necesario que exista una buena iluminación, en la mayor parte del tiempo, en todos los sitios para hacerlos activos al proceso. La eficiencia en el aprovechamiento de la irradiación que incide sobre las partículas del fotocatalizador depende principalmente de la morfología y el tamaño de las partículas irradiadas, en relación con la longitud de onda y la distancia a la partícula. Estos factores pueden operar para determinar las diferentes actividades fotocatalíticas observadas entre PbMoO 4 (MW) y PbMoO 4 (Sono). Las partículas PbMoO 4 (Sono) son las de menor tamaño con una morfología semiesférica pero presentan a su vez más aglomerados que PbMoO4 (MW). Las partículas de PbMoO4 (MW) son partículas de tamaño intermedio, con una distribución homogénea y morfología ovalada, dichas propiedades físicas podrían estar operando para aumentar la intensidad de la luz dispersa. Así, una mejor dispersión de la radiación por parte de las partículas de PbMoO4 (MW) produce una mayor iluminación en promedio de las partículas del óxido, situación que podría permitir la optimización de la radiación incidente para el proceso fotocatalítico para esta muestra. Se realizaron experimentos consecutivos de degradación de IC utilizando de manera representativa al fotocatalizador PbMoO4 (H60), con la finalidad de determinar la estabilidad del fotocatalizador ante sucesivos ciclos de uso. La figura 6 muestra la estabilidad de PbMoO 4 (H60) para 4 usos consecutivos del fotocatalizador en la degradación de IC, como se desprende del perfil de las curvas y del hecho que se mantuvo la eficiencia del mismo 23 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. para alcanzar un t1/2 de 16 min. Posteriormente se analizó el fotocatalizador por difracción de rayos-X antes y después de su uso durante cuatro ciclos, como es mostrado en la figura 6b y 6c, confirmándose nuevamente la estabilidad de PbMoO4. Finalmente, se determinó la lixiviación de iones de Pb del catalizador PbMoO4 durante la reacción fotocatalítica mediante la espectroscopía de absorción atómica. El análisis de la solución acuosa separada del fotocatalizador mediante centrifugación reveló que la concentración de iones de Pb es menor a 0.10 mg.L-1 (límite de detección del equipo) después de 4 horas de irradiación, lo cual satisface el estándar de descarga industrial de aguas residuales TCVN 5945. La decoloración total de la solución del colorante orgánico no indica su descomposición a intermediarios no tóxicos, menos aún su mineralización total. Como es bien sabido, la decoloración indica la destrucción de los grupos cromóforos, que son la parte de la molécula capaz de absorber luz visible para emitir diversos colores pero no da indicios del grado de conversión de la molécula compleja del colorante Fig. 6. Pruebas de estabilidad en la degradación fotocatalítica del índigo carmín utilizando como fotocatalizador PbMoO4 (H60). 24 a CO2, H2O y otras especies iónicas solubles. Para este propósito se realizó un análisis de carbón orgánico total (TOC) a muestras de colorante expuestas a diferentes tiempos de irradiación UV en presencia de PbMoO4, véase la figura 7. Como una tendencia natural del sistema, la degradación de RhB por los cuatro fotocatalizadores exhibió un alto grado de mineralización durante las primeras 24 h de irradiación de la dispersión con luz UV, para posteriormente estabilizar el TOC durante las siguientes 72 h. Este fenómeno puede ser explicado por la formación de intermediarios en las reacciones iniciales que producen la decoloración de la solución, pero cuya naturaleza recalcitrante frena el proceso de mineralización. En los colorantes IC y OG se observó un comportamiento similar al detallado para el caso de RhB, donde la mayor mineralización se alcanzó durante las primeras 24 h de irradiación UV, hasta obtener subproductos recalcitrantes los cuales frenaron la mineralización en etapas intermedias de la mineralización del colorante. Cabe mencionar que para las muestras PbMoO4 (Copp) y PbMoO4 (Sono) la mineralización de OG no fue detenida del todo a las 24 horas de irradiación UV observándose un ligero descenso en la concentración para tiempos posteriores. Los resultados obtenidos para la mineralización de MO merecen mención aparte, y fueron caracterizados por dos comportamientos bien definidos. En un tipo de comportamiento, la mineralización del colorante se hizo de manera gradual y con un pequeño grado de conversión a lo largo de las 96 h del experimento cuando se utilizaron como fotocatalizadores PbMoO4 (Copp) y PbMoO4 (Sono). Lo anterior indica el grado recalcitrante del colorante, así como de los intermediarios primarios formados, situación que está acorde con lo observado durante los experimentos de decoloración de MO. En un segundo tipo de comportamiento, observado en PbMoO4 (H60) y PbMoO4 (MW), la mineralización se conduce de manera lenta y similar a la observada para el otro par de fotocatalizadores, pero variando abruptamente después de 72 h. Esto no sólo indica un mayor grado de conversión de MO para PbMoO4 (H60) y PbMoO4 (MW), sino una mayor velocidad de reacción. Lo anterior puede prever un comportamiento similar para PbMoO4 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. (Copp) y PbMoO4 (Sono) para más allá de las 96 h de irradiación UV. No obstante, el descenso abrupto a las 72 h en la mineralización de MO por PbMoO4 (H60) y PbMoO4 (MW) se ve nuevamente frenado para tiempos más largos debido a la oxidación a compuestos más estables. Fig. 7. Contenido en carbón orgánico total (TOC) de los contaminantes orgánicos utilizando PbMoO4 como fotocatalizador obtenido mediante coprecipitación (a), hidrotermal (b), sonoquímica (c) y radiación de microondas (d). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 CONCLUSIONES En el presente trabajo de investigación se propone al óxido semiconductor PbMoO4 como potencial fotocatalizador en la reacción de fotodegradación de colorantes orgánicos en medio acuoso bajo radiación UV. Partiendo de la hipótesis de que la modificación de las propiedades fisicoquímicas del óxido puede potenciar su capacidad como fotocatalizador, se han propuesto 5 métodos de síntesis para revisar esta posibilidad. Los resultados mostraron una notable diferencia en la actividad de PbMoO4 en función del método de síntesis, observándose que la actividad fotocatalítica sigue la dirección MW > Sono > H60 > Copp > SS. La naturaleza de los métodos de síntesis, y por ende el tipo de material que produjeron (homogeneidad del material, tamaño de partícula, área superficial, morfología) son los factores que determinaron este orden de actividad fotocatalítca. Los mejores resultados mostraron la capacidad de la muestra MW para reducir el tiempo de vida media de los colorantes rodamina B, índigo carmín y naranja G de 100, 87 y 223 min hasta sólo 7 min en los tres casos. Por un lado, esto muestra la versatilidad de PbMoO4 para actuar efectivamente ante diferentes familias de compuestos orgánicos; y por otro lado, la efectividad del fotocatalizador al reducir el t1/2 a valores más que competitivos para pensar en una potencial aplicación tecnológica. Independientemente del método de síntesis, la actividad fotocatalítica de PbMoO 4 para la degradación de los colorantes fue en la dirección IC > RhB > OG > MO. La dificultad para degradar OG y MO se puede asociar con la presencia de grupos funcionales azo (-N=N-) en sus respectivas estructuras moleculares y con la formación de compuestos intermediarios estables en el curso de la reacción. El grado de mineralización alcanzado para los cuatro colorantes estudiados, así como la estabilidad 25 �Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación... / Diana Berenice Hernández Urésti, et al. del fotocatalizador ante sucesivos ciclos de uso y su insolubilidad en el medio de reacción son factores que justifican su potencial aplicación en procesos de purificación de agua. A la luz de los resultados obtenidos, como trabajo futuro se vislumbra buscar las condiciones experimentales para preparar PbMoO4 en forma de película delgada y evaluar su actividad ante un mayor espectro de especies orgánicas contaminantes (fármacos, insecticidas y plaguicidas) en aras de encaminar la posible aplicación comercial del semiconductor. REFERENCIAS 1. R. Jain, M. Mathur, S. Sikarwar, A. Mittal, Removal of the hazardous dye rhodamine B through photocatalytic and adsorption treatments, J. Environmental Management 85 (2007) 956. 2. Z. G. Zou, J. H. Ye, K. Sayama, H. Arakawa, Direct splitting of water under visible light irradiation with an oxide semiconductor photocatalyst, Nature 414 (2001) 625. 3. J. W. Tang, Z. G. Zou, J. H. Ye,Effects of Substituting Sr 2+ and Ba 2+ for Ca 2+ on the structural properties and photocatalytic behaviors of CaIn2O4, Chem. Mater. 16 (2004) 1644. 4. Z. Zou, J. Ye, K. Sayama, H. Arakawa, Photocatalytic and photophysical properties of a novel series of solid photocatalysts, Bi2MNbO7 (M=Al3+, Ga3+ and In3+), Chem. Phys. Lett. 333 (2001) 57. 5. H. Kato, M. Hori, R. Konta, Y. Shimodaira, A. Kudo, Construction of Z-scheme Type 26 heterogeneous photocatalysis systems for water pplitting into H 2 and O 2 under visible light irradiation, Chem. Lett. 33 (2004) 1348. 6. Q. Xu, D. V. Wellia, M. Alam Sk, K. H. Lim, J. S. C. Loo, D. W. Liao, R. Amal, T. T. Y. Tan, Superhydrophilicity-assisted preparation of transparent and visible light activated N-doped titania film, Nanoscale 2 (2010) 1122. 7. Y.G. Lee, J.W. Park, J.H. Kim, B.R. Min, J. Jurng, J. Kim, T.G. Lee, Comparison of mercury removal efficiency from a simulated exhaust gas by several types of TiO2 under various light sources, Chem. Lett. 33 (2004) 36. 8. J.C. Sczancoski, L.S. Cavalcante, M.R. Joya, P.S. Pizani, J.A. Varela, E. Longo, M.S. Li, J.A. Andrés, Morphology and blue photoluminescence emission of PbMoO4 processed in conventional hydrothermal, J. Phys. Chem. C 113 (2009) 5812. 9. W.S.J. Liu, B. Hu, J.Y. Gong, S.H. Yu, Novel anatase TiO 2 boxes and tree-like structures assembled by hollow tubes: D,L-malic acidassisted hydrothermal synthesis, growth mechanism, and photocatalytic properties, Cryst. Growth Des. 9 (2009) 1511. 10. M.A. Mahmood, S. Baruah, J. Dutta, Enhanced visible light photocatalysis by manganese doping or rapid crystallization with ZnO nanoparticles, Materials Chemistry and Physics, 130 (2011) 531. 11. M. Stylidi, D.I. Kondarides, X.E. Verykios, Pathways of solar light-induced photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous TiO2 suspensions, Appl. Catal. B: Environ. 40 (2003) 271. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique Sandra Pinzón Galvis Profesora Titular, Universidad Piloto de Colombia – Seccional Alto Magdalena, Girardot sapiga10@hotmail.com RESUMEN El empleo de fibras naturales en el refuerzo del concreto es poco común tanto aún más que los concretos fibro-reforzados con fibra de fique. En este trabajo se busca encontrar materiales alternativos que mitiguen el impacto ambiental por considerarse un subproducto de la industria fiquera llamado residuo o estopa; análizar el efecto producido por la adición de la fibra de fique a la resistencia a compresión y flexión del concreto y dar una aplicación acorde a los resultados obtenidos en los ensayos. PALABRAS CLAVE Cemento Portland, fibra de fique, resistencia a compresión, resistencia a flexión. ABSTRACT The use of natural fibers in concrete reinforcement is rare even more than fiber-reinforced concrete with sisal fiber. The aim of this work is find alternative materials that mitigate the environmental impact by using a byproduct of the fique industry called residue or tow; to analyze the effect produced by the addition of sisal fiber to compressive and bend strength of concrete; and give an application according to the results obtained from the tests. KEYWORDS Portland cement, sisal fiber, compressive strength, flexural strength. INTRODUCCIÓN Hoy en día se ha desarrollado aún más la posibilidad de obtener nuevas alternativas pensando en lo ambiental y en lo natural incentivando el desarrollo social y económico reduciendo costos en los procesos para así garantizar sostenibilidad a las generaciones futuras. Uno de los elementos que perdura en el tiempo y no permite cambios drásticos en sus cuatro componentes principales, agregado fino (arena), agregado grueso (piedras gradadas), agua y material aglutinante (cemento Portland) conformando el material estructural más extraordinario y utilizado en el mundo de la construcción, el concreto u hormigón, con una serie de propiedades mecánicas como lo es su alta resistencia a la compresión, dureza, manejabilidad a la aplicación, y no tan buen comportamiento Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 27 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis a la flexión, por poseer limitaciones como una alta fragilidad, baja capacidad de deformación o arqueamiento antes de las fisuras y rompimiento en las vigas. Una opción adoptable para superar estas restricciones es la implementación, introducción y preparación de fibras al concreto: fibras sintéticas, fibras de asbesto, fibras de vidrio y las fibras de acero en la construcción civil con el propósito de disminuir la fragilidad que singulariza a este material y exponiendo una resistencia secundaria seguida a las fisuras por medio de la unión de las fibras con la matriz del concreto. Cada vez toma más fuerza la idea de utilizar concretos reforzados con fibras ya sean metálicas, sintéticas o naturales, como la del caso de la fibra de fique usándose como insumo para la elaboración del concreto y morteros. En Colombia, por ser un país productor e impulsor del sector fiquero, se toma la decisión de hallarle mayor utilidad a este material en la industria de la construcción, puntualmente en la fabricación del concreto en diferentes estructuras y procesos constructivos; aprovechando la producción de la fibra sostenible y amigable con el medio ambiente por tratarse de cultivo e industrialización de bajo impacto ambiental, además de fomentar el crecimiento del campesinado colombiano, contribuyendo al desarrollo económico y social de los dos sectores involucrados. La utilización de fibras en la construcción no es nueva, pues nuestros antepasados usaban paja y pasto en el barro para mayor adherencia ya fuera en los muros o en mismo bloque de arcilla, en este caso se analiza y evalúa el comportamiento del concreto con la adición de la fibra de fique, para saber si aporta favorablemente a las propiedades de compresión y flexión del concreto, la adición de fibra de fique y en efecto encontrar un uso específico de acuerdo a los resultados obtenidos, teniendo en cuenta las características de los concretos: economía, resistencia, durabilidad y fácil aplicación. MATERIALES Y MÉTODOS Localización El trabajo de investigación se realizó en los laboratorios de la Universidad Piloto de Colombia – Seccional Alto Magdalena, a una temperatura aproximada de 33 ºC. 28 Materiales El fique es una planta nativa de la América tropical, especialmente de la región andina de Colombia y Venezuela, luego se fue expandiendo hacia las Antillas y hacia la costa oriental del Brasil. Esta planta pertenece al género Furcraea de donde comprenden cerca de 20 especies diferentes de donde se extrae de sus hojas fibra textil conocida popularmente como fique. Biológicamente es distinta del género Agave con la que suele confundirse frecuentemente.1 El Fique (Fourcroiaspp.), es una planta grande, de tallo erguido, su altura varía entre 2 y 7 m, densamente poblado de hojas de color verde, en forma radial, largas (1 a 3 m), angostas (10 y 20 cm), carnosas, puntiagudas, acanaladas, y dentado espinosas, en algunas variedades, presentando líneas o estrías tenues de unos 3 mm de largo (figura 1); Fig. 1. Planta de Fique. www.veoverde.com/2009/07/fibra-de-fique/ las plantas jóvenes consisten en un rosetón de hojas gruesas, carnosas de color verde azuloso, a medida que la planta crece, se desarrolla en la base un tronco corto que lleva de 75 a 100 hojas cuya longitud varía de 150 a 200 cm y su anchura de 15 a 20 cm en la parte más ancha cerca de la mitad, angostándose a 10 cm cerca de la base, la cual tiene un espesor de 6 a 8 cm. Su flor es de color blanco verdoso, llamada maguey o escapo, sólo florece una vez en su ciclo de vida y luego le sobreviene la muerte (magueciada). Las semillas germinan en la misma planta y sus propáguelos (bulbillos) caen ya formados al suelo por lo que se considera al fique una planta vivípara. 2 Pueden encontrarse plantas con más de 50 años de edad, pero su período típico de vida varía entre 10 y 20 años. Poseen gran cantidad de raíces que se Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis expanden y enraízan profundamente haciéndola una planta anti-erosiva. Su vida útil (producción de fibra, jugos, etc.) comienza entre los 3 y 6 años, dependiendo de las condiciones que enfrente.3 La fibra extraída apenas constituye un 4% máximo del peso total de la hoja. Esta fibra muestra propiedades mecánicas dadas en la tabla I,1 también constituye la estructura principal de las paredes celulares del tejido vegetal y está compuesta por celulosa, y algunas impurezas como ligninas y pigmentos (tabla II).1 Cada filamento está constituido por fibrillas elementales soldadas entre sí por una goma (lignina). Los extremos de las fibrillas se sobreponen para formar filamentos multicelulares a lo largo de la hoja y son éstos los que conforman la fibra de fique. Tabla I. Propiedades mecánicas de la fibra de fique. Propiedades Promedio Mínimo Máximo Resistencia a la tensión (MPa) 305.15 200.00 625.20 Módulo de elasticidad (Gpa) 7.52 5.50 25.50 Porcentaje de elongación a la fractura (%) 4.96 3.20 5.70 Tabla II. Composición química de la fibra de fique. Cenizas 2.60% Fibras 1.58% Pentosas 17.65% Lignina 12.00% Celulosa 62.70% La fibra de fique utilizada en la investigación fue adquirida en Rionegro (Antioquia), se cortó en fracciones de 6 cm (figura 2) tomando la recomendaciones del subgrupo de fibras de la Secretaria Técnica del Comité de Concreto del Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC). Con base en la experiencia internacional se categoriza el fique como macrofibra y se recomiendan longitudes variables entre 13 mm y 70 mm y proporciones comprendidas entre 9 y 18 kg/m3, se decide utilizar cuatro porcentajes de adición de fibra de fique, 0.5%, 1.0%, 1.5% y 2.0% del peso del agregado fino, encontrándose dentro de este rango. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 Fig. 2. Tamaño de la fibra de fique. El concreto se hizo a partir de mezclas especificadas para 14 MPa (2000 psi), 17.5 MPa (2500 psi), 21 MPa (3000 psi), 24.5 MPa (3500 psi) y 28 MPa (4000 psi). Los agregados utilizados en las distintas mezclas fueron adquiridos en la trituradora “Agregados Nacionales”, ubicada en el municipio del Guamo, Departamento del Tolima. Este material es extraído del río Saldaña y llevado a la planta, que es la encargada de efectuar su trituración. Teniendo los materiales listos para ser mezclados en una pasta homogénea, son vertidos a una mezcladora con capacidad para ½ bulto o 25 Kg de cemento (figura 3). Fig. 3. Mezcla del concreto y adición de fibra de fique. 29 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Una vez obtenida la mezcla y antes de ser vaciada en los cilindros se realiza la prueba del slump o asentamiento el cual se le hace a las mezclas que no contienen fibra de fique, el asentamiento resultante es de 7,5 cm. (figura 4). moldes de cilindros y vigas (figura 5), para realizar ensayos a compresión y a flexión, para así determinar la resistencia del concreto convencional y del concreto con adición de fibra de fique. Fig. 5. Concreto vaciado en moldes de cilindros y vigas La mezcla se vacía en moldes y se deja fraguar, los ensayos de resistencia a compresión se realizaron a 6 cilindros por cada diseño, 2 a los 7 días, 2 a los 21 días y 2 a los 28 días, por otra parte para los ensayos a flexión se realizaron 2 vigas por cada diseño a los 28 días. Los resultados obtenidos de los ensayos se promediaron para así determinar el resultado final. Culminadas las pruebas, se organizó la información obtenida para efectuar el análisis de los resultados y así concluir si en realidad la adición de fibra de fique mejora o no la resistencia y las propiedades mecánicas del concreto hidráulico. Etapa III. Después de los análisis de resultados y de la información se determinó un porcentaje óptimo con el cual se tomaron nuevas pruebas de resistencia a compresión y flexión a un solo diseño de mezcla para evaluar las propiedades mecánicas del concreto hidráulico con la nueva adición del porcentaje de fibra de fique. DISEÑO METODOLÓGICO Etapa I. Consiste en la recolección de información como antecedentes, teoría y proyectos relacionados con esta investigación. Luego se dispuso a buscar la obtención de los materiales para la elaboración de la mezcla, determinando el asentamiento, tamaño máximo y nominal del agregado, contenido de agua, cemento y los agregados de gruesos y finos, 4 para proseguir con la dosificación de fibra de fique a emplear y fabricar las muestras en forma de cilindros para la compresión y en forma de vigas para la flexión. Etapa II. En esta etapa se realizaron las pruebas de laboratorio donde se vació concreto convencional y concreto con adición de fibra de fique en diferentes porcentajes, reemplazando el agregado fino, en ANÁLISIS DE RESULTADOS Resistencia a la compresión En el laboratorio de estructuras de la Universidad Piloto de Colombia seccional Alto Magdalena se realizaron los ensayos a compresión y flexión de los modelos de concreto fabricados con y sin adición de fibra de fique. Las medidas de los cilindros es de 0.30 m de alto x 0.15 m de diámetro (figura 6). La resistencia que presentan las muestras de concreto con adición de fibra de fique para 14 MPa (2000 psi) tabla III, alcanzan su mayor valor en el fique al 1.0% en los períodos de 7, 21 y 28 días con respecto a los demás porcentajes de fique. El dato más alto se da en el período de los 28 días con 8.08 MPa (1154 psi) que corresponde a un 58%, con un 48% por debajo de diseño de mezcla y a un Fig. 4. Ensayo del slump o asentamiento. 30 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Fig. 6. Preparación de cilindros para ensayo a compresión. Tabla III. Resultados de los ensayos a compresión del concreto 14 MPa (2000 psi). Edad de curado 7 Días 21 Días 28 Días Resistencia Diseño %Alcanzado (PSI) MPa Concreto convencional 1061 7.42 53% Fique al 0.5% 366 2.56 18% Fique al 1.0% 856 6 43% Fique al 1.5% 143 1 7% Fique al 2.0% 121 0.847 6% Concreto convencional 1609 11.3 80% Fique al 0.5% 533 3.73 27% Fique al 1.0% 1030 7.21 51% Fique al 1.5% 189 1.32 9% Fique al 2.0% 250 1.75 12% Concreto convencional 2043 14.30 102% Fique al 0.5% 555 3.89 28% Fique al 1.0% 1154 8.08 58% Fique al 1.5% 205 1.44 10% Fique al 2.0% 260 1.82 13% 50% por debajo de la resistencia que presentó el concreto convencional a un total de 102%. Se destaca que los cilindros fallan en su mayoría en una forma diferente a la fractura presentada por los cilindros de concreto convencional, debido a que el fique se adhiere a la matriz haciendo que no sea explosiva su Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 deformación, al contrario de la falla de los cilindros de concreto convencional pues estos estallan y fallaron en un ángulo de 45° (figura 7). En segundo lugar, la muestra con adición de fique con mejor comportamiento a la compresión es el que tiene porcentaje del 0.5% alcanzando a los 28 días unos 3.89 MPa (555 psi) que corresponde a un 28% del diseño de mezcla. La adherencia de la fibra de fique ayuda a que la deformación de la muestra sea lenta y progresiva, con deformación en grietas verticales en los extremos del cilindro. Los especímenes con aditivo del 1.5% de fibra de fique con un alcance del 10% que corresponde a 1.75 MPa (250 psi) y 2.0% de fibra de fique con un alcance del 13% que corresponde a 1.82 MPa (260 psi) de fibra de fique presentaron las resistencias más bajas. Las deformaciones suceden en forma de esponja y no hay desprendimiento de matriz, pues la fibra impide que ocurra. En el caso del diseño de 17.5 MPa (2500 psi), tabla IV, el porcentaje de fibra de fique, que más se acerca al diseño es el de 0.5% dominando los tres períodos de 7, 21 y 28 días, con un 76% de resistencia que corresponde a 13.37 MPa (1910 psi) en el último período, con un 24% por debajo del diseño de mezcla y a un 51% por debajo de la resistencia de los especímenes de control alcanzando un valor de 22.16 MPa (3166 psi) equivalente al 127%. La falla de estos cilindros se presenta de forma similar a los especímenes de control en ángulo de 45°, sin presentar estallido repentino como lo es el caso de los especímenes de concreto convencional. 31 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Fig. 7. Rotura a compresión de concreto sin adición de fibra de fique (izquierda) y con adición de fibra de fique (derecha). Tabla IV. Resultados de los ensayo a compresión concreto 17.5 MPa (2500 psi). Tiempo de curado 7 Días 21 Días 28 Días Resistencia Diseño %Alcanzado (PSI) MPa Concreto convencional 2117 14.82 85% Fique al 0.5% 1369 9.6 55% Fique al 1.0% 800 5.6 32% Fique al 1.5% 758 5.31 30% Fique al 2.0% 92 0.64 4% Concreto convencional 2800 19.6 112% Fique al 0.5% 1692 11.84 68% Fique al 1.0% 964 6.75 39% Fique al 1.5% 761 5.33 30% Fique al 2.0% 106 0.74 4% Concreto convencional 3166 22.16 127% Fique al 0.5% 1910 13.37 76% Fique al 1.0% 1085 7.60 43% Fique al 1.5% 1531 10.42 61% Fique al 2.0% 89 0.62 4% Le sigue en resistencia el porcentaje del 1.5% con un 61% que equivale a 10.72 MPa (1531 psi) a los 28 días, pero estando por debajo en los períodos de 7 días y 21 días de la adición del 1.0%. La 32 deformación en el momento de la falla se presenta en forma de grietas en los extremos del cilindro, pues la fibra ayuda a que la matriz se deforme lenta y progresivamente. Le prosigue la resistencia de la adición de fibra de fique del 1.0% con un 43% que corresponde a 7.6 MPa (1085 psi.) El fallo ocurrió en forma diferente que la que se acostumbra observar con una adherencia considerable de la fibra de fique a la matriz del concreto. De último se encuentra la resistencia presentada por el porcentaje más alto de 2.0% que muestra un 4% en los tres períodos sin variación significativa en resistencia. En cuanto al fallo en la prensa hidráulica se da en forma de grietas tomando consistencia de esponja. En el caso de 21 MPa (tabla V) la resistencia que se acerca al diseño es la adición del 0.5% con un 67% que corresponde a 13.97 MPa (1995 psi), por debajo de un 33% del diseño de mezcla y por debajo de la resistencia presentada por los cilindros de control a un 55% que le correlaciona a unos 25.70 MPa (3671 psi). La falla en la prensa ocurre en ángulo de 45° muy similar a la falla en los cilindros de control, con una adherencia apenas perceptible por la fibra de fique a la matriz del concreto. Le sigue el porcentaje de adición de 1.0% con un 39% que equivale a 8.14 MPa (1163) psi de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Tabla V. Resultados de los ensayos a compresión concreto 21 MPa (3000 psi). Tiempo de curado 7 Días 21 Días 28 Días Resistencia Diseño %Alcanzado Tabla VI. Resultados de los ensayos a compresión concreto 24.5 MPa (3500 psi). Tiempo de curado Resistencia Diseño %Alcanzado (PSI) MPa Concreto convencional 2704 18.93 77% Fique al 0.5% 1083 7.6 31% Fique al 1.0% 193 1.35 6% 6% Fique al 1.5% 257 1.8 7% 4% Fique al 2.0% 250 1.75 7% 83% Concreto convencional 3446 24.12 98% Fique al 0.5% 1428 10 41% Fique al 1.0% 226 1.58 6% (PSI) MPa Concreto convencional 2490 17,43 Fique al 0.5% 1642 11,49 55% Fique al 1.0% 938 6,57 31% Fique al 1.5% 168 1,18 Fique al 2.0% 108 0,76 83% 7 Días Concreto convencional 2484 17,39 Fique al 0.5% 1995 13,97 66% Fique al 1.0% 1045 7,32 35% Fique al 1.5% 158 1,11 5% Fique al 1.5% 402 2.81 11% Fique al 2.0% 105 0,74 3% Fique al 2.0% 242 1.69 7% Concreto convencional 3671 25,70 122% Concreto convencional 3643 25.50 104% Fique al 0.5% 1995 13,97 67% Fique al 0.5% 1425 10 41% Fique al 1.0% 1163 8,14 39% Fique al 1.0% 210 1.47 6% Fique al 1.5% 187 1,31 6% Fique al 1.5% 454 3.18 13% Fique al 2.0% 117 0,82 4% Fique al 2.0% 282 2 8% resistencia a los 28 días, con un 61% debajo del diseño de mezcla y debajo de la resistencia de los especímenes de control a un 83%. Presentó la falla en forma diferente en sus extremos a la que por lo regular se observa en el concreto convencional, con una adherencia de la fibra de fique evidente, pues no deja que la matriz del concreto estalle como el concreto convencional. La adición de 1.5% y 2.0% genera resistencias muy bajas en los tres períodos. La cantidad de fibra de fique es suficiente para que falle en forma de esponja generando una resistencia irrisoria, la adherencia de la fibra la matriz del concreto, es alta ya que no deja que se desprenda del conjunto. La resistencia a compresión para el diseño de 24.5 MPa (3500 psi), tabla VI, que más se acerca es la de adición de fibra de fique de 0.5% con un 41% que corresponde a 10 MPa (1428 psi), situándose por debajo del diseño de mezcla a in 59% y debajo a un 63% de la resistencia presentada por los cilindros de control a un 104% que le corresponde a 25.5 MPa (3643 psi). La falla se da en forma de 45° en el Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 21 Días 28 Días tercio medio del espécimen con una adherencia de la fibra apenas apreciable para que la falla no estalle abruptamente. Para las adiciones restantes de un 1.0%, 1.5% y 2.0% las resistencias obtenidas en la prensa hidráulica son similares e irrisorias apenas superando el de 2.0% al de 1.5% en 5 puntos porcentuales y superando a de 1.0% en 7 puntos porcentuales. Las fallas se presentan de forma semejante con grietas en los extremos y adherencia de la fibra a la matriz del concreto haciendo que se torne esponjoso. En el diseño de mezcla para 28 MPa (4000 psi), tabla VII, es donde se alcanza mayor dato que le corresponde al porcentaje de 0.5% de adición de fique para un 77% con 21.46 MPa (3065 psi) de resistencia a los 28 días, poniéndose a un 23% del diseño de mezcla y a un 33% de la resistencia de las muestras de control que alcanzaron unos 110% con 30.93 MPa (4419 psi). Su comportamiento en la falla se da en forma de 45° con adherencia de fibra de fique en la matriz que permite que el concreto no estalle abruptamente. 33 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Tabla VII. Resultados de los ensayo a compresión concreto 28 MPa (4000 psi). Tiempo de curado 7 Días 21 Días 28 Días Resistencia Diseño %Alcanzado (PSI) MPa Concreto convencional 3060 21.42 76% Fique al 0.5% 2384 16.7 60% Fique al 1.0% 739 5.17 18% Fique al 1.5% 1061 7.43 27% Fique al 2.0% 228 1.60 6% Concreto convencional 4038 28.27 101% Fique al 0.5% 2900 20.3 72% Fique al 1.0% 115 0.81 29% Fique al 1.5% 502 3.51 13% Fique al 2.0% 465 3.26 12% Concreto convencional 4419 30.93 30,93 Fique al 0.5% 3065 21.46 77% Fique al 1.0% 1152 8.06 29% Fique al 1.5% 1219 8.53 30% Fique al 2.0% 542 3.79 14% Las muestras con aditivo al 1.0%, 1.5% y 2.0% no superan el 30% de resistencia comparados con el diseño de mezcla y teniendo cambios muy pequeños en los tres períodos evaluados, siendo el de 2.0% la resistencia más baja. Se presenta la falla en forma distinta como ha sucedido en casos anteriores para los porcentajes del 10% y 1.5% y de grietas en los extremos para el de 2.0% en forma de esponja, la adherencia es similar para las muestras mencionadas, pues la fibra no deja que la matriz del concreto se separe después de fallar. Después de observar el comportamiento de las pruebas y determinar que las muestras que más se acercan al diseño de 28 MPa (4000 psi) son los de menor porcentaje de adición de fique. Se tomó la decisión de hacer un nuevo ensayo, consistente en adicionar un 0.3% de fibra de fique a la pasta de concreto, arrojando pruebas muy satisfactorias, incluso superando el diseño de mezcla, pero por debajo de la resistencia de las muestras de control con excepción del período de los 7 días en donde 34 superó en 23.96 MPa (3423 psi) con un 10% más que la arrojada por el espécimen de control a ese período. Demostrando que en este caso, estos porcentajes de adición de fique, el concreto da una resistencia inicial excelente. A los 21 días alcanzó un 95% con 26.65 MPa (3807 psi) apenas con un 6% por debajo del concreto de control que presento 101% con 28.27 (4038 psi) y a los 28 días la resistencia llegó a 104% superando el diseño y apenas con un 6% por debajo de la resistencia mostrada por los cilindros de control. La falla es similar a los cilindros de control en forma de 45° y grietas verticales en el tercio medio, observándose adherencia de la fibra de fique con la matriz haciendo que el concreto no estalle de forma abrupta como es el caso de los cilindros con concreto convencional. RESISTENCIA A LA FLEXIÓN Se realizaron los ensayos de resistencia a la flexión de las muestras tomadas del concreto con y sin adición de fibra de fique. Las dimensiones de las vigas son 0.15 m x 0.15 m x 0.53 m (figura 8). Fig. 8. Rotura a flexión de concreto con adición de fibra de fique. Los datos arrojados por las pruebas en laboratorio para la flexión (tablas VIII a X), se destacan por mantenerse por debajo del 17% 2.36 MPa (11.6 Módulo de Rotura, M.R.) en los cinco diseños de mezcla, mientras que las muestras de concreto convencional superan el diseño de mezcla con un buen margen. Las vigas que alcanzaron la más alta resistencia son la de diseño de 14 MPa con un 17% 2.36 MPa (11.6 M.R), seguida por la viga de diseño de 28 MPa con un 16% (4.5 MPa) (16 M.R), siguiendo el diseño de17.5 MPa con 16% (2.9 MPa) (12.8 M.R) le sigue el diseño de 21 MPa Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Tabla VIII. Concreto convencional y concreto con adición de fibra de fique 28 MPa (4000 PSI). Tiempo de curado 7 Días 21 Días 28 Días Resistencia Diseño %Alcanzado (PSI) MPa Concreto convencional 3060 21.42 76% Fique al 0.3% 3423 23.96 86% Concreto convencional 4038 28.27 101% Fique al 0.3% 3807 26.65 95% 28 Días 4419 30.93 110% Fique al 0.3% 4152 29.06 104% Tabla IX. Concreto convencional y concreto con adición de fibra de fique (14 MPa (2000 psi), 17.5 MPa (2500 psi), 21 MPa (3000 psi), 24.5 MPa (3500 psi) y 28 MPa (4000 psi). Tiempo de curado Resistencia Diseño % F‘c MPa Alcanzado (psi) Concreto 14 MPa 29.1 2113 14,8 106% psi fique al 1.5% 11.6 2,36 17% 32.4 2625 18,4 105% fique al 1.5% 12.8 2,9 16% Concreto 21 MPa 38 3611 25,3 120% fique al 1.5% 9.3 215 Concreto 17.5 MPa 28 Días M.R. Concreto 24.5 MPa 337 410 1,51 41.5 4300 30.1 fique al 1.5% 8.3 Concreto 28 MPa 44.1 4871 34.1 fique al 1.5% 16 174 7% 123% 1,22 640 4,5 5% 122% 16% Tabla X. Concreto convencional y concreto con adición de fibra de fique 48 MPa (4000 psi). Tiempo de curado 28 Días Resistencia Diseño M.R. %Alcanzado F‘c MPa (psi) Concreto 28 44.1 4871 34.1 MPa 122% fique al 0.3% 110% 42 4412 31 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 con un 7% (1.51 MPa) (9.3 M.R) y en último lugar, la resistencia presentada por el diseño de 24.5 MPa con un 5% (1.22 MPa) (8.3 M.R). Las muestras en su totalidad fallaron en el tercio medio como las vigas de concreto convencional, la adherencia de la fibra de fique a la matriz de concreto es mínima ya que al fallar se desprende con facilidad quedando expuesta en forma de pelos en toda la sección transversal exhibida por la ruptura. De la misma manera que en las muestras para los ensayos a compresión, las vigas para la flexión de diseño de mezcla a 28 MPa, son los que poseen mejor comportamiento mecánico, en este caso alcanza un 17% (2.36 MPa) (11.6 M.R). Se tomó la decisión de hacer un nuevo ensayo con el mismo diseño a 28 MPa con modificación en la adición de fibra de fique en un porcentaje total de un 0.3% al igual que el ensayo a compresión, en donde presenta un excelente comportamiento, pues las vigas superan a los 28 días en un amplio margen al diseño, llegando a un 110% (31 MPa) (42 M.R), pero estando aún por debajo de la resistencia presentada por los especímenes control que alcanzó 122% para (34.1 MPa) (44.1 MR). La falla ocurre al igual que en las vigas de control en el tercio medio, la adherencia de la fibra de fique a la matriz del concreto es buena pero la fibra no es suficientemente fuerte para mitigar la fractura principal, sin embargo es suficiente para controlar que en la fractura no ocurra desprendimiento de la matriz del concreto. CONCLUSIONES Resistencia a compresión Se determinó mediante las pruebas realizadas en la investigación que un porcentaje óptimo para la adición de fibra de fique al concreto es de un valor cercano a 3.3 Kg/m3 de concreto o 0.3% de peso con respecto al agregado fino. Los contenidos de fibra de fique adicionados al concreto no causan ni producen mayor resistencia a la compresión en ninguna de las probetas, al contrario la resistencia presentada estuvo por debajo de la de los cilindros de concreto convencional, a excepción de los datos arrojados para el diseño de 28 MPa que con una adición de 0.3% de fibra de fique se obtuvo una resistencia de 29.06 MPa. 35 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis Se evidenció que en el ensayo de falla en los cilindros con porcentajes de fibra de 1.5% y 2.0% no hubo rotura sino esponjamiento, mientras que en los de 0.3%, 0.5% y 1.0% si se produjo la rotura. Al incrementar porcentajes de fibra por encima de 0.5% se presentaron disminuciones considerables en la resistencia a la compresión y en su densidad haciéndolo más liviano y más susceptible a la falla. Ejemplo: para el diseño de 28 MPa con adición de 2.0%, la resistencia fue de 3.79 MPa con una densidad de 1755.66 Kg/m3 y para el porcentaje de 1.5% la resistencia fue de 8.53 MPa y su densidad fue de 1967.64 Kg/m3. Concluyéndose que entre más cantidad de fibra de fique se adicione a la mezcla menor será su resistencia. En algunas ocasiones el concreto con fibra de fique después de la falla, el cilindro continúa soportando la presión, deformándose lentamente hasta su aplastamiento sin desprendimiento de la matriz, dándole como una característica de flexibilidad pero controlando su fisuración. Este fenómeno se hace más evidente en las probetas con 2.0% y 1.5%, donde no se superó el 15% y el 61% respectivamente de la resistencia de diseño. La adición de fibra de fique al concreto por encima de 1.0% que equivale a unos 11 Kg/m3 de concreto, no tiene buena manejabilidad, haciendo que su aplicación en los moldes y en la obra sea tediosa. Lo anterior ocasionado por la gran cantidad de aire generado en la mezcla, lo que reduce la densidad del concreto. Resistencia a flexión Los contenidos de fibra de fique adicionados al concreto no causaron aumento en la resistencia a la flexión. La adición de 1.5%, redujo considerablemente el Módulo de Rotura. Para el caso de 14 MPa con un módulo de rotura de 29.1 Kg/cm2 el módulo de rotura con 1.5% de adición de fibra fue de 11.6 Kg/cm2. Sin embargo, con la adición de fibra de fique de 0.3%, la resistencia a la flexión alcanzo un valor para 28 MPa de diseño de 31 MPa correspondiente a 42 kg/cm2. Las fibras de fique le dan al concreto capacidad de cohesión, observándose que aun fracturada la viga, la fibra de fique sigue adherida a la matriz del concreto hasta que se separan los dos fragmentos de la viga por la acción de la presión. 36 Los concretos diseñados por esfuerzos a la flexión como sucede en la pavimentación de calles y vías, por recomendación de la PCA se encuentran entre 40 y 45 Kg/cm2 según la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO, Asociación Americana de Carreteras Estatales y Transportes Oficiales). El resultado de 42 Kg/cm2 obtenido con una cantidad de cemento de 421 Kg/m3 de concreto con una relación agua cemento de 0.48 deja ver que la adición de 0.3% de fibra de fique, para este caso permite trabajar concretos con módulos de rotura confiables. RECOMENDACIONES Se recomienda trabajar con cantidades iguales o inferiores a 3 Kg de fibra de fique por metro cúbico de concreto. También se aconseja que se trabaje con longitudes de fibra de fique entre 2 a 5 centímetros por su manejabilidad, para no correr el riesgo de que se adhieran las fibras entre sí. Para que la fibra de fique en el concreto funcione adecuadamente debe quedar distribuida homogéneamente. El uso de las fibras en el concreto con un porcentaje menor o igual a 0.3% de peso con respecto al agregado fino o 3.3 Kg/m3 de concreto, pueden sustituir parcialmente o reducir los aceros y mallas metálicas que cumplan la función de evitar fisuras. Se puede aplicar el concreto fibroreforzado en la construcción de losas, dinteles y vigas de mediana longitud no superiores a 3 metros, para controlar su fisuramiento pero sin llegar a prescindir de su refuerzo principal. La fibra de fique afectó la resistencia a la compresión y flexión en adiciones superiores a 0.5% con respecto al agregado fino, pero inferior a esta cantidad muestra un comportamiento aceptable en su resistencia a compresión y flexión, lo cual enseña que la utilización de la fibra natural en las construcciones es viable. REFERENCIAS 1. Pérez, Jorge. El fique, su taxonomía, cultivo y tecnología. Compañía de Empaques, Medellín, Colombia, 1974. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Análisis de la resistencia a compresión y flexión del concreto modificado con fibra de fique / Sandra Pinzón Galvis 2. Mahecha Vega, Gilberto Emilio. Vegetación del territorio CAR: 450 especies de sus llanuras y montañas, Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca, 2004. 3. Guía ambiental para el sub sector fiquero, Ministerio del medio ambiente, Bogotá, Colombia, Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 p. 21, 2002. 4. Sánchez de Guzmán, Diego. Colección básica del concreto 4, Concretos y morteros manejo y colocación en obra, Bogota: Asociación Colombiana de Productores de Concreto, 2001. 37 �Comportamiento físicoquímico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias de coque de petróleo Rodrigo Puente OrnelasA,B, Carlos Javier Lizcano ZulaicaB, Tushar Kanty Das RoyB, Guadalupe Alan Castillo RodríguezB, Bertha Alicia Vázquez MéndezC Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica (CIIIA), FIME-UANL B Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CIDET), FIME-UANL C Centro de Investigación, Innovación y Desarrollo en las Ciencias y Adminisitrativas (CIIDECSA), FACPYA-UANL ropuor@gmail.com A RESUMEN En el presente trabajo se diseñaron y fabricaron hormigones refractarios de Al2O3-MgAl2O4 utilizando como aditivo una fibra de alcohol polivínilo, variando la granulometría y temperatura de sinterización. Se evaluaron algunas propiedades físicas como la resistencia a la compresión, módulo de ruptura en caliente, porosidad, así como la resistencia a la penetración por el coque de petróleo a 1650 y 1820ºC. Los resultados mostraron que la variación en la temperatura de sinterización y en la distribución granulométrica de los hormigones refractarios, promovió cambios significativos en las propiedades mecánicas obtenidas y en los niveles de penetración y corrosión de los refractarios en la interfaz con las cenizas generadas por el coque de petróleo. PALABRAS CLAVE Horno gasificador, coque de petróleo, corrosión, refractarios, propiedades físicas. ABSTRACT Refractory concretes based on Al2O3-MgAl2O4 with fiber of polyvinyl alcohol additive, particle size variation and sintering temperature were designed, manufactured and evaluated. Cold crushing strength, hot modulus of rupture, porosity and slag penetration resistance in contact with petroleum coke at 1650 and 1820 °C were obtained. The results showed that the variation effect on sintering temperature and particle size distribution in refractory concretes promote significant changes in final mechanical properties, slag penetration levels and corrosion in the refractory in contact with the ash generated by the petroleum coke. KEYWORDS Gasifiers furnance, petroleum coke, corrosion, refractories, physical properties. 38 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. INTRODUCCIÓN Las industrias siderúrgicas dependientes del gas natural se han visto afectadas por el constante incremento en el precio de adquisición de este combustible en los últimos años, lo cual ha repercutido significativamente en la rentabilidad de dichas industrias. Por lo tanto, se ha optado por buscar otras fuentes de gases combustibles entre las que destacan la utilización de la biomasa, el carbón y los residuos de coque de petróleo, mediante su proceso de gasificación. El proceso de gasificación llamado “syngas” para la conversión de materiales sólidos o líquidos en gases combustibles como H 2 y CO, es una tecnología que en los últimos años ha cobrado gran fuerza debido a su alta eficiencia, a la diversidad de combustibles que pueden emplearse y a la reducción de emisiones contaminantes al medio ambiente. En el proceso “syngas” intervienen un combustible y un agente gasificante (aire, oxígeno o vapor de agua) que reaccionan a temperaturas entre los 700 y 1600 °C. La energía contenida inicialmente en el combustible se transfiere a los productos primarios del proceso obteniendo la máxima conversión a gases combustibles (H 2, CO, H2S, amoniaco, metano) y algunos productos no deseados como alquitranes, hollín y cenizas.1-7 Para lograr un proceso de gasificación eficiente es indispensable utilizar materiales refractarios de alto desempeño en el revestimiento de los gasificadores puesto que presentan excelentes propiedades tales como altos puntos de fusión, resistencia al choque térmico y alta resistencia en contacto con medios agresivos. Es común que las fallas en los materiales refractarios sean causadas por fenómenos de corrosión/disolución o penetración de la escoria y posterior desprendimiento, éstas no sólo causarían el paro de los gasificadores, sino también de todos los procesos dependientes de éstos.8-14 Cuando se quema carbón/coque de petróleo se produce la precipitación de cenizas (impurezas contenidas en el material de alimentación) que contienen óxidos de Si, Fe, Al y Ca y niveles elevados de óxidos de K, Na, Mg, Ni y V, que varían con el tipo de material sólido utilizado. Estas cenizas impactan de manera drástica en la vida en servicio del material refractario ya que pueden penetrar a través de los poros y bordes de grano de la cara caliente del refractario propiciando Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 una disolución en sus fases y la posterior formación de fases de bajo punto de fusión y ulteriormente un debilitamiento en su microestructura.15 Los materiales refractarios elaborados con mullita, alúmina y aluminato de magnesio (espinela) se han sometido a ensayos de corrosión en gasificadores en los que se han observado interacciones químicas con el H2, H2S, CO y álcalis a temperaturas de 1000ºC por un lapso de 100 horas. Después de los experimentos, estos materiales presentaron degradaciones como corrosión, erosión y choque térmico, así como la presencia de fases de bajo punto de fusión con Na.16 Los refractarios monolíticos de alúmina y de magnesia sometidos a corrosión por escorias (composición nominal: 60-75% Na2CO3, 20-38% Na2SO4, 1-4% Na2S, y 1-4% Na2S2O3), en un rango de temperaturas entre 900-1000 °C, presentaron baja resistencia a la corrosión por estas escorias, en cambio los refractarios de alúmina-magnesia (espinela) mostraron una buena resistencia después de un lapso de 20 horas.17 Existen estudios post-mortem de corrosión18 en materiales de hormigones refractarios de alta alúmina con espinela de alúmina y magnesio tratados en la línea de escorias de cucharas de acería, que incluso determinaron el mecanismo de corrosión imperante durante este proceso utilizando un diagrama de equilibro de fases cuaternario. También se ha analizado el comportamiento a la corrosión de refractarios de alta alúmina adicionando espinela (MgAl2O4)19 frente a escorias de acería con altos índices de basicidad (CaO/Al2O3= 4.14 y 9.02), formulando los materiales en el sistema CaOAl2O3-MgO y utilizando como materia prima de Al2O3 diferentes materiales de partida como alúmina tabular, corindón electrofundido, alúmina calcinada, espinela sintética (MgAl2O4), magnesia calcinada a muerte, dolomita (Mg,Ca(CO3)2 y de cementos de aluminatos cálcicos. Los experimentos en todos los casos se llevaron a cabo utilizando el método del crisol a nivel de laboratorio, los resultados mostraron aumento en la corrosión al aumentar el contenido de MgO, mientras que la corrosión por penetración bajó al adicionar espinela. Por otro lado existen trabajos basados en refractarios de alúmina sinterizada y hexaluminato de calcio,20 estudiados frente a una escoria ferrítica 39 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. de bajo índice de basicidad (CaO/SiO2 = 2.17) y utilizando el método de reacción estática a nivel laboratorio, cuyos resultados mostraron un buen comportamiento de resistencia a la corrosión hasta temperaturas de 1650ºC con exposición de ataque por 3 horas. Se ha reportado21-23 que escorias de cenizas de coque de petróleo han resultado altamente agresivas al contacto con refractarios de espinela y alúmina, tratados a temperaturas menores de 1820 °C. La distribución del tamaño de partícula en los materiales refractarios es un tema de gran interés, desde el uso de tamaños de partícula óptimos hasta los refractarios con empaquetamiento de densidad máxima donde se utilizan aditivos orgánicos e inorgánicos, lo que permitiría optimizar su temperatura de sinterización y a su vez un mejoramiento en sus propiedades finales como resistencia mecánica, densificación y altas resistencias al ataque térmico. En la presente investigación se estudia el comportamiento que exhiben los hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 de bajo contenido en cemento (% de CaO ~ 0.22), ante su variabilidad en la temperatura de sinterizado, tamaño de grano y exposición frente a las cenizas de coque de petróleo. EXPERIMENTACIÓN El procedimiento experimental se realizó en 2 etapas. La primera consistió en evaluar el efecto de la temperatura de sinterizado sobre las propiedades físicas y mecánicas de hormigones refractarios y la segunda en evaluar el efecto de la granulometría en formulaciones de hormigones refractarios sobre los fenómenos de corrosión frente a las cenizas generadas por coque de petróleo. Etapa 1 Durante la etapa 1 se diseñaron y fabricaron piezas de hormigón refractario rectangulares de 13.97x13.97x7.62cm utilizando 2 tipos de materiales. El material 1 estaba constituido por granos de alúmina electrofundida, magnesia y aluminato de magnesio que en conjunto formaban una dispersión granulométrica en un rango de 4.76 mm a 37 μm, con un aditivo orgánico de fibra 40 de alcohol polivinílico (p.f. = 300ºC). Por otro lado, el material 2 estaba formado solamente por granos de alúmina electrofundida de 50 mm. Cada material fue caracterizado mediante difracción de rayos X (DRX) método de polvos. Las piezas de hormigones refractarios se formularon mezclando los materiales 1 y 2 con agua empleando una relación agua/(material 1 y material 2) de 0.12 que equivale a 1/(7.05 y 1.28 respectivamente). Posteriormente la mezcla del hormigón refractario ya preparada fue depositada en moldes rectangulares, utilizando vaselina en la superficie interna de los moldes para evitar adherencias después del fraguado el cual se llevó a cabo a temperatura ambiente (26ºC) por un lapso de 24 horas. Después de ese tiempo, los hormigones refractarios fueron sacados del molde y secados a una temperatura de 110ºC durante 8 horas para posteriormente ser sometidos al proceso de sinterización en el horno túnel con atmósfera de aire y gas natural como combustible y empleando dos temperaturas, 1600 y 1720ºC (temperaturas para obtener los hormigones refractarios), con tratamiento previo de 300ºC/30 min. para reaccionar el aditivo polivinílico y promover la densificación final del hormigón refractario. Determinación de las propiedades físicas y mecánicas de los hormigones refractarios Una vez concluido el proceso de sinterizado, los hormigones refractarios fueron cortados para obtener probetas de acuerdo a especificaciones de las normas y equipos donde se midieron las propiedades físicas como porosidad aparente (PA), resistencia a la compresión en frío (CCS) y módulo de ruptura en caliente (HMOR). La determinación de la porosidad se realizó siguiendo el procedimiento estipulado por la norma ASTM C-830-00 basada en el principio de Arquímedes.24 La determinación de la resistencia a la compresión en frío se realizó con base en las especificaciones de la norma Alemana DIN EN993,25 utilizando dos tipos de probetas, cilíndricas y cúbicas, las cilíndricas de 5 cm de diámetro y 5 cm de altura y las cúbicas de 5x5x5cm; los ensayos se llevaron a cabo en una máquina universal. La determinación del módulo de ruptura en caliente se realizó de acuerdo a la norma ASTM C 583-80 26 empleando probetas rectangulares de 15.2x2.5x2.5 cm, las cuales fueron Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. sometidas a una temperatura de 1400 °C, en horno eléctrico con atmósfera controlada de gas argón. Etapa 2 Para la etapa 2 se diseñaron 2 diferentes formulaciones de hormigones refractarios cúbicos de 5x5x5cm. Para su elaboración, fueron utilizados los mismos materiales empleados en la etapa 1 (material 1 y material 2). Para fabricar la primera formulación, los materiales 1 y 2 fueron sometidos a un proceso de trituración y molienda hasta alcanzar partículas inferiores a las 149 μm en ambos materiales. Para elaborar la segunda formulación, se mezclaron el material 1 que conservó la granulometría original (entre 4.76 mm y 37 μm), mientras que el material 2 fue sometido a un proceso de triturado hasta obtener un tamaño de grano de 6 mm (ya que este era de 50 mm), por lo tanto, la granulometría utilizada en la segunda formulación osciló entre 6 mm y 37μm. Las formulaciones de hormigones refractarios fueron elaboradas en moldes cúbicos utilizando en la parte interior del molde vaselina para ayudar a desmoldear. En la primera formulación, los materiales 1 y 2 con agua fueron mezclados empleando una relación agua/(material 1 y material 2) de 0.24 que equivale a 1/(3.53 y 0.642 respectivamente), mezclando por 2 min para conseguir una buena homogeneización. En la segunda formulación, los materiales 1 y 2 con agua fueron mezclados empleando una relación agua/(material 1 y material 2) de 0.12 que equivale a 1/(7.05 y 1.28 respectivamente), mezclando por 3 min para conseguir una buena homogeneización. Posteriormente, las mezclas fueron vaciadas en los moldes siguiendo el mismo procedimiento empleado en la elaboración de los hormigones refractarios durante la etapa 1, requiriendo un proceso de vibrado de 2 min (primera formulación) y 4 min (segunda formulación). El fraguado se llevó a cabo bajo techo a una temperatura ambiente de 27ºC por un tiempo de 48 horas y el proceso de sinterizado se realizó al 1720 °C en horno túnel con atmósfera de aire y gas natural como combustible. Ya sinterizadas las diferentes formulaciones de hormigones refractarios, se caracterizaron mediante fluorescencia de rayos X (FRX) y DRX método de polvos. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 Evaluación de los fenómenos de corrosión en los hormigones refractarios frente a las cenizas generadas por coque de petróleo Los experimentos para las pruebas de corrosión de los hormigones refractarios frente a las cenizas de coque de petróleo se efectuaron siguiendo dos métodos. El primero empleó el método de reacción estático llevado a cabo a nivel laboratorio y el segundo, el método de perforación directa al hormigón refractario (conocido como método de copa) llevado a cabo a nivel planta piloto. Para las pruebas llevadas a cabo a nivel laboratorio, fueron elaboradas probetas de coque de petróleo en forma de tabletas o pastillas en una prensa hidráulica isostática, utilizando 1 gramo de coque de petróleo y aplicando una carga de 3 toneladas por espacio de 2 min. Una vez manufacturadas las probetas, se procedió a colocarlas en el centro de la parte superior de cada formulación de hormigón refractario a evaluar. Seguidamente, el par difusor coque de petróleohormigón refractario (sinterizado a 1720 °C) fue sometido a una subida de temperatura para evaluar la corrosión a través de interacciones químicas dentro de un horno eléctrico a 1650ºC por un tiempo de 4 horas. En el segundo método realizado a nivel planta piloto, se aplicó a los hormigones refractarios la prueba de copa bajo el procedimiento descrito por la norma alemana DIN 1069,27 que consistió en perforar los hormigones refractarios con una broca (diámetro = 38mm), para depositar en dicha perforación 5 g de coque de petróleo como material de ataque. Los hormigones refractarios se colocaron en el interior de un horno gasificador, calentado con gas natural hasta alcanzar una temperatura de 1820ºC, con el fin de estudiar las interacciones químicas del ataque de corrosión entre el coque de petróleo y los hormigones refractarios, los cuales habían sido sinterizados a 1720 °C. Después de realizadas las pruebas, los hormigones refractarios fueron cortados de forma transversal para inspeccionar visualmente si presentaban ataque químico o corrosión, enfocando la atención sobre el área que presentaba mayor penetración. Esta área se caracterizó por DRX método de polvos para encontrar las fases formadas. Finalmente, se determinó su composición y perfil de penetración mediante microscopía electrónica de barrido con dispersión de energías (MEB-EDX). 41 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Etapa 1: propiedades físicas y mecánicas a) Materiales utilizados en la elaboración de los hormigones refractarios Los resultados obtenidos de la caracterización realizada al material 1 y material 2 vía DRX método de polvos se muestran en los difractogramas de la figura 1, en los cuales se pueden observar los espectros correspondientes a las fases identificadas de acuerdo a las reflexiones hkl principales. Al material 1 corresponden las fases de: espinela de magnesia alúmina, corindón, periclasa e hidróxido de aluminio; mientras que al material 2 le corresponden el corindón y también hidróxido de aluminio. Fig. 1. Difractogramas obtenidos en los análisis por DRX de los materiales de partida y de los hormigones refractarios después de los ataques de corrosión frente a las cenizas de coque de petróleo. b) Pruebas físicas y mecánicas en hormigones refractarios Los resultados obtenidos de las pruebas físicas y mecánicas realizadas a los hormigones refractarios, son presentados en la tabla I. Tras efectuar un análisis en estos resultados, podemos decir que existe un error despreciable en todas las pruebas ya que los valores de desviación estándar obtenidos son muy mínimos. De los resultados de porosidad aparente (%PA) se deduce que esta disminuye al aumentar la temperatura de sinterización. La resistencia a la compresión en frío (CCS) fue mejor en las probetas sinterizadas a menor temperatura porque la cantidad de espinela de magnesia y alúmina formada es menor.28 42 Tabla I. Resultados de las pruebas físicas y mecánicas realizadas a hormigones refractarios. La espinela de magnesia y alúmina tiene un coeficiente de expansión térmica (α251500ºC=6,6•10-6 ºC-1) muy diferente al corindón (α25-1500ºC=13•10-6 ºC-1) por lo que durante el enfriamiento, estas diferencias en los coeficientes de dilatación, han podido dar lugar a la formación de grietas que disminuirían significativamente las propiedades mecánicas en las muestras con más cantidad de espinela. Así las probetas a 1720ºC que tiene mayor contenido de espinela, tienen una menor resistencia mecánica en frío (CCS). Por el contrario durante la realización de los ensayos a alta temperatura (1400 °C), el módulo de ruptura en caliente (HMOR), ha podido continuar la sinterización de los hormigones refractarios, por lo que las probetas sinterizadas a 1600 °C mostraron menor HMOR en comparación con el mostrado por las probetas sinterizadas a 1720 °C ya que en estas últimas, la temperatura a la que habían sido sinterizadas fue ideal para que se formaran pequeñas cantidades de fase líquida, misma que influenció de manera negativa en los ensayos de CCS, pero de manera positiva en los ensayos de HMOR. Tomando como referencia resultados de proveedores que producen este tipo de ladrillos refractarios e investigaciones realizadas sobre el comportamiento de estos, se puede decir que los resultados obtenidos son favorables ya que están dentro de los rangos de literatura.29 Etapa 2: post-mortem de los hormigones refractarios utilizados en los ensayos de corrosión a) Caracterización de hormigones refractarios utilizados en los ensayos de corrosión La caracterización vía DRX realizada en los materiales 1 y 2 que se emplearon en las formulaciones de los hormigones refractarios en la etapa 2 ya fueron discutidos, puesto que estos son los mismos resultados de la etapa 1. Por otro lado, los resultados obtenidos para los hormigones Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. refractarios correspondientes a las dos formulaciones diseñadas en la etapa 2, son mostrados en la figura 1; de acuerdo con los resultados es posible apreciar que ambos hormigones refractarios (formulación 1 y 2) muestran de forma mayoritaria la fase alúmina y minoritaria la fase espinela de magnesia alúmina. De acuerdo al análisis químico realizado por FRX (tabla II) se aprecia que ambos hormigones refractarios (formulación 1 “F1” y formulación 2 “F2”) presentan un 70% de fase alúmina y un 30% de fase aluminato de magnesio ó espinela. b) Escoria de coque de petróleo utilizada en los ensayos de corrosión Los resultados de la caracterización realizada al coque de petróleo y las cenizas generadas por éste, empleando la técnica de DRX, son también mostrados en la figura 1. En el difractograma correspondiente al coque de petróleo, se puede apreciar que presenta el halo amorfo característico del carbón, lo que muestra una alta concentración de carbón contenido en el coque de petróleo empleado en esta investigación; respecto a las cenizas de coque de petróleo (generadas cuando es quemado a temperaturas superiores a los 800ºC), el difractograma revela la presencia de la fase anhidrita y cuarzo. De acuerdo al análisis Tabla II. Análisis químico obtenido por FRX (*), de los materiales empleados para los ataques de corrosión. * Análisis químico proporcionado por el proveedor. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 químico realizado por FRX (tabla II) se aprecia que el coque de petróleo (CP) utilizado para las pruebas de interacción química indica que está constituido por un 90% de carbón y 10% de materiales volátiles (análisis químico proporcionado por el proveedor). Por otro lado, las cenizas generadas a través de la combustión del coque de petróleo (CCP), las cuales interactuaron químicamente con los hormigones refractarios sinterizados previamente antes de ser atacados, exhibieron compuestos como sulfatos, óxidos de calcio, de silicio, de hierro, de níquel así como pentóxido de vanadio, que fueron determinantes en efectos negativos al estar en contacto con los hormigones refractarios. c) Ensayos de corrosión en hormigones refractarios El estudio post-mortem de las pruebas de corrosión como una interacción química realizado a 1650 °C mostró la formación (en ambos hormigones refractarios) de espinela desvitrificada rica en Mg, con alto contenido en Fe2+ y Ni2+, cuya fase espinela es identificada mediante flechas y mostrada en las imágenes de la figura 2; también apareció hibonita en su hábito de cristalización en forma de agujas, validada también por DRX método de polvo y mostrada también en la figura 2, identificada con estrellas; además se observó la formación de gehlenita identificada mediante alveolos, la cual desvitrificó en el centro de agujas de la hibonita (figura 2). La formación de estas fases puede ser atribuida a la reacción de los granos de alúmina con los óxidos de calcio y la sílice presentes en la escoria, lo que favoreció la formación de las fases hibonita (CaO + 6Al2O3 = CaAl12O19 = CA6) y gehlenita (2CaO + Al2O3 + SiO2 = C2AS), fases que fueron identificadas por sus morfologías y composición química características. En la figura 2 pueden observarse en las zonas delimitadas como rectángulos, fenómeno que se ha presentado en otros estudios.18-20 Los iones de Ni2+ y Fe2+ también presentes en la escoria fueron adsorbidos en solución sólida por la fase espinela (MgAl2O4), sustituyendo en la estructura química los iones - 2+ por (Mg2+, Fe2+, Ni2+) y los iones 3+ por (Al3+, Fe3+), los cuales son identificados en la figura 2 por un triángulo. 43 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. identificadas con un triángulo. Una vez analizados los hormigones refractarios a magnificaciones más altas para observar a detalle la disolución de los granos, se encontró agrietamiento que indica reacción entre la interfase de los hormigones refractarios y las cenizas del coque de petróleo, esta área se señala con rectángulos en la figura 3. También se detectó la presencia de una fase que de acuerdo a su composición química se propone como vanadato de aluminio (AlVO4) y es identificada en las imágenes de la figura 3 mediante alveolos. Cabe señalar que en el análisis microestructural no fueron detectadas las fases hibonita y gehlenita como en el caso de las pruebas efectuadas a 1650 °C. Los resultados de ambos experimentos indican que la disolución de los hormigones refractarios es causada por la penetración de elementos fundidos a través de la porosidad y las fronteras de grano, las Fig. 2. Fenómeno de penetración y corrosión presentado en límites de granos en: formulación 1 de hormigón refractario (A) y formulación 2 de hormigón refractario (B), después del ataque a 1650ºC en un horno eléctrico. Respecto a los resultados de los hormigones refractarios sometidos a los ensayos realizadas a 1820 °C y después de ser analizados de forma microestructural por MEB-EDX, se observó una disolución de granos, tal como puede apreciase en las imágenes de la figura 3, dicha disolución es identificada mediante flechas. También fue detectada la presencia de espinelas ricas en Ni 2+ y Fe 2+, 44 Fig. 3. Fenómeno de corrosión presentado en la formulación 2 de hormigón refractario después del ataque de corrosión a 1820ºC en un horno gasificador. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. cuales reaccionan preferentemente con los granos de alúmina para formar la fase CaAl12O19 (hibonita30), cuya morfología característica de agujas alargadas y alto punto de fusión ayuda a disminuir y detener la penetración de la fase líquida y por tanto el progreso de la corrosión. El exceso de los óxidos de calcio y aluminio combinado con iones de silicio propician la formación de la fase gehlenita (2CaO.Al2O3.SiO2)31-33 ya que en ambas temperaturas (1650 y 1820ºC) la espinela coexiste y se mantiene en solución sólida con capacidad para incorporar en su estructura iones como hierro y níquel, de manera que produce cambios en la composición de la escoria generándose una reducción en la penetración y la subsecuente disolución o ataque de los materiales refractarios. CONCLUSIONES La temperatura de sinterizado influyó significativamente en las propiedades físicas y mecánicas de los hormigones refractarios, obteniéndose de manera general mejores resultados en los hormigones que fueron sinterizados a 1720ºC. La variación en la distribución granulométrica de las formulaciones diseñadas en la etapa 2 influyó drásticamente en los niveles de penetración y corrosión en los hormigones refractarios, ya que los elaborados con tamaños de partículas inferiores a 149 μm (formulación 1) mostraron mayor corrosión en comparación con los elaborados en el rango de partícula de 6 mm a 37μm (formulación 2) cuando fueron puestos frente a la ceniza generada por el coque de petróleo en las pruebas efectuadas a 1650 y 1820ºC. La penetración de la escoria fundida de la ceniza de coque de petróleo a través de fronteras de grano y porosidad de los hormigones refractarios fue reducida debido a la presencia de espinela de alúmina magnesia y a su capacidad de incorporar en su estructura iones de Fe2+ y Ni2+. La formación de la fase hibonita ayudó a disminuir la penetración de la escoria en el hormigón refractario debido a su estabilidad térmica. De manera general, los estudios realizados a los hormigones refractarios respecto a las pruebas físicas, mecánicas y de corrosión mostraron que estos son buenos materiales refractarios pero no Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 para emplearse en hornos gasificadores de coque de petróleo en el que las temperaturas de trabajo sean superiores a los 1650 y 1820 °C, debido a que en estas condiciones de trabajo se generan fases con punto de fusión inferior a 1900 °C, temperatura para la cual habían sido diseñados. REFERENCIAS 1. Lee, S. J., Kim, S. H., Kang, K. H., Yoo, Y. D. and Yun, Y. Development of pilot-scale acid gas removal system for coal syngas. Korean J. Chem. Eng. 24, 1128-1132, 2007. 2. Yun, Y., Ju, J.S. Operation performance of a pilot-scale gasification/melting process for liquid and slurry-type wastes. Korean J. Chem. Eng. 20, 1037-1044, 2003. 3. Volkmann, D., Reuther, C., Just, T. Refractories for gasification reactors - A gasification technology supplier’s point of view. Refractories Applications and News. 9, 11-18, 2004. 4. Mann, M. D., Seames, W. S., Shukla, D., Hong, X., Hurley, J. P. Dynamic testing of gasifier refractory, the University of North Dakota, U.S. Department of Energy Grant, 2005. 5. Andersson, E., Harvey, S. Comparison of pulpmill-integrated hydrogen production from gasifier black liquor with stand-alone production from gasifier biomass, Energy. 32, 399-405, 2006. 6. Lin, J. C. M. Development of a high yield and low cycle time biomass char production system. Fuel Processing Technology. 87, 487-495, 2006. 7. Asadullah, M., Miyazawa, T., Ito, S., Kunimori, K., Yamada, M., Tomishige, K. Gasification of different biomasses in a dual-bed gasifier system combined with novel catalysts with high energy efficiency, Applied Catalysis A: General, 267, 95-102, 2004. 8. Rabou, L. P. L. M. Biomass tar recycling and destruction in a CFB gasifier, Fuel, 84, 577-581, 2005. 9. Kurkela, E., Kurkela, M. Advanced biomass gasification for high-efficiency power. Publishable final activity report of BiGPower Project, VTT Tiedotteita – Research notes. 2511, 2009. 10. González-Rocha, J.C., Longoria-Ramírez, R., y Urquiza-Beltrán, G. Results of the Simulation 45 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. of Gasification on the Mexican Petroleum Coke From the Refineries of Ciudad Madero and Cadereyta. Ingeniería Investigación y Tecnología. 2, 99-111, 2008. 11. Yun, Y., Chung, S. W. Gasification of an Indonesian subbituminous coal in a pilot-scale coal gasification system, Korean J. Chem. Eng. 24, 628-632, 2007. 12. Bennett, J. P., Kwong, K. S., Powell, C. A. Issues impacting refractory service life in biomass/ waste gasification. National Energy Technology Laboratory. 2007. 13. Mann, M. D., Seames, W. S., Shukla, D., Hong, X., Hurley, J. P. Dynamic testing of gasifier refractory, the University of North Dakota. U.S. Department of Energy Grant. 2005. 14. Rabou, L. P. L. M. Biomass tar recycling and destruction in a CFB gasifier, Fuel. 84, 577-581, 2005. 15. W.A. Taber. Refractories for gasification. Refractories Applications and News 8, 18-22, 2003. 16. Keiser, J.R., Peascoe, R.A., Hubbard, C.R., Gorog, J. P. Corrosion issues in black liquor gasifiers. NACE International Conference San Diego California. (2003). 17. Hemrick, J.G., Keiser, J.R., Peascoe, R.A., Hubbard, C.R., Lara-Curzio, E. Refractory testing and evaluation at Oak Ridge National Laboratory for black liquor gasifier applications. Refractories Applications and News. 9, 14-20, 2004. 18. Aza, A. H., Pena, P., Aza, S., Raigon, M., GomezMillan, J., Domínguez, C. Estudio post-mortem de un hormigón refractario colocado en la línea de escorias de una cuchara de acería. Bol. Soc. Esp. Ceram. 42, 375-378, 2003. 19. Diaz, L. A., Torrecillas, R., De Aza, A. H. Effect of spinel content on slag attack resistance of high alumina refractory castables. J. of the European Ceramic Society, 27, 4623-4631, 2008. 20. Vázquez, B. A., Pena, P., De Aza, A. H., Sainz, M. A., Caballero, A. Corrosion mechanism of polycrystalline corundum and calcium hexaluminate by calcium silicate slags. J. of the European Ceramic Society, 29, 1347-1360, 2009. 46 21. Puente-Ornelas, R. Factibilidad de uso de los refractarios Al2O3 y Al2O3-MgAl2O4 en la gasificación de coque de petróleo, Tesis de Maestría, Programa doctoral de Ingeniería en Materiales, FIME-UANL, Nuevo León, México. 2005. 22. Puente-Ornelas, R., Guzmán-Hernández, A.M., Zambrano-Robledo, P.C., Lizcano-Zulaica, C.J., Das Roy, T.K. Deterioro de refactarios diseñados para el revestimiento de un gasificador de petcoque. Ingeniería Mecánica, Tecnología y Desarrollo. 3, 207-212, 2011. 23. Puente-Ornelas, R., Lizcano-Zulaica, C.J., Guzmán, A.M., Zambrano, P.C., Das-Roy, T.K. Dissolution of refractories for gasification process of petroleum coke for the steel industry. Fuel, 93, 581-588, 2012. 24. ASTM C-831-83: Standard test methods for apparent porosity, liquid absorption, apparent specific gravity, and bulk density of refractory shapes by vacuum pressure. 2006. 25. DIN EN993-5: Methods of test for dense shaped refractory products: Determination of cold crushing strength. 1998. 26. ASTM C 583-80: Standard test method for modulus of rupture of refractory materials at elevated temperatures. 27. DIN1069: Sicherheitstechnische Anforderungen Und Prüfverfahren. 28. Gutiérrez-Campos, D., Diaz, J. I. and Rodríguez, R. M. Evolution of an alumina-magnesia/selfforming spinel castable. Part I. Microstructural features Cerâmica, 45, 93-98, 1999. 29. Knizek, I. Parámetros de Refractarios Moldeables y Prefabricados. Barro Mex., S.A de C.V. 1ª edición. 1989. 30. Qafssaoui, F., Poirier, J., Ildefonse, J. P., Hubert, P. Influence of the liquid phase on the slag corrosion of andalusite-based refractaories. Refractories Applications Transactions. 1, 1-8, 2005. 31. Vázquez B. A. Influencia de la espinela de aluminio y magnesio en el comportamiento frente a la corrosión de hormigones refractarios de bajo contenido de cemento”. Tesis doctoral, Universidad Autónoma de Madrid, Instituto de Cerámica Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Comportamiento físico-químico de hormigones refractarios base Al2O3-MgAl2O4 ante escorias... / Rodrigo Puente Ornelas, et al. y Vidrio Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC-ICV), Madrid, España. 2004. 32. Triantafyllidis, D., Stott, F.H., Li, L. The slag corrosion behavior of laser surface treated refractory ceramics. Conference Corrosion Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 Science in the 21st Century. 2003. 33. Vázquez, B. A., Caballero, Á., Pena, P. Quaternary system Al2O3-CaO-MgO-SiO2: II Study of the cristallization volume of MgAl2O4. J. Am. Ceram. 88, 1949-1957, 2005. 47 �Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidriopoliéster como cargas en concreto polimérico Rodolfo Morales IbarraA, Elsa Abigail Duncan FloresA, Saida Mayela García MontesA, Alma Gisela Martínez ArellanoB, Juan Francisco Barrón GranadosB, Denisse Arantxa Cepeda MújicaA FIME-UANL Reacciones Químicas S.A. de C.V. rodolfo.moralesbr@uanl.edu.mx A B RESUMEN En el presente trabajo se utilizaron materiales compuestos de fibra de vidrio y resina poliéster considerados de fin de ciclo de vida pulverizados como cargas en concreto polimérico para analizar su efecto en las propiedades mecánicas de concreto polimérico. El objetivo de esta investigación fue sustituir la mayor cantidad de carbonato de calcio contenido en el concreto polimérico(20%) por material reciclado manteniendo sus propiedades mecánicas y a la vez reduciendo su porcentaje de volumen de resina utilizado, en busca de la reducción de costos de fabricación con un impacto medio ambiental positivo. Los resultados que se obtuvieron como consecuencia de reducir la fórmula a 10% de resina con 90% de carga con un máximo de 2% de material reciclado corresponde en propiedades relativamente buenas. PALABRAS CLAVE Vidrio-poliéster, concreto polimérico, reciclado. ABSTRACT Recycling of composite materials was studied using pulverized fiberglasspolyester composite materials as fillers in polymeric concrete for this research. The objective of this research was to increase as much as possible the amount of recycled filler in the polymeric concrete without maintaining the mechanical properties of the material, reducing the percentage of volume of resin used and thus, reducing manufacturing costs with a positive environmental impact. Positive results were obtained: resin percentage has been reduced to 10% with 90% fillers using up to 2% of recycled material while maintaining relatively good mechanical properties. KEYWORDS Polyester-glass, polymeric concrete, recycling. INTRODUCCIÓN El concreto polimérico es un material relativamente nuevo de alto rendimiento que ha sido comercializado desde 1960. Este material se produce a partir de una 48 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidrio-poliéster como cargas... / Rodolfo Morales Ibarra, et al. resina líquida y agregados inorgánicos figura 1. La producción del concreto polimérico es la siguiente: pequeñas dosis de iniciadores y promotores se añaden a una resina para iniciar el curado o el proceso de endurecimiento. Donde los iniciadores dan partida a la polimerización y los promotores aceleran la reacción. Inmediatamente después de la adición del iniciador y promotores, la resina líquida se mezcla con los agregados gruesos y finos tales como piedra, grava o arena triturada. Después del curado, el material se compone de agregados inorgánicos bien graduados unidos entre sí por un aglutinante de resina. El curado puede ser tan corto como unos pocos segundos o largo como unas horas , dependiendo de la cantidad de iniciador y promotor añadido a la resina poliéster. El uso de concreto polimérico en la producción de componentes prefabricados parece muy prometedor. Las ventajas del concreto polimérico son su buena resistencia y buena durabilidad. El rápido tiempo de curado es otra importante ventaja en muchas aplicaciones estructurales e ingenieriles ya que el concreto cura en pocos minutos u horas cuando a materiales a base de cemento les toma días o semanas curarse por completo. Comercialmente, la principal desventaja del concreto polimérico es su alto costo comparado con otros materiales a base de cemento. La mayor parte del costo de los concretos poliméricos proviene de la resina; los costos de las cargas son comparativamente insignificantes. No es de extrañar que existan estudios recientes sobre reducción de costos en la resina como futura necesidad de concreto polimérico.1 Una de sus principales propiedades es la resistencia a la compresión, donde los sistemas prefabricados llegan a soportar hasta 30.2MPa frente a los 7-9MPa que soporta el concreto tradicional. Otra de sus principales propiedades es la de evacuación de fluidos, que es gracias a su superficie tipo espejo, y facilita el rápido desalojo de los fluidos. Su resistencia a productos químicos es otra de su propiedades, la resistencia a la helada, desgaste por abrasión y resistencia al choque son mas propiedades que lo caracterizan. En cuanto a sus aplicaciones el concreto polimérico en sistemas prefabricados se ha ganado un lugar importante en la industria de la construcción gracias a sus principales propiedades. Principalmente en los sectores de edificación para la elaboración de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 vierteaguas, albardillas y jambas, en prefabricados para drenaje tanto para la canalización de fluidos como la conducción de instalaciones y servicios, y en fachadas como revestimiento de edificios que es tanto una característica estética como en términos de aislamiento y por lo tanto de ahorro. El crecimiento del uso de materiales poliéster reforzado con fibras en las industrias de construcción y transporte implica cantidades mayores y el aumento de desechos de este material, producidos en diferentes etapas de su ciclo de vida. La mayor preocupación es en relación a las soluciones limitadas para la gestión de los residuos de estos materiales termostables no re procesable.2 Los compuestos fabricados en plásticos reforzados con fibra de vidrio son ampliamente utilizados en todo tipo de industria alrededor del mundo. Actualmente en nuestro país se producen más de 1,030,648 toneladas por año y se consumen alrededor de 497,914 toneladas por año de fibra de vidrio,3 pero ¿qué pasa cuando las piezas que están hechas de este material terminan su ciclo de vida?. En México solo existen 8 empresas dedicadas a la recolección de residuos sólidos4 y solo el 11% del material recuperado en sitio de disposición final es reciclado lo cual es un problema ya que el resto se queda desechado en el medio ambiente.5 Las técnicas para el reciclado de materiales poliéster reforzados con fibra se identifican en dos principales grupos: métodos mecánicos, que involucra técnicas de trituración para reducir el tamaño de los residuos y métodos térmicos que consisten en el uso de calor para descomponer los residuos en las materias primas y finalmente, energía.6 EXPERIMENTAL Para la matriz polimérica del concreto se utilizó una resina poliéster PCP 9652 de Reacciones Químicas S.A. de C.V., que es una resina de muy baja viscosidad; cuenta con muy buenas características de humectación a fibra de vidrio y cargas minerales, excelentes propiedades de resistencia a la compresión y buena velocidad de liberación de burbujas de aire atrapadas en la pasta; lo que la hace adecuada para trabajar con estos tipos de materiales. Se utilizaron arenas sílicas de distintos tamaños de mallaje 10/20, 20/30 y 40/50 donde las arenas 10/20 y 20/30 representan las arenas gruesas y las 40/50 junto 49 �Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidrio-poliéster como cargas... / Rodolfo Morales Ibarra, et al. con el carbonato de calcio que se utiliza para la reducción de costo y mejorar las propiedades del material son parte de las arenas finas. El conjunto de estas dos arenas (finas y gruesas) conforman las cargas o refuerzos del concreto polimérico, además se utilizaron residuos de compuestos de fibra de vidrio/poliéster que sustituiría un 2% y 4% el contenido en peso de carbonato de calcio en el concreto polimérico. El proceso de preparación de mezcla tal como lo muestra la figura 1.consiste en integrar todas las arenas con el carbonato de calcio y/o los residuos de fibra de vidrio/poliéster; una vez que los materiales están completamente integrados se agregan a la resina que ya contiene el catalizador y se mezclan hasta la homogeneidad con una mezcladora Hobart N50; la mezcla es vertida en los moldes de compresión(cubos) y flexión(barras); una vez que el material ya ha polimerizado se dejan reposar por un lapso de 7 días, pasando este período las muestras están listas para ser sometidas a los ensayos requeridos. En base a la composición original para la elaboración de concreto polimérico que se maneja en la industria siendo 88% cargas y 12% resina se hizo un diseño de experimentos como se muestra en la tabla I. Donde el experimento 1 es la composición original y a partir de esta formulación se varió el porcentaje de resina contenido en el concreto polimérico hasta un 2% menos del porcentaje usado y a la vez se varió la cantidad de material reciclado hasta un 4% como sustituto del carbonato de calcio. Se llevaron a cabo un total de 8 experimentos cada uno con 6 muestras esto acorde a las normas ASTM (American Society for Testing and Materials) Tabla I. Diseño de experimentos. Experimento Cargas (%) Resina Poliéster (%) Material Reciclado (%) 1 88 12 0 2 88 12 2 3 88 12 4 4 89 11 0 5 89 11 2 6 89 11 4 7 90 10 0 8 90 10 2 Fig. 1. Proceso de mezclado del concreto polimérico. 50 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidrio-poliéster como cargas... / Rodolfo Morales Ibarra, et al. que en el caso del concreto polimérico corresponde a las normas C-579 y C-580 para los ensayos de compresión y flexión respectivamente. RESULTADOS Se tomaron imágenes con Microscopía de Barrido de Electrones figura 2 (SEM, Scanning Electron Microscope) a los diferentes granos de arenas, al carbonato de calcio y a los residuos de fibra de vidrio/poliéster. Se observa la morfología de las arenas sílicas que es básicamente granular en donde resultaba interesante y de particular necesidad conocer exáctamente los tamaños de las partículas para diferir en los métodos a ser utilizados de acuerdo a ASTM, los cuales dependen básicamente del tamaño de los agregados; en el caso del carbonato de calcio resulta interesante observar su morfología la cual difiere de la del material pulverizado de fibra de vidrio-poliéster. La figura 3. muestra una grafica de esfuerzodeformación con las curvas promedio de cada uno de los experimentos. Se observa la curva del experimento 1 que corresponde a la producción de línea o producción de base y se puede observar que las curvas que corresponden a los experimentos 2 y 7 son mayores que el experimento 1 y las demás curvas son inferiores a ésta lo cual nos dice que la variación de resina y material reciclado si afecta significativamente en el concreto polimérico. En los ensayos de flexión no se obtuvo una gran variación en cuanto a los esfuerzos ya que presentaban un esfuerzo promedio máximo muy similar o con una diferencia muy insignificante figura 4; en cuanto al ahorro de resina se obtuvieron muy buenos resultados ya que si las propiedades mecánicas no se afectan eso quiere decir que es posible utilizar una configuración de cargas/resina con un porcentaje de resina menor al utilizado actualmente (experimento 1) y así lograr un ahorro de la resina de más de un 8% como se muestra en la tabla III que por ejemplo el experimento 4 que tiene formulación de 88% de cargas y un 11% de resina muestra una ganancia en propiedades mecánicas de hasta un 2.06% en comparación con el experimento 1 y un importante ahorro de más del 8% de total de resina consumida. Fig. 2. Imagen de SEM de: a) arena 10/20 a 36X, b) arena 20/30 a 36X, c) arena 40/50 a 36X, d) carbonato de calcio a 400X, e) compuesto de fibra de vidrio/poliéster a 40X, f) compuesto de fibra de vidrio/poliéster a 400X. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 51 �Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidrio-poliéster como cargas... / Rodolfo Morales Ibarra, et al. Fig. 3. Grafica de esfuerzo/deformación donde se muestran las curvas promedio de los 8 experimentos. CONCLUSIONES Después de efectuar esta investigación y observar detenidamente los resultados presentes se puede decir que el método presentado es adecuado para la caracterización del concreto polimérico además que se sugiere una revisión en el proceso de mezcla porque al sustituir un material denso por uno menos denso se dificulta preparar la mezcla, por lo que se propone partir de la composición 90% de carga, 10% de resina y 2% de material reciclado de fibra de vidrio/poliéster ya no es posible trabajar con composiciones que contengan mayor cantidad de material reciclado. Los experimentos 1, 4 y 7 que son experimentos que no contiene ningún porcentaje de material reciclado las muestras presentan un capa en la superficie de resina lo cual indica que la resina no está completamente en el material y esto se debe a que cuando el material esta curando la resina, al ser menos densa que las arenas, sube a la superficie, por lo tanto se recomienda usar períodos de curado más cortos. En cuanto a las pruebas de compresión el experimento 5 presenta propiedades mecánicas relativamente altas y presenta un interesante ahorro del mas de 8% del consumo de resina además de un sustituto de carbonato de calcio por material de fibra de vidrio/poliéster de 2%. Por otro lado en flexión es el experimento 4 el que más destaca teniendo una ganancia en propiedades mecánicas y un importante ahorro en el consumo total de la resina. Fig. 4. Curvas esfuerzo-deformación de las muestras del experimento 1 en flexión. 52 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 �Uso de materiales compuestos reciclados de fibra de vidrio-poliéster como cargas... / Rodolfo Morales Ibarra, et al. Tabla II. Resultados de los análisis de propiedades mecánicas de compresión. Experimento Cargas (%) Resina poliéster (%) Material reciclado (%) Esfuerzo (Mpa) Δ propiedades mecánicas (%) Porcentaje de ahorro (%) 1 (baseline production) 88 12 0 49.22 0 0 2 88 12 2 50.52 2.6 0 3 88 12 4 35.03 -28.8 0 4 89 11 0 41.83 -15 8.3 5 89 11 2 45.48 -7.5 8.3 6 89 11 4 40.11 -18.5 8.3 7 90 10 0 51.39 4.4 16 8 90 10 2 45.01 -8.55 16 Tabla III. Resultados de los análisis de propiedades mecánicas de flexión. Experimento Cargas (%) Resina poliéster (%) Material reciclado (%) Esfuerzo (Mpa) Δ propiedades mecánicas (%) Porcentaje de ahorro (%) 1 (baseline production) 88 12 0 25.69 0 0 2 88 12 2 23.99 -6.6 0 3 88 12 4 22.18 -13.66 0 4 89 11 0 26.22 2.06 8.3 5 89 11 2 22.37 -12.92 8.3 6 89 11 4 22.13 -13.85 8.3 7 90 10 0 23.46 -8.68 16 8 90 10 2 23.53 -8.4 16 REFERENCIAS 1. K. S. Rebeiz. Precast use of polymer concrete using unsaturated polyester resin based on recycled pet waste Construction and Building Materials, Vol. 10, No. 3, pp. 215-220, 1996. 2. joão R. Correia, Recycling of FRP composites: reusing fine GFRP waste in concrete mixtures, Journal of Cleaner Production 19 (2011) 1745e1753. 3. INEGI Censos económicos 2004, resultados sectoriales. 4. SEMARNAT. SNIARN. Base de datos estadísticos, Módulo de consulta temática, Dimensión ambiental, 2011. www.semarnat.gob. mx (Consulta: 14 de junio de 2011). 5. SEMARNAT. SNIARN. Base de datos estadísticos. Módulo de consulta temática. Dimensión ambiental, 2012. 6. M. Muthukumar, D. Mohan Studies on polymer Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Vol. XVI, No. 61 concretes based on optimized aggregate mix proportion, European Polymer Journal 40 (2004) 2167–2177. 7. Rafat Siddique, Use of recycled plastic in concrete: A review, Waste Management 28 (2008) 1835–1852. 8. F. Pacheco-Torgal, Properties and durability of concrete containing polymeric wastes (tyre rubber and polyethylene terephthalate bottles): An overview, Construction and Building Materials 30 (2012) 714–724. 9. P. Asokan, Assessing the recycling potential of glass fibre reinforced plastic waste in concrete and cement composites, Journal of Cleaner Production 17 (2009) 821–829. 10. Mehmet Saribiyik, The effects of waste glass powder usage on polymer concrete properties, Construction and Building Materials, Volume 47, October 2013, Pages 840-844. 53 �Eventos y reconocimientos I. CLAUSURA DEL VERANO INFANTIL La décima edición del Campamento de Verano Infantil “Aprende Ciencia Jugando” concluyó el pasado 26 de julio y se llevó a cabo una ceremonia de clausura presidida por el Dr. Moisés Hinojosa Rivera, Subdirector de Posgrado, en representación del director de la FIME, el M.C. Esteban Báez Villarreal, acompañado de la Dra. Guadalupe Maribel Hernández Muñoz, Coordinadora de Administración y Logística del Verano Infantil, en representación de la Dra. Patricia Zambrano, Coordinadora General del Verano Infantil, y el Ing. Francisco Gastelum Camacho, Coordinador de Actividades Estudiantiles del Dra. Guadalupe Maribel Hernández Muñoz, Coordinadora de Administración y Logística del Verano Infantil; Dr. Moisés Hinojosa Rivera, Subdirector de Posgrado, e Ing. Francisco Gastelum Camacho, Coordinador de Actividades Estudiantiles del Capítulo Monterrey de ASHRAE, entregando un reconocimiento. 54 Capítulo Monterrey de ASHRAE, entregó un reconocimiento a cada participante del campamento, quienes tuvieron la oportunidad de realizar diversas actividades de robótica, aeromodelismo y computación, además de que conocieron algunos laboratorios de la FIME. II. INAUGURACION DEL LIITE-FIME El pasado 16 de agosto fue inaugurado en la FIME el Laboratorio de Investigación e Innovación en Tecnología Energética (LIITE) en el que se desarrollarán trabajos científicos orientados a aspectos energéticos y fuentes alternas. La ceremonia de inauguración fue presidida por el Rector de la UANL, Dr. Jesús Ancer Rodríguez, y por el M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME. En ese mismo evento se firmó un convenio entre la UANL y la Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC, Brasil), representada por la Dra. Roselane Neckel, Rectora de esa universidad, para proyectos de intercambio académico, fortalecimiento del posgrado y en materia de investigación; así como la puesta en marcha de una planta de energía solar que se instaló en el Polideportivo FIME. También se incluyó un convenio específico entre la FIME-LIITE y el Laboratorio de Investigación en Refrigeración y TermofísicaPolo de la UFSC, buscando un esquema de colaboración LIITE de la FIME con Whirlpool, México, similar al que opera entre el laboratorio Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 �Eventos y reconocimientos Polo de la UFSC con Whirlpool, Brasil. A este respecto se contó con la presencia del Ing. Raúl García Martínez, Director de Tecnología de Whirpool de México. IV. PREMIO A LA MEJOR TESIS El pasado 29 de agosto se entregaron los premios a la mejor tesis de licenciatura y maestría. La M.C. Karen Adriana Bustos Torres, de la FIME, fue distinguida con el Premio a la Mejor Tesis de Maestría en el área de Ingeniería, Tecnología y Arquitectura, con el trabajo “Influencia de la Morfología de ZnO en la fotooxidación de polipropileno”, asesorada por la Dra. Sofía Vázquez Rodríguez, Autoridades e invitados presentes en la inauguración del Laboratorio de Investigación e Innovación en Tecnología Energética. III. WORKSHOP MÉXICO-BRASIL El pasado 15 de agosto el Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica (CIIIA) de la FIME llevó a cabo el Workshop México-Brasil, en el que se tuvieron talleres especializados, donde el Dr. José Enrique De Sousa Damiani, Investigador Titular de la División de Ingeniería MecánicaAeronáutica del Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) de Brasil, pudo constatar los trabajos desarrollados en el CIIIA. Participantes del Workshop México-Brasil. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 Desde la izquierda, M.C. Karen Adriana Bustos Torres, premiada de la FIME; M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME; Dr. Jesús Ancer Rodríguez, Rector de la UANL; y Dra. Sofía Vázquez Rodríguez, profesora del Programa de Doctorado de la FIME. V. PREMIO DE INVESTIGACIÓN UANL El pasado 29 de agosto se entregó el Premio de Investigación UANL 2013, con el cual se reconocen los mejores trabajos del quehacer universitario en siete áreas del conocimiento: Ciencias Sociales, Exactas, Naturales, de la Salud, de la Tierra y Agropecuarias, Humanidades e Ingeniería y Tecnología. La FIME fue reconocida en dos áreas: en Ingeniería y Tecnología con el trabajo “Síntesis y caracterización de PbMoO4 fotoactivo para la eliminación de contaminantes orgánicos de agua” desarrollado por el Dr. Azael Martínez de la Cruz y la Dra. Diana Berenice Hernández Uresti; y en el área de Ciencias Sociales con el trabajo “Modelo Probabilístico de Quiebra para pequeñas y medianas empresas mexicanas. 55 �Eventos y reconocimientos Una herramienta para la toma de decisiones” presentado por el Dr. Juvencio Jaramillo Garza y el Dr. Jesús Fernando Issac García. de la UANL. El evento estuvo encabezado por el Gobernador del Estado de Nuevo León, Lic. Rodrigo Medina de la Cruz, y el Rector de la UANL. En esta ocasión se impuso el nombre “Los Rectores” al Circuito Interior de CU y se develaron estelas conmemorativas al pie de la escultura “Flammam”. Dr. Azael Martínez de la Cruz (izq.), premiado en el área de Ingeniería y Tecnología, y el M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME. VI. 80 ANIVERSARIO DE LA UANL El pasado 25 de septiembre se reunió la comunidad universitaria en la explanada de la rectoría para celebrar el octagésimo aniversario 56 Autoridades universitarias e invitados durante la celebración del 80 aniversario de la UANL. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL * Junio - Agosto 2013 Marisa Elizabeth Vigil Ramírez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Por materias), 3 de junio de 2013. J a v i e r Tre v i ñ o G u e r re ro , M a e s t r í a e n Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 4 de junio de 2013. Raúl Cesar Lozano Guerra, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Por materias), 5 de junio de 2013. Francisco Hazael Moreno Rivera, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Análisis comparativo del sistema ligante en las propiedades mecano-físicas en concretos refractarios aluminosos”, 10 de junio de 2013. Gerardo Antonio Betancourt Rodríguez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Por materias), 10 de junio de 2013. Fernando Elizalde Ramírez, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Planificación dinámica de rutas del transporte público a partir de los requerimientos del usuario”, 11 de junio de 2013. Jesús Gabino Puente Córdova, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Síntesis y caracterización de un material híbrido de matriz polimérica de polivinil butiral”, 12 de junio de 2013. * Información proporcionada por el Departamento de Titulación y Movilidad Académica del Posgrado, de la FIME-UANL. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 Luis Ernesto Jasso Ramos, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Nanopartículas de poli(dimetilsiloxano) con grafeno o nanopartículas cortas de nylon”, 12 de junio de 2013. Alma Lilia Pérez García, Maestría en Logística y Cadena de Suministro con orientación en Dirección y Operaciones, “Factores en la gestión logística mexicana que intervienen en la competitividad global de las empresas”, 14 de junio de 2013. Carlos Alberto Rosas Aguilar, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 18 de junio de 2013. Omero Santillán Milán, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecánica, (Por materias), 18 de Junio de 2013. Alan Arturo Moreno Gutiérrez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 18 de junio de 2013. María Elena de Jesús Alvarado Jasso, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 18 de junio de 2013. Iván Bosque Leal, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias), 19 de junio de 2013. Carlos Eduardo Castillo Alonso, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 19 de junio de 2013. 57 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Humberto Gámez Rabago, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Por materias), 26 de junio de 2013. Cristina Maya Padrón, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Modelación de planes de estudio usando técnicas avanzadas de planificación”, 27 de junio de 2013. Jorge Tanos Susarrey, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 28 de junio de 2013. Sergio Vladimir Garza Mendoza, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 28 de junio de 2013. Gisela Rodríguez Hernández, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 28 de junio de 2013. Víctor Hugo Ponce Galicia, Maestría en Ingeniería de la Información, Informática, (Por materias), 1 de julio de 2013. Selene Treviño Medina, Maestría en Logística y Cadena de Suministro con orientación en Dirección y Operaciones, (Por materias), 1 de julio de 2013. Verónica Camarillo Castro, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio in vivo de oseointegración en implantes dentales de Ti- 6 AI -4V con superficies modificadas”, 3 de julio de 2013. José Alfredo Ávila Cardona, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Por materias), 4 de julio de 2013. Jorge Martínez Paredes, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecánica, (Por materias), 4 de julio de 2013. Juan Carlos García Álvarez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 8 de julio de 2013. Enrique Alejandro González Cantú, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Por materias), 8 de julio de 2013. 58 Meng Yen Shih, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Sistemas Eléctricos de Potencia, “Real time coordination of overcurrent reloys by means of optimization algorithm”, 8 de julio de 2013. Victoria Marisela Gutiérrez López, Maestría en Ciencias de la ingeniería Mecánica con especialidad en materiales, “Síntesis y caracterización de resinas de curado rápido para la elaboración de componentes herméticos de iluminación automotriz”, 11 de julio de 2013. Manuel Alejandro González Abrego, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Preparación de fibras de TiO2 mediante la técnica de hilado por soplado”, 11 de julio de 2013. Jesús Cázares Coronado, Maestría en Ingeniería con orientación Mecánica, (Por materias), 11 de julio de 2013. Víctor Hugo Garza Cárdenas, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Por materias), 12 de julio del 2013. Cindy Johena Niño Partida, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Influencia del reuso de porcelana de desecho sobre las propiedades de una porcelana triaxial”, 12 de julio de 2013. Julio Martínez Torres, Maestría en Ingeniería con orientación en Eléctrica, (Por materias), 15 de julio del 2013. Alejandro Elizondo Almaguer, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 15 de julio de 2013. Fernando Salinas Garibay, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 16 de julio de 2013. Allan Giovanni Soriano Sánchez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con Orientación en Control Automático, “Sincronización de redes complejas con atractores caóticos de multiples enrrollamientos: Aplicado al encriptado de datos”, 16 de julio de 2013. Rafael Olivares Arredondo, Maestría en Ingeniería de la Información, Informática, “Construcción Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL de perfiles de usuario a partir de repositiorios de información personal”, 16 de julio de 2013. Fernando Manuel Rodríguez Aldape, Maestría en Ingeniería de la Información, “Inteligencia Artificial, Cuantificación del interés de un usuario en un tema mediante minería de texto y análisis de sentimiento”, 16 de julio de 2013. Carlos Alberto Vázquez Rodríguez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Caracterización del comportamiento de corrosión en pruebas aceleradas para acero galvanizado y pintado”, 17 de julio de 2013. Adrian Esau Contreras Hernández, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Optimización del proceso de forja abierta para evitar defectos internos”, 18 de julio de 2013. Carlos Eduardo Márquez de la Torre, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Tratamiento térmico en anillos de acero AISI 4140”, 18 de julio de 2013. Gabriela Melissa Valadéz Sánchez, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Por materias), 19 de julio de 2013. Ali Gabriel Sánchez Luna, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Por materias), 23 de julio de 2013. Carlos Alfonso Rodríguez Vázquez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Patrones y mecanismos de fractura en los materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras”, 25 de julio de 2013. Karla Alejandra Leyva González, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Caracterización de la precipitación en un material compuesto aleación 7075 realizada con grafeno”, 26 de julio de 2013. María Eugenia Gómez González, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 29 de julio de 2013. Rosarito Falcón Zertuche, Maestría en logística y cadena de suministro, “Diseño y análisis, Establecer el flujo de procesos de los mantenimientos a vehículos dentro de una empresa”, 29 de julio de 2013. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 Elisa María Gallo González, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 1 de agosto de 2013. Deissy Nallely Pérez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Por materias), 7 de agosto de 2013. Reynaldo Esparza Robles, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 12 de agosto de 2013. Hiram Overlin Flores Cruz, Maestría en Ingeniería con orientación en Eléctrica, (Por materias), 13 de agosto de 2013. Arturo Nieto Méndez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 15 de agosto de 2013. Jorge Luis Rivera Pacheco, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 15 de agosto de 2013. Perla Janeth Rodríguez Guevara, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Por materias), 15 de agosto de 2013. Andrés Gómez Torres, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 16 de agosto de 2013. Edgar Andrade Drías, Maestría en Administración Industrial y de Negocios, con orientación en Producción y Calidad, 19 de agosto del 2013. Brenda Marisol Meza Torres, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 21 de agosto de 2013. José Raúl García Lugo, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Sistemas Eléctricos de Potencia, “Control directo del par de un motor de inducción usando un convertidor multinivel”, 22 de agosto de 2013. Selene Escobar Rodríguez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Por materias), 22 de agosto de 2013. 59 �Jorge David Bacelis Lara, Maestría en Logística y Cadena de Suministro con orientación en Dirección y Operaciones, 22 de agosto de 2013. Carmen Guadalupe González Galindo, Maestría en Logística y Cadena de Suministro con orientación en Logística Global, (Por materias), 22 de agosto de 2013. Meztli Natalia Martínez Pérez, Maestría en 60 Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Por materias), 26 de agosto de 2013. Ricardo Cortés Frías, Maestría en Ciencias de la Administración con especialidad en Producción y Calidad, “Influencia de la Familia en el aprovechamiento escolar del adolescente”, 29 de agosto de 2013. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 �Acuse de recibo PHYSICS EDUCATION JART El Institute of Physics es una sociedad científica basada en Inglaterra que, entre otras actividades, edita la revista Physics Education. El objetivo de la revista es la enseñanza de los fundamentos de la física a estudiantes de todos los niveles educativos, elemental a pregrado. Para lograr los objetivos pedagógicos, se presentan experimentos sencillos que aplican los principios básicos de la física con los recursos disponibles en un ambiente escolar. Un artículo reciente, en su edición de septiembre de 2013, presenta cómo construir en el aula una balanza para la medición precisa de la masa de los objetos utilizando un electroimán, con el mismo principio que utilizan los equipos más modernos y precisos. El acceso a artículos selectos es gratuito. La revista se encuentra disponible en http:// iopscience.iop.org/0031-9120/ El Journal of Applied Research and Technology (ISSN 1665-6423) se publica cada cuatro meses por el Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico de la Universidad Nacional Autónoma de México. La cobertura contempla acústica y vibraciones, biotecnología, cibernética y sistemas, computadoras y tecnologías de la información, electrónica e ingeniería eléctrica, ambiental, biomédica, de producto, industrial, mecánica y térmica, química, sísmica, materiales y sensores, metrología, nanotecnología, óptica, procesamiento de señales e imágenes, sistemas de control, software y tecnología educativos y telecomunicaciones. A pesar de la amplia cobertura de las áreas científicas-tecnológicas, los números particulares tienden a agrupar los diferentes tópicos hasta que en conjunto todos tienen su lugar. Esta revista se puede encontrar http://www.jart.ccadet. unam.mx Zarel Valdez Nava Juan Antonio Aguilar Garib Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 61 �Colaboradores Barrón Granados, Juan Francisco Gerente del departamento de investigación y desarrollo de Reacciones Químicas S.A. de C.V. Castillo Rodríguez, Guadalupe Alan Ingeniero Mecánico Electricista, Maestro en Ciencias en Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales y Doctor en Ingeniería de Materiales por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Maestro en Ciencia de Materiales por la Technische Universität Clausthal, Alemania. A sido colaborador en el CIDT del Grupo Peñoles, Subdirector de la División de Estudios de Posgrado de la FIME, así como Director de Investigación de la UANL. Es Profesor/Investigador de la FIME-UANL y Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Sus líneas de interés son los materiales cerámicos y refractarios. Cepeda Mújica, Denisse Arantxa Estudiante de 7mo. semestre de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica en Ingeniería en Aeronáutica. Se desempeña actualmente como Becaria en el Laboratorio de Materiales Aeroespaciales en el Centro de Investigación e Innovación de Ingeniería en Aeronáutica y está llevando a cabo sus prácticas profesionales en la empresa denominada Reacciones Químicas S.A. de C.V. La estudiante ha realizado trabajos de investigación en colaboración con el CIIIA en relación al concreto polimérico Das Roy, Tushar Kanty Bachelor of Science por la Universidad de Calcuta en India, Maestría en Ingeniería de Metalurgia y Cerámica por la Universidad Técnica 62 de Berlín, Alemania, Doctor en Ingeniería de Materiales, por la Facultad de Minería, Metalurgia y Mecánica de la Universidad Técnica Clausthal, Alemania. Tiene una amplia experiencia laboral de investigación en empresas como Didier Werke, A.G. Alemania Financial, Mining, Industrial and Shipping Corporation, Atenas, Grecia y en Grupo Peñoles, México. Es Profesor/Investigador de la FIME-UANL. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Sus líneas de interés son los materiales cerámicos y refractarios. Duncan Flores, Elsa Abigail Estudiante de la UANL-FIME, se desempeña actualmente como becaria en el laboratorio de materiales aeroespaciales en el Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica (CIIIA)de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. La estudiante cuenta con una participacion en XXII International Material Research Congress por su investigación en concretos poliméricos. Actualmente cursa el 8º semestre de la carrera de Ingeniería en Aeronáutica. García Montes, Saida Mayela Licenciada Química Industrial (2008) y Maestra en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales (2011) por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Es candidata a Doctora en Ingeniería de Materiales por la FIME-UANL. Gómez de la Fuente, María Idalia Doctora en Ciencia de Materiales (1998) y Maestra en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales (1994) por la Facultad de Ingeniería Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 �Colaboradores Mecánica y Eléctrica de la UANL. Licenciada en Física (1988), Universidad Autónoma de Tamaulipas. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) nivel 1, y actualmente es profesora-investigadora en la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL y editora de la revista Química Hoy, publicada en esa misma facultad. Hernández Urésti, Diana Berenice Ingeniero Mecánico Administrador por la UANL y Maestro en Ciencias con especialidad en Materiales por la FIME-UANL. Obtuvo su Doctorado en Ingeniería de Materiales en el área de fotocatálisis heterogénea en la FIME-UANL. Ha realizado estancias de investigación en Francia y Corea del Sur. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) nivel C. Lizcano Zulaica, Carlos Javier Ingeniero Mecánico Administrador, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad Materiales y Doctor en Ingeniería de Materiales por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Diplomado en siderurgia en la república federal de Alemania y una amplia experiencia laboral y científica de más de 30 años en la industria siderúrgica en compañías como Fundidora Monterrey, Hylsa y Ternium. Profesor/Investigador jubilado de la FIME-UANL. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Investiga los fenómenos mecánicos en diferentes materiales, especialmente en acero; desarrollo de nuevos aceros y nuevos procesos de fabricación de acero, así como también desarrollo de modelos termodinámicos y termomecánicos de procesos siderúrgicos. Luna Criado, Carlos Doctorado en Física con especialidad en Física de la Materia Condensada y licenciado en Ciencias Físicas con especialidad en Física Teórica por la Universidad Autónoma de Madrid, España. Durante sus estudios doctorales participó en varios proyectos de investigación en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, España, y realizó una estancia postdoctoral en el Laboratorio de Magnetismo Molecular de la Universidad de Florencia, Italia. Actualmente es profesor-investigador de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas de la Universidad Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 Autónoma de Nuevo León. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores con nivel I y cuenta con el reconocimiento de Perfil deseable para Profesores de Tiempo Completo (PROMEP). Es líder del cuerpo académico “Física de los sistemas de baja dimensionalidad y sus aplicaciones” de la FCFM de la UANL. Es coordinador del laboratorio “Física de los sistemas de baja dimensionalidad” del Centro de Investigación en Físico Matemáticas (FCFM, UANL). Martínez Arellano, Alma Gisela Maestra en Ciencia y Tecnología de Polímeros, actualmente ocupa el cargo de Jefa de Investigacion y Desarrollo de la empresa Reacciones Quimicas. Egresada de la Licenciatura en Química Industrial de la UANL generación 2004, estudió una maestría en Ciencias en el Centro de Investigación en Química Avanzada concluyendo dichos estudios en el 2007. Ingresa a laborar a Reacciones Químicas en ese mismo año como Investigadora de Recubrimientos y posteriormente continua su trayectoria como Investigador de Procesos, el éxito en este trabajo le ha llevado a cosechar entre otros logros la Jefatura del departamento de Investigación y Desarrollo desde el año 2011. Martínez de la Cruz, Azael Licenciado en Química Industrial por la UANL y Doctor en Ciencias Químicas por la Universidad Complutense de Madrid. Actualmente es profesor Investigador en FIME- CIIDIT-UANL, ha obtenido 5 premios de Investigación UANL, 2 reconocimientos Como asesor de la mejor Tesis de Maestría por la UANL y 3 Premios Nacionales de Investigación. Miembro del SNI, nivel 2. Mendoza Reséndez, Raquel Ingeniera Química y Maestra en Ciencias con orientación en Ingeniería Cerámica por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Doctora en Ciencias Físicas por la Universidad Complutense de Madrid, España. Realizó una estancia posdoctoral en la Universidad de Florencia, Italia. Es Profesora Investigadora de Tiempo Completo, en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Cuenta con el reconocimiento del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) nivel 1 y con el Perfil deseable para Profesores de Tiempo Completo (PROMEP). 63 �Colaboradores Morales Ibarra, Rodolfo Profesor-Investigador de la UANL-FIME, desempeña actualmente el cargo de jefe del laboratorio de materiales aeroespaciales en el Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica (CIIIA) de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. El Profesor Morales es Ingeniero en Materiales egresado de la FIME-UANL, donde cursó también una Maestría en Administración de Negocios Industriales; posteriormente cursó una Maestría en Ciencias de la Ingeniería Aeroespacial con orientación en Estructuras y Materiales Compuestos en la Université de Bordeaux en Francia. Actualmente está concluyendo el Doctorado en el Programa de Ingeniería de Materiales de la FIME-UANL sobre un proyecto en colaboración con la Universidad de Kumamoto en Japón, con apoyo de CONACYT. Pinzón Galvis, Sandra Sandra Pinzón Galvis: Ingeniera civil de la Universidad Santo Tomás de Aquino, sede Bogotá. aspirante a Magister en Gestión Urbana de la Universidad Piloto de Colombia, sede Bogotá. Docente tiempo completo de la Universidad Piloto de Colombia- Seccional Alto Magdalena, sede GirardotColombia, Director de la línea de investigación en materiales de la región. Puente Ornelas, Rodrigo Ingeniero Mecánico Administrador, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad 64 Materiales y Doctor en Ingeniería de Materiales por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Profesor/Investigador de la FIME-UANL. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Investiga los fenómenos de corrosión en materiales refractarios y aceros de refuerzo, desarrollo de nuevos materiales refractarios, cementicios y termoeléctricos, así como la utilización de materiales suplementarios y desechos industriales para el mejoramiento de las propiedades fisicoquímicas y de durabilidad de pastas, morteros y concretos. Vázquez Méndez, Bertha Alicia Lic. en Química Industrial (FCQ-UANL), Maestra en Ciencias con especialidad en Ingeniería Cerámica (Posgrado FCQ-UANL) y Doctora en Ciencias con especialidad en corrosión de materiales refractarios por la Universidad Autónoma de Madrid en España, llevado a cabo en el Instituto de Cerámica y Vidrio del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (ICV-CSIC). Profesor/ Investigador actualmente de la FACPYA-UANL. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Líneas de Investigación: Ciencia de los Materiales Tradicionales y Avanzados, Química del Estado Sólido, Diagramas de Equilibrio de Fases, Materiales Refractarios, Síntesis y Caracterización de Materiales, Reutilización de Materiales de desecho para su aplicación en el mejoramiento de las propiedades de la industria cerámica (cemento, vidrio, refractarios, materiales funcionales, etc) y Corrosión de Materiales Refractarios. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, profesores e investigadores a colaborar en la revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril y reportes de investigación. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores estableciendo claramente su contribución; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo el veredicto inapelable. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, precisión de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. CRITERIOS EDITORIALES Los autores de artículos de revisión o divulgación deberán contar con una producción directa reconocida en la temática de interés de la revista. Estos trabajos deben ofrecer una panorámica del campo temático, separar las dimensiones del tema, mantener la línea de tiempo y presentar una conclusión que derive del material presentado. No se aceptan reportes que muestren solamente mediciones. Los artículos deben presentar los resultados de las mediciones acompañados de su análisis detallado, un desarrollo metodológico original, una manipulación nueva de la materia o ser de gran impacto y novedad social. Sólo se aceptan modelos matemáticos que sean validados científicamente dentro del propio trabajo. No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen mediciones y se efectúe un análisis de correlación Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año XVI, No. 61 para su validación. No se aceptan protocolos de investigación, proyectos, propuestas o trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntos. LINEAMIENTOS EDITORIALES Es requisito enviar para su consideración editorial: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, en CD o por E-mail a la dirección: revistaingenierias@gmail.com El título del artículo no debe exceder de 80 carácteres. El número máximo de autores por artículo es cinco. La extensión de los artículos no deberá exceder de 12 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como en inglés. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg CONTACTO Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, 1er. piso, ala norte. Tel.: 8329-4000 Ext. 5854 Fax: 8332-0904 E-mail: revistaingenierias@gmail.com 65 �66 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2013, Año. XVI, No. 61 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2013 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 16 Número Número de la revista 61 Mes de publicación Mes cuando se publicó Octubre-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2013, Año 16, No 61, Octubre-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/10/2013 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2020824 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Rights Information about rights held in and over the resource Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Coque de petróleo Corrosión Fotocatálisis heterogénea Horno gasificador Nanoelipsoides Refractarios