REVISTA DE LA UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER · revoluciones tecnológicas, generan cambios trascendentales en la vida del ser humano, lo que ha dejado como aprendizaje

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

REVISTA DE LA UNIVERSIDADFRANCISCO DE PAULA SANTANDER

San José de Cúcuta, Junio de 2010 No. 1ISSN 0122-820X

Publicación científica que presenta la producción de trabajos de investigación de la Universidad Francisco

de Paula Santander y la comunidad científica en general.

Está abierta a ensayos, artículos de divulgación

científica, de revisión, de reflexión y a informes de investigación de todas las ramas del saber, cuya calidad

se determinará por el grado de innovación y por el cambio del estado del conocimiento que presenten los

artículos publicados.

Periodicidad

Semestral

Presentación

Todos los artículos recibidos se someten antes de su publicación a la revisión crítica de pares evaluadores

externos.

Los autores de los trabajos asumen toda responsabilidad que pudiera derivarse de los mismos.

Los artículos publicados en esta revista se pueden reproducir total o parcialmente, citando la fuente

y el autor.

Diseño, diagramación e impresión

Offset La Opinión S.A. 5710632Cúcuta, Colombia

Admitida en el Indice Bibliografico Nacional PUBLINDEX, Colciencias, categoría C.

Directivos Universidad Francisco de Paula Santander Hector Miguel Parra López Rector Jesús Ernesto Urbina Cárdenas Vicerrector Académico Sergio Ivan Quintero Ayala Vicerrector Administrativo Carlos Humberto Acevedo Peñaloza Vicerrector de Bienestar Universitario Jorge Sánchez Molina Vicerrector Asistente de Investigación y Extensión Olga Marina Vega AngaritaVicerrector Asistente de Estudio Coordinación y dirección general Jorge Sánchez Molina, M.Sc.

Comité editorial Pablo Pastor Mogollón Sánchez, Ph.D.Universidad Francisco de Paula Santander José Ignacio Huertas, Ph.D.Centro de Investigación en Ingeniería Automotríz-CIMA. Tecnológico de Monterrey Florentino Malaver Rodríguez, Ph.D.Pontificia Universidad Javeriana José Humberto Escalante, Ph.D.Universidad Industrial de Santander Jesús Ernesto Urbina Cárdenas, M.Sc.Universidad Francisco de Paula Santander Jorge Fernando Márquez Peñaranda, M.Sc.Universidad Francisco de Paula Santander Comité científico Carmen Leonor Barajas, Ph.D.Universidad Francisco de Paula Santander Héctor Jaime Dulce Moreno, Ph.D.Universidad Francisco de Paula Santander Wencel De la Cruz Hernández, Ph.D.Universidad Nacional Autónoma de México Marco Antonio Márquez Godoy, Ph.D.Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Editor Gabriel Peña Rodríguez, Ph.D. Ing. Yebrail Alexis Romero Arcos

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

A

grad

ecim

ient

os

Reconocimiento a pares evaluadores año 15 No. 1 / 2010

MS.c Hebert Correa Olivo

MS.c Eduardo Arturo Cruz Trejoz

MS.c Edinson Caicedo Cerezo

MS.c Neftali Meza López

MS.c Liliana Isaza Valencia

Ph. D Jaime Dulce Moreno

MS.c Jorge Hernando Bautista Ruiz

MS.c Fernando Gordillo Delgado

Ph. D William Aperador Chaparro

Ph. D Gregorio Guadalupe Carbajal Arizaga

MS.c(c) Nelson Barrera Lombana

MS.c Armando Becerra

Ph. D Ariel Becerra.

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

Contenido

5

13

19

25

4

43

33

Editorial

Efecto de los factores determinantes para el establecimiento de microesquejes de papaya (Carica papaya L.)

Effects of former and in vitro factors which have incidence upon establishment of papaya (Carica papaya L.).

Factores que afectan el desempeño financiero de las empresas del sector de las confecciones textiles de Cúcuta

Factors that affect the financial performance of the companies of the sector of cucuta’s textile confections

Propiedades electroquímica del acero AISI 1005 recubierto por inmersión con Zn y aleación 55%Al-Zn.

Electrochemical Properties of AISI 1005 steel coated by immersion with 55% Zn alloy and Al-Zn.

Obtención y caracterización de recubrimientos de TiO2 por el método de complejo polimerizable (PECHINI)

Obtaining of TiO2 coatings by polymerized complex’s method (PECHINI)

Medición del sentido de giro, velocidad y posición angular de un eje mediante encoders

Measuring rotation direction, speed and angular position of a shaft by means of encoders

Solución de la ecuación de Schrödinger para el átomo de hidrógeno en coordenadas esferoidales prolatas

Solution of the Schrödinger equation for the hydrogen atom in prolate spheroidal coordinates

Evaluación de desempeño en concretos adicionados con microsílica

Concrete performance evaluation added with microsilica

47

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

E

dito

rial

EditorialNANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA: UN COMPONENTE INDISPENSABLE EN LOS PROGRAMAS DE POSGRADO.

En la actualidad, en la comunidad académica y de investigación, se habla de nanociencia y nanotecnología, las

cuales son dos recientes disciplinas que prometen avances fundamentales en la electrónica, la física, la química, la biología molecular, la medicina, el medio ambiente, la industria farmacéutica, la cosmetología, entre otras. De otra parte, la investigación en ciencia e ingeniería de los materiales, es un amplio y activo campo donde la nanociencia y la nonotecnología tienen gran aplicación. Los orígenes de la nanotecnología se remontan a diciembre de 1959, fecha en la cual el físico Richard Feynman, en su conferencia“There´s Plenty of Room at the Bottom” ante la American Physical Society, mencionó los beneficios que se podrían tener si fuésemos capaces de construir y manipular dispositivos y sustancias del orden atómico, lo cual corresponde a una dimensión de 1 manómetro (nm). Posteriormente (1974), el término “nanotecnología” fue usado por primera vez por Nomo Taniguchi, investigador de la Universidad de Tokio, al referirse a la fabricación de dispositivos usando métodos de mecanizado, clasificándolo en mecanizado de “precisión” al que se realice con orden de magnitud de 10 nm y de “ultraprecisión” al de 1 nm. En palabras comunes, “nano” es un prefijo griego que significa “enano”, equivalente a una millonésima parte de algo, por ejemplo 1nm equivale a una millonésima parte de un milímetro. Nanociencia, se refiere al estudio, análisis y manipulación de materiales a escala nanométrica, es decir la ciencia que permite explicar la manera como trabaja la naturaleza, átomo por átomo y molécula por molécula, mientras que nanotecnología, hace referencia al diseño, fabricación y caracterización de nanoestructuras, dispositivos y sistemas complejos, en el cual predomine el control del tamaño, la forma y por ende las propiedades a escala nanométrica. Por ejemplo, un metal nanoestructurado posee una resistencia mecánica cuatro o cinco veces mayor al metal normal. En la nanotecnología, hoy en día se utilizan dos técnicas fundamentales, la “top-down” o de arriba abajo, en la cual el dispositivo

se elabora grabando, o maquilando un bloque de material a escala nanométrica, por ejemplo la fotolitografía, el maquinado ultrapreciso, litografía de por haces de electrones entre otras. La otra técnica es la “bottom-up” o de abajo a arriba, en la cual la nanoestrucutura se elabora a partir del ensamble de nanobloques de átomos o moléculas, ejemplos de esta técnica, son la Epitaxia por Haces Moleculares (MBE), Deposición de Vapores Químicos (CVD) y Epitaxia por Haces Químicos (CBE). En la nanotecnología convergen diversas disciplinas, luego, es fácil inferir el efecto que se percibirá en campos como la ciencia de materiales, la electrónica, la computación hasta la medicina.

Debido a que las leyes que rigen la materia a escala nanométrica son muy diferentes a las del mundo macroscópico, es motivo para reflexionar sobre los contenidos y componentes curriculares, de los programas de posgrado en investigación que se imparten en las Universidades y Centros de Investigación del País, que pretendan formar científicos encargados del estudio y diseño de dispositivos o materiales de nueva generación. Asignaturas como la “mecánica cuántica”, la cual estudia las propiedades de la materia cuando se trabaja a escalas nanometrícas, debe ser de obligatoriedad impartirse en los programas de posgrados de ingeniería, materiales, biología molecular entre otros. Posgrados en profundización de conocimientos, deberán contener asignaturas, seminarios, o talleres sobre nanociencia y nanotecnología, lo cual permitirá estar a la vanguardia de los acontecimientos y avances científicos a nivel mundial, pues es conocido que las revoluciones tecnológicas, generan cambios trascendentales en la vida del ser humano, lo que ha dejado como aprendizaje que los rápidos y continuos avances tecnológicos requieren de paradigmas diferentes cuando se trata de formar a las nuevas generaciones de estudiantes, investigadores, científicos y líderes de la académica e industria.

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X


Recibido:Octubre 9 de 2009

Aceptado:Mayo 20 de 2010

Jesús Arturo Ramírez Sulvarán 2

1Proyecto Financiado por el Fondo de Investigaciones

Universitaria de la Universidad Francisco de Paula Santander

(Cúcuta-Colombia).

2Laboratorio de Biotecnología vegetal,

Universidad Francisco de Paula Santander

ResumenEl objetivo fue determinar los efectos de los factores para el establecimiento de microesquejes de papaya. Se incluyeron los efectos de los factores: 1. Protocolo de desinfección. 2. Variedad. 3. Edad de la planta donadora. 4. Número de yemas por microesquejes. 5. Los componentes hormonales en los medios de cultivo y 6. La temperatura de desarrollo de los microesquejes. Los resultados se analizaron estadísticamente mediante tablas de contingencia. También se encontró la correlación entre las variables. Los resultados indican que las mejores condiciones para el establecimiento de los microesquejes fueron: 1. Desinfección con hipoclorito al 1,5% durante 5 minutos. 2. La variedad de papaya Roja Melonera. 3. La edad optima de las plantas donadora fue a los 60 días. 4. Los mejor microesquejes eran los que poseía 2 yemas. 5. La relación hormonal optima fue ANA 0,1 mg/l y BAP 0,5 mg/l. 6. La temperatura de desarrollo óptima fue a 27° C. Se concluyó que todos los factores estudiados presentaron efecto sobre el desarrollo y crecimiento de los microesquejes de papaya. De esta forma es necesario abordar estos procesos con un enfoque multifactorial.

Palabras clave: Carica papaya, microesqueje, establecimiento, multifactorial.

AbstractPrevious studies on apical and axilar microesqueje micropropagation of papaya have been lined up and without a systemic working. Consequently, it arises the actual research, which brough into study all the variables and parameters and their relationships, in order to improve the vitroplants production process, more efficiently. The main purpose of this study was to establish the effects of the former and in vitro factors, which have incidence upon the establishment of microesquejes. The effects of the former variables previous to the in vitro growing, which were studied, were: Sanitizing procedure, variety incidence, mother plant age incidence, among other ones. On the other hand, the in vitro variables studied were: temperature and hormonal compositions of the crops.

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

This research was held at the vegetal biotechnology laboratory, which belongs to the biotechnology complex of the Universidad Francisco de Paula Santander in “Los Patios” Norte de Santander, Colombia. The experimental procedure was held with two months old plants from “Maradol” and “Roja Melonera” varieties. In order to accomplish the different effects of each one of the variables, it was used qualitative statistical method for their measurements. The final results showed that all factors were important to the papaya microesquejes micro propagation. As a result, the actual conclusion was to introduce the necessity to give a systemic focusing to the process in order to improve the efficiency in the vitroplants production, where all the factors and their relationships must be considered. Finally, the most important goal of this study is that all these results could be extended beyond other researches related to tropical fruits micro propagation, so important to the tropical micro propagation workers.

Key Words: Carica papaya, microcuttings, establishment, multifactors.

Introducción

La papaya es una fruta importante para los pueblos de las regiones tropicales del mundo. Los métodos de propagación

más empleados para esta especie son por semilla sexual y esquejes. La propagación por semilla sexual es de bajo costo, por el contrario la propagación por esquejes es muy compleja y costosa. En la actualidad existen otras alternativas para la propagación de esta especie mediante la biotecnología vegetal. La propagación de microesquejes es un método de cultivo de tejidos que tiene diversas ventajas frente el método tradicional de propagación, porque este método garantiza alta uniformidad genética de las plántulas. En correspondencia a lo anterior, existen diversos reportes de cultivos de tejidos en esta especie como Litz y Conover (1980), Drew (1988), Tovar (1989), Drew (1992), Castillo et al. (1998) Chan y Teo (2002) y Buerhing (2003). De Bruijne et al (1974) investigaron la formación de embriones a partir del cultivo de callos y Pinzón (2003) estudió la embriogénesis somática en esta especie. También existen

reportes de propagación por microesquejes realizados por Litz y Conover (1978), Litz (1983), Drew y Smith (1986), Drew (1987), Rejeevan y Pandey, (1986a) entre otros. Por otra parte Drew y Smith (1989) estudiaron los factores nutricionales y hormonales en el crecimiento de los microesquejes de papaya. La mayoría de los estudio tienen un enfoque unifactorial donde no se asumen todos los factores determinantes para establecimiento de microesquejes de papaya. En este sentido, se presenta este trabajo de investigación multifactorial, el cual tiene en cuenta diversos factores para el establecimiento de los microesquejes de papaya. De esta manera, el objetivo general fue establecer un protocolo para la obtención de plántulas in vitro a partir de microesquejes de papaya (C. papaya L.)

Materiales y métodosLa investigación se efectuó en los

laboratorios de biotecnología vegetal del Complejo Biotecnológico de la Universidad Francisco de Paula Santander, municipio de Los Patios, Norte de Santander-Colombia.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XEn los ensayos se emplearon semilla de las variedades Maradol y Roja Melonera. Las plantas madres se obtuvieron de sembrar semillas en bolsas negras de polietileno de un 1 Kg. Las bolsas contenían una mezcla de estiércol de corral, carbón vegetal, suelo de la región y arena en proporción 2:1:1:1. A estas plantas se les aplicó riego dos veces al día. Los ensayos fueron independientes y se iban aplicando los mejores resultados en los siguientes experimentos. Todos los medio de cultivo se esterilizaron en autoclave durante 15 minutos a 121°C y 2 atmosfera de presión, y los frasco fueron tapados con papel aluminio. Asimismo, las condiciones de laboratorio fueron las siguientes: temperatura diurna de 27 1°C, temperatura nocturna 24 1°C, fotoperiodo de 16 horas luz y 8 horas oscuridad, luz con tubos fluorescente 1000-2000 lux de iluminación.

ENSAYO A: Efecto del protocolo de desinfección.

Los tratamientos de desinfección fueron concentraciones de hipoclorito de sodio a 1%; 1,5%; 2,5% y 5%. El ensayo consistió en tomar esquejes de 5 cm de longitud de las plantas donadoras de 45 días de edad. Las plantas donadoras eran de variedad Maradol. Estos esquejes se enjuagaron en una solución jabonosa durante 5 minutos, luego fueron desinfectados con una solución de alcohol al 70% durante 5 minutos. En seguida se enjuagaron 3 veces con agua destilada estéril y se aplicaron los tratamientos anteriormente presentados durante 5 minutos cada uno. Después se enjuagaron los microesquejes con agua destilada estéril para sembrarlos en frascos con medio de cultivo esterilizado. Los medios de cultivo contenían la formulación de Murashige and Skoog (1962), adicionándole 30 g de sacarosa y 8 gramos de agar por litro. La relación hormonal empleada fue de ANA 0,2 mg/l, BAP 0,3. La siembra se realizó en cámara de flujo laminar siguiendo las disposiciones de asepsia convencionales. En seguida se procedió a incubarlos en cámara de crecimiento. La evaluación de los

microesquejes se realizó después de 15 días de la siembra.

ENSAYO B: Efecto del la composición hormonal en los medios de cultivos para establecimiento de los microesquejes.

Los tratamientos fueron la composición y concentración hormonal del medio de cultivo. El tratamiento 1 contenía ANA 0,8 mg/l; el tratamiento 2 contenía 0,1 ANA y 0,5 mg/l de BAP 0,4, y tratamiento 3 contenía ANA 0,2 mg/l y BAP 0,3 mg/l. La selección, el proceso de desinfección y la siembra de los explantes fueron similares al ensayo A con la variación que se empleó el mejor tratamiento del ensayo A, hipoclorito de sodio al 2%.

ENSAYO C: Efecto de la variedad.

Las variedades empleadas para los tratamientos fueron la Maradol y Roja Melonera, las evaluaciones del experimento fueron a los 15, 30 y 45 días. La selección, el proceso de desinfección y la siembra de los explantes fueron similares al ensayo B. La composición de los medios fue la misma del ensayo A con la variante que se empleó la relación hormonal 0,1 ANA y 0,5 mg/l de BAP 0,4.

ENSAYO D: Efecto de edad de la planta donadora.

Los tratamientos fueron esquejes tomados de plantas donadoras de 15, 30, 45, 60 y 75 días de edad. La selección, el proceso de desinfección y la siembra de los explantes fueron similares al ensayo C.

ENSAYO E: Efecto del número de yemas.

Los tratamientos fueron esquejes con uno y dos yemas. La selección, el proceso de desinfección y la siembra de los explantes fueron similares al ensayo C.

ENSAYO F: Efecto de la temperatura sobre el crecimiento del microesquejes.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XLos tratamientos fueron temperaturas a

22°C, 27°C y 32°C en el día. La selección, el proceso de desinfección y la siembra de los explantes son similares al ensayo C.

Resultados ydiscusionesENSAYO A: Protocolo de desinfección.

Los resultados se presentan en la tabla 1. Dado que el p-valor es inferior a 0,01 en el contraste de chi-cuadrado, podemos rechazar la hipótesis de que las filas y columnas son independientes con un nivel de confianza del 99%. En consecuencia, las filas que representa la concentración de hipoclorito de sodio tienen relación con sus columnas que a su vez representa el estado de los explantes. Asimismo, la concentración de hipoclorito de sodio al 1,5% causa poca lesión a los microesquejes por intoxicación y a su vez libera a los microesquejes de microorganismos competidores de los explantes. Esto último coincide con resultados presentados por Posada et al (2005). Sin embargo, Roca (2001) recomienda utilizar concentraciones más bajas (0,1%) durante más tiempo (1 hora) para mejorar la relación entre la supervivencia de los ápices y la eficiencia de la desinfección. Por otra parte, las plantas donadoras deben provenir de vivero porque las plantas de campo traen más microorganismos contaminantes de los medio de cultivo. Esto último coincide con Posada et al, 2005.

Tabla 1. Resultados del efecto del tipo de protocolo de desinfección.

ENSAYO B: Composición hormonal

En la tabla 2, se presentan los resultados de este ensayo. Dado que el p-valor es inferior a 0.01, podemos rechazar la hipótesis de que las filas y columnas son independientes con un nivel de confianza del 99%. En consecuencia, las filas tienen relación con las columnas. Por tanto, existe una correlación entre la composición hormonal y el crecimiento y desarrollo de los microesquejes para el establecimiento in vitro. Inicialmente debe señalarse que es necesario que exista un balance hormonal entre auxina y citoquinina para que haya un buen desarrollo y crecimiento de los microesquejes. El tratamiento con ANA 0,1 mg/l, BAP 0,5 mg/l desarrolló mejor los microesquejes sin producción de callo. Esto último es de interés para la micropropagación por microesquejes. Estos resultados coinciden con los presentados por Reuveni et al (1990).

Tabla 2 Resultados de efecto de la composición hormonal en los medios para el crecimiento y

desarrollo de los microesquejes in vitro.

ENSAYO C

Los resultados de este experimento se presentan en la tabla 3. Dado que el p-valor es inferior a 0,01, podemos rechazar la hipótesis de que las filas y columnas son independientes con un nivel de confianza del 99%. En consecuencia, las filas tienen relación con las


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820Xcolumnas. Por consiguiente podemos decir que el factor de variedad tiene un efecto sobre el crecimiento y desarrollo de los microesquejes. Los resultados señalan que los microesquejes de la variedad Roja Melonera tuvieron un mejor desarrollo frente a la variedad Maradol. Del mismo modo, se puede afirmar que existe correlación entre la edad del explante y la contaminación. Por otra parte se aprecia que en las etapas iníciales y medias del establecimiento, la supervivencia es alta pero en la etapa final aumenta drásticamente la mortalidad de los explantes esto puede ser debido a la condición de los microesquejes por los el efecto del cierre de los frascos tapados con papel de estaño o aluminio. En correspondencia a lo anterior Edwin (1993) señala que entre las desventajas del cultivo de tejidos está, el hecho de que los recipientes de plástico o vidrio cerrados inducen alta humedad relativa y poco intercambio gaseoso, esto conlleva al decaimiento del desarrollo y crecimiento de los microesquejes.

Tabla 3. Efecto del tipo de variedad.

ENSAYO D

Los resultados del experimento se presentan en la tabla 4. Dado que el p-valor es inferior a 0.01, podemos rechazar la hipótesis de que las filas y columnas son independientes con un

nivel de confianza del 99%. Por consiguiente podemos decir que el factor de edad de la planta donadora tiene un efecto sobre el crecimiento y desarrollo de los microesquejes. La edad de las plantas donadoras donde se obtuvieron mejores resultados fue a los 60 días. Estos resultados coinciden con los de Posada et al (2005).

Tabla 4. Resultados de los efectos de edad de la planta donadora

ENSAYO E

Los resultados se presentan en la tabla 5. Dado que el p-valor es inferior a 0.01, podemos rechazar la hipótesis de que las filas y columnas son independientes con un nivel de confianza del 99%. En consecuencia, las filas tienen relación con su columna. Esto significa que existe una relación directa entre el número y tamaño de explantes con el buen desarrollo de microesquejes. Los resultados indican que existen diferencias significativas cuando se utilizan diferentes números de yemas por microesquejes. Los mejores resultados fueron obtenidos con microesquejes de dos yemas. Esto posiblemente es porque las microesquejes de tamaño pequeño o de una sola yema pueden presentar lesiones que repercuten seriamente en la viabilidad del microesquejes para el establecimiento in vitro. Igualmente, el tamaño pequeño de los explantes permite que el desinfectante penetre más y por lo tanto afecte el tejido vegetal. En este ensayo


0

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820Xse obtuvieron resultados de una correlación positiva entre el tamaño de los esquejes y la viabilidad in vitro. Además, es posible que el mayor tamaño presente una mayor área tisular responsable de la respuesta organogénica Dixon (1991).

Tabla 5. Resultados de efecto del efecto del tamaño.

ENSAYO F

Los resultados de este ensayo se reportan en la tabla 6. Dado que el p-valor es inferior a 0.01, podemos rechazar la hipótesis de que las filas y columnas son independientes con un nivel de confianza del 99%. En consecuencia, las filas tienen relación con sus columnas. En este sentido la temperatura más adecuada para el desarrollo de los microesquejes es de 27°C.

Estos resultados coinciden con los presentados por Posada et al (2005). No obstante, se observa también que el cierre de los frascos crea un sistema semicerrado que no permite la salida de vapor de agua y otros compuestos como oxígeno y el etileno al exterior del frasco, creando un sistema con una condición de alta humedad relativa que aumenta drásticamente la temperatura en el interior del frasco.

Este hecho repercute significativamente sobre el crecimiento y desarrollo de los microesquejes. Esto coincide con los resultados obtenidos por Lai et al (1998).

Tabla 6. Resultados del efecto de la temperatura.

ConclusionesTeniendo en cuenta que todos los factores

estudiados presentaron efecto sobre el desarrollo y crecimiento de los mciroesquejes de papaya es necesario abordar estos procesos con un enfoque multifactorial.

Las mejores condiciones previas para el establecimiento de microesquejes son: las plantas donadoras deben tener dos meses de edad; los microesquejes deben tener 2 yemas; la desinfección debe realizarse con hipoclorito de sodio al 1,5% durante 5 minutos; la variedad más adecuada es la roja Melonera; la composición hormonal más eficiente es ANA 0,1 mg/l, BAP 0,5 mg/l. y la temperatura más adecuada para el desarrollo de los microesquejes es de 27°C.

AgradecimientoAl Fondo de Investigaciones Universitaria

(FINU), de la Universidad Francisco de Paula Santander. Al Personal del laboratorio de Biotecnología Vegetal. Ing. Alina Sigarroa, Ing. Manuel Villavicencio, Ing. Leidy Contreras y Nelson Ricardo Meza.

BibliografíaBuerhing, G (2003) Cryopreservation

Studies in Carica papaya. Effect of some cryoprotectants on regrowth and somatic


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820Xembryogenesis in Sunrise Sola papaya. In vitro Cell. Dev. Biol- Plant 39: 54-60.

Castillo, B, Smith M., Yadava U. (1998) Plant regeneration from encapsulated somatic embryos of Carica papaya L. Plant Cell Reports 17: 172-176

Chan, L, and Teo C. (2002). Micropropagation of Eksotika, a Malaysian papaya cultivar and the field performance of the tissue culture derived clones. Acta Hort. 575: 99-105

De Bruijne E., de Langhe E. and van Rijck R. (1974). Actions of hormones and embryoid formation in callus cultures of Carica papaya. International Symposium Crop protection, Fytopharmacie en Fytiatrie. Rijkslandsbouwhooge school Medelelingen 39(6): 637-645.

Drew, R.A. (1988). Rapid clonal propagation of papaya in vitro from mature field-grown trees. HortScience 23: 609-611.

Drew, R.A. (1992) Improved techniques for in vivo propation and germoplasm storage of papaya. Hort Sci. 27:1122-1124.

Drew R. A. (1987). The effects of medium composition and cultural condicions on in vitro root anition and grow o papaya (Carica papaya L.) Journal of Horticultural Science 62, 551-6.

Drew, R. y Smith N. (1986). Grow o apical and lateral buds of papaw (Carica papaya L.) as affected by nutricional and hormone factors. Journal o Horticultural Science, 61, 535-43.

Drew, R.A. y Smith N.G. (1989). Nutricional and cultural factors affecting rooting of papaya (Carica papaya L.) in vitro Journal of Horticultural Science. 64:767-773.

Dixon, R.A. (1991). Plant Cell Culture. A Practical approach. IRL Press, Washington. 236 p.

Edwin, George. Plant propagation by tissue culture. 2º Ed. Vol. 1. (1993)

Lai, Dhuo-Chu, Yu Tsong-Ann, Yeh Shyi-Dong And Yang Sherng (1998). Enhancement of in vitro growth of papaya multishoots by aeration.

Litz, R. E (1983) Papaya. Handbook of plant cell culture. Tropical and Subtropical fruits 2. Florida.

Litz, R. E. And Conover, R, A. (1978). In vitro propagation of papaya. HortScience, 13,241-2.

Litz, R.E. and Conover R.A. (1980). Somatic embryogenesis in cell cultures of Carica stipulate. Hortscience 15: 733- 734.

Murashige, T y Skoog, F (1962) A revised medium for rapid growth and bioassays with tabacco tissue culture by giberellin. Phisiol Plant. 15: 473 – 497

Pinzón A (2003) Embriogénesis somática y regeneración de plantas en cuatro selecciones colombianas de Carica papaya L. Resúmenes de trabajos de grado meritorios. Volumen 8 No. 1. Bogotá.

Posada L., Gómez R., Gallardo J., Reyes M. y Herrera I. (2005). Aplicaciones de la biotecnología a la propagación de la papaya. Biotecnología Vegetal Vol. 5, No. 2: 67 – 79.

Rajeevan, M. y Pandey R. (1986a). Lateral bud culture o papaya (Carica papaya L.) or clonal propagation. Plant Cell Tissue and Organ Culture, 6 , 181-8.

Reuveni O, Schlesinger DR, Lavi U (1990) In vitro clonal propagation of dioecious Carica papaya. Plant Cell, Tissue and Organ Culture 20, 41-46.

Roca, W M, Mogrinski, L A (2001) Cultivo de Tejidos en la Agricultura: Fundamentos y aplicaciones. CIAT.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XTovar, Rosalba, (2001). Estudio preliminar

sobre la propagación in vitro de la lechosa (Carica papaya L.) a partir de yemas apicales y axilares. Tesis de grado. Facultad de Agronomía. U.C.V. 74 p.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

Factores que afectan el desempeño financiero de las empresas del sector de las confecciones textiles de Cúcuta.

Recibido:Octubre 10 de 2009


Gerson Rueda Vera 1

ResumenEn la presente investigación se planteó como propósito fundamental, determinar la incidencia de la devaluación del Bolívar en la liquidez y la rentabilidad del sector de las confecciones textiles en el municipio de San José de Cúcuta (Norte de Santander – Colombia). Para lo cual se utilizó el tipo de investigación descriptiva correlacional, teniendo como población 50 empresas del área metropolitana, registradas legalmente en la Cámara de Comercio, donde se tomó la totalidad de empresas que conformaron la población para la muestra; se diseño un instrumento en forma de cuestionario contentivo de 25 preguntas, además parte de la investigación fue documental; se destaca que la devaluación del Bolívar conlleva a una situación de iliquidez y baja rentabilidad para las empresas del sector, adicionalmente las empresas no cuenta con financiación y además no tienen una planeación para mitigar este efecto en sus finanzas, por ello se recomienda realizar un programa de financiamiento donde se agrupen; solicitar asesorías tecnológicas y buscar mayor automatización, para reducir costos y ser más competitivos.

Palabras Clave: Devaluación, liquidez, rentabilidad, dólar peso bolívar, confecciones textiles.

AbstractThis research was the fundamental purpose, to determine the effect of the devaluation of the Bolivar on liquidity and profitability of the textile apparel sector in the municipality of San José de Cúcuta (Norte de Santander - Colombia). For which type of research used descriptive correlational as population having 50 companies in the metropolitan area, legally registered at the Chamber of Commerce, where he took all the companies that made up the population for the sample was designed as an instrument a questionnaire which contains 25 questions, also part of the investigation was documentary stresses that the devaluation of the Bolivar lead to a situation of illiquidity and low profitability

1Profesor adscrito al Plan de Estudios de

Contaduría Pública, Facultad de Ciencias Empresariales

de la Universidad Francisco de Paula Santander. e-mail:

[email protected]

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

of the sector stop the company additionally has no business funding and have no further planning to mitigate this effect on your finances, it is recommended to make a funding program which are grouped together, seek advice and seek increased automation technology to reduce costs and become more competitive.

Key Words: Devaluation, liquidity, profitability, dollar peso bolívar, clothing.

Introducción

EEn la dinámica empresarial de la actualidad, los lideres viven diariamente situaciones en las cuales la planeación

financiera es una salida a dichas instancias, recordando que la organización tiene procesos administrativos los cuales permiten ubicarla en un futuro cercano, por tanto es necesario tener claro los objetivos para conocer cómo llegar a ellos, en donde la dirección de la empresa encaminará toda la organización buscando soluciones a la situación presentada por la incertidumbre y las medidas tomadas por la política monetaria internacional frente a la política monetaria Colombiana.

En el caso de Venezuela, el decreto 2304 de 2003, establece un sistema de control cambiario con tasa fija, cuya misión es administrar las divisas y todo lo concerniente con el comercio internacional (Banco de la República, 2007) y es normal que la devaluación del bolívar frente al peso traiga consigo crisis, pues al percibir menores ingresos impactan la rentabilidad y la liquidez de las industrias de las confecciones. De acuerdo a lo expuesto por Arenas (2006), el sector industrial debe acogerse al Plan Estratégico Exportador Regional liderado por PROEXPORT y el Comité Asesor de Comercio Exterior (CARCE), que orienta el aumento de ofertas exportables, niveles de productividad y competitividad, permitiendo identificar las verdaderas oportunidades que tienen los productos de la industria local frente a otros mercados, además Ramírez (2002), concluye que el sector de las confecciones es una fortaleza para la industria manufacturera de la ciudad,

porque han logrado niveles de organización y desarrollo en cuanto a la actividad, y se ve reflejado en el reconocimiento de la calidad de sus productos.

Así mismo Duque (2005), establece que en el estado Táchira (Venezuela) proliferan las microempresas del sector confecciones, con características más de economía informal que formal, debido a que algunos empresarios Colombianos que han cruzado la frontera buscan protegerse de la devaluación del bolívar.

Referentes teóricosUno de los tantos problemas que afronta

la economía mundial es la falta de empresas eficientes y con capacidad competitiva, por las divisas recibidas como exportadores. De acuerdo a Levi (1997), las divisas existen porque los países utilizan distintas unidades monetarias legales dentro de su territorio, careciendo de valor en otros países, teniendo que realizar una conversión y sobre este aspecto Kozikowski (2000), comenta que después del año 1973 se esforzaron por crear un sistema monetario internacional homogéneo, pero en la actualidad no existe tal sistema, ya que los países siguen reglas distintas, respecto de este tema. Madura (2001), afirma que el tipo de cambio variará con el transcurso del tiempo a medida que cambien las curvas de oferta y demanda, sujetas a factores como la tasa de inflación relativa, tasa de interés relativa y nivel de ingreso relativo, en el caso de nuestra moneda la inflación y las tasa de


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820Xinterés han tendido a ser constantes, razón por la cual el cambio varia poco y siempre en fortalecimiento del Peso. Estupiñán (2003), señala que la liquidez mide la capacidad que tiene la empresa para pagar sus obligaciones en corto plazo, es decir si no se obtiene suficiente dinero por ventas, debido a que la tasa cambiaria frente al Bolívar este baja, se entraría en iliquidez por parte de las empresas del sector; por otra parte, García (2003), plantea que la rentabilidad que el propietario obtiene corresponde al retorno del capital invertido en la empresa, por tal razón si los ingresos disminuyen se refleja en la utilidad, situación que haría menos rentables a las Mypimes en estudio.

Referentes metodológicos

La investigación se consideró, según Méndez (2001), como una investigación descriptiva; que se apoyó en una investigación de campo, por cuanto se tomaron datos directamente de los sujetos investigados como son las personas involucradas en las empresas del sector de las confecciones textiles para el periódo 2002-2006. De acuerdo a lo expuesto por: Arias (2004), la variable dependiente es la liquidez y la rentabilidad, dejando como variable independiente la devaluación del Bolívar. La población según Tamayo (1998), está determinada por sus características definitorias y está compuesta por las empresas del sector de las confecciones textiles, que laboran legalmente, y están registradas en la Cámara de Comercio del municipio de San José de Cúcuta para este periódo (2002-2006), asesoradas por la comisión regional de comercio exterior (CARCE), que contenga un rango de 1 a 80 trabajadores.

El tipo de muestra según Namakforoosh (2006), será seleccionada bajo estricto juicio personal del investigador, siendo la muestra el total de la población, es decir 50 empresas, seleccionadas con un criterio basado en el enfoque de la caracterización y la

intencionalidad de la muestra. El instrumento utilizado fue el cuestionario, y se aplicó a los gerentes, administradores o encargados de las empresas seleccionadas, donde los ítems están relacionados con los objetivos específicos de la investigación, y se validó de acuerdo con Hernández, Fernández y Baptista (1998). La validez en términos generales, se refiere al grado en que un instrumento realmente mide la variable que pretende medir; en la encuesta se determinó por el juicio de tres (3) expertos. Para el proceso de análisis y presentación de los datos, se utilizarón hojas de cálculo y el software estadístico SPSS versión 10.0.

Resultados y discusiónTabla 1. Relación monetaria Bolívar – Dólar – Peso.

Fuente: datos ordenados por: RUEDA (2009). Banco de la República (2008)

En base a los datos observados en la tabla

1, se observa la fluctuación monetaria, en donde existe una variación de la moneda, en la relación: dólar – bolívar, dólar – peso y bolívar – peso, teniendo un comportamiento correlacional, donde la moneda independiente es el dólar y las monedas dependientes son: el bolívar, que su variación frente al dólar aumento la pérdida de valor monetaria en un 53,57% durante el periodo analizado; por otra parte está el peso, que sostuvo una recuperación del valor monetario frente al dólar en un 5,87% y en la relación bolívar – peso se reflejan dichas variaciones en el fortalecimiento de 60,95% del valor monetario del peso frente al valor del bolívar, lo que demuestra que las monedas analizadas están relacionadas en sus variaciones.

Al procesar la información suministrada


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820Xpor las diferentes empresas se encontró que el 88% de estas tienen entre 1 y 25 trabajadores, es decir que son pequeñas en su mayoría; además el 74% opina que la fabricación de sus productos es de buena calidad, el 48% opinó que no tiene financiamiento a bajos intereses por parte del gobierno, el 36% tienen problemas para obtener sus materias primas, debido a que en su mayoría están al interior del país, el 54% de los encuestados cree que su mayor aporte a la sociedad son los impuestos, en promedio el 74% de los obreros pertenecientes a las empresa encuestadas tienen capacitación técnica de los procesos productivos.

Tabla 2. Comportamiento de la líquidez de las empresas.

Según se observa en los datos ordenados en la tabla 2, el comportamiento de la líquidez en las empresas del sector ha sido fluctuante, sin embargo, en la opinión de los encuestados, a partir del año 2005 se da un incremento de la líquidez, esto como consecuencia de una serie de medidas económicos aplicadas como vía de exportación hacia la República Bolivariana de Venezuela, a través de la comisión administrativa de divisas (CADIVI), esto dio como resultado una tasa de cambio oficial más alta, comparada con la ofrecida por Asocambios, lo cual incentivo las ventas.

Gráfico 1. Factores que afectan el capital de trabajo en las empresas del sector.

Del gráfico 1, se observa que el 55% de los encuestados opinaron falta de líquidez por la disminución en las ventas, lo cual es debido a la desaceleración de la economía afectando su capital de trabajo, esta disminución en las ventas es porque uno de los mercados más grandes para sus productos es Venezuela y al bajar la tasa de cambio del bolívar hay menos compradores, adicionalmente las deudas con proveedores afectan el capital de trabajo de las empresas, esto quiere decir que debe cubrir deudas a corto plazo y las empresas no han generado el efectivo necesario para responder; donde lo anterior guarda coherencia con la presentación del grafico 1.

Gráfico 2. Aspectos financieros que preocupan a las empresas del sector.

Entre los aspectos financieros que más preocupan a los empresarios del sector confecciones textiles (ver gráfico 2) están las altas tasas impositivas decretadas por el gobierno nacional con 40%; también es de importancia la devaluación del bolívar, con un 32% debido a que se abaratan los productos que ingresan ilegalmente de Venezuela y no se pueden sostener los ingresos, ya que se debe cumplir con gastos alusivos a los impuestos, lo que deja en desventaja a los productores nacionales frente a los productos de contrabando, adicionalmente las deudas con proveedores tienen el 26%; componente que afecta en forma directa la líquidez, puesto que son pasivos a corto plazo que hay que cumplir y representan salidas de dinero; el análisis anterior da respuesta a la pregunta: Los aspectos financieros que preocupan a las empresas del sector, la que se refleja en el grafico 2.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XGráfico 3. Factores que han influido negativamente

en el sector confecciones textiles.

Según los datos ordenados en el grafico 3, en la opinión del 72% de los empresarios encuestados, el factor que ha perjudicado a las empresas existentes y ha disminuido la creación de nuevas empresas en el sector de las confecciones textiles, es la devaluación del bolívar, que se originó como consecuencia de las políticas económicas cambiarias implementadas por el gobierno de la República Bolivariana de Venezuela.

Grafico 4. Grado en que las empresas del sector son rentables para invertir.

De acuerdo a las respuestas emitidas por los empresarios (ver gráfica 4), más del 60% de ellos perciben que resulta medianamente rentable invertir en las empresas de confecciones textiles del municipio de Cúcuta, debido a que sus ingresos por ventas decrecen cada vez que se devalúa el bolívar frente al peso, situación que se puede observar claramente en el grafico 4.

Grafico 5. Planes estratégicos financiero y comercial para afrontar la devolución del bolívar.

Al observar los resultados reflejados en el grafico 5, se resalta una situación

desconcertante ya que en la opinión del 80% de los empresarios consultados, no disponen de planes estratégicos tanto financiero o comerciales, para afrontar nuevas devaluaciones del bolívar, lo que quiere decir que se continúa esperando una mejoría en el nivel de ventas provenientes del aumento en el valor del bolívar frente al peso.

ConclusionesSe concluye que la relación estrecha de la

moneda de nuestro país con el dólar, incide en la relación frente al bolívar, la razón es porque si nuestra moneda se fortalece en su relación dólar-pesos, lo hace también en su relación frente al bolívar, por dicha razón la recuperación que ha obtenido el peso en su valor monetario frente al dólar, ha traído como consecuencia una caída constante de la tasa de cambio del bolívar frente al peso.

Por otra parte se pudo concluir que la mayor parte de empresas son pequeñas o Mypimes, y estas poseen debilidades debido a la falta de financiamiento para su funcionamiento productivo, situación que las ha convertido en vulnerables frente a las variaciones de la moneda; también se obtuvo conocimiento que sus materias primas son adquiridas en otras ciudades de Colombia, lo cual no les permite competir en el mercado ya que se ven obligadas a financiarse en la mayoría de los casos con préstamos a terceros o proveedores, situación que conlleva a una mayor iliquidez, debido a que con este tipo de financiación se tienen un costo más elevado del producto, esto sumado al cumplimiento de las altas tasas impositivas de impuestos, adicionalmente el sector en gran parte depende de las ventas de mostrador y no existe la cantidad de clientes esperados por la baja del bolívar, afectando la estructura financiera de las empresas.

La devaluación de bolívar es un factor que ha influido negativamente en las empresas existentes, esta situación ha generado dificultades en la creación de nuevas empresas, y en la actualidad es un sector que no es muy rentable para los inversionista, y


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820Xel comportamiento de su capital de trabajo es débil puesto que sus activos corrientes no son suficientes contra sus pasivos corrientes, y esta situación tiende a permanecer ya que no se posee medidas o planes para superar la crisis de la devaluación del bolívar frente al peso.

RecomendacionesSe recomienda establecer planes de

protección para enfrentar la incidencia de la devaluación del bolívar, teniendo en cuenta el tamaño que poseen las empresas, puesto que se podrían asociar sin fusionarse, con el propósito de obtener más fácilmente el financiamiento necesario, y así llegar a ser más competitivos.

Es necesario generar confianza en los proveedores con miras a obtener un mayor tiempo de espera para el cumplimiento de sus obligaciones; por otra parte se puede establecer las materias primas que son comunes en varia empresas y conformar un lote mayor, con el ánimo de comprar de contado y obtener precios más bajos.

Es necesario establecer nuevos mercados donde preferiblemente las ventas sean en forma de exportación, pues con esta figura comercial se podrán disminuir las cargas impositivas y adicionalmente se obtendrá una protección frente a las variaciones que pueda tener la moneda frente al bolívar.

AgradecimientosAl Magíster: Arcadio Humberto Urbina

Méndez, por su acompañamiento en el desarrollo de la Investigación.

BibliografíaArenas, H. (2006). Fortalecimiento del

cluster de la confección en el municipio de San José de Cúcuta. Cúcuta: Alcaldía de Cúcuta – Cámara de Comercio de San José de Cúcuta.

Arias, F. (2004). El proyecto de investigación: Introducción a la metodología científica. (4a ed.). Caracas: Episteme, c.a.

Banco de la República. [Página web en línea]. Disponible en: http://www.banrep.

gov.co/docum/publicados/pdf/san_3.pdf, documento de política monetaria en Venezuela; Consultado el 15 de Junio de 2007.

Duque de V., M. (2005). Mercadeo a través de las tecnologías de información y comunicación, como un factor de apoyo en la competitividad de las Pymes del sector confecciones de la región. Trabajo de grado de maestría no publicado. Universidad Nacional Experimental del Táchira, San Cristóbal.

Estupiñán, R. y Estupiñán, O. (2003). Análisis financiero y de gestión. (1a ed.) Bogotá: Ecoe ediciones Ltda.

García, O. (2003) Valoración de empresas, gerencia del valor y EVA. (2a ed.) Bogotá: Prensa Moderna Impresores S. A.

Hernández, S.; Fernández, C. y Baptista, P. (1998). Metodología de la investigación. (2a ed.). México: MacGraw-Hill.

Kozikowski, Z. (2000). Finanzas internacionales. (1a ed.). México: MacGraw-Hill.

Levi, M. (1997). Finanzas internacionales. (3a ed.). México: MacGraw- Hill.

Madura, J. (2001). Administración financiera internacional. (6a ed.). México: International Thomson.

Méndez, C. (2001). Metodología. Diseño y desarrollo del procesos de investigación con énfasis en ciencias empresariales. (3a ed.). Bogotá: MacGraw Hill.

Namakforoosh, M (2006) Metodología de la Investigación (2a ed.). México: Limusa

Ramírez A., D. (2002). Análisis situacional y económico de las micro, pyme y gran empresa de los sectores industriales del calzado y las confecciones frente al Plan de Ordenamiento Territorial Municipal y el Plan Estratégico Exportador Regional en su visión de futuro. Tesis de grado Pregrado no publicada. Universidad Francisco de Paula Santander, Cúcuta.

Tamayo, T. (1998). El proceso de investigación científica. (3a ed.). México: Limusa.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

Propiedades electroquímicas del acero AISI 1005 recubierto por inmersión con Zn y aleación 55%Al-Zn.

Recibido:Noviembre 9 de 2009


W. Aperador1* J.P. Osorio2 A. F. Tabarquino2 L.A. Vélez3 A. Delgado1

1Ingeniería Mecatrónica, Universidad Militar Nueva

Granada, Bogotá. D.C, Colombia.

2Alumina, Acopi Yumbo - Valle, Colombia.

3Ingeniería de Materiales, Universidad del Valle – Cali,

Colombia..

ResumenEn este trabajo se obtuvo los recubrimientos Zinc y 55% Al-Zn, sobre sustratos de acero AISI 1005. Con el propósito de estudiar el efecto del Al en la aleación, las propiedades electroquímicas del sistema fueron estudiadas mediante las técnicas de curvas de polarización Tafel y espectroscopia de impedancias electroquímica, expuestas a un medio agresivo de NaCl al 3.5 wt.%. Se encontró que el mejor desempeño frente a problemas de corrosión fue el de la aleación 55% Al-Zn registrando un valor de 0,353mpy comparado con el del zinc 5,004 mpy, la resistencia a la transferencia de carga aumento para la aleación 55%Al-Zn comparado con el sustrato y el recubrimiento de Zn.

Palabras Clave: Zn, 55% Al-Zn, corrosión, Tafel, espectroscopia de impedancias electroquímica.

AbstractThis work was Zinc coatings and 55% Al-Zn, on substrates of AISI 1005. In order to study the effect of Al in the alloy, the electrochemical properties of the system were studied through the techniques of Tafel polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy, exposed to corrosive media of NaCl to 3.5 wt.%. It was found that the best performance against corrosion problems of the alloy was 55% Al-Zn recorded a value of 0.353 mpy zinc compared to 5.004 mpy, resistance to charge transfer increase for 55% Al alloy Zn compared with the substrate and the coating of Zn.

Key Words: Zn, 55% Al-Zn, corrosion, Tafel, electrochemical impedance spectroscopy.

* Correspondencia de Autor, E-mail: [email protected] (W. Aperador)

0

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

Introducción

Desde hace varios años se ha disminuido notablemente el problema de corrosión en metales debido a la implementación

de recubrimientos a base de zinc (galvanizado) aplicándose principalmente sobre aceros ya que son los más utilizados a nivel industrial por su excelente combinación de propiedades mecánicas. [1-6] Sin embargo, el problema que se presenta con el galvanizado es su pobre desempeño a altas temperaturas y su limitada duración en atmósferas corrosivas severas, es aquí donde el estudio de nuevas aleaciones aplicadas como recubrimientos ha tomado importancia en los últimos años y ha sido motivo de investigación de grandes industrias a nivel mundial. Una aleación que ha tenido gran desarrollo como recubrimiento protector en proceso continúo es la aleación 55% Al-Zn, denominado galvalume, proporciona una mayor resistencia a la corrosión a altas temperaturas debido a la presencia de aluminio que genera películas de óxido protectoras que disminuyen la velocidad de corrosión. [7-10]

En los últimos años un gran número de investigaciones se han llevado a cabo para mejorar la resistencia a la corrosión por inmersión en caliente. Se han desarrollado recubrimientos Zn-Al con un mayor contenido de aluminio en la aleación usada en el proceso de galvanizado convencional [11]. Estos recubrimientos ofrecen mayor resistencia a la corrosión del acero galvanizado convencional porque tienen la protección de sacrificio del zinc y una barrera física formada por óxidos de aluminio en entornos naturales. El mecanismo de corrosión que se presenta en los recubrimientos galvánicos es una forma de corrosión localizada. [13-14]

Teniendo en cuenta que en la literatura existen controversias con respecto al grado de protección catódica ejercida por estos recubrimientos, se plantea en este artículo un estudio comparativo de la capacidad de recubrimientos de Zn y de aleación 55% Al-Zn para proteger catódicamente al acero en

un medio electrolítico de NaCl, que simula una solución marina. Se fabricaron los recubrimientos de zinc con el propósito de ser aplicado principalmente en un proceso en lote, desarrollando el método más adecuado en su aplicación sobre piezas de acero; después de aplicado el recubrimiento se evaluará su resistencia a la corrosión y se comparará con un recubrimiento de aleación 55% Al-Zn obtenido por el proceso de inmersión en caliente.

Detalles Experimentales

Se utilizó acero AISI 1005 en forma de lámina de 2 cm2, como sustrato debido a uso periódico, además de su bajo costo. La composición química de este acero se presenta en la tabla 1.

Tabla 1. Composición química del acero 1005, utilizado como sustrato.

El zinc utilizado ampliamente en los

procesos de galvanización se encuentra alrededor del 98,5% y 99,5% de pureza. El utilizado en este trabajo tiene una composición del 99,5%. La composición química se presenta en la tabla 2.

Tabla 2. Composición química de la aleación de Zinc.

Para el recubrimiento de 55% Al-Zn, se utiliza un material de zinc en igual estado de pureza que el usado para la elaboración del recubrimiento de galvanizado. Por otro lado, el aluminio utilizado en este recubrimiento tiene una pureza alrededor del 99,7%.

Se realizó un desengrase al acero 1005 con


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820Xtricloroetileno a una temperatura de 25°C durante 30 minutos, este proceso se hizo en fase líquida, luego se enjuagó con agua destilada durante 2 minutos, enseguida se generó un decapado con una solución compuesta por HCl (50 %) y H2O (50%), a continuación se procedió a realizar un enjuague con agua destilada, posteriormente se generó un fluxado, recubriendo el material a galvanizar, con el propósito de activar la superficie del acero y facilitar así su reacción con el zinc (formando cloruro de zinc y cloruro de amonio en estado de fusión) para el galvanizado se utilizó una solución compuesta por 80g/l de NH4Cl y 20 g/l de Cl2Zn a una temperatura de 25°C durante 1 minuto, para el galvalume se empleó un electrolito compuesto por 125g/l de NH4Cl y 1000 g/l de Cl2Zn durante un tiempo de 0,5 minutos, posteriormente se a 80°C por un tiempo de 3 minutos, por último se coloco en inmersión en caliente para el galvanizado se utilizo un baño de zinc fundido a 465°C, durante 1 minuto la velocidad de salida fue de 25,4 cm/s, para el galvalume se utilizó un sistema compuesto 55%Al, 1,5% Si y 43,5%Zn, a una temperatura de 640°C un tiempo de inmersión de 1 minuto y una velocidad de salida de 12,7 cm/s.

La caracterización electroquímica se realizó en un equipo potenciostáto galvanostáto GAMRY PCI-4 mediante las técnicas de Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS) y medidas de curvas de polarización (Tafel). Los análisis se desarrollaron a temperatura ambiente, mediante una celda compuesta por el electrodo de trabajo con un área expuesta de 1 cm2, un electrodo de referencia de Ag/AgCl de tipo analítico marca Electrochemistry BAS (MF-2052 RE-5B), y un alambre de platino como contra electrodo. Todos los ensayos electroquímicos se realizaron con inmersión de las muestras en una solución con 3,5% de cloruro de sodio analítico (Panreac PA131655.1211 NaCl-99,0%) preparada con agua destilada. Los diagramas de Nyquist se generaron en un barrido de frecuencia en el rango de 100 kHz hasta 0,001 Hz, empleando una amplitud de la señal sinusoidal de 10 mV. Los diagramas de

Tafel se obtuvieron a una velocidad de barrido de 0,125 mV/s en un rango de voltajes de -0,25V a 1 V utilizando un área expuesta de 1 cm2.

Resultados y análisisCurvas de polarización Tafel

En la figura 1, se observan las curvas de polarización Tafel para el sustrato (acero), la probeta recubierta con Zn y 55% Al-Zn. Para el sustrato y el galvanizado se observa el mismo comportamiento en la región anódica debido a que solamente se presenta una disolución general. Para el acero recubierto con 55% Al-Zn, se observa en la región anódica una disolución general que esta en el rango de los -920 mV hasta los -680 mV, al aumentar el potencial la corriente de corrosión disminuye generando una zona de pasividad lo que indica una disminución de la densidad de corrosión debido a que se formó una película muy delgada de óxido que dificultad la disolución. Por último se observa a los -400 mV una zona de transpasivación que indica que la película pasivante está formada por elementos que pueden oxidarse a una valencia mayor que la del 55% Al-Zn. Los datos obtenidos de potencial de corrosión indican que estos recubrimientos tienden a hacerse más anódicos o nobles cuanto se someten en un ambiente agresivo.

Figura 1. Curvas de polarización Tafel del sustrato,

galvanizado y galvalume.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XLas curvas de polarización Tafel de la

figura 1, permiten encontrar los valores de las pendientes anódica y catódica en cada uno de las probetas. Los valores de las pendientes, densidad de corriente y velocidad de corrosión se registran en la tabla 3. Adicionalmente están los valores de densidad de corriente y velocidad de corrosión para cada uno de los casos estudiados. Los parámetros encontrados con ayuda de las curvas de polarización, permiten hacer uso de la ecuación de Stern–Geary (Ec 1.) para hallar la densidad de corriente de corrosión.

(1)

Se encontró que el valor de la velocidad de corrosión más alto lo ofrece el sustrato debido a que no presenta ninguna protección. Para el caso del recubrimiento de Zn se obtuvo la disminución de los valores de velocidad de corrosión en comparación al sustrato debido al efecto protector sobre el acero. Con el recubrimiento 55% Al-Zn se obtiene el menor valor de velocidad de corrosión debido al efecto del aluminio en la aleación, el cual genera una mejor protección en estos tipos de recubrimientos.

Tabla 3. Valores de los parámetros electroquímicos obtenidos a partir de las curvas de polarización Tafel.

Espectroscopia de Impedancias Electroquímica

Los datos del estudio de espectroscopia de impedancias para los recubrimientos Zn y 55%Al-Zn se muestran en la figura 2. La interpretación de los resultados requiere la modelización de la información mediante

un circuito eléctrico análogo al sistema físico estudiado, conocido como circuito equivalente. En el presente caso, cabe distinguir dos sistemas, el encontrado en el sustrato (celda Randles), y el sistema físico de las muestras recubiertas. Rs= resistencia de la solución; R1= resistencia a la transferencia de carga; CPE= elemento capacitor de fase constante. En el caso del sustrato el mejor ajuste se muestra en la figura 3, como un circuito equivalente para un metal sin la formación de una capa de óxido pasivante.

Figura 2. Diagrama de Nyquist correspondiente al

sustrato, galvanizado y el galvalume.

Figura 3. Modelo Randles, utilizado para modelar el

comportamiento electroquímico del sustrato.

En el caso de las muestras recubiertas, fue necesario ajustar con otro tipo de circuito equivalente, debido a la presencia de la capa de Zn y 55%Al-Zn. Tras diversas pruebas, se constató que, a nivel electroquímico, la capa de recubrimiento se comporta como un sistema independiente, por lo que se añadió


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820Xun circuito RC paralelo, este circuito se representa en la figura 4. Las simulaciones realizadas con los dos circuitos equivalentes mostraron la necesidad de realizar un refinamiento, consistente en sustituir los elementos capacitivos por elementos CPE (Elemento de fase constante). RΩ es la resistencia del electrolito; CPE1 and CPE2 son elementos denominados constantes de fase, definidos a alta y baja frecuencia, R1 es la resistencia de poro que se encuentra en el recubrimiento, R2 es la resistencia de transferencia de carga. El CPE ha sido asociado por diversos autores con la rugosidad superficial observada en las muestras, y las irregularidades en las interfaces entre capas. El principal parámetro obtenido mediante la espectroscopia de impedancias ha sido la resistencia de transferencia de cargas de las muestras estudiadas. Las muestras recubiertas con 55%Al-Zn, presentan elevadas resistencias de transferencia, indicativas de una muy reducida intensidad de corrosión, este comportamiento es equivalente al presentado por las curvas de polarización Tafel. Se observa en la figura 2 que la resistencia de transferencia del recubrimiento Zn genera un elevado valor comparado con el sustrato sin embargo este valor es inferior al hallado para el recubrimiento 55%Al-Zn.

Figura 4. Circuito equivalente usado para el ajuste de los datos de impedancia de los recubrimientos.

ConclusionesEl desempeño que manifestaron cada

uno de los recubrimientos en el ensayo de pendientes Tafel, se evidenció una mejor respuesta del comportamiento a la corrosión del recubrimiento Galvalume en un ambiente marino, presentando una menor velocidad de corrosión la cual corresponde a una baja velocidad de corrosión con respecto al recubrimiento galvanizado. El buen

desempeño del recubrimiento Galvalume es atribuido a la generación de una capa barrera asociada con la formación de una mayor capa intermetálica.

El potencial de corrosión obtenido en

el gráfico de curvas de polarización Tafel, indica un potencial noble del recubrimiento de Galvalume, seguido de los recubrimientos galvanizados, generando una mayor estabilidad termodinámica al presentar un valor anódico de potencial.

En el ensayo de espectroscopia de impedancia electroquímica, se corrobora de igual manera el buen comportamiento que muestran los recubrimientos de aleación de galvalume y los realizados en el laboratorio en este tipo de ambiente, debido a la resistencia que ofrece este recubrimiento al paso de iones tanto en la interfase formada entre electrolito y el recubrimiento, como en la interfase generada entre el sustrato y dicho recubrimiento.

AgradecimientosLos autores del presente trabajo expresan

su agradecimiento a la dirección de investigaciones de la Universidad Militar Nueva Granada, por el financiamiento recibido para su ejecución.

Bibliografía[1] E. Palma Bellido. Comportamiento en

la atmósfera del recubrimiento 55%Al-Zn sobre acero. Comparación con el recubrimiento galvanizado. Tesis Doctoral, Madrid 1995

[2] E.A. Sacco, J.D. Culcasi, C.I. Elsnera, A.R. Di Sarlia. Comportamiento en CNS de chapas de acero recubiertas por inmersión con Zn y aleación 55%Al-Zn, deformadas por tracción uniaxial. Jornadas SAM – CONAMET, Argentina 2001.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X[3] A. Pepe, M. Aparicio, S. Ceré. A. Durán.

Synthesis of hybrid silica sol–gel coatings containing Zn particles on carbon steel and Al/Zn coated carbon steel. Volume 59, Issues 29-30, December 2005, Pages 3937-3940

[4] S.F. Radtke, D. Coutsouradis, J. Pelerin, Zinc–aluminium alloys and coatings, Patent WO8102748, (1981).

[5] A.R. Borzillo, J.E. Crowley, J.B. Horton, Non-ferrous metal coated products and method of production thereof, Bethlehem Steel Corporation, Patent CA899729, (1972).

[6] K. Tano, S. Higuchi, Development and properties of zinc–aluminum alloy coated steel sheet with high corrosion resistance (Super Zinc), Nippon Steel

Tech. Rep. 25 (1985), pp. 29–37.

[7] S. Tanaka, K. Honda, A. Takahashi, Y. Morimoto, M. Kurosaki, H. Shindo, K. Nishimura, M. Sugiyama. The performance of Zn–Al–Mg–Si hot-dip galvanized steel sheet, in: Proceedings of the Galvatech ’01, International Conference on Zinc and Zinc Alloy Coated Steel, Brussels, Belgium, June 26–28, (2001), pp. 153– 160.

[8] Y. Morimoto, K. Honda, K. Nishimura, S. Tanaka, A. Takahashi, H. Scindo, M. Kurosaki. Excellent corrosion-resistant Zn–Al–Mg–Si-Si alloy hot-dip galvanized steel sheet ‘‘Super Dyma”, Nippon Steel Tech. Rep. 87 (2003) 24–26.

[9] K. Nishimura, H. Kato, H. Shindo, Highly corrosion-resistant Zn–Mg alloy galvanized steel sheet for building construction materials, Nippon Steel Tech. Rep. 81 (2000), pp. 85–88.

[10] E.A. Sacco, N.B. Álvarez, J.D. Culcasi, C.I. Elsner, A.R. Di Sarli “Efecto de la deformación por tracción

sobre la resistencia a la corrosión de aceros recubiertos” Jornadas SAM – CONAMET, Argentina (2001).

[11] M. Rodríguez, O Falcón, Aluminizado por Inmersión en Caliente de un acero 1010. Articulo de la revista de la Facultad de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela. 12 (1997), pp. 41-46.

[12] H. Shindo, K. Nishimura, T. Okado, N. Nishimura, K. Asai, Developments and properties of Zn–Mg galvanized steel sheet ‘‘Dymazinc” having excellent corrosion resistance, Nippon Steel Tech. Rep. 79 (1999), pp. 63–67.

[13] K. Nishimura, H. Shindo, K. Kato, Y. Morimoto, Microstructure and corrosion behaviour of Zn–Mg–Al hot-dip galvanized steel sheet, in: Proceedings of the Galvatech ’98, International Conference on Zinc and Zinc Alloy Coated Steel, China, Japan, September 20–23, (1998), pp. 437–442.

[14] H. Shindo, K. Nishimura, K. Kato, Anticorrosion in atmospheric exposure of Zn-Mg–Al hot dip galvanized steel sheet, in: Proceedings of the Galvatech ’98, International Conference on Zinc and Zinc Alloy Coated Steel, China, Japan, September 20–23, (1998), pp. 433–436


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X


Recibido:Noviembre 9 de 2009

Aceptado:Abril 23 de 2010

Yeimi M. Franco1 Cesar Ortiz2 Jorge E. Rodriguez-Paéz1 Jorge H. Bautista-Ruiz3

1 Grupo de Ciencia y Tecnología de Materiales Cerámicos-CYTEMAC.

Universidad del Cauca (Colombia).

2 Grupo de superficies, electroquímica y corrosión-

GSEC.UPTC / Tunja – Boyacá.

3 Grupo de Investigación en Tecnología Cerámica-GITEC.

Universidad Francisco de Paula Santander

San José de Cúcuta. Colombia

ResumenPelículas de titania, sobre sustratos de vidrio, fueron preparadas por el método de complejo polimerizable “Pechini” en medio ácido, pH=3. El método llevó a preparar una resina polimérica como producto de la reacción del ácido cítrico y el etilenglicol inicialmente, y posteriormente con el tetrabutoxido de Titanio (TBT); el calentamiento de ésta mezcla favoreció reacciones de poliesterificación que llevaron a la conformación de una resina. La evolución del sistema se analizó utilizando técnicas espectroscópicas: infrarroja (FTIR) y resonancia magnética nuclear (RMN), protónico y de carbono 13. Con esta resina se conformaron películas por el método de inmersión “dip-coating”, las cuales se caracterizaron utilizando difracción de rayos X (DRX), en modo de haz razante, encontrándose como principal fase cristalina el TiO2 en forma de anatasa en películas tratadas a 500°C. Se muestran también los resultados obtenidos al observar las películas conformadas utilizando para ello microscopia óptica (MO) y microscopia electrónica de barrido (MEB); se utilizó la microsonda de energy-dispersive spectrometers, EDS para determinar la composición del recubrimiento

Palabras Clave: TiO2; recubrimientos; Pechini; conformado; caracterización.

AbstractIn this work, titanium oxide films were obtained onto glass substrate utilizing the Pechini Method at pH 3. The method led to prepare a polymeric resin as a product of the reaction between citric acid and ethylene glycol initially, and later with Titanium tetrabutoxide (TBT); the heating of this mixture favored poly-ester reactions that formed a resin. The evolution of the system was followed using spectroscopic techniques: infrared (FTIR) and proton and carbon 13 nuclear magnetic resonance (NMR). A resin was prepared with the film by the dip-coating immersion method, whose X-ray diffractogram (DRX) revealed TiO2 as the main phase crystalline with anatase structure in films treated at 500 °C. The shape of the films was observed by optical microscopy (MO) and scanning electron microscopy (SEM). Energy-dispersive spectroscopy, (EDS) was used the microprobe to determine the composition of the coating.

Key Words: TiO2; coatings; Pechini; shaped; characterization.

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

IntroducciónEl dióxido de titanio es un semiconductor

sensible a la luz que absorbe radiación electromagnética cerca de la región UV. Es anfotérico, muy estable químicamente y no es atacado por la mayoría de los agentes orgánicos e inorgánicos. Se disuelve en ácido sulfúrico concentrado y en ácido hidrofluórico.

Por otro lado, el estudio de las diferentes propiedades físicas de las películas delgadas es importante debido a las características eléctricas, magnéticas, ópticas y mecánicas que ellas presentan, tan especiales que las convierten de interés industrial y científico con posibilidades de múltiples aplicaciones tecnológicas [1].

Muchas de estas aplicaciones requieren de las propiedades que presentan los materiales inorgánicos no metálicos, específicamente los cerámicos. Las propiedades especiales que presentan los cerámicos hacen que estos se puedan utilizar como aisladores eléctricos y transparentes; incorporándole aditivos, sus propiedades se pueden modificar haciéndolos aptos como guías de ondas, moduladores y detectores [2].

Entre los métodos de obtención de películas se tienen los químicos y físicos, siendo el más empleado el denominado sputtering. Una técnica que compite con los métodos de deposición de películas en vacío, es el método de inmersión de un sustrato en una suspensión coloidal (“dip coating”) [3], suspensión que se conforma normalmente utilizando el método sol-gel [3]. Una ventaja del método de inmersión es que diferentes capas de óxidos se pueden colocar una sobre otra permitiendo obtener materiales con una amplia variedad de propiedades ópticas, entre ellas de transmisión y reflexión. Otras ventajas del método de inmersión son: alta homogeneidad de los recubrimientos, elevada estabilidad química y mecánica de los mismos, posibilidad de recubrir sustratos de grandes dimensiones a un relativo bajo costo. Otro aspecto a destacar es que se

requieren tratamientos térmicos entre 300 °C y 500 °C para obtener películas duras, con estabilidad térmica, mecánica y física, desde el punto de la fase cristalina. [4], dependiendo de la composición de la suspensión coloidal.

Entre los métodos químicos más utilizados, para conformar películas, están el proceso sol-gel y método de complejo polimerizable (Pechini). El método sol-gel consiste, básicamente, en la formación de un gel a partir de la hidrólisis y policondensación de un compuesto metal-orgánico. En este trabajo se utilizó el denominado método Pechini para la obtención del oxido de titanio. El proceso Pechini [5] también denominado mezcla de líquidos [6] resina intermedia [7] o complejo polimerizable es un método que permite, de manera general, obtener un polímero homogéneo órgano-metálico en el cual, el metal se ubica en la cadena principal de polímero. El proceso utiliza la capacidad de ciertos ácidos débiles (ácido piroxicarboxílico

) de formar quelatos ácidos polibásicos con cationes de los elementos Ti, Zr, Cr, Mn, Ba, La, Sn, etc. [8]

Procedimiento experimentalConformación de la resina.

Los recubrimientos cerámicos logrados en este trabajo se conformaron utilizando la resina que se obtiene durante el proceso denominado complejo polimerizable o Pechini. Para conformar esta resina se realizó el siguiente procedimiento. Se pesaron 42 g de etilenglicol (Mallinckrodt), el cual se llevó a 60°C, temperatura a la cual se adicionó el ácido cítrico (Merck), 35g, cantidad que permitió una relación molar 4:1 entre estos dos compuestos en la mezcla; a los 60°C se garantiza la disolución completa del ácido cítrico. Posteriormente, la mezcla totalmente homogénea se llevó a temperatura ambiente y cuando esta se encontró en esta condición se adicionó el Tetra-butóxido de Titanio (TBT


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XMerck), 43 g. Luego se procedió a medir el valor de pH del sistema, el cual fue muy ácido pH=0.65. Para aumentar el pH de la solución, se adicionó hidróxido de amonio (NH4OH Mallinckrodt) hasta llevar el sistema a pH 3.0, valor más adecuado para conformar los recubrimientos según estudios previos [9]. A continuación se procedió a calentar el sistema, a una temperatura constante de 80°C, manteniendo la mezcla en agitación mecánica constante, favoreciendo la conformación de una resina cuya viscosidad varió durante el tiempo de calentamiento. En cuanto al valor de viscosidad requerido para conformar las películas, esta debe estar entre 250-530 cP [9]. Con la resina ya conformada se obtuvieron las películas.

Obtención de los recubrimientos

Estos se conformaron usando como sustratos, vidrio sódico cálcico (portaobjetos) los cuales se sometieron previamente a una limpieza utilizando un ataque químico con ácido (agua regia), por 24 horas y posteriormente un ataque básico con hidróxido de sodio por igual periodo de tiempo. Por último se realizo un lavado con agua desionizada en ultrasonido por un espacio de 2 horas.

Obtenida la resina, se procedió a conformar los recubrimientos utilizando el método de inmersión-extracción, denominado “dip- coating”. Para ello se consideró una variable adicional que fue la velocidad de inmersión-extracción del sustrato en la resina, se definió el valor adecuado de velocidad como 0.699 cm/s [9]. Adicionalmente se emplearon dos condiciones de temperatura de calentamiento de la resina 80°C y 120°C.

En las cuales las mejores condiciones empleadas para la obtención de los recubrimientos fueron: entre 60 minutos y 120 minutos, para la resina que se mantuvo a 80°C y de 15 minutos a 30 minutos para la resina que se mantuvo a 120°C. Tiempos que tienen correspondencia directa con el rango de viscosidad, antes mencionado.

Los recubrimientos en “verde” se sometieron a secado en una estufa a 80°C, durante 24 horas, eliminando del sistema la mayor cantidad de solvente. Posteriormente, se determinó la temperatura y el tiempo de tratamiento térmico.

Para estudiar la evolución de la resina conformada se utilizaron las espectroscopías infrarroja (FTIR) y de resonancia magnética nuclear (RMN). La espectroscopía IR permitió determinar los grupos funcionales presentes en el sistema y como evolucionaban con el tiempo, durante el avance de las reacciones de poliesterificación. Para realizar el seguimiento de la conformación de la resina, se tomaron muestras a diferentes tiempos, determinados previamente, para adquirir los espectros infrarrojos de las mismas. Inicialmente, se tomaron los espectros de los reactivos de partida: etilenglicol, ácido cítrico y TBT, para contar con patrones de comparación. Para este estudio se empleó un espectrómetro Thermo Electrón Corporation- IR 200. La muestra de resina se mezclo con KBr, Fisher Scientifics grado espectroscópico, para conformar la pastilla que se ubicó en el equipo. De forma similar se procedió con cada una de las muestras.

Para el estudio por RMN se empleó un espectrómetro Bruker Analytik GmbH -400, como solvente, para todas las muestras, se utilizó agua deuterada y como señal patrón la del tetrametilsilano TMS. Las muestras analizadas correspondieron a diferentes tiempos de tratamiento y a las fases sólida y líquida que se tenía en el sistema al inicio de la poliesterificación.

Para la caracterización de los recubrimientos sinterizados obtenidos, se realizó la determinación de la fase cristalina presente mediante estudios de difracción de rayos X (DRX) en el modo de ángulo rasante. Para este análisis se obtuvo inicialmente el difractograma del sustrato (portaobjetos) para compararlo con los difractogramas obtenidos de las películas y reducir, de esta manera, el efecto del sustrato sobre el resultado. El


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820Xequipo utilizado para esta medición fue un XPERT-PRO, con un barrido en ángulo entre (10 y 90) º y utilizando la radiación K del Cu ( = 1.54 Å).

Las películas sinterizadas también se caracterizaron utilizando microscopía óptica para determinar la presencia de fisuras y grandes defectos en ellas. Para ello se empleó un microscopio de alta resolución Marca Nikon microphoto, con el sistema de análisis de imágenes Leyca-Qwin. Adicionalmente, se realizó una caracterización con microscopía electrónica de barrido (MEB) y microsonda EDS utilizando para ello un equipo JEOL JSM-5910 LV Scannig Electron Microscope.

Resultados y discusiónEstudio de la evolución de la resina.

En la figura 1 se muestran los espectros IR correspondientes a muestras obtenidas a diferentes tiempos de calentamiento al que fue sometida la resina, a una temperatura de 80 ºC.

En la figura 1 se presentan bandas provenientes de los reactivos de partida como son: ~ 1040-1090 cm-1 del etilenglicol, las cuales corresponden al (O-H) de un alcohol secundario en modo de torsión. Se presentan bandas que indican el avance de las reacciones de poliesterificación tal como la ubicada a ~1720 cm-1 que corresponde al modo de tensión del grupo ester [10].

Figura 1. Espectros IR correspondientes a muestras obtenidas a diferentes tiempos de calentamiento

a 80°C.

Otras bandas de interés son las que se asocian al enlace (C-O) en modo de tensión que ubicadas a 855 y 861 cm-1 Las bandas a 1220 cm-1 y ~1400 cm-1 corresponden al (O-H) de un alcohol, modo de torsión, y al (CH3-C) para un metilo en modo de torsión, respectivamente. Las bandas a 558 cm-1 y 643 cm-1 corresponden a los enlaces, (O-Ti-O).

Se realizaron medidas de espectroscopia de RMN, protónica y de carbono 13, para complementar el estudio y para determinar si la relación molar utilizada de acido cítrico y etilenglicol es la adecuada.

Se analizaron con RMN muestras a iguales tiempos, y viscosidades, que las utilizadas para obtener los espectros IR figura 1. La figura 2(a) muestra los espectros de la mezcla inicial que presentó separación de fases: una líquida incolora y un precipitado sólido blanco. El espectro presenta triplete a 1.3 ppm que corresponde a un (CH2); el ligero desplazamiento a campo bajo se explica por la presencia del titanio.

Figura 2. Espectros de RMN H1 para la solución inicial sin calentamiento: (a) parte sólida y (b) parte

líquida.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XA continuación, el espectro de la figura

2(a), presenta un multiplete para un (O-H) que se encuentra a 1.9 ppm, que proviene originalmente del ácido cítrico, y otro multiplete a 1.7 ppm que corresponde a un (CH2). Como el butoxido se hidrolizó, formandose el precipitado, un (CH3) terminal en la estructura se convirtió en una especie (CH2-OH) por las reacciones que ocurrierón en el sistema; este (CH2) presentó como señal un multiplete a 4.0 ppm [11].

La figura 2(b) presenta el espectro de RMN correspondiente a la fase líquida e incolora de la resina, sin calentamiento. Al analizar el espectro este presenta las señales del TBT y las del ester que se formó en la mezcla inicial (Etilenglicol + Ac. Cítrico). Lo que indica que a esta fase se incorporó parte del TBT adicionado al ester y el restante TBT se hidrolizó y precipitó. Las señales que indican la formación del ester son el triplete de la especie (CH2 -O), a 4.0 ppm. De acuerdo a estos resultados, la estructura que se formó en la solución, debía ser simétrica, por lo que la señal de 4.0 ppm; se presentó en cada uno de los tres puntos de esterificación que corresponden a los tres ácidos carboxílicos presentes en el ácido cítrico. La señal a 5.029 ppm corresponde a la especie (CH2) del ácido cítrico que no posee hidrógenos vecinos, por lo cual la señal no presenta multiplicidad. Por último, la señal de multiplete a 1.9 ppm corresponde al hidroxilo (OH) del ácido cítrico [4].

Con base en los resultados mencionados se proponen las reacciones que se indican en la figura 3, para las diferentes etapas del proceso. La formación del ester estaría catalizada por el medio ácido existente, pH 3, al cual se realizó el trabajo. Otro aspecto de la reacción que se confirma con este estudio es que la relación molar utilizada, 4:1 entre el ácido cítrico y el etilenglicol, es adecuada ya que en los espectros no se encontraron evidencias de grupos ácidos protonados, lo que indica que la esterificación está ocurriendo en los tres (COOH) del ácido cítrico: dos grupos terminales y un grupo intermedio.

Figura 3. Esquema General de las principales reacciones que ocurren durante la formación de la resina en el proceso Pechini para obtención de

TiO2:(a) formación del ester y (b); incorporación del TBT.

En la figura 4, se presentan los espectros correspondientes a un seguimiento en el tiempo, de la resina. En los cuales se presenta una señal alrededor ~ 0.7 ppm que corresponde a la especie C-CH3 del grupo metilo del TBT unido al ester formado previamente.

Figura 4. Espectros de RMN H1 de la resina sometida a calentamiento a 80°C durante: (a) 60 min

y (b) 120 min.


0

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XLos multipletes referenciados en los

espectros anteriores se mantienen, con un desplazamiento a campo alto (Figura 4), ocasionado por la presencia del Titanio. La señal a ~4.7 ppm corresponde a la especie (CH2) presente en la estructura original del ácido cítrico [11].

Para completar el estudio con RMN se utilizó 13C, este mostró una señal a 13.1 ppm correspondiente al grupo metilo del TBT que se une al ester formado. Otra señal a ~18.3 ppm debe corresponder al grupo (-CH2-), tanto al éster inicial como para el TBT [11].

La señal a ~33.0 ppm corresponde al (-CH2- C=O) presente en el ester. Para el grupo carbonilo se presentan dos señales: una a ~61.5 ppm y otra a ~62.5 ppm y corresponderían a los grupos (C-O-C) y (C-O-), respectivamente, que se creen unidos al titanio [5]; se observa de igual manera una señal en 174 ppm correspondiente al grupo ester, lo que ratifica la existencia de este grupo en el sistema.

Microscopia electrónica de barrido (MEB)

Para analizar la superficie de los recubrimientos obtenidos, se utilizó microscopia óptica (MO) y microscopia electrónica de barrido (MEB) y se tomaron como variables la temperatura de poliesterificación y la de tratamiento térmico a que se sometieron las películas.

La temperatura de poliesterificación se refiere a la temperatura a la cual se mantuvo la solución de partida para favorecer las reacciones de poliesterificación y obtener la resina. Se consideraron dos temperatura de poliesterificación, (80 y 120) °C así como (mono y bi)-capas de recubrimiento con una única temperatura de tratamiento térmico 500°C.

Para analizar la uniformidad de la película se consideró la temperatura de poliesterificación; En los recubrimientos monocapa obtenidos, con la resina sometida a una temperatura

de poliesterificación de 120°C, se observa la presencia de “burbujas” de aire entre él y el sustrato, sin desprendimiento de la película, figura 5(a) y no presentan buena uniformidad. En la superficie del recubrimiento se observan cristales pequeños, figura 5(b), los cuales tienen un tamaño máximo de 27 μm.

Figura 5. Micrografías MEB recubrimientos obtenidos de una resina poliesterificada a 120°C durante 30 minutos, (a) y (b). Las micrografías (c) y (d) a una temperatura de poliesterificación 80°C, tiempo de

poliesterificación: (c) 15 minutos y (d) 60 minutos. Todas son monocapas y fueron sinterizadas a 500°C.

Para las figuras 5(c y d), recubrimientos monocapa, obtenidos de la resina sometida a una temperatura de poliesterificación de 80°C se observa en los recubrimientos “canales” formados por efecto del drenaje de la película, figura 5(d), se observó gran uniformidad en las películas y presencia de cristales, más evidente en las monocapas, adicionalmente se conformaron películas bicapas con buena uniformidad.

Se presentan micrografías MEB de bicapas, obtenidas de la resina a 120°C figuras 6(a) y 6(b). Las cuales presentan pequeños poros y el mismo fenómeno de “canales” ocasionados por el drenaje de la película es evidente el punto de unión entre las dos capas, si se observa el inicio del recubrimiento figura 6(b).Sin presentar una buena uniformidad.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XFigura 6. Micrografías obtenidas con MEB de

la superficie de una bicapa obtenida de la resina poliesterificada a 120°C durante 30 minutos. Todas las

películas fueron sinterizadas a 500°C.

Temperatura de tratamiento térmico

Este parámetro se refiere a la temperatura a la que se sometió el recubrimiento luego de su conformado y secado. Este tratamiento permite eliminar el solvente remanente en la película y estructurar en ella una fase cristalina cuya naturaleza dependerá de las condiciones de temperatura, presión, humedad, etc.

Para la uniformidad solo se consideró el tiempo de reacción de poliesterificación en el sistema. Los recubrimientos obtenidos con temperatura de poliesterificación de 120°C, que se analizaron, se conformaron a los 15 y 30 minutos de iniciado el proceso de poliesterificación, no presentaron buena uniformidad figura 5(b).

Por otro lado, considerando los recubrimientos obtenidos del sistema con temperatura de poliesterificación de 80°C, durante 60 y 90 minutos, se observa una buena uniformidad, también se observan marcas verticales por efectos de drenaje del recubrimiento figura 5(d).

Siguiendo con el análisis de MEB se utilizó la espectroscopía de Energía dispersiva de rayos X (EDS) para determinar la naturaleza del recubrimiento; los resultados se indican en la figura 7. En ellos se pone en evidencia la presencia de titanio en el recubrimiento; aunque la relación Titanio-Oxigeno no es significativa, una de las posibles causas de este resultado estaría asociada a que el recubrimiento presenta un espesor de unos cuantos micrometros.

Figura 7. Análisis de EDS correspondientes a recubrimientos bicapa obtenidos de una resina

poliesterificada a 80°C por un tiempo de 90 minutos (temperatura de sinterización 500°C).

Sin tener clara la relación Titanio-Oxigeno existente en los recubrimientos se decidió caracterizarlos con difracción de rayos X (DRX), en modo de haz-rasante, y poder determinar la fase cristalina presente en el recubrimiento, como se observa en la figura 8.

Figura 8. Difractogramas de rayos X correspondientes a recubrimientos obtenidos de la resina a pH

3.0 poliesterificada a 80°C por 120 minutos: (a) Monocapa y (b) Bicapa sinterizados a 500°C.

Los difractogramas de la figura 8 presentan picos a 21.5° que corresponden al pico principal de la anatasa (PDF 86-1156) y que indica, además, un crecimiento que favorece la presencia del plano (101). Otros picos de difracción presentes se encuentran a 37°, 48.1° y 55.3° y corresponden a los planos (004), (200) y (221), respectivamente.

Se debe anotar la variación de la intensidad la cual es mayor para la bicapa por lo que hay mayor cantidad de fase cristalina lo que se espera al recubrir doblemente el sustrato.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

ConclusionesSe determinaron las condiciones más

adecuadas para conformar la resina. El sistema se tomó a pH 3 y la relación molar entre ácido cítrico y etilenglicol utilizada fue de 4:1 para garantizar una esterificación completa considerando los tres grupos ácidos presentes en el acido cítrico. Además se determinó que los valores de viscosidad adecuados estaban entre 250 y 530 cP y la temperatura de poliesterificación de 80°C.

Al tratar térmicamente los recubrimientos se obtuvo como principal fase cristalina el TiO2 fase anatasa. La gran intensidad del pico (101) lleva aconsiderar un crecimiento preferencial de la película en este plano.

Adicionalmente se propuso la estructura que adquiriría la resina como consecuencia de las reacciones de poliesterificación que ocurren en el seno del sistema.

Bibliografía[1]. E. Restrepo, E. Arroyabe, A. Devia,

Producción y caracterización de recubrimientos de ZnO usando un arco de plasma pulsado. Rev. Colombiana de Física, 34, 138-141. 0120-2650 (1997).

[2]. A. Fort, S. Rocchi, M.B. Serrano-Santos, M. Mugnaini, V. Vignoli, A. Atrei, R. Spinicci, CO sensing with SnO2-based thick film sensors: Surface state model for conductance responses during thermal-modulation. Sens. Actuators B, 116, 43-48 (2006).

[3]. <PDV+materials>,[http://www.icm.csic.es\fis\espa\cvd.html], citado en Julio 2005.

[4]. R.S. Nirnanjan, Y.K. Hwang, D.K. Klim, S.H. Jhung, J.S. Chang, I.S. Mulla, Nanostructured tin oxide: Synthesis

and gas-sensing properties. Mater. Chem. Phys, 92, 384-388 (2005).

[5]. M.P. Pechini, US Patent No. 3,330,697 (11 July 1967).

[6]. P.S. Lessing, Mixed-cation oxide powders via polymeric precursors. Am. Ceram. Soc. Bull, 68, 1002-1007 (1989).

[7]. L.W. Tai, P.A. Lessing, Modified Resin-Intermediate processing of perouskite powders: part I. Optimization of polymeric Precursor. J. Mater. Res, 7, 502-510 (1992).

[8]. G. Nicholas, U. Harlan, H.U. Anderson, Polymeric precursor syntesis of ceramic materials. Mat. Res. Soc, 73, 571-577 (1996).

[9]. FRANCO, Yeimi. Obtención y Caracterización de recubrimientos de dióxido de titanio por el método de precursor polimérico (Pechini) y estudio preliminar de su uso como agente oxidante, [Trabajo de Grado], Universidad del Cauca 2009.

[10] K. Nakamoto, Infrared Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, John Wiley & Sons, Inc. 1962.

[11]. R. Silverstein, Spectrometric Identification of Organic Compounds, 4 Ed, John Wiley & Sons, Inc. 1981.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X


Recibido:Septiembre 28 de 2009

Aceptado:Marzo 24 de 2010

Danilo Rairán1 José Fonseca2

1Docente en la Universidad Distrital Francisco

José de [email protected]

2Tecnólogo en electricidad. Universidad Distrital Francisco

José de [email protected]

ResumenEn este artículo se presentan algoritmos para la detección del sentido de giro, distintos a los reconocidos en la literatura técnica, y además se estudia la medida de la velocidad y la posición angular por medio de un encoder incremental. El principio básico consiste en utilizar una señal cuasi triangular, en lugar de una onda cuadrada convencional. Se compara la salida del algoritmo de velocidad, el cual es asincrónico, con métodos convencionales, que son sincrónicos; y se concluye que los resultados son satisfactorios. También se verifica el cálculo de la medida de posición, por medio de la comparación con un encoder absoluto.

AbstractIn this paper we present algorithms for detection of rotation sense, different from current algorithms in technical literature. In addition, measurement of angular position and angular speed is studied. The core of the solution is the use of a quasi-triangular signal, instead of the conventional square wave. The output of the velocity algorithm, which is asynchronic, is compared with conventional methods, which are synchronic. It is concluded that results are satisfactory. It is also verified the calculation of position by means of comparison with an absolute encoder.

Palabras clave: Adquisición de datos, encoder absoluto, encoder incremental, posición angular, velocidad angular.

Key Words: Absolute Encoder, Angular Position, Angular Speed, Data Adquisition, Incremental Encoder.

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

1. Introducción

En este artículo se mide la velocidad angular y la posición angular, con un encoder absoluto y con otro

incremental, los cuales prestan la función de sensores. Sus señales se llevan a Matlab, y allí se implementan algoritmos, los cuales las transforman a valores equivalentes a rpm y grados sexagesimales.

Para sensar la posición y la velocidad angular se tienen muchas clases de sensores, a los cuales se les realizan tratamientos, con el fin de obtener variables continuas o discretas. Uno de ellos es el resolver, en el cual la relación entre señales seno y coseno pasa a ser un valor que indica el ángulo, por ejemplo, a través de un algoritmo en Simulink [1]. También es posible utilizar un sensor capacitivo; en este se traducen las señales a un ángulo, a través de un circuito eléctrico [2].

De otra parte, un encoder es un sensor que convierte la posición angular, que es análoga, a un grupo de bits que indica la posición en forma discreta. Algunos tipos de encoder, por su fabricación, son los ópticos, los capacitivos y los magnéticos. Estos pueden tener formas de onda de salida triangular, cuadrada, senoidal, código Gray o Binario.

De acuerdo con la medición que entregan, un encoder puede ser incremental o absoluto. Los primeros proporcionan una salida relativa a la posición inicial de medición, en su lugar, el absoluto reconoce la posición angular sin importar el momento de activación. Estos últimos pueden ser de 6, 8, 12, 16, 24 ó 360 divisiones por vuelta, en sus presentaciones más corrientes.

En este artículo se estudia una forma nueva de tratar las señales para la medición de la posición angular y velocidad angular, en especial en cuanto a la identificación del sentido de giro, por medio de un encoder incremental o absoluto. Se plantean algoritmos, realizados en Matlab, y basados en

las soluciones tradicionales, pero en los cuales se aprovechan las características de una onda cuasi triangular en el enconder incremental, en lugar de la forma cuadrada o la senoidal, que son las convencionales.

Los encoders que se tienen para la realización de este trabajo son dos: uno incremental, de 12 pulsos por vuelta, y el otro, uno absoluto, de referencia ENP101F0082, con 8 divisiones por vuelta. El lector interesado en profundizar sobre la definición y características de estos sensores puede ir a revisar la referencia [3]. Además de los sensores, con el propósito de analizar la influencia de la velocidad en la medición de la posición angular, se seleccionó un motor DC. La referencia del motor es 2342 012CR, con voltaje nominal de 12 V y potencia de salida de 17 W. Finalmente, como enlace entre el encoder y Matlab, se utiliza la tarjeta de adquisición de datos PCI 6024 E de National Instruments.

2. Identificación del sentido de giro

En esta sección se describe el algoritmo con el cual se transforman las señales del encoder incremental, para obtener el sentido de giro de un eje. La esencia del cálculo está en la determinación del ángulo formado por la dupla (ch1(t),ch2(t)) con el origen (0,0), en donde ch1(t) es el voltaje adquirido de un canal del encoder, y ch2(t) es el voltaje del otro canal, según se explica adelante. Además, se anexan otros bloques, para entregar como resultado un 1 ó -1, según sea el giro del eje horario o contra horario.

La idea, que es original de los autores, es que al graficar las ondas del encoder una versus la otra, se observa un rombo, como se muestra en la figura 1. Si las señales fueran senoidales, el resultado sería un círculo. A medida que la señal cambia en el tiempo, y en función del sentido de giro del eje, que se supone en movimiento, la señal en la figura 1 va apareciendo en sentido horario o contra horario.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XLa forma de medir el sentido de giro en

la gráfica xy es mediante el cálculo del arco tangente, la cual da como resultado el ángulo θ(t), y en seguida se calcula la razón de cambio de ese ángulo. Se observó que, en el caso de la prueba que realizaron los autores, cuando el sentido de giro del eje es horario, entonces la razón de cambio es negativa, y en contra horario, es positiva.

En la figura 2, está el diagrama de bloques en el cual se sintetizan las tareas del tratamiento de señales. Al inicio del diagrama, además de lo expuesto en el párrafo anterior, se realiza la adición de una constante, correspondiente al promedio de la onda cuasi triangular.

Figura 1. Medida del sentido de giro del motor. ch1(t) es la salida del canal uno del encoder incremental;

ch2(t), la dos. Si se mide la diferencia de ángulo entre dos instantes en particular, se conocerá el sentido de

giro de la señal.

La finalidad de la suma es eliminar la componente continua de la señal, para detectar el cruce por cero. Si bien el cálculo del sentido de giro en la gráfica xy se hace cada 0,1 ms, solo cada cruce por cero se lee la razón de cambio. De esta manera ahora se hace el análisis a espacios iguales y no a tiempos iguales.

Luego de la detección del sentido de giro a espacios iguales se hace una retención de orden cero, esto con el fin de mantener la lectura del signo en un instante hasta el instante siguiente. En seguida se recorta ese valor, y se suma al valor anterior, según se muestra en la figura 2. El último paso es verificar si el resultado es mayor que cero o no. Si es mayor que cero entonces el sentido de giro del eje es positivo, de lo contrario es negativo.

Figura 2. Esquema de la medición del sentido de giro. Inicialmente se calcula la derivada del ángulo. Luego se detecta el mismo punto del ciclo de la señal cuasi

triangular. En seguida se aplica una retención de orden cero, y finalmente se detecta el signo.

3. Circuito mejorado para la identificación del sentido de giro

Ahora se explica una estrategia para la identificación del sentido de giro distinta a la de la sección anterior. Aquí la idea principal


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820Xes identificar el ángulo de desfase entre las dos ondas cuasi triangulares, y en función de este desfase definir el sentido de giro. En la figura 3, está el esquema general, en bloques. Se inicia con la transformación de la señal triangular a una señal de pulsos, para lo cual se filtra primero, con el fin de eliminar el ruido de frecuencia alta. Esto se realiza con un filtro tipo Bessel, pasa bajos, de orden 10, con una frecuencia de corte 15 krad/s.

Figura 3. Diagrama de conexiones final para la lectura del signo de la velocidad. La parte uno consiste en la detección de los máximos de las ondas del canal 1 y 2, (ch1(t), ch2(t)). En la parte dos se mide el tiempo

entre pulso y pulso. En la final se define si la señal está en adelanto o retraso.

Una vez la señal esta filtrada se deriva, el resultado, dado que es una señal triangular, es un tren de pulsos, correspondientes a los valores donde la pendiente cambia bruscamente. De esos picos solo se toman los que corresponden a los máximos de la señal triangular, como se muestra en la figura 4.

Figura 4. Salida de la parte uno del algoritmo. En la figura se presentan los pulsos detectados

correspondientes a los máximos de la señal cuasi triangular. La detección de estos pulsos se dificulta cuando la velocidad es baja y la forma de la onda

cambia.

El proceso descrito en el párrafo anterior se repite para el otro canal del encoder, con lo cual se tienen pulsos indicando el instante de tiempo en el cual se presenta la razón de cambio más alta de cada señal triangular. Así, esos pulsos se presentan en proporción con la velocidad del eje. De acuerdo con el sentido de giro del eje uno de los trenes de impulsos está adelante o atrás del otro.

Para saber si el pulso de un canal esta atrás o adelante del pulso del otro canal, se hacen dos lecturas de tiempo. La primera consiste en medir el tiempo entre un pulso y otro de uno de los canales, el cual se considera como referencia. Ese valor corresponde al periodo de la señal cuasi triangular. Se almacena ese valor, y se compara con la segunda lectura de tiempo, la cual corresponda al tiempo entre el pulso que finalizó la medición del periodo del canal de referencia y el inmediatamente siguiente del otro canal.

En las secciones dos y tres se han presentado dos formas de medir el sentido de giro. En la sección que sigue se utiliza este resultado para medir la velocidad angular.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

4. Medición de la velocidad angular

El encoder incremental se utiliza para medir la posición o la velocidad angular; sin embargo, es más común en la medida de velocidad [4]. Cuando esta es baja, los algoritmos de tratamiento de señales se hacen indispensables, porque el error de la medida incrementa con la disminución de la velocidad [5,6].

La idea básica del cálculo de la velocidad es medir el periodo de una de las señales cuasi triangulares que se tienen a la salida del encoder, desde Simulink, y buscar la relación que ésta tiene con la velocidad real. El resultado es que tienen una correspondencia inversa, por tal razón es mejor trabajar con el inverso del periodo, es decir, con la frecuencia.

En este trabajo, al graficar la velocidad real del eje, medida con un tacómetro, versus la frecuencia de la señal proveniente de uno de los canales, aparece una línea recta, con el coeficiente de correlación de 0,99, lo cual indica que existe una correlación lineal. La pendiente de esa línea recta es la ganancia del sensor.

Para medir el periodo de la señal triangular se utiliza una fracción del algoritmo con el cual se identifica el sentido de giro. Esto es, la parte que se encarga de encontrar los puntos donde la onda tiene la mayor razón de cambio de la onda, para emitir un pulso en cada caso. El trabajo restante consiste en medir ese tiempo, para lo cual puede utilizarse cualquier tipo de cronómetro.

La contabilización del tiempo puede hacerse, por ejemplo, por la integración de una señal escalón, o por una integración discreta, en un bloque Embedded Matlab Function. La inversión del periodo para lograr la frecuencia, o cualquier operación adicional que se requiera, también puede ser parte del mismo bloque Embedded.

Con el fin de evitar el error que se produce cuando el motor se detiene y no existe un valor siguiente para que el algoritmo calcule un periodo, se agrega una restricción que dice que si el tiempo transcurrido es superior a 0,02 s, entonces la velocidad de salida es cero. Este valor se obtuvo de manera experimental, y depende de cada aplicación en particular.

Los autores pudieron constatar que es importante limitar los resultados con frecuencias superiores a la frecuencia de discretización, que en este caso es de 10 kHz, porque son ruido. Por ensayo y error se llegó a que el mejor resultado se consigue con un filtro pasabajos, tipo Bessel, de orden cinco.

Por último se multiplica la lectura de velocidad que se tiene en el momento con el signo. Ese resultado es la velocidad en el eje. En los experimentos realizados la velocidad está entre 0 y 5.000 rpm.

5. Medición de la posición angular

La medida de la posición angular por medio del encoder incremental es común en la industria; dado que además de ser un sensor económico, se ha desarrollado gran cantidad de algoritmos, no solo para medir la posición, sino que a partir de esta puede obtenerse la velocidad. Por ejemplo, se utiliza el concepto de derivada pura, o aproximada, a través de cualquier tipo de filtro, como puede verse en los trabajos siguientes [7-13].

La medición de la posición angular consiste en contar los pulsos que entrega el encoder, y relacionar esa cantidad con un número de grados de giro del eje a medir. Una vez más, se utiliza la medición del sentido de giro de la sección tres, con el fin de saber si se suma o se resta cuando llega un pulso. Para el montaje utilizado, cada pulso corresponde a 30°, por tanto se requieren doce pulsos para completar una revolución.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XTan pronto se encuentra un pulso, este

se multiplica por 30 y por el signo en ese momento; luego, ese resultado se le suma al valor de posición anterior. El resultado es la posición en ese instante de tiempo. Como puede entenderse, la medición es relativa al punto en que se comienza a correr el algoritmo. Así, el punto inicial, sin importar la posición angular del eje, es asignada como cero grados.

6. Implementación con un encoder absoluto

Si bien el encoder incremental resulta popular para la medida de la posición angular, no se pueden ocultar las desventajas que tiene, como el comportamiento a velocidades bajas, y la imposibilidad para indicar una posición inicial. Aún así, para compensar las deficiencias, algunos investigadores proponen mejoras, por medio de dispositivos mecánicos o por la aplicación de algoritmos, como se presenta en [14].

En este trabajo se utiliza un encoder absoluto, con el fin de comparar y ajustar el comportamiento del incremental, dado que el absoluto entrega lecturas de posición angular de manera precisa. Al respecto la literatura es extensa, y por ejemplo hay trabajos en donde se utiliza el encoder absoluto y se busca incrementar su resolución, como en [15]. Esto, porque aunque entregan una medida con precisión, su resolución es baja, en caso contrario son costosos; por ejemplo, el que se utiliza en este artículo tiene pasos de 45°.

Según se comentó al inicio del artículo, el giro del eje lo realiza un motor DC, el cual tiene acoplado de un lado una caja reductora de velocidad, y de otro el encoder incremental. Así, el incremental mide la velocidad del eje directamente, mientras el absoluto está a la salida de la caja reductora, donde iría la carga del motor. Esto hace que la resolución de 45°, que es baja, sea aún peor, porque la relación en la caja reductora es de 67:1. Por tanto cada paso en el encoder absoluto requiere un poco

más de 8,3 revoluciones del eje del motor. Sin embargo es útil con el fin de verificar las mediciones del incremental y para indicar una posición inicial.

En este apartado se transforman las señales digitales que entrega el encoder absoluto, para transformarlas a una lectura de posición angular. Esto implica utilizar al dispositivo mono vuelta como multi vuelta, lo cual se logra con un algoritmo con el esquema en la figura 5. Se inicia negando las salidas digitales del encoder, debido a que el encoder es de lógica negada. En seguida se traduce el código BCD del encoder a grados sexagesimales, en este caso con múltiplos cada 45°, por medio de un bloque Embedded Matlab Function.

Figura 5. Medición de la posición angular con el

encoder absoluto. Tp2 es una señal que aparece cada 45°, EA es el conjunto de señales BCD, las cuales son 7. En la parte uno, los pulsos se convierten en

grados, entre 0° y 360°. En la parte dos se detecta solo el frente de ascenso de tp2. En la parte tres y cuatro

se genera la posición, como un encoder absoluto multivuelta.

El proceso continúa con la identificación del sentido de giro del eje, en lo cual se utiliza una función en Simulink. Uno de los parámetros de esa función es el valor del voltaje aplicado al motor, con el fin de predecir el signo del primer instante. Se espera que si el voltaje es positivo, el giro sea horario, o contra horario cuando la alimentación sea negativa.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XLa lectura del voltaje se hace necesaria

porque esperar hasta que existan dos lecturas de posición para identificar el sentido significa esperar un cuarto de giro para el encoder absoluto, lo cual equivale a un poco más de 16 revoluciones del eje del motor.

Las entradas de la función para la identificación del signo ya expuestas son suficientes; sin embargo, se anexan más, con el fin de hacer al algoritmo más robusto. Se incluye un conteo de la cantidad de pulsos medidos, la lectura del ángulo anterior y el sentido de giro en el instante anterior.

La lógica interna en la función de Simulink implica tener en cuenta todas las opciones que pueden presentarse, y no solo el sumar pulsos, o restarlos, de acuerdo con el sentido de giro. Si no que debe tenerse en cuenta, por ejemplo, qué hacer cuando la lectura pasa de 315° a 0°, esto es cambiar el 0° por 360°; otro caso es cuando la lectura pasa de 0° a 315°, en ese caso el resultado es -45°. Deben tenerse en cuenta todos los casos; uno más es cuando el motor cambia de giro y se repite la lectura de ángulo, etc. El diagrama de flujo general para la detección del sentido de giro se encuentra en la figura 6.

Figura 6. Determinación del sentido de giro para el encoder absoluto. La identificación del sentido no

debería hacerse, porque es un encoder absoluto, pero debido a que se pasa de monovuelta a multivuelta,

esto se hace necesario.

Las indicaciones en los párrafos anteriores convierten al encoder en multi vuelta, entonces, luego de la primera lectura, el signo corresponde a la identificación del signo de la diferencia entre la lectura actual y anterior de posición angular.

7. Análisis de resultados y discusión

En aplicaciones como la robótica se utilizan técnicas para el cálculo de la posición angular y velocidad angular, entre las que se encuentran la expansión en series de Taylor, y el método de los mínimos cuadrados, entre otros [10,11]. Estos métodos son útiles cuando la lectura de posición se hace a intervalos de tiempo iguales, es decir, para algoritmos sincrónicos, en cuanto al tiempo; mientras que los que aquí se proponen son asincrónicos.

Dada que los métodos de medida sincrónica son muy distintos por su naturaleza a los asincrónicos, se asumen como referencia para calcular el error de medida. Así se verifican los resultados de la aplicación del algoritmo de medida de la sección cuatro, referente a velocidad.

En las ecuaciones 1 a 5 está la medida de velocidad, Ω, a partir de las mediciones de posición, θ. En estas ecuaciones, k indica el instante actual, k-1 el instante anterior, y Tv el periodo de muestreo. La ecuación 1 es una expansión en series de Taylor de orden uno.

La dos es de orden dos, según la aproximación de Saíto. De igual manera, la ecuación tres es de orden dos, con la aproximación de Brown. La siguiente, la cuatro, es la aproximación por mínimos cuadrados; mientras que la ecuación 5 presenta el método exacto del cálculo de una derivada [10].


0

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

La comparación se realiza de la siguiente manera: se asume que el algoritmo en la ecuación 1 es el correcto, es decir, la referencia, y se mide el error, punto a punto, con respecto al resultado con el algoritmo de la sección cuatro. Ese proceso se repite con las ecuaciones 1 a 5.

El experimento implica el diseño de un perfil de velocidad para el motor, el cual exige que el motor pase de cero a 4.300 rpm, en el tiempo inicial, y se mantiene esa referencia por seis segundos, como se observa en la figura 7. Luego se detiene el motor por unos tres segundos; y finalmente, se le da una referencia negativa, en –4.050 rpm, por otros seis segundos.

Con el fin de eliminar los puntos de medida erróneos, por la discretización, se adiciona un filtro pasabajos, tipo Bessel, de orden 5, con frecuencia de corte 15 rad/s. Este se aplica tanto a la señal que se supone como referencia, como al algoritmo propuesto. El error más grande es de 0,67%, con el algoritmo de la ecuación 2 como referencia; el menor es 0,65%, con la ecuación 1.

Otra verificación del resultado de los algoritmos consiste en comparar el resultado de la medición de la posición angular entre el encoder incremental y el absoluto. Por tanto las medidas son asincrónicas en el tiempo, pero igualmente espaciadas. Para el encoder incremental, cada 30°, y para el absoluto, cada 45°. Sin embargo, téngase en cuanta que entre los dos hay una caja reductora de velocidad, por lo cual es necesario aplicar la relación a una de las dos medidas.

Al igual que el caso de la comparación de la velocidad, se aplica el mismo perfil de

velocidad, lo que resulta en una rampa de incremento de posición (giro en sentido horario), a velocidad constante. Se sigue con un tiempo en donde la posición no cambia, porque no se aplica voltaje al motor; para terminar en un giro en sentido contrario al primero, es decir, contra horario. El error absoluto máximo es de 5%, por lo cual puede concluirse que las mediciones pueden ser útiles para algunas aplicaciones industriales.

Figura 7. Verificación de la medida de velocidad angular. La línea blanca delgada corresponde a la salida del algoritmo en la ecuación 1; la línea

negra gruesa, bajo la blanca, al cálculo de velocidad mediante el algoritmo asincrónico propuesto en este artículo. A la escala de la imagen puede verse que el

resultado es igual.

8. ConclusionesEn este artículo se presenta el diseño de los

algoritmos de medición de velocidad angular, con el encoder incremental, y la medición de posición angular, con los encoders incremental y absoluto. Por el valor del error calculado para los algoritmos se puede afirmar que los resultados son satisfactorios. Por ejemplo, las lecturas entregadas por los algoritmos aquí propuestos se alejan menos de 1% con respecto a las utilizadas como referencia.

El algoritmo de posición angular con el encoder absoluto tiene la ventaja de ser


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820Xcapaz de convertir el encoder monovuelta en multivuelta, con lo cual se aumenta el rango de medida, y se lleva hasta infinito.

La identificación del sentido de giro de un eje es la base de cualquier medida de posición o velocidad angular. En este caso se propone una metodología nueva, y se estudia otra ya propuesta en la literatura técnica. El resultado es el mismo, y pueden ser implementadas según conveniencia.

La idea de alterar la forma de la señal de salida de los canales del encoder incremental fue acertada. Así, se encuentran maneras nuevas de evaluar la frecuencia entre los pulsos del encoder, el desfase, y por tanto la velocidad y posición angular. En este caso, el uso de las señales cuasi triangulares permiten descubrir la utilidad de aspectos que son imposibles de observar en una señal cuadrada o senoidal.

Referencias[1] D.W. Brown, D.L. Edwards, G.

Georgoulas, B.B. Zhang, G.J. Vachtsevanos, “Real-time fault detection and accommodation for COTS resolver position sensors”, Prognostics and Health Management, 2008. PHM 2008. International Conference on, pp 1 – 6, Octubre 2008.

[2] P.L. Fulmek, F. Wandling, W. Zdiarsky, G. Brasseur, S.P. Cermak, “Capacitive sensor for relative angle measurement”, Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on, pp 1145 – 1149, Diciembre 2002

[3] K. Tobita T. Ohira M. Kajitani C. Kanamori M. Shimojo Aiguo Ming, “A Rotary Encoder Based On Magneto-Optical Storage”, Mechatronics, IEEE/ASME Transactions on, pp 87 – 97, Febrero 2005

[4] N. K. Boggarpu, R. C. Kavanagh, “New Learning Algorithm for High-Quality Velocity Measurement from Low-Cost Optical Encoders”, Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceedings, 2008. IMTC 2008, IEEE, pp 1908 – 1913.

[5] Akin, B.; Ozturk, S. B.; Niazi, P., Toliyat, H.A., Goodarzi, A., “Low Speed Performance Operation of Induction Motors Drives Using Low-Resolution Speed Sensor”, Industrial Electronics, 2006 IEEE International Symposium on, pp 2110 – 2115, Julio 2006.

[6] Se-Han Lee, T.A. Lasky, S.A. Velinsky, “Improved velocity estimation for low-speed and transient regimes using low-resolution encoders”, Mechatronics, IEEE/ASME Transactions on, pp 553 – 560, Septiembre 2004.

[7] Y. Buchnik, R. Rabinovici, “Speed and position estimation of brushless dc motor in very low speeds”, Electrical and Electronics Engineers in Israel, 2004. Proceedings. 2004 23rd IEEE Convention of, pp 317 – 320, Septiembre 2004.

[8] Taeg-Joon Kweon, Dong-Seok Hyun, “High performance speed control of electric machine using Kalman filter and self-tuning regulator”, Power Electronics Specialists Conference, 1998. PESC 98 Record. 29th Annual IEEE, vol 1, pp 280 – 286, Mayo 1998.

[9] P. R. Bélanger, “Estimation of angular velocity and acceleration from shaft encoder measurements”, Robotics and Automation, 1992. Proceedings., 1992 IEEE International Conference on, vol 1., pp 585 – 592 , Mayo 1992.

[10] M. Benkhoris, M. Ait-Ahmed, “Discrete speed estimation from a position encoder for motor drives”,


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XPower Electronics and Variable Speed Drives, 1996. Sixth International Conference on (Conf. Publ. No. 429), pp 283 – 287, Septiembre 1996.

[11] R. Brown, S. Schneider, M. Mulligan, “Analysis of algorithms for velocity estimation from discrete position versus time data”, Industrial Electronics, IEEE Transactions on, pp 11 – 19, Febrero 1992.

[12] G. Liu, “On velocity estimation using position measurements”, American Control Conference, 2002. Proceedings of the 2002, vol 2, pp 1115 – 1120. , Mayo 2002.

[13] K. Hachiya, , T. Ohmae, “Digital speed control system for a motor using two speed detection methods of an incremental encoder”, Power Electronics and Applications, 2007 European Conference on, pp 1 – 10, Septiembre 2007.

[14] Merry, R. van de Molengraft, R. Steinbuch, M., “Error modeling and improved position estimation for optical incremental encoders by means of time stamping”, American Control Conference, 2007. ACC ‘07, pp 3570 – 3575, Julio 2007.

[15] Wekhande, S. Agarwal, V., “High-resolution absolute position Vernier shaft encoder suitable for high-performance PMSM servo drives”, Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on, pp 357 – 364, Febrero 2006.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

Recibido:Diciembre 19 de 2009

Aceptado:Marzo 23 de 2010

1Departamento de Matemáticas y Estadística,

Universidad del Tolima

2Departamento de Física, Universidad del Tolima


H. Celemin1 E. J. Machado1 J.A. Cardona Bedoya2

ResumenEl sistema de coordenadas esferoidales prolatas es ortogonal y es el resultado de la rotación de una elipse alrededor de su eje mayor (eje en el cual los focos están situados). El átomo de hidrógeno como sistema atómico más sencillo es resuelto usando coordenadas esferoidales prolatas. Considerando que el núcleo del átomo de hidrogeno está ubicado en uno de los focos de la elipse, se encuentra que la ecuación de Schrödinger es separable en dichas coordenadas ( ). Con el fin de facilitar los cálculos se supone que la distancia entre el centro de la elipse y el foco es un número semi-entero del radio de Bohr (a0), con esta suposición se encuentra una expresión para la función de onda del átomo de hidrogeno

Palabras clave: átomo de hidrógeno.

AbstractThe prolate spheroidal coordinates system is orthogonal and results from rotating of an ellipse the about the major axis of the ellipse, i.e., the axis on which the foci are located. The hydrogen atom as atomic simpler system is solved using prolate spheroidal coordinates. Considering that the nucleus of the hydrogen atom is located on one of the foci of the ellipse, the Schrödinger equations is separable in these coordinates ( ).In order to facilitate the calculations we assumed that the distance between the center of the ellipse and the focus is a semi-entire number of Bohr’s radius (a0), with this supposition we find an expression for the wave function of the hydrogen atom.

Key Words: hydrogen atom.

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

1. Introducción

La Física teórica posee dos herramientas importantes: el tratamiento matemático expresado con mucha frecuencia en

forma de una ecuación diferencial, y como este tratamiento puede ser reflejado en función de las reglas que rigen un fenómeno físico. El problema netamente matemático del átomo de hidrógeno ha sido ampliamente estudiado y fue de gran interés para la teoría atómica. Este átomo es el mas simple de los átomos, ya que contiene solamente un electrón orbitando alrededor de un núcleo muy masivo; la ecuación de Schrödinger de este sistema se ha solucionado en los sistemas de coordenadas esféricas y parabólicas [1-2].

Las coordenadas esferoidales prolatas han sido utilizadas ampliamente en una diversidad de trabajos en todas las áreas de la física, ya que permite modelar sistemas con simetría axial [3-5]. Lo anterior ha motivado la utilización de este sistema de coordenadas no convencional para solucionar la ecuación de Schrödinger del átomo de hidrógeno.

En la siguiente sección se presenta el modelo

teórico utilizado para solucionar la ecuación de Schrödinger del átomo de Hidrogeno en coordenadas esferoidales prolatas, y se hace una descripción breve de estas coordenadas. En la sección tres se presentan los desarrollos matemáticos, y se obtienen las soluciones de las ecuaciones diferenciales que provienen de la separación de variables de la ecuación de Schrödinger. Finalmente se presentan las conclusiones.

2. Modelo teórico aplicado

La mayor complejidad del átomo de hidrógeno para la aplicación de la ecuación de Schrödinger es la presencia de dos partículas el núcleo y el electrón. Por ello es preciso crear un sistema modelado donde se considera el núcleo de carga positiva fijo en uno de

los focos de la elipse con masa infinita y el electrón moviéndose a su alrededor con masa reducida m (figura 1). Se supone que la órbita del electrón es de tipo esferoidal prolata. Las coordenadas más adecuadas para describir este modelo son las coordenadas esferoidales prolatas definidas así:

(1)

donde r1 y r2 son las distancias desde cualquier punto a los focos de la elipse, separados por la distancia 2a .

Figura.1 Átomo de hidrógeno en el modelo propuesto

La figura 2 muestra las coordenadas esferoidales prolatas (Fuente: Mathematical Methods for Physicists, 2nd ed. Orlando, Academic Press, pp. 93, 1971). En estas coordenadas, η define una familia de hiperboloides de revolución alrededor de z, mientras que ξ define una familia de elipsoides de revolución alrededor de z, con una distancia interfocal 2a y la coordenada es el ángulo de azimutal [6].

Figura.2 Coordenadas esferoidales prolatas


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X (2) (3)

Para la descripción de nuestro modelo, la ecuación de Schrödinger viene dada por:

(4)

donde m es la masa reducida del sistema, r1 es la distancia entre el núcleo y el electrón. En coordenadas esferoidales, el Laplaciano tiene la forma de [7]:

(5)

La distancia r1 entre el núcleo y el electrón expresada en coordenadas esferoidales prolatas vienen dada por: . Sustituyendo esta expresión en la ecuación 4, se obtiene:

(6)

Para la solución de la ecuación de Schrödinger, es conveniente usar el radio de Bohr: y considerar que , además se supone que la distancia entre el centro de la elipse y el foco es un número semi-entero del radio de Bohr ( , entero). Considerando esto, la ecuación anterior se transforma en:

(7)

3. Función de ondaLa ecuación anterior es separable.

Escribiendo , y sustituyendo esta expresión en la ecuación (7), se obtienen las siguientes ecuaciones diferenciales

, (8) , (9)

, (10)

donde k es la constante de acoplamiento entre las dos últimas ecuaciones. La ecuación (8) tiene como solución

(11)

donde m es el número cuántico orbital. Como las ecuaciones (9) y (10) son las mismas, basta con resolver una de ellas. El punto ξ=1 en la ecuación (9) es un punto regular singular, y es removible, de tal manera que la solución es de la forma [8]:

, (12)

donde la función P(ξ) satisface la ecuación:

(13)

Realizando un cambio conveniente de la variable independiente, ξ=( +1)/( -1) [9] en la ecuación anterior y considerando que P(ξ)=Q( ) se obtiene:

(14)

La solución en series de potencia

, es sustituida en la ecuación (14),

obteniendo la relación de recurrencia: , (15)

donde,

, (16)

, (17)

, (18)

, (19)


m

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X , (20)

y se toma b0=1. Esto permite generar todos los coeficientes bn de la serie de potencia, consecuentemente la solución de la ecuación (14) es obtenida.

Conociendo las soluciones de las ecuaciones diferenciales (8), (9) y (10) se encuentra que la función de onda en coordenadas esferoidales prolatas viene dada por:

(21)

De tal forma que cada estado estacionario del espectro discreto se determina en coordenadas esferoidales prolatas por tres números enteros: m (número cuántico orbital) y n1, n2 (números cuánticos esferoidales prolatas).

4. ConclusionesEn este trabajo se ha encontrado la

función de onda para el átomo de hidrógeno en coordenadas esferoidales prolatas, considerando que la distancia entre el centro del elipsoide y uno de sus focos es un número semientero del radio de Bohr

Referencias[1] L. I. Schiff, Quantum Mechanics,

McGraw-Hill Book Company, New York1968

[2] L. D. Landau, E. M. Lifshitz, Mecánica Cuántica No-Relativista, Reverte,Barcelona, 1967

[3] F. Comasb, Nelson Studarta and G. E. Marques, Solid State Commun. 130, 447, (2004).

[4] H. León, , J.L. Marín and R. Riera, Physica E, 27, 385 (2005)

[5] H..Quevedo, Phys. Rev. D 39, 2904 (1989)

[6] G. Arfken, Mathematical Methods for Physicists. Academic Press, 1971.

[7] P. M. Morse and H. Fesbach, Methods of Theoretical Physics. McGraw-Hill, New York, 1953

[8] A. N. Tijonov, y A: A. Samarsky, A.A. Ecuaciones de la Física Matemática. Mir, 1980.

[9] G. Jaffe, Z. Physik 87, 535 (1934)


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

Recibido:Julio 23 de 2009


1. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia,

Carretera Central del Norte - Tunja, Colombia

Grupo de Superficies Electroquímica y Corrosión

(GSEC)[email protected],

[email protected].


C. Martínez1 E. Vera1

ResumenEl presente artículo muestra los resultados sobre el estudio del efecto de la adición microsílica (Síkafume) al cemento (portland tipo I), con el fin de mejorar las propiedades mecánicas y anticorrosivas del concreto. Dos mezclas (m1 y m2) fueron fabricadas con igual relación Agua Cemento(A/C). Ensayos de resistencia mecánica, granulometría y ensayo de succión capilar se llevaron a cabo para caracterizar las propiedades estructurales del concreto. Para evaluar las propiedades anticorrosivas, se llevaron a cabo pruebas de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) y resistencia a la polarización lineal (LPR). Los resultados muestran que la adición de microsílica mejora las propiedades tanto mecánicas como anticorrosivas del respectivo concreto.

Palabras clave: Microsílica, resistencia a la compresión, corrosión, electroquímica.

AbstractThe purpose of this article is to show the results of a study about effects of adding microsilica (Sikafume) to cement (Portland type I) in order to improve the mechanical corrosion properties of concrete. Two mixtures were elaborated (m1 y m2) with the same amount of water and cement. Different tests were carried out in order to characterize the structural properties of concrete: mechanical resistance, granulometry and capillary suction test. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and Linear Polarization Resistance (LPR) techniques were used to evaluate the anti-corrosion properties. The results show that adding microsilica improves both the mechanical and corrosion properties of the respective concrete.

Key Words: microsilica, strength compression, corrosion, electrochemical.

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

1. Introducción

Los concretos por su naturaleza de ser obtenidos por la unión de diferentes agregados, deben tener un procedimiento

y un control adecuado para lograr unos buenos resultados [1]. Aunque esto no es un factor decisivo a la hora de usarlo, si es conveniente cuando se desean alcanzar unos resultados óptimos en una obra.

Evidentemente factores de seguridad en el diseño engloban todos los posibles fallos que pueden ocurrir. “Cuando cambia las condiciones de servicio de la estructura el concreto se altera o a través de él penetran sustancias agresivas, que desencadenan en un proceso corrosivo con una triple consecuencia: a) el acero disminuye su sección o incluso se convierte completamente en oxido; b) debido a las presiones que ejerce el oxido al generarse, el concreto puede fisurarse o desintegrarse; c) la adherencia acero-concreto disminuye o desaparece” [2]. Adicionalmente procesos de carbonatación se suman para disminuir el pH del concreto y favorecer la ruptura de la capa pasiva del acero [3].

Para proteger de la corrosión los aceros embebidos en el concreto se suele adicionar al concreto microsílica, producto que es más fino que el cemento y que tiene dos formas de reaccionar: 1) una reacción puzolánica y 2) un efecto de llenado [4].

En cuanto a las propiedades del concreto la adición de puzolana, protege la armadura de acero, pues disminuye los poros en la matriz de concreto, evitando así la entrada rápida de cloruros que puedan romper la capa pasiva del acero. La adición de microsílica en la matriz del concreto disminuye la permeabilidad [5].

Las técnicas para valorar la velocidad de corrosión (VC) son muy variadas entre las que se destacan la LPR y la EIS. Las anteriores técnicas ofrecen ventajas frente a otras respecto a la cantidad de datos que aportan y

la eficacia de sus resultados, ventajas que se reflejan en un buen valor en la determinación de la velocidad de corrosión y así tomar decisiones acertadas en caso de proteger una estructura.

2. Montaje experimental

Dos mezclas m1, m2 se fabricaron utilizando cemento portland tipo I, con la misma proporción agua/cemento (tabla No. 1). Una varilla ASTM-A706 [6] de 1.27 cm de diámetro (Ø=1/2 pulgada) y 11 cm de longitud, se utilizó para simular el acero de refuerzo, a la que se le aplicó una película aislante, para dejar un área activa de 31.92 cm2, según se muestra en la fig. 1.

Tabla No. 1 Proporciones de mezclas utilizados para los ensayos

*AP=Adición Puzolánica

A la mezcla m1 se reemplazó el 10% del total en peso del cemento por una adición de puzolana (AP) para concretos de alta resistencia Sikafume (a base de microsílica). Las cantidades de arena(A) y de gravilla (G) se indican en la tabla No.1. El curado de las probetas inició después de 24 horas de secado, del cual se desencofraron y se sumergieron en la piscina de curado, en donde permanecieron durante 7 días.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X Fig. 1 Montaje de las probetas para los ensayos

electroquímicos

Las probetas se sumergieron en un ambiente corrosivo, compuesto por agua destilada al 3.5% de NaCl. La evaluación de los parámetros electroquímicos se llevo a cabo usando la técnica de Resistencia a la Polarización Lineal (ASTM G59[7])y la técnica de Espectroscopia de Impedancia electroquímica (EIS; ASTM G106 [8]). Se utilizó un equipo potenciostato-galvanostato GAMRY PCI 14/750TM que utiliza como soporte la aplicación EIS 300. Se utilizó como referencia en todos los ensayos un electrodo de plata cloruro de plata (Ag/AgCl).

3. Discusión de los resultados3.1 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO AGREGADO FINO (ARENAS)

Para la caracterización de los materiales, se realizaron ensayos de granulometría a partir del tamizado de muestras, de los agregados finos y gruesos, los resultados se muestran en las figuras 2 y 3. Los tamices se ajustaron según los criterios establecidos en la norma NTC-32[9] y las operaciones de tamizado se llevaron a cabo según la norma NTC-77[10].

Fig. 2 Análisis Granulométrico del agregado fino

La indicación de la gradación puede determinarse numéricamente de la curva de tamaño de los granos, para la fracción mayor de la malla No 200, usando el coeficiente de uniformidad (Cu= D60/D10) y por el coeficiente de concavidad (Cc= [D30]

2/ [D10 D60]). Un valor alto de Cu indica una gama amplia de tamaños de los granos, entre D60 y D10 (tamaño de grano del 60% que pasa y tamaño del 10% que pasa).

Tabla No. 2 Determinación de Cu y Cc para agregado fino.

Un valor de Cc de aproximadamente 1.00 indica una variación altamente lineal de la curva granulométrica, entre D60 y D10 cuando Cu tiene un valor de 4 y 6. El valor de Cu de 4.3 indica la existencia de un tamaño de grano aproximadamente 4 veces mayor de 0.21 mm. El valor de los porcentajes se encuentra relacionado en la tabla No. 2, según los valores obtenidos de la curva granulométrica de la fig. 2. La gradación del agregado fino (Arena) se utilizó en cada una de las mezclas (m1 y m2) en las proporciones indicadas (Ver tabla No. 1).

3.2 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO AGREGADO GRUESO (GRAVILLA)

El valor de los diámetros (mm) se incluyen en la tabla No. 3. Según lo observado en la curva granulométrica para el agregado grueso de la figura 3.


0

Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XTabla No. 3 Determinación de Cu y Cc

para la gravilla

La gravilla está bien gradada ya que su coeficiente de concavidad, tiene un valor de Cc=0.92. El valor de Cu de 1.4 indica una variación en el tamaño de la gravilla de 1.5 veces respecto al tamaño que paso el 10%.

Fig. 3 Análisis Granulométrico del agregado grueso

La gradación del agregado grueso (Gravilla) se utilizó en cada una de las mezclas (m1 y m2) en las proporciones indicadas (Ver tabla No. 1).

3.3 ANÁLISIS DEL ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN AXIAL

Con este ensayo se determinó el esfuerzo a compresión de las muestras cilíndricas de concreto fabricadas con moldes específicamente para esta investigación a los 7 y 28 días de curado. El procedimiento lo describe la norma ASTM C39[11].

Para las mezclas m1 y m2 se verificaron sus resistencias a la compresión con cilindros de concreto. Se construyeron moldes de PVC (Ø=3”) de 7.62 cm de diámetro y una altura de (6”) 15.24 cm, con una abertura lateral para permitir desencofrar la probeta, con una relación h/Ø=2 (altura/diámetro=2), para no realizar correcciones. Se fallaron en una máquina universal Shimadzu UH-500 KNl.

En la tabla No. 4 se evidencia que aumentó un 33.7% la resistencia promedio de la mezcla a la que se le adicionó microsílica, notoriamente mayor que la obtenida para la mezcla m2, con un porcentaje de 8.5 a los 28 días.

Tabla No. 4 Porcentaje de aumento en las resistencias mecánicas a los 7 y 28 días de curado

En la figura 4 se muestra gráficamente los resultados obtenidos de la resistencia a la compresión.

Fig. 4 Resultados de las resistencias promedio a la

compresión axial para las mezclas m1 y m2 a los 7 y 28 días de curado.

La microsílica reacciona químicamente con el hidróxido de calcio (CH) para producir una cantidad adicional de silicato de calcio hidratado (C-S-H), el cual aumentó la resistencia del concreto. Hecho que no se evidencio en las demás mezclas que carecían de esta adición puzolánica.

3.4 ENSAYO DE SUCCIÓN CAPILAR EN CONCRETOS DE CEMENTO HIDRÁULICO

Con este ensayo se determinó la relación de absorción de agua mediante mediciones en el incremento en la masa de la muestra, producto de la absorción de agua como función del tiempo cuando una sola superficie de la muestra


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820Xestá expuesta al agua, el procedimiento lo describe la SIA 162/1 o la ASTM C1585[12]. En esta técnica se determinan parámetros como: El coeficiente de absorción capilar (K), la resistencia a la penetración de agua (m) y el tiempo de saturación de la probeta (T).

En la figura 5 se observa que las probetas con microsílica presentaron un mejor comportamiento a la succión capilar (debido a las buenas propiedades que le da la adición), ya que evidenciaron menor tiempo de saturación, comparado con el tiempo obtenido por la mezcla sin adición. Estos resultados se asocian con el tamaño de poro que integraban la mezcla de concreto, siendo más pequeños en la mezcla con microsílica, y de mayor tamaño en la mezcla carente de esta.

Fig. 5 Resultados promedio de los ensayos de succión capilar para las mezclas m1 y m2.

En la tabla No. 5 se observan los valores calculados para las gráficas de la figura 5, se ve que el valor de coeficiente de succión capilar para las probetas adicionadas con microsílica es más pequeño respecto de las probetas sin adición. Ésta pendiente es solo un indicativo para la primera porción de la curva, que se encuentra en el rango de 0 a 250 s1/2; en el rango de 1500 a 3000 s1/2 se determina otra recta que corta a la primera en un punto, de tal forma que a cada mezcla se calcula este intercepto. Este punto indica el tiempo de saturación (T), de esta forma el valor de T para la mezcla sin adición es mayor comparado con el T que necesito la mezcla adicionada con microsílica.

Tabla No. 5 Coeficiente K, tiempo de saturación (T), altura de la probeta (Z) y resistencia a la

penetración (m)

En la tabla No 5 se muestra que la resistencia a la penetración (m) es mucho mayor (en alrededor de un 264%) para la mezcla sin adición que para la probetas adicionadas con microsílica.

3.5 ENSAYOS ELECTROQUÍMICOS

Se usaron dos técnicas [13,14,15,16] para la determinación de la velocidad de corrosión (VC) del acero embebido en el concreto, la primera de ellas es más comúnmente aplicada en campo, la LPR, en tanto que la técnica EIS, tiene la ventaja de proporcionar mayor información. La mezcla m1 y m2 tienen la misma relación A/C=0.6, sumergiéndose las probetas en una solución salina (3.5%NaCl).

Resistencia a la polarización lineal (LPR): Al contener iones en la solución (3.5% NaCl), las lecturas en las medidas evidenciaron que la mezcla adicionada con microsílica tuvo un mejor comportamiento al fenómeno de la corrosión en los primeros 60 días (fig. 6), ya que sus valores de Rp superaron los valores obtenidos para la mezcla sin adición, y se nota un ligero aumento de los valores a partir de los 90 días.

Fig. 6 Rp (promedio) para las mezclas m1 y m2

sumergidas en agua destilada (3.5%NaCl) según el tiempo de exposición.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820XEspectroscopia de Impedancia

Electroquímica (EIS): En la fig. 7 se observan los valores de Rp para las probetas sumergidas en 3.5% NaCl, donde nuevamente los valores de la mezcla adicionada con microsílica superaron a los valores de la mezcla sin adición a lo largo del tiempo.

Fig. 7 Rp (promedio) para las mezclas m1 y m2

sumergidas en agua destilada (3.5%NaCl) según el tiempo de exposición.

Sin embargo se ve aumento del valor Rp de la mezcla sin microsílica en los últimos tiempos, posiblemente por el crecimiento acelerado de los productos de hidratación del cemento (óxidos, hidróxidos y oxihidróxidos) de la interfase.

4. VELOCIDAD DE CORROSIÓN OBTENIDAS CON LAS TÉCNICAS LPR Y EIS

En la fig. 8 se observan las VC del acero embebido en las dos mezclas.

Fig. 8 Velocidad de corrosión (mm/y) obtenidas de las mezclas m1 y m2 sumergidas en agua destilada (3.5%

NaCl) según el tiempo de exposición

En la gráfica 8 se ve la variación de las VC de la mezcla sin adición, respecto de la mezcla con microsílica. Las mezclas con microsílica mostraron velocidades de corrosión en el rango de los 0.37 a los 0.31 mm/y, mucho más pequeño que el rango para la mezcla sin adición, que estuvo entre 0.83 a 0.51 mm/y.

5. ConclusionesLas probetas con adición de microsílica,

aumentaron en un 33.7% la resistencia a la compresión axial, de los 7 a los 28 días. Porcentaje significativo respecto a la mezcla no adicionada, ya que tenían la misma relación A/C.

La succión capilar para la mezcla con microsílica disminuyó su tiempo de saturación, conllevando a una mejoría en sus propiedades tan solo con un cambio en el cemento del 10% en peso.

La protección al ingreso de agua es mayor en la mezcla a la que se le adicionó la microsílica, teniendo un valor de resistencia a la penetración de 1.12, menor respecto de la mezcla que duraron 2.4 veces más, que corresponde a la mezcla sin adición.

Los valores obtenidos de VC de las mezclas adicionadas con microsílica demuestran una disminución en la velocidad de corrosión, respecto de la mezcla carente de esta. El rango de variación para las lecturas fue más estable con la mezcla adicionada con microsílica respecto de la mezcla sin adición.

AgradecimientosLos autores expresan agradecimientos a la

UPTC, por el apoyo financiero para realizar el proyecto y a Sika por facilitarnos la adición puzolánica para los ensayos.


Respuestas

Año 15

No. 1

Junio 2010

ISSN 0122-820X

Bibliografía[1] SÁNCHEZ DE GUZMÁN, D. (2001).

Tecnología del concreto y del mortero. Bhandar Editores. 349 p.

[2] OLGUIN, F. ALMERAYA, F. OROZCO, V. BORUNDA, A. GAONA, C. MARTÍNEZ, A. TORRES, A. (2004). Influence of environmental and electrochemical factors in the durability of concrete. Portugaliae electrochimica acta 22. p. 321-334.

[3] DAILY, Steven F. (1999). Understanding Corrosion and Cathodic Protection of Reinforced Concrete Structures. Corrpro Companies : Technical Paper Library, CP-48. 5 p.

[4] GIANNOTTI, F. & LIBARDI, J. (2006) A study of steel bar reinforcement corrosion in concretes with SF and SRH using Electrochemical Impedance Spectroscopy. Materials Research, Vol. 9, No. 2. p. 209-215.

[5] JOUKOSKI, A., PORTELLA, K. Baron, O. et. al. (2004) The influence of cement type and admixture on life span of reinforced concrete utility poles subjected to the high salinity environment of Northeastern Brazil, studied by corrosion potential testing. Cerâmica 50. p. 12-20.

[6] ASTM-A706. Standard Specification for Low-Alloy Steel Deformed and Plain Bars for Concrete Reinforcement. 6p.

[7] ASTM-G059. Test Method for Conducting Potentiodynamic Polarization Resistance Measurements. 4p.

[8] ASTM-G106. Practice for Verification of Algorithm and Equipment for Electrochemical Impedance Measurements. 11p.

[9] NTC-32. Tejido de alambre y tamices para propósitos de ensayo. 11p.

[10] NTC-77. Método para el Análisis por Tamizado de los Agregados Finos y Grueso.

[11] ASTM-C39. Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens. 5p.

[12] ASTM C1585. Test Method for Measurement of Rate of Absorption of Water by Hydraulic-Cement Concretes. 6p.

[13] BENTUR, A., DIAMOND, S. & BERKE, N. (1997). Steel Corrosion in Concrete (Fundamentals and civil engineering practice). Great Britain. Editorial Chapman y Hall. 220 p.

[14] MONTEMOR, M. SIMOES, A. FERREIRA, M. (2003). Chlorire-induced corrosion on reforcing steel: from the fundamental to the monitoring techniques. Cement & Concrete Composites 25. p. 491-502.

[15] ISMAIL, M & OHTSU, M. (2006).Corrosion rate of ordinary and high-performance concrete subjected to chloride attack by AC impedance spectroscopy. Construction and Building Materials 20. p. 458–469

[16] NATIONAL READY MIXED CONCRETE ASSOCIATION. ¿Qué, por qué y cómo? Corrosión del Acero en el Concreto : El Concreto en la Práctica(CIPes 25). Estados Unidos: NRMCA, 2p. 1998.


TARJETA DE SUSCRIPCIÓN

REVISTA DE LA UNIVERSIDADFRANCISCO DE PAULA SANTANDER

NOMBRES:

APELLIDOS:

ENTIDAD/INSTITUCIÓN:

CARGO:

DIRECCIÓN:

CIUDAD: ESTADO/DPTO.:

PAÍS: ZONA POSTAL:

TELÉFONO: FAX:

E-MAIL:

La revista RESPUESTAS es una publicación científi ca que presenta la producción de trabajos de investigación de la Universidad Francisco de Paula Santander y la comunidad científi ca en general en todas las ramas del saber, con ISSN: 0122-820X

Instrucciones:Diligenciar la tarjeta de suscripción, enviar a: revista RESPUESTAS Universidad Francisco de Paula Santander. Vicerrectoría de Investigación y Extensión. Edifi cio Semipesados.Avenida Gran Colombia No. 12E-96 Barrio Colsag Tel: 5776655 Ext. 333 Telefax: 5752854.e-mail: [email protected] Cúcuta - Norte de Santander - Colombia.

SUGERENCIAS:

Documents

REVISTA DE LA UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER · revoluciones tecnológicas, generan cambios trascendentales en la vida del ser humano, lo que ha dejado como aprendizaje