Investigación aplicada e innovación Volumen 8, 2014 Lima, Perú ISSN 1996-7551 Editorial ............................................................................................................................................................................... 3 Caracterización de Fundición Nodular Tratada por Austempering en Diferentes Condiciones de Enfriamiento ........................................................................................... César Nunura 5 Preparación de Nanoesferas Huecas de Hematita para el Tratamiento del Cáncer ............................................................................. Silvia Espinoza/Luis de los Santos/Lizbet León/ .............................................. Ángel Bustamante/Heinz Amenitsch/Joa Albino/Crispin Barnes 13 Diagnóstico de Inductores por Análisis de Respuesta en Frecuencia ............................................................................................... Maria Teresa Mendoza/ Nestor Enriquez 21 Análisis de Consumo de un Motor de Combustión Modificado Externamente para Operar con un Combustible Inmiscible de 80% agua y 20% gasolina........................... .................................................................................................................................... Melchor Llosa/ Juan Cuba 27 Implementación de un Laboratorio Flotante de Fabricación Digital en el Río Amazonas Fab lab Flotante Amazonas ................................................................ Benito Juárez 31 Diseño de un Sistema de Monitoreo y Seguimiento de Parámetros de la Red Administrativa e Industrial ...........................................................................................Mauricio Surco 39 Estrategias de Desarrollo de Software y su Impacto en Empresas del Sector..... ................................................................................................................ Gabriel Morales/ David Rodriguez 47 Bioacumulación de Cobre en Frijoles................................. Elvis Llantoy/ Hernán Zapata 53 Casos de Adaptación de Tecnologías Agrícolas en Países Latinoamericanos ........ .........................................................................................................................................................................Luis Suárez 61 Tratamiento de Bioestimulación Aplicado a Suelos Contaminados con Hidrocarburos ................................................................................................................ Huguez Ames/ Lizardo Visitación/ ....................................................................................................................................... Rosa Altuna/ Lena Téllez 67 Validación de un Cuestionario para Medir el Rendimiento Académico ........................... .............................................................................................................................................................. Silvia Espinoza 75
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Investigación aplicada e innovación - TECSUP · Investigación aplicada e innovación Volumen 8, 2014 Lima, Perú ISSN 1996-7551 Editorial .....
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Caracterización de Fundición Nodular Tratada por Austempering en Diferentes Condiciones de Enfriamiento ...........................................................................................César Nunura 5
Preparación de Nanoesferas Huecas de Hematita para el Tratamiento del Cáncer .............................................................................Silvia Espinoza/Luis de los Santos/Lizbet León/ .............................................. Ángel Bustamante/Heinz Amenitsch/Joa Albino/Crispin Barnes 13
Diagnóstico de Inductores por Análisis de Respuesta en Frecuencia ............................................................................................... Maria Teresa Mendoza/ Nestor Enriquez 21
Análisis de Consumo de un Motor de Combustión Modificado Externamente para Operar con un Combustible Inmiscible de 80% agua y 20% gasolina ...............................................................................................................................................................Melchor Llosa/ Juan Cuba 27
Implementación de un Laboratorio Flotante de Fabricación Digital en el Río Amazonas Fab lab Flotante Amazonas ................................................................Benito Juárez 31
Diseño de un Sistema de Monitoreo y Seguimiento de Parámetros de la RedAdministrativa e Industrial ...........................................................................................Mauricio Surco 39
Estrategias de Desarrollo de Software y su Impacto en Empresas del Sector .....................................................................................................................Gabriel Morales/ David Rodriguez 47
Bioacumulación de Cobre en Frijoles .................................Elvis Llantoy/ Hernán Zapata 53
Casos de Adaptación de Tecnologías Agrícolas en Países Latinoamericanos .................................................................................................................................................................................Luis Suárez 61
Tratamiento de Bioestimulación Aplicado a Suelos Contaminados con Hidrocarburos ................................................................................................................ Huguez Ames/ Lizardo Visitación/.......................................................................................................................................Rosa Altuna/ Lena Téllez 67
Validación de un Cuestionario para Medir el Rendimiento Académico .........................................................................................................................................................................................Silvia Espinoza 75
Editor en Jefe:Narciso Arméstar, Tecsup
Comité editorial:Aurelio Arbildo, Inducontrol; Jorge Bastante, Tecsup; Elena Flores, Cementos Pacasmayo; Carlos Hernández, Alicorp; Mayra Pinedo, Tecsup; Jack Vainstein, Vainstein Ingenieros
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Colaboradores:J. Albino, Rosa Altuna, Heinz Amenitsch, Huguez Ames, Crispin H.W Barnes, Angel Bustamante, Juan Cuba, Néstor Enriquez, Silvia Espinoza, Benito Juárez, Lizbet León, Elvis Llantoy, Melchor Llosa, Maria Teresa Mendoza, Gabriel Morales, César Nunura, David Rodriguez, Luis de los Santos, Luis Suárez, Mauricio Surco, Lena Téllez, Lizardo Visitación, Hernán Zapata
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Diseño y diagramación:OT Marketing Publicitario
ImpresiónTarea Asociación Gráfica EducativaPasaje María Auxiliadora 156 – 164 Lima 5 – Perú
Hecho el Depósito Legal en la Biblioteca Nacional del Perú: 2007-04706
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cuando se cite la fuente. Publicación indexada en Latindex
Nota Las ideas y opiniones contenidas en los artículos son de responsabilidad de sus autores y no refleja necesariamente el pensamiento de nuestra institución.
EDITORIAL
Este 2014 es el octavo año de publicación de nuestra revista, y de celebración de los 30 años
de creación de Tecsup, institución a la cual pertenece I + i.
A lo largo de este tiempo hemos publicado 110 artículos y en este número ofrecemos 11 más.
Desde la primera edición de I + i la contribución de nuestra revista ha estado alineada con los
objetivos de la organización de transformar personas y empresas a través de la educación en
tecnología y apoyar el liderazgo de la institución en la producción y difusión de conocimiento.
La novedad de este volumen es la incorporación de los artículos de dos egresados de Tec-
sup; de las carreras de Procesos Químicos y Metalúrgicos y de Mantenimiento de Maquinaria
Pesada. Además, cuenta con dos artículos de colegas de nuestra sede de Arequipa y uno de
investigadores de nuestra universidad UTEC. Asimismo participan investigadores asociados
de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Universidad de Cambridge, Universidad de
Brasilia, de la Universidad Federal de Pernambuco y del laboratorio internacional Elettra Sin-
crotrone, Trieste. Por último, incluimos también la colaboración con la Universidad Nacional
Agraria de la Molina. Debemos resaltar igualmente que en este número colaboran con nues-
tros estudios empresas asociadas al tema de investigación, tenemos así el caso de Cosapisoft
y Fab Lab Perú.
En este ejemplar de celebración de nuestro 30 aniversario, deseamos que disfruten de cada
uno de estos artículos y asumimos el reto de seguir siendo un vehículo de información tec-
nológica y científica, y de difusión de resultados de las investigaciones aplicadas que puedan
aportar a sus empresas y a su desarrollo profesional.
El Comité Editorial
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Caracterización de fundición nodular tratada por austempering en diferentes condiciones de
enfriamiento
Characterization of Nodular Cast Iron Treaty for Austempering in Different Cooling Conditions
Resumen
Es un estudio sobre la microestructura resultante del proceso
de tratamiento isotérmico aplicado a una fundición nodular
clase ASTM 65-45-12. Esta es obtenida a diferentes tempera-
turas de austempering (390 °C y 420 °C) con tiempos de tra-
tamiento variables (30, 60 y 120 minutos) a fin de observar la
alteración microestructural y consecuentemente la dureza re-
sultante. Finalmente, se determinan las mejores condiciones
de tratamiento térmico que favorecen la optimización de pro-
piedades mecánicas para la posterior aplicación del material.
Abstract
This paper refers to the resulting microstructure of the isother-
mal treatment applied to a nodular cast iron class ASTM 65-45-
12. This is obtained at different temperatures of austempering
(390 °C and 420 °C) and varying times (30, 60 and 120 seconds)
to evaluate the microstructural changes and their correspon-
ding hardness. Also it was determined the best heat condi-
tions to optimized the mechanical properties of the material
for its application.
Palabras claves
Austempering, enfriamiento, fundición nodular.
Key words
Austempering, cooling, nodular cast iron.
INTRODUCCIÓN
Debido a la fragilidad que presentan tanto el hierro fundido
blanco como el gris común, no pueden ser empleados en la
fabricación de piezas sujetas a impactos, o a eventuales defor-
maciones sin sufrir ruptura. El primero, por causa de la cemen-
tita, que es dura y frágil; y el segundo, debido a las venas de
grafito, cuya morfología favorece la nucleación y propagación
de grietas en la microestructura, ver figura1(a) y 1(b).
(a)
(b)
Figura 1: Fundición gris. En (a), 200x. Se observan las venas de grafito
(regiones oscuras). En (b), 800x. Grafito en venas con una mayor
cantidad de perlita y algunas áreas de ferrita y steadita (áreas blancas).
Ataque: Pícrico. (Adaptado de [1]).
Para solucionarlo, fundiciones grises fueron sometidas a trata-
mientos térmicos de recocido o maleabilización para esferoidi-
zar (nódulos) las venas de grafito y, de esa manera, disminuir la
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baja tenacidad de la aleación. Sin embargo, estos tratamientos
se tornaron caros debido a que podían demorar varios días
[1]. Por ello surgió la posibilidad de conseguir la precipitación
de grafito directamente en nódulos en lugar de venas, desde
el proceso de fundición sin necesidad de maleabilización. Na-
cían, así, las fundiciones nodulares. La figura 2 muestra la mi-
croestructura bruta de solidificación de esta aleación.
Figura 2: Fundición nodular. Nódulos de grafito en lugar de venas. Ata-
que: Pícrico. Aumento: 150x. Adaptado de [1].
El objetivo del presente trabajo es la obtención de una fun-
dición gris nodular tratada por austempering (ADI – Austem-
pered Ductil Iron) mediante transformación isotérmica en
Zn-Al líquido. La microestructura resultante es conocida como
ausferrita, compuesta por austenita de alto carbono y ferrita
acicular.
FUNDAMENTOS
La fundición gris nodular tratada por austempering (ADI) de-
bido a su microestructura ausferrita, anteriormente menciona-
da, presenta elevados valores de resistencia mecánica, ductili-
dad, resistencia al impacto y al desgaste, lo que le proporciona
gran flexibilidad para la creación y fabricación de piezas [2].
En comparación a la fundición nodular sin tratamiento de aus-
tempering es dos veces más resistente a la tracción. Asimismo
si se compara con algunos aceros, posee igual o superior re-
sistencia a la fatiga, mayor capacidad de amortiguamiento a
la vibración, mayor elongación, 10% más leve que los aceros y
100% reciclable, al punto que varios autores [3] lo consideran
una alternativa ecológica. Por estas propiedades, el ADI es usa-
do ampliamente en muchas aplicaciones estructurales de las
industrias automovilística, bélica, maquinaria agrícola, entre
otras [4, 5]. Además, mediante la optimización de geometrías
de corte, se han conseguido aumentos de 70% de vida útil en
las herramientas para un mecanizado más eficiente [6]. La fi-
gura 3 muestra un comparativo de resistencia a la tracción en
función de la microestructura.
(a)
(b)
Figura 3: Resistencia a la tracción versus elongación del ADI en compa-
ración con otros materiales. En (a) para las matrices perlítica, ferrítica,
martensítica y ausferrítica (ADI). En (b) en comparación con otros ferro-
sos y no ferrosos. Adaptado de [3] y [4].
Otros autores [7] han realizado tratamientos de austempering
a temperaturas de austenitización de 900 °C por 90 minutos y
enfriados en baños de sal a temperaturas de 360 °C, 380 °C y
400 °C por 120 minutos y han testado la maquinabilidad a tra-
vés de corte eléctrico usando electrodos de cobre. Esta alea-
ción nodular presenta un excelente endurecimiento por tem-
ple, y puede alcanzar valores de dureza de hasta 580 HB [8]. Sin
embargo, aún debe ser estudiado el efecto de esta ganancia
en dureza para que la tenacidad del material no sea afectada.
Para el tratamiento de austempering el material necesita ser
austenitizado, enfriado rápidamente hasta la temperatura de
austempering y mantenido en esa temperatura por un cierto
tiempo [9].
En la figura 4 se muestra el proceso de austempering [6]. Se-
gún este tratamiento, el objetivo es obtener de la estructura
ausferrita las propiedades anteriormente mencionadas.
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Figura 4: Tratamiento térmico de austempering para la obtención de la
fundición ADI. Adaptado de [6].
METODOLOGÍA
Para los análisis fue utilizada la fundición nodular ASTM 45-12,
cuya composición química se verificó por medio de la espec-
trometría de emisión óptica (OES), que determinó los elemen-
tos y las cantidades presentadas en la tabla I.
%C %Si %Mg %Al %Mn %Cu
3,65 2,78 0,041 0,003 0,26 0,08
TABLA I. Composición química la fundición ASTM45-12
Las muestras fueron retiradas de piezas (horquillas y ojales de
sujeción de cintas) fundidas en arena verde a 1420 °C, nodu-
lizadas con Fe-Si-Mg. Los análisis metalográficos se realizaron
en las secciones transversales de las piezas, según procedi-
mientos de la norma ASTM E3-01 y atacadas químicamente
con Nital 3% [10]. También se levantaron los datos de dureza
en la condición bruta y postratamiento térmico, de acuerdo a
la ASTM (E10-07a) [11, 12]. La figura 5 muestra las imágenes de
dichas piezas.
Figura 5. Piezas fundidas analizadas. Horquilla (Izquierda) y Ojal
(Derecha) destacando las regiones donde fueron realizadas las análisis
metalográficas y dureza.
Luego de caracterizar las piezas fundidas, fueron tratadas
térmicamente por austempering. Se utilizaron temperaturas
de austenitización de 850 °C y 900 °C por un intervalo de 60
minutos en horno resistivo tipo mufla con atmósfera contro-
lada en carbono, y temperaturas de austempering de 390 °C
y 420 °C, por intervalos de 30, 60 y 90 minutos en Zn-Al fundi-
do. En todas las etapas, las temperaturas fueron controladas
con termocuplas tipo K y sistema de adquisición de datos. La
figura 6 presenta un flujograma resumido del procedimiento
de tratamiento térmico. La figura 7 muestra las imágenes del
horno tipo mufla para la austenitización y del horno tipo pozo
empleado para la fusión del baño de Zn-Al.
Figura 6. Flujograma de tratamiento térmico.
(a)
(b)
Figura 7. Hornos usados para los tratamientos térmicos de las piezas. En
(a), tipo mufla para austenitización. En (b), tipo pozo para austempering.
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RESULTADOS
A. Análisis Metalográficas
Luego de cortar las piezas, las secciones transversales fue-
ron analizadas en microscopia óptica. En la secuencia se
presentan las microestructuras reveladas para cada condi-
ción (figuras de 8 a 13).
Para la condición bruta de fundición (figura 8) se observa
una matriz perlítica con regiones ferríticas alrededor de los
nódulos de grafito homogéneamente distribuidos y con
tamaño y morfología similares. Dureza de 239 HB.
(a)
(b)
Figura 8: Microestructura en la condición bruta de fundición. En (a)
200x. En (b), 1000x. Ataque: nital 3%.
La figura 9 muestra la microestructura para la temperatura
de austenitización de 900 °C y condición de austempering
a 390 °C con tiempo de 30 minutos. Como se observa, se
obtuvo una matriz homogénea entre la superficie y el nú-
cleo de la muestra, con microestructura conocida como
ausferrita. Sin embargo, con algunas regiones que presen-
tan granos irregulares y no aciculares.
En las figura 10 y figura 11 se aprecian las microestructuras
de la condición austenitizada a 900 °C y con austempering
a 390 °C con tiempo de 60 y 90 minutos, respectivamente,
resultando en una matriz ausferrítica y homogénea.
(a)
(b)
Figura 9: Microestructura en la condición: austenitizada a 900 °C. Austempe-
ring a 390 °C por 30 minutos. En (a) 200x. En (b), 1000x. Ataque: nital 3%.
También fue analizada una temperatura de austempering
más elevada (420 °C) para verificar si esta modificaría la es-
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tructura (figura 12) en relación a la temperatura de 390 °C,
se mantuvo el mismo tiempo de 60 minutos.
Al comparar las microestructuras de las figuras 10, 11 y
12 se nota una semejanza tanto en la periferia como en el
núcleo de las muestras. En la temperatura más alta de la
matriz se encuentra más refinada y acicular.
(a)
(b)
Figura 10: Microestructura en la condición: austenitizada a 900 °C. Aus-
tempering a 390 °C por 60 minutos. En (a) 200x. En (b), 1000x. Ataque:
nital
3%.
(a)
(b)
Figura 11: Microestructura en la condición: austenitizada a 900 °C. Aus-
tempering a 390 °C por 90 minutos. En (a) 200x. En (b), 1000x. Ataque:
nital 3%.
(a)
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(b)
Figura 12: Microestructura en la condición: austenitizada a 900 °C. Aus-
tempering a 420 °C por 60 minutos. En (a) 200x. En (b), 1000x. Ataque:
nital 3%.
Para la condición austenitizada a 850 °C y austempering a
390 °C por 60 minutos (figura 13) se observa una matriz he-
terogénea con formación parcial de ausferrita y regiones
de perlita no disueltas.
(a)
(b)
Figura 13: Microestructura en la condición: austenitizada a 850 °C. Aus-
tempering a 390 °C por 60 minutos. En (a) 200x. En (b), 1000x. Ataque:
nital 3%.
B. Análisis de dureza
La tabla II muestra un resumen de los valores de dureza
Brinell (esfera 2,5 mm, carga 1875 N) en todas las condicio-
nes analizadas; además, la figura 14 muestra las microdu-
rezas HV en las fases puntuales.
Condición HB
900°C/390°C – 30 min. 306
900°C/390°C – 60 min. 321
900°C/390°C – 90 min. 298
900°C/420°C – 60 min. 330
850°C/390°C – 60 min. 262
TABLA II. Durezas para cada condición de tratamiento.
Figura 14: Perfil de microdurezas de las fases de ausferrita en función de
las temperaturas y tiempos de tratamiento.
CONCLUSIONES
El uso de la aleación fundida a base de Zn-Al permitió la rea-
lización, de manera satisfactoria de los tratamientos térmicos
de austempering, en temperaturas entre 390 °C y 420 °C, ob-
teniéndose de esta manera la microestructura ausferrítica.
La temperatura de austenitización de 850 °C fue insuficiente
para la completa austenitización. Sí tuvo éxito la de 900°C.
Las microestructuras resultantes y los ensayos de dureza per-
mitieron determinar la mejor condición de tratamientos de
austenitización de 900 °C y austempering a 390 °C por 60 mi-
nutos.
El baño de Zn-Al puede ser sustituido por el uso de polímeros
líquidos para evitar fundir metales que emiten gases nocivos
durante el tratamiento.
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Los ensayos de resistencia a la tracción complementaran el
análisis de esta microestructura para que pueda ser aplicada
en elementos de máquinas que exijan mejores propiedades
mecánicas.
REFERENCIAS
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Mención: Ingeniería mecánica. Post Graduación en Inge-
niería Mecánica, Universidad de Federal de Minas Gerais-
UFMG, Belo Horizonte, Brasil.
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cia e ingeniería de materiales. Post Graduación en Cien-
cia e Ingeniería de Materiales, Universidade Federal de
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fundición gris Tratada por Austempering (ADI) Sujeto a Car-
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Doctor. Escuela de Ingeniería, Universidade Federal de
Minas Gerais UFMG, Belo Horizonte, Brasil.
[6] Arft, M., & Klock, F. (2013). High Performance Turning of
Austempered Ductile Iron (ADI) with adapted Cutting In-
serts. Procedia CIRP, 8, 129–134.
[7] Kumar, K., & Hariharan, P. (2013). Experimental Determi-
nation of Machining Responses in Machining Austem-
pered Ductile Iron (ADI). Procedia Engineering, 64, 1495
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[8] Fernandino, D., Massone, J., & Boeri, R. (2013). Characte-
rization of the Austemperability of Partially Austenitized
Ductile Iron. Journal of Materials Processing Technology,
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[9] Guesser, W. (2009). Propiedades Mecánicas de los Hierros
Fundidos. São Paulo: Editora Blucher.
[10] ASTM Standard E3-01 (2001). Standard Guide for Prepara-
tion of Metallographic Specimens.
[11] ASTM Standard E10-07 (2007). Standard Test Methods for
Brinell Hardness of Metallic Materials.
[12] ASTM Standard E384-99 (2000). Standard Test Method
for Microindentation Hardness of Materials.
ACERCA DEL AUTOR
César Nunura Nunura
Es graduado en Ingeniería Mecánica y titulado por la Pontificia
Universidad Católica de Río Grande do Sul (PUCRS - BRASIL).
Posee maestría en Ingeniería de Procesos de Fabricación por
la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS – BRASIL).
Doctorado en Ingeniería de Materiales por la Pontificia Univer-
sidad Católica de Río Grande do Sul (PUCRS - BRASIL). También
es técnico en Mantenimiento Industrial por el Senati de Lima.
Tiene experiencia en el área de Análisis Numérico en Transfe-
rencia de Calor, Materiales, Metalurgia Física e Investigación
Científica. Es investigador del CNPq (Conselho Nacional de
Desenvolvimento Científico e Tecnológico del Brasil)
Agradecimientos:
El autor agradece la colaboración del Dr. Carlos Alexandre dos
Santos de la PUCRS del Brasil por el apoyo brindado a este
estudio, así como al Conselho Nacional de Desenvolvimento
Científico e Tecnológico CNPq del Brasil. Agradece, también, a
Tecsup por las oportunidades profesionales concedidas, y en
especial a los ingenieros Javier Ganoza (Maquinaria de Plan-
ta – Tecsup) por el incentivo constante a la investigación y a
César Lecaros (Maquinaria de Planta – Tecsup) por las discu-
siones técnicas pertinentes. A Janeth, Alessandra, Rolando y a
la ingeniosa Manuela, quienes siempre incentivan a presentar
trabajos cada vez mejores.
Original recibido: 15 de abril 2014
Aceptado para publicación: 18 de junio 2014
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Preparación de nanoesferas huecas de hematita para el tratamiento del cáncer
Preparation of Hollow Nanospheres of Hematie for Cancer Treatment
Resumen
En este trabajo se describe la preparación y caracterización
de esferas huecas de hematita (α- Fe2O
3) y su uso potencial
en el encapsulamiento de fármacos. La preparación se realizó
mediante el método sol-gel y calcinado. Nitrato férrico y ácido
cítrico fueron dispersos en solución acuosa para formar el gel
precursor de hidróxido de hierro amorfo y se oxidó mediante
recocido a 600 ºC por 12 horas. Para la caracterización estruc-
tural se empleo la difracción de rayos X, que confirmó la forma-
ción de una única fase de hematita. Este proceso de formación
también fue estudiado mediante análisis termogravimétrico
y espectroscopía de rayos X a ángulos menores. Imágenes
de microscopía electrónica de barrido revelaron la formación
de esferas huecas de 800 nm de diámetro interior y ~60 nm
de espesor. El proceso de formación de dichas esferas huecas
durante el recocido se discutió en términos de los efectos de
maduración de Ostwald y Kirkendall”. Medidas magnéticas
indican claramente la transición Morín en estas muestras de
esferas huecas.
Los resultados sugieren que las nano esferas huecas obtenidas
en este trabajo son prometedoras para aplicaciones de encap-
sulación farmacológica.
Abstract
In this work, we report the preparation and characterization
of hollow spheres of hematite (α- Fe2O
3) and discuss its po-
tential use in the encapsulation of drugs. The preparation was
performed by the sol-gel method and annealing. Ferric nitrate
and citric acid were diluted in water to form the precursor gel
consisting of amorphous iron hydroxide which was oxidized
by annealing at 600° C for 12 hours. The structural characteriza-
tion was done by X-ray diffraction which confirmed the forma-
tion of pure hematite phase. The hematite generation process
was also studied by thermogravimetric and small angle X-ray
spectroscopy analysis. The morphology of the sample was
analyzed by scanning electronic microscopy, observing that
it consists on hollow spheres with ~800 nm in inner diameter
and ~60 nm thick. The formation of the hollow spheres is dis-
cussed in terms of the Ostwald ripening and Kirkendall effects.
The magnetic measurements obtained in a magnetometer
clearly show the Morin transition which is a typical property
of hematite.
The results suggest that hollow nano spheres obtained in this
work are promising for applications in drug encapsulation.
La aplicación de la nanotecnología en medicina ha recibido
considerable atención en los últimos años [1]. Al respecto,
un especial interés ha sido puesto en el uso de nanoestruc-
turas de óxido de hierro en el tratamiento del cáncer debido
a su no toxicidad, biocompatibilidad, bajo costo, abundancia,
poca densidad, permeabilidad y facilidad para ser controladas
mediante campos magnéticos [2-8]. En el caso de estructuras
huecas de óxido de hierro, estas podrían ser empleadas me-
diante la técnica de drug delivery, para encapsular fármacos
anticancerosos [9]. Estas drogas serían así trasladadas a través
de los vasos sanguíneos hacia el tumor maligno. Además, por
su carácter magnético, estas cápsulas podrían ser guiadas con
la aplicación de un campo magnético externo [11].
Silvia Espinoza, Tecsup / L. de los Santos, University of Cambridge L. León-Félix, Universidade de Brasília / A. Bustamante, UNMSM
H. Amenitsch, Elettra Sincrotrone / J. Albino, Universidad Federal de Pernambuco C.H. W. Barnes, University of Cambridge
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Se han desarrollado técnicas para la obtención de nanoes-
tructuras huecas mediante el uso de plantillas. Para el caso
de geometrías esféricas, usualmente se siguen cuatro pasos
principales [12] (ver figura 1): (1) Se seleccionan nanopartícu-
las de carbono, metálicas u óxidos metálicos para ser usados
como plantillas; (2). Se modifica la superficie de estas planti-
llas para conseguir propiedades de superficie favorables para
su recubrimiento; (3). Se recubren las plantillas esféricas con
el material deseado, siempre y cuando se haya logrado la ad-
hesión con el sustrato. En caso de incompatibilidad entre el
material de la superficie de la plantilla y la cáscara, antes del
recubrimiento se recurre a la funcionalización o modificación
de la plantilla (por ejemplo, cargas electrostáticas) [13]. (4) Fi-
nalmente, se eliminan selectivamente las plantillas para dejar
libres las esferas (cáscaras) huecas. Este proceso implica el gra-
bado selectivo de la plantilla en disolventes o, muchas veces,
la calcinación de las muestras a altas temperaturas.
42 31
Figura 1: Ilustración esquemática del proceso de obtención de esferas
huecas con el uso de plantillas. Pasos: 1. Plantilla esférica; 2. Modifica-
ción de la superficie; 3. Recubrimiento; 4. Eliminación de la plantilla.
Fuente: Elaboración propia
Los procesos para la obtención de esferas huecas basados en
el uso de plantillas tienen varias desventajas intrínsecas, desde
la dificultad inherente de lograr altos rendimientos en las múl-
tiples etapas de síntesis hasta la falta de robustez estructural
de las cáscaras para soportar la eliminación de la plantilla. Por
ello, se requiere gran cuidado para evitar el colapso de las cás-
caras, en especial durante esta última. Particularmente, cuan-
do se utiliza un disolvente orgánico para disolver la plantilla
(comúnmente hecha de látex) debe procederse con precau-
ción, pues la hinchazón del polímero puede causar la ruptura
de la cáscara [14].
Recientemente se han desarrollado nuevas técnicas para la
preparación de nanoesferas huecas sin la necesidad de plan-
tillas; dos de las más destacadas se basan en:
I) El efecto de maduración de Ostwald [15] y [16].
Aprovecha la precipitación de soles en una solución que,
con el tiempo, se autoensamblan para formar nanoesferas
cuasinestables. Luego de inducir la cristalización de sus
superficies (mediante el uso selectivo de la solución o el
incremento de la temperatura) las nanoesferas se disuel-
van y queda solo la cáscara cristalina.
II) El efecto Kirkendall [17].
Utiliza la diferencia en las tasas de difusión entre dos me-
dios para que se formen espacios vacíos cerca a la inter-
fase. Estos espacios vacíos crecen a fin de compensar el
flujo de masa que se da en una dirección, lo genera la cavi-
dad interna. Pueden seleccionarse medios con geometría
esférica en soluciones. La formación de espacios huecos
que se desarrolla en el medio esférico difiere material a
la solución. Es por eso que, algunas veces, se refiere a este
método como método de plantillas de sacrificio [12].
En este trabajo se describe la preparación de nanoesferas hue-
cas de hematita sin el uso de plantillas que se aplican en el
tratamiento del cáncer. El proceso consiste en formar un pre-
cursor base de hidróxido de hierro con el método sol-gel y la
respectiva oxidación térmica. El producto obtenido es carac-
terizado mediante termogravimetría, microscopía electrónica
de barrido, difracción de rayos X y espectroscopía de rayos X
a ángulos pequeños. La formación de las esferas huecas se
analiza en términos de los efectos maduración de Ostwald y
Kirkendall.
Este artículo presenta los resultados parciales obtenidos has-
ta el momento del proyecto de cooperación entre diferentes
centros de investigación como la Universidad Nacional Mayor
de San Marcos, TECSUP, Universidad de Cambridge, Sincrotrón
Elettra de Italia, Universidad Federal de Pernambuco y Univer-
sidad de Brasilia.
EXPERIMENTAL
En la figura 2 se muestra el diagrama de flujo del proceso de la
preparación de las esferas huecas de hematina por el método
de sol-gel seguido por un calcinado a 600 °C como se detalla
a continuación.
Síntesis
Se llevó a cabo en el Departamento de Física de la Univer-
sidad Federal de Pernambuco, Brasil. El proceso se inició
con la suspensión coloidal de nitrato férrico nonahidratado
(Fe (NO3)
39H
2O) y ácido cítrico mono hidratado (C
6H
8O
7.H
2O)
en solución acuosa [18]. El ácido cítrico es usado debido a su
acción en la formación y el crecimiento de nanoestructuras de
óxidos de hierro [19].
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Figura 2: Diagrama de flujo describiendo las etapas más importantes
seguidas para la preparación de esferas huecas de hematita.
Fuente: Elaboración propia
Luego, la solución fue colocada en un agitador magnético a 350
rpm a temperatura constante de 70 ºC durante 24 horas para
evaporar los residuos de ácido y agua y así formar el gel.
Secado
El gel se almacenó en una estufa durante dos días a 40 ºC para
eliminar completamente cualquier residuo y posibles impure-
zas formadas por hidrólisis.
Oxidación
La oxidación térmica se llevó a cabo en un horno tubular mar-
ca Lenton LTF-PTF (modelo 16/610). El precursor fue recocido
en aire a 600 ºC por 8 horas. Las velocidades de calcinamiento
y enfriamiento fueron ambas de 3 ºC/min [18].
Caracterización
Las propiedades estructurales de la muestra obtenida fueron
caracterizadas en las instituciones colaboradoras:
(I) Universidad Nacional Mayor de San Marcos (Perú), me-
diante difracción de rayos X (DRX) en un equipo Bruker
D8 con la radiación Kα1 del Cu (λ =1,54056 Å), y análisis
termogravimétrico en atmósfera de argón en un equipo
Linseis (velocidad de calcinado de 10 °C/min hasta alcan-
zar 570 °C).
(II) Sincrotón Elettra, Trieste, Italia a través de espectroscopía
de rayos X a ángulos menores (SAXS) [20].
(III) Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge
mediante las medidas obtenidas en un magnetómetro
DC-MPMS-SQUID y la respectiva toma de imágenes a tra-
vés con un microscopio electrónico de barrido (MEB) XL30
que emplea electrones secundarios generados al aplicar 5
kV.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Termogravimetría
La figura 3 muestra la medición termogravimétrica (TG y DTA)
del precursor obtenido por el método sol-gel. Hay dos fuertes
picos endotérmicos sobre el DTA, entre 150 °C y 200 °C, que
indican un mecanismo de dos pasos en la deshidratación del
precursor. Entre 150 y 350 ºC se detecta la pérdida de masa
asociada con los iones OH- de la muestra. El pico exotérmico
débil detectado a ~380 ºC en la trama DTA es asignado a la
transición hematita [22]. Esta transición podría estar acompa-
ñada por el crecimiento del cristalito [23].
Morfología
La figura 4 corresponde a las imágenes recogidas por MEB de
las muestras antes y después del recocido. La figura 4 (a) mues-
tra la morfología sobre el precursor obtenido inmediatamente
después de proceso sol-gel y antes del tratamiento térmico.
Se observa una combinación de los elementos de partida sin
morfología específica. Las figuras 4 (b) y 4 (c) presentan las
micrografías de las muestras después del tratamiento térmico
a 600 °C.
Figura 3: Análisis termogravimétrico de la muestra hasta 570 °C.
Fuente: Elaboración propia
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En la figura 4 (b) se evidencian las esferas formadas, con diá-
metros exteriores poco mayores a 1 µm, mientras que la figura
4 (c) corresponde la microfotografía de una esfera rota la cual
permite observar directamente la cavidad interna. El espesor
de la cáscara es de aproximadamente 200 nm, mientras que el
diámetro interno, de 800 nm.
El proceso de formación de las esferas huecas resultado de
este trabajo todavía se encuentra bajo discusión. Sin embar-
go, podemos asegurar que al inicio de la preparación ocurre la
hidrolización de los iones de hierro y nitrato. La figura 4 (a) no
muestra evidencias de esferas formadas mediante el efecto de
maduración de Ostwald, ni de espacios vacíos que indiquen la
presencia del efecto Kirkendall. Por lo tanto, las esferas huecas
se generan en el proceso de calcinación.
Si se asume que durante el recocido de la muestra actúa el
efecto de maduración de Ostwald, entonces el aumento de
temperatura promovería la adsorción y oxidación del nitrato
(NO3
-) en las superficies de las zonas ‘maduras’. Se formarían
así zonas esféricas con bordes oxidados. Similares trabajos
sobre la adsorción de otros aniones, como fosfato (PO4
3-) y
sulfato (SO4
2-)en óxidos de hierro han sido reportados a fin de
explicar los estados iniciales en la formación de esferas huecas
[24] y [25]. El recocido a temperaturas altas (600 ºC como en el
presente trabajo) incrementa la oxidación y cristalización de
la superficie de las esferas así como la evaporación del interior
húmedo. Las figuras 4 (b) y 4 (c) muestras algunos poros en las
superficies de las esferas que sugieran el proceso de evacua-
ción del interior.
En contraposición, si suponemos que en vez de zonas madu-
ras, se forman zonas vacías (efecto Kirkendall), entonces el pro-
ceso se concentra en la dinámica de estas últimas. De ser así,
el aumento de temperatura favorece al proceso de difusión
entre zonas con diferentes densidades en el gel. El efecto Kir-
kendall se desarrollaría preferentemente alrededor de zonas
con impurezas, específicamente cerca de las fronteras con el
gel ‘puro’, pues ahí existe mayor diferencia en la concentra-
ción de átomos. De manera similar al caso anterior, el recocido
a temperaturas altas (~ 600 ºC) incrementa el tamaño de las
zonas vacías, así como la oxidación y cristalización de las fron-
teras. Pero, a diferencia del primer caso, los poros observados
en las figuras 4 (b) y 4 (c) señalarían las zonas donde se produjo
mayor difusión.
Difracción de rayos X
En la figura 5 se observa el patrón de difracción de rayos-X de
la muestra obtenida luego del calcinado a 600 °C. La oxidación
se estabiliza en hematita, la cual es identificada por sus res-
pectivos índices de Miller. El tamaño medio de los cristalitos
de hematita que forman la cáscara es estimado a partir de la
línea-anchura de las principales reflexiones mediante la ecua-
ción de Scherrer, la cual revela que el diámetro promedio de
los cristales es de 48 nm [19].
Trabajos similares realizados por otros autores confirman que
tratamientos térmicos con oxígeno alrededor de 600° C son
suficientes para obtener una fase pura α-Fe2O
3 como fue re-
portado [18].
Figura 4: Microfotografía por MEB de la muestra obtenida antes (a) y
después del recocido a 600 ºC (b y c).
Fuente: Elaboración propia
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SAXS
En la figura 6 se grafica el patrón de dispersión de rayos X a
bajos ángulos de la muestra, tomado cada 20 segundos. Los
datos fueron capturados in situ durante el calentamiento del
precursor, desde 30 °C hasta 525 °C, con una rampa de calen-
tamiento de 3 ºC/min. Notar que en la mayoría de curvas, se
produce un cambio brusco en las intensidades del vector de
dispersión a 2-3 nm-1, indicando el crecimiento de grano debi-
do al calentamiento.
Figura 5: Difracción de rayos X de las microesferas huecas de hematita
obtenidas mediante el método sol - gel y recocido a 600 °C [19].
Fuente: Elaboración propia
Figura 6: Patrón de dispersión SAXS de la muestra tomada durante su
calentamiento entre 30 a 525 ºC.
Fuente: Elaboración propia
Figura 7: Longitud de correlación con respecto al tiempo calculado a
partir de los datos mostrados en la figura 3.
Fuente: Elaboración propia
La figura 7 muestra la longitud de correlación calculada a par-
tir de los datos de SAXS exhibidos en la figura 3 con respecto al
tiempo. Es evidente el crecimiento de grano después de 100
minutos.
Magnetometría
La figura 8 representa la respuesta del momento magnético de
la muestra con respecto a la temperatura. Los datos fueron ob-
tenidos en modos de “enfriamiento sin campo aplicado”(ZFC)
y ‘enfriamiento con campo aplicado’ (FC) bajo un campo mag-
nético externo de 1 kOe.
Figura 8: Magnetización de muestras oxidadas a 873 K.
Fuente: Elaboración propia
La estructura básica del ordenamiento de los espines de la
hematita es antiferromagnética. Sin embargo, por encima de
cierta temperatura se produce un débil ferromagnetismo pa-
rasitario. La temperatura exacta de dicha transición es llamada
transición o temperatura de Morin (TM). Esta temperatura de-
pende de una serie de variables: tamaño de grano, sustitución
de cationes, defectos en la red (que conducen a la deforma-
ción), presión, campo externo aplicado, etc. [10].
Bowles & Jackson [11] reportan que para la hematita pura,
TM ≈ 262 K. Como se observa en la figura, la dependencia de
M(T) de las esferas huecas de hematita muestra histéresis tér-
mica cercana a la transición de Morin. Sin embargo, las tempe-
raturas de transición tomadas de los bucles ZFC y FC difieren
en 13 K, lo que implica una anisotropía magnética lo cual de-
muestra el buen comportamiento magnético de las nanopar-
tículas de hematita.
Recientemente, se están innovando métodos libres de plan-
tilla sobre la base de mecanismos para la preparación de es-
tructuras huecas de diversos materiales y una amplia gama de
tamaños. Sin embargo, hay que señalar que se debe también
buscar la alta calidad de estas (uniformidad, tamaño, aglo-
meración controlada, etc). Nuestro equipo de investigadores
trabaja actualmente en el mejoramiento de esta técnica para
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producir dichas estructuras huecas a escala comercial para
aplicaciones en el ámbito biomédico, medio ambiental, de
micro-sensores, etc. [25- 27].
Los avances obtenidos en este proyecto de investigación son
permanentemente informados a la comunidad científica in-
ternacional. Próximamente será presentado en la Conferencia
Mundial de Nanomateriales NANO 2014 que se llevará a cabo
en Moscú en julio del 2014.
CONCLUSIONES
Esferas huecas de α-Fe2O
3 submicrométricas fueron prepara-
das con la técnica de sol-gel y recocido a 600 ºC [18]. Medidas
magnéticas corroboran su buen comportamiento magnético
(transición de Morin TM≈262 K) típico de la hematita bulk. Se
obtuvieron esferas huecas con diámetro exterior un poco ma-
yor de 1 µm y diámetro interior ~800 nm. Las cáscaras de las
esferas contienen cristalitos de hematita de ~ 48 nm de diá-
metro. El mecanismo exacto para la formación de las esferas
huecas durante el recocido está aún en debate. Sin embargo,
la técnica reportada en este trabajo es promisoria para la pre-
paración industrial de esferas huecas de hematita y su aplica-
ción en medicina.
Es importante destacar que este trabajo ocupó el primer lugar
entre más de trescientas presentaciones en el Congreso Mun-
dial de Nanomateriales Nano 2012 realizado en Rhodas, Grecia.
REFERENCIAS
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technology: Application of Nanotechnology in Cancer
[13] Xu, X., Asher, S., & Am. J. (2004). Synthesis and Utiliza-
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[14] G. J. Guan, Z. P. Zhang, Z. Y. Wang, B. H. Liu, D. M. Gao, C.,
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[16] H.C. Zeng, J. Mater (2006). Chem. 16 649.
[17] H.J. Fan, U. Gosele, M. Zacharias (2007). Small .3,1660-
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[18] Leon, L., Bustamante, A., Osorio, A., C Olarte, G., et al.
(2011). Synthesis and Characterization of Hollow ‐-Fe2O3
Sub-micron Spheres Srepared by sol–gel. Hyperfine Inte-
ract, 2002, 131-137.
[19] Ni, S., Lin, S., Pan, Q., Yang, F., et al.(2009). Synthesis of
Core–shell-Fe2O3 Hollow Micro-Spheres by a Simple
Two-step Process. Journal of Alloys and Compounds, 478,
876–879.
[20] Elettra and Fermi lightsources (2012). Recuperados el
20 de mayo de 2014 de: http://www.elettra.trieste.it/it/
on the Microstructure of Fe2O3 Nanocrystal Materials
Science and Engineering: A., 351, 224–227.
ACERCA DE LOS AUTORES
Silvia Espinoza Suárez.
Investigadora y Docente de TECSUP. Licenciada y maestrante
de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Especialista
en Materia Condensada. Sus investigaciones versan en la pre-
paración y caracterización de nanoestructuras para aplicacio-
nes en medicina. En 2012, su trabajo sobre la preparación de
esferas huecas de hematita fue reconocido como el mejor que
se presentó en el evento Nano 2012 en Rodas, Grecia.
Luis de los Santos Valladares.
Investigador asociado en la Universidad de Cambridge (Ingla-
terra). Licenciatura y Maestría en Física en la Universidad Na-
cional Mayor de San Marcos, PhD en la Universidad de Cam-
bridge, Post Doctorado en el Tokyo Institute of Technology
(Japón) y en la Universidad Federal de Pernambuco (Brasil). Sus
trabajos científicos son financiados por la Comisión Europea, el
Cambridge Overseas Trust, Capes (Brasil), la Sociedad Japonesa
para la Promoción de la Ciencia y el EPSRC (Inglaterra). Rea-
liza investigaciones en colaboración con los laboratorios: ISIS
(Oxford), Lund (Suecia), Elettra (Italia), Universidad de Nanyang
(Singapur), National Institute of Physics (Filipinas), entre otros.
Lizbet León Félix.
Estudió Física en la Universidad Nacional Mayor de San Marcos
y Maestría en Física en la Universidad de Brasilia. En el 2009 vi-
sitó la Universidad de Cambridge (Inglaterra) para llevar a cabo
investigaciones sobre la cristalización de películas delgadas de
oro y la fabricación de nanoelectrodos de níquel. Actualmente
realiza sus estudios de Doctorado en la Universidad de Brasilia,
donde desarrolla su trabajo de tesis en la preparación de na-
nopartículas de óxido de hierro recubiertas con oro.
Ángel Bustamante Domínguez.
Profesor Principal en la Facultad de Física de la Universidad
Nacional Mayor de San Marcos. Estudió Doctorado en Física en
el Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Rio de Janeiro, Brasil.
Tiene alrededor de cien publicaciones científicas nacionales e
internacionales entre artículos, capítulos de libros, tesis, etc. Ha
sido galardonado consecutivamente como mejor científico de
la Universidad Nacional Mayor de San Marcos durante los últi-
mos años. Actualmente es decano de la Facultad de Ciencias
Físicas de dicha universidad.
Heinz Amenitsch.
Líder del Grupo de dispersión de rayos X a ángulos pequeños
(SAXS) en el ramal “Luz de Austria” en el Sincrotrón Elettra,
Trieste. Estudios de Doctorado en neutrones y física del esta-
do sólido. Es investigador científico del Instituto de Biofísica y
Nanosistemas de Investigación de la Academia de Ciencias de
Austria. Es profesor de la Graz University of Technology.
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J. Albino Aguiar.
Profesor de la Universidad Federal de Pernambuco. Obtuvo el
Doctorado en dicha universidad y el Posdoctorado en el Labo-
ratorio Kamerlingh Onnes de la Universidad de Leiden, Holan-
da. Cuenta con más de doscientas publicaciones entre artículos,
libros, capítulos de libros y tesis. Ha sido múltiples veces direc-
tor del Departamento de Física y del Departamento de Ciencia
de los Materiales de la Universidad Federal de Pernambuco; así
como también encabeza el Laboratorio de Superconductivi-
dad y Materiales Avanzados de dicha universidad.
Crispin H. W. Barnes.
Ocupa el cargo de University Reader en la Universidad de
Cambridge y es miembro del Girton College de la misma casa
de estudios. Tiene más de doscientas publicaciones entre artí-
culos y capítulos de libros con índice h=27. Lidera el grupo de
investigación Thin Film Magnetism del Laboratorio Cavendish
en dicha universidad.
Original recibido: 27 de marzo 2014
Aceptado para publicación: 21 de mayo 2014
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Diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia
Frecuency response analysis in diagnosingof inductors
Resumen
Los inductores de potencia son muy utilizados en los sistemas
eléctricos de potencia (filtros, variadores, etc.). Por tal motivo,
el estudio de herramientas de monitoreo y diagnóstico que
impidan el retiro no planificado de dichos equipos es de mu-
cho interés para el sector eléctrico. En este trabajo se analiza la
respuesta en frecuencia aplicada a un inductor trifásico y tres
inductores monofásicos con características similares. Además,
se compara el comportamiento de un inductor monofásico con
un transformador monofásico de 400 VA. Para este análisis se
utilizó un barrido de frecuencias desde 1 kHz hasta 2 MHz en los
devanados del inductor, con el objetivo de establecer alguna
correlación entre fallas y parámetros modificados del inductor.
Abstract
The power inductors are widely used in electric power systems
(filters, drives, etc.). For this reason the study of diagnostic
tools to monitor and to prevent the unplanned withdrawal of
these components is interesting for the power sector. This pa-
per analyzes the frequency response applied to single-phase
and three-phase inductors with same characteristic; further-
more it compares the behavior of a single-phase inductor with
a single-phase transformer of 400 VA. For this analysis we aply
a frequency sweep from 1 kHz to 2 MHz to the windings of the
inductor, in order to explore a correlations between failures
and modified parameters of the inductor.
Palabras claves
Inductor, análisis de respuesta en frecuencia, ensayos de diag-
nóstico, fallas en devanados.
Key words
Inductor, frequency response analysis, diagnostic test, winding faults.
INTRODUCCIÓN
Los procedimientos de diagnóstico de inductores se realizan
por algunas de las siguientes razones:
- Obtener resultados de referencia que ayuden en la inter-
pretación de ensayos consecutivos.
- Diagnosticar problemas cuando el inductor muestra seña-
les fuera de los resultados de referencia.
- Determinar si el inductor está en condiciones de soportar
situaciones de operación no usuales.
- Mudar el mantenimiento basado en el tiempo para el
mantenimiento basado en la condición del inductor.
- Establecer su estado en la utilización con convertidores
estáticos de potencia, cuyo funcionamiento está en el ran-
go de algunas decenas de kHz.
El ensayo de respuesta en frecuencia realizado en este trabajo
consiste en la medición de la impedancia sobre un rango de
frecuencias (1kHz – 2 MHz). Se hacen mediciones en devana-
dos de inductores en buen estado, que sirven de referencia
para mediciones después de la ocurrencia de eventos.
Las fallas como los cortocircuitos, desplazamientos axiales, ra-
diales o longitudinales de los devanados causan alteraciones
en los devanados de los inductores, y varían sus parámetros:
resistivos, inductivos y capacitivos. Por consiguiente, el ensa-
yo SFRA (Sweep Frequency Response Analysis) debe indicar la
variación de la impedancia, lo que podrá ayudar en la identifi-
cación de daños del inductor.
La importancia de este trabajo radica en que aún no existe
una normalización específica para inductores, ni respecto a la
metodología para realizar el ensayo, ni respecto a la interpre-
tación de los resultados del ensayo.
DISEÑO DEL INDUCTOR
En este trabajo se diseñó y construyó un inductor trifásico con
núcleo de hierro, sobre el cual se realizaron los ensayos de res-
puesta en frecuencia.
Maria Teresa Mendoza, Tecsup/Néstor Enríquez, Tecsup
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MENDOZA, M., ENRIQUEZ, N., “Diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia”
Para el diseño del inductor se consideró los siguientes pará-
metros:
- Inductancia por bobina de 5 mH.
- Corriente máxima de 3 A.
- Inducción magnética de 12 000 gauss.
- Entrehierro de aire de 1 mm.
En la figura 1 se muestra los tres devanados del inductor con
núcleo de hierro construido para la realización de los ensayos.
Figura 1: Inductor con núcleo de hierro. Fuente: Elaboración propia
Para el diseño del número de espiras, se utilizó la siguiente
ecuación [5].
2µ0N2A3g
L= (1)
Donde L es la inductancia, μ0 es la permeabilidad de vacío, N
es el número de espiras, A es la sección del núcleo del induc-
tor, g es el entrehierro. En el modelo equivalente del inductor
se debe considerar la dependencia con la frecuencia de este.
En la figura 2 se indica la variación de la impedancia de la bo-
bina con la frecuencia.
Figura 2: Variación de la impedancia con respecto a la frecuencia.
Fuente: J. Sanchez (2009). Diseño y parametrización de inductires
con núcleo de hierro.
Como se observa en la figura 2, a frecuencias bajas la bobina
presenta un comportamiento inductivo. Sin embargo, a me-
dida que aumenta la frecuencia se va alejando del comporta-
miento inductivo, hasta alcanzar el máximo a la frecuencia de
resonancia del inductor Fr. A partir del pico de resonancia, la
impedancia del inductor empieza a disminuir y se ve su com-
portamiento capacitivo a altas frecuencias.
ANÁLISIS DE RESPUESTA EN FRE-CUENCIA
El sistema a analizar es caracterizado a través del análisis del
comportamiento de la respuesta a una señal de excitación de
entrada, conocido como análisis de respuesta en frecuencia
(FRA) o también denominado como método de función de
transferencia. Este método está siendo introducido en el cam-
po del diagnóstico de transformadores de potencia y genera-
dores [11].
En este trabajo se realiza el análisis por respuesta en frecuen-
cia. En frecuencias iguales y superiores a 1 kHz, el inductor se
comporta en forma lineal y el núcleo no tiene influencia deter-
minante en los resultados. Se evalúa efectos que mantengan
las características de linealidad del equipo, como variaciones
mecánicas y eléctricas que varían la distribución interna de ca-
pacitancias e inductancias y, consecuentemente, la respuesta
en frecuencia del inductor [13].
La función de transferencia de un sistema lineal e invariante en
el tiempo es la relación de la respuesta en frecuencia entre la
salida y la entrada con condiciones iniciales nulas (SISO). Dicha
función es representada en el dominio de la frecuencia y deno-
tada por la variable de Fourier H(jw) [8].
H(jw) = Vsalida(jw)/Ventrada(jw) (2)
La función H(jw) es normalmente un número complejo para cada
frecuencia fija “w” y puede ser representada en su forma polar.
(3)
La función de transferencia es representada por la magnitud
y el ángulo de fase, que tiene a la frecuencia como paráme-
tro. En este trabajo será representada por el diagrama de Bode
o gráfico logarítmico [8]. En el diagnóstico de inductores por
análisis de respuesta en frecuencia, se evalúa la magnitud de
la función de transferencia. Según [10] el gráfico del ángulo
de fase contiene informaciones menos útiles que el gráfico
de magnitud, e indica el diagrama de fase las características
inductivas y capacitivas del inductor con relación a diferentes
frecuencias.
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MENDOZA, M., ENRIQUEZ, N., “Diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia”
El método SFRA consiste en aplicar y medir una señal de exci-
tación sinusoidal con frecuencia variable, de baja tensión y con
amplitud constante. La frecuencia es variada en un gran rango,
generalmente entre 10 Hz y 3 MHz y la función de transferen-
cia de cada uno de los devanados de los equipos a realizar el
ensayo (transformadores de potencia, generadores, inducto-
res, etc.) será calculada y presentada gráficamente en la forma
de impedancia, admitancia y/o magnitudes de tensión de los
devanados [4]. Las mediciones de SFRA se harán utilizando un
generador de señales, un amplificador, un osciloscopio como
se muestra en la figura 3.
Figura 3: Configuración de medición y adquisición de datos de la impe-
dancia a través del ensayo SFRA. Fuente: Elaboración propia
La SFRA es una técnica muy sensible a las alteraciones en las
características eléctricas de los devanados debido a esfuerzos
eléctricos y/o mecánicos. Este ensayo es no destructivo ni in-
vasivo, lo cual justifica su uso para la identificación de daños en
los devanados o como complemento de otros ensayos.
DIAGNÓSTICO Y RESULTADOS
El ensayo de respuesta en frecuencia aplicado a inductores
monofásicos y trifásicos se realizó insertando señales sinusoi-
dales con la misma magnitud y diferente frecuencia a los de-
vanados. Se mide el voltaje de entrada y la corriente de salida
de cada devanado para diferentes frecuencias en el rango de
1 kHz a 2 MHz.
En la medición de corriente se utilizó una resistencia shunt de
carbón de 10 ohms en la salida del inductor con la finalidad
de evitar alguna interferencia en dicha medición, ya que resis-
tencias de otros materiales y de valores superiores, alteran los
valores medidos de corriente para altas frecuencias.
Este proceso de medición se repitió n veces para diferentes
frecuencias, y se obtuvo la impedancia en función de la fre-
cuencia. La figura 4 señala el diagrama simplificado del análisis
por respuesta en frecuencia.
Figura 4: Diagrama de conexión para el análisis por respuesta en fre-
cuencia. Fuente: Elaboración propia
En los gráficos de respuesta en frecuencia se determina la fun-
ción de transferencia de cada devanado del inductor (impe-
dancia operacional, Zd(s)) a través de la relación entre la señal
aplicada al inicio del devanado del inductor y la señal de salida
del devanado. El resultado final de medición es presentado en
forma de módulo (ganancia) y ángulo de fase, que son defini-
dos respectivamente por
[dB] (4)
[°] (5)
Para cada frecuencia analizada se lograron las formas de onda
de la figura 5. Antes de realizar el análisis en función de la fre-
cuencia se utilizaron filtros digitales Butterworth para la elimi-
nación de ruido.
Luego de obtenida la función de transferencia H(s) y H(-s) hay
que identificar los ceros y polos para la construcción del filtro,
para lo que el numerador y el denominador de H(s)
H(-s)
se des-
componen en función de sus raíces.
(6)
El filtro Butterworth tiene como respuesta frecuencial (7) y ate-
nuación (8) [12].
(7)
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Invest. Apl. Innov. 8, 2014
MENDOZA, M., ENRIQUEZ, N., “Diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia”
(8)
Dada la variación con f2n en el denominador (7), la función es
monótona decreciente. Además, el filtro es plano en el origen;
es decir, el módulo de la respuesta frecuencial tiene n deriva-
das nulas en el origen.
Se utilizó Labview y Matlab para la adquisición y construcción
de los diagramas en magnitud y fase.
(a)
(b)
Figura 5: Forma de onda en función de la tensión del a) voltaje y b) la
corriente a una frecuencia 800 kHz. Fuente: Elaboración propia
Para observar el comportamiento del inductor frente a fallas
eléctricas o mecánicas, se hicieron medidas iniciales que fue-
ron tomadas como referencia. En este trabajo se estudiaron
dos casos: el primero, un inductor trifásico construido en el la-
boratorio de máquinas eléctricas de Tecsup – Arequipa some-
tido a un cortocircuito y el segundo, tres inductores monofási-
cos construidos bajo las mismas características. En uno de ellos
se conectó un condensador de 10 nF que simula el comporta-
miento de un desplazamiento longitudinal entre espiras.
Para hacer el análisis de respuesta en frecuencia, se consideró
en este trabajo tres rangos de frecuencia; bajas, con un rango
entre 1 kHz y 60 kHz; medias, con un rango entre 60 kHz y 1
MHz; y altas, con valores por encima de 1 MHz [6].
En la figura 6, se aprecia el comportamiento del inductor tri-
fásico en su estado inicial y después de un cortocircuito. De
trabajos anteriores con transformadores [10] se concluye que,
para que una falla sea detectable esta debe causar una varia-
ción significativa en las capacitancias o inductancias de sus
devanados. Por lo que en estos ensayos se considera cortocir-
cuitos en el inductor y desplazamiento de los devanados.
(a)
(b)
(c)
Figura 6: Inductor trifásico sin falla y después de un cortocircuito a) deva-
nado 01, b) devanado 02, c) devanado 03. Fuente: Elaboración propia
Se advierte la figura 6, que el devanado 02 del inductor trifá-
sico presenta una variación en el pico de resonancia y un des-
plazamiento a la derecha en módulo, debido al mayor esfuerzo
electromagnético a que es sometido el devanado central en
un cortocircuito. Además, las curvas de respuesta en frecuen-
cia para los devanados 01 y 03 no muestran grandes alteracio-
nes en la primera antiresonancia, como si sucede en transfor-
madores [1, 6, 7, 9, 13].
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MENDOZA, M., ENRIQUEZ, N., “Diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia”
En la figura 7 se señala el comportamiento de tres inductores
monofásicos con las mismas características físicas. El com-
portamiento de los tres inductores monofásicos es bastante
parecido, lo cual indica que los inductores tienen las mismas
características eléctricas. También se observa que el pico de re-
sonancia se encuentra generalmente entre el rango de pocos
kHz y algunas centenas de kHz. Esto depende del tamaño del
equipo, a mayor inductancia menor frecuencia de resonancia.
Figura 7: Diagrama de referencia de tres inductores monofásicos.
Fuente: Elaboración propia
Para analizar el comportamiento frente a variaciones físicas de
las espiras de una bobina en el inductor monofásico se insertó
un condensador de 10nF en paralelo con la mitad de espiras
de la bobina, con lo cual se simula alteraciones longitudinales
y radiales por medio de la modificación de la capacitancia dis-
tribuida [1].
Como se especifica en la figura 8, en medias y altas frecuencias
la respuesta es afectada por los aspectos constructivos de los
devanados y presenta una gran variación en módulo con rela-
ción al diagrama inicial de referencia del inductor monofásico.
Figura 8: Inductor monofásico, considera el diagrama inicial y una
alteración física de espiras. Fuente: Elaboración propia
Este ensayo se realizó debido a la ausencia de técnicas para
este tipo de alteraciones geométricas en los devanados, que
en la mayoría de casos, no indica la presencia de una falla.
El análisis por respuesta en frecuencia es una herramienta sen-
sible, como se advierte en la figura 8, para detectar desplaza-
mientos de los devanados.
En la figura 9 se muestra, el comportamiento de un transfor-
mador monofásico y un inductor monofásico; este gráfico
muestra las diferencias de la respuesta en frecuencia en am-
bos, debido a las diferencias constructivas principalmente con
relación al aislamiento.
Figura 9: Transformador trifásico e inductor trifásico.
Fuente: Elaboración propia
En la figura 9 se ve que el transformador presenta menor fre-
cuencia de resonancia, así como más picos de resonancia que
el inductor.
CONCLUSIONES
El análisis de respuesta en frecuencia es un método de com-
paración, por lo que los resultados de mediciones realizadas
con SFRA son comparadas con mediciones de referencia (me-
diciones realizadas cuando el inductor se encuentra en perfec-
to estado de funcionamiento). Si no están disponibles dichas
mediciones, deben considerarse funciones de transferencia
de inductores con las mismas características constructivas.
También se pueden utilizar las propiedades simétricas de los
devanados.
De las pruebas con el inductor y transformador se observa
que el inductor presenta una mayor frecuencia de resonancia
a causa de la menor cantidad de espiras, por lo que la capaci-
tancia entre espiras es menor que en un transformador. Al aña-
dir en un inductor un condensador en paralelo en un punto
central, se aprecia que la frecuencia de resonancia disminuye
y presenta un comportamiento similar al de un transformador.
De los diferentes ensayos realizados se observó que las varia-
ciones provocadas por cortocircuitos o desplazamientos en
los parámetros longitudinales R, L y C del inductor, causan al-
teraciones en la frecuencia de resonancia de las curvas de res-
puesta en frecuencia. Ello nos permitirá realizar un diagnóstico
en inductores, con el uso de técnicas no destructivas.
Con este trabajo se busca dar inicio a la construcción de patro-
nes de respuestas generadas por los inductores al considerar
una buena cantidad de equipos y diferentes defectos que al
no ser fallas son más difíciles de identificar.
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MENDOZA, M., ENRIQUEZ, N., “Diagnóstico de inductores por análisis de respuesta en frecuencia”
REFERENCIAS
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potencia a través de metodologías en el dominio de la fre-
cuencia. Tesis para optar el grado de Doctor, Mención:
Ciencias en Ingeniería Eléctrica, Universidad Federal do
Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil.
[2] Bengtsson, C. (1996). Status and Trends in Transformer
Monitorin. IEEE Transactions on Power Delivery, 11(3),
1379-1384.
[3] Bueno, E. (2005). Optimización del comportamiento de un
convertidor de tres niveles NPC conectado a la red eléctrica.
Tesis para optar el grado de Doctor, Mención: Ciencias
en Ingeniería Eléctrica, Universidad de Alcalá, Madrid,
España.
[4] Dick, P., & Erven, C. (1978). Transformer Diagnostic Tes-
ting by Frequency Response Analysis. IEEE Transaction
on Power Apparatus and System, 1, 2144–2153.
[5] Fitzgerald, A., Kimgsley, Ch., & Umans, S. (2004). Máqui-
nas Eléctricas. España: McGraw- Hill.
[6] Kim, J. (2005). Fault Diagnosis of a Power Transformer
Using an Improved Frequency Response Analysis. IEEE
Transactions on Power Delivery, 20,169–178.
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cia a través del análisis de respuesta en frecuencia. Tesis
para optar el grado de Magister, Mención: Universidad
Nacional de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil.
[8] Ogata, K. (2003). Ingeniería de control moderno. [Madrid]:
Prentice Hall de Pearson Educación .
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grado de Magister, Mención: Universidad Federal de Mi-
nas Gerais, Belo Horizonte, Brasil.
[10] Ryder, S. (2003). Diagnosing Transformer Faults Using
Frequency Response Analysis. IEEE Electrical Insulation
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[11] Sweetser, C., & Mcgrail, T. (2003). Sweep Frequency Analy-
sis Transformer Applications. Recuperado de http://www.
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[12] Ulloa, R. (2005). Filtros (aproximación y síntesis). México,
D.F.: Universidad Iberoamericana.
[13] Vaessen, P., & Hanique, E. (1992). A New Frequency Res-
ponse Analysis Method for Power Transformers. IEEE
Transactions on Power Delivery, 7, 384–390.
ACERCA dE lOS AutORES
Maria Teresa Mendoza Llerena
Recibió el grado de Ingeniero Electricista en la Escuela de In-
geniería Eléctrica por la Universidad Nacional de San Agustín
(UNSA), Perú, en 2003, el grado de Msc. en el Departamento
de Máquinas Eléctricas, Accionamientos y Energía por la Uni-
versidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS), Brasil, en 2006.
El grado de doctor en el departamento de sistemas de control
y energía en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Computación
(FEEC) por la Universidad Estadual de Campinas (UNICAMP),
Brasil, en 2011. Se desempeña actualmente como docente en
el área de medidas eléctricas, instrumentación y máquinas
eléctricas en Tecsup Sur. Campus Arequipa.
Baldomero Néstor Enríquez Ychocan
Recibió el grado de Ingeniero Electricista en la Escuela de In-
geniería Eléctrica por la Universidad Nacional de San Agustín
(UNSA), Perú, en 2012. Se desempeña actualmente como jefe
de oficina técnica área eléctrica e instrumentación de Graña y
Montero en el proyecto de Expansión de la mina Cerro Verde
en Arequipa.
Original recibido: 14 de marzo 2014
Aceptado para publicación: 16 de mayo 2014
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Invest. Apl. Innov. 8, 2014
Análisis de consumo de un motor de combustión modificado externamente para operar con un combustible inmiscible de 80% agua y 20%
gasolina
Consumption Analysis of a Combustion Engine Externally Modified to Operate with an Immiscible Fuel 80% Water and 20% Gasoline
Resumen
En el presente trabajo muestran los resultados del análisis
de consumo de combustible de la modificación de un motor
de combustión para que opere con una mezcla inmiscible
de combustible en proporción de 80% agua y 20% gasolina,
como parte del proyecto denominado Acuagas. En él se re-
planteo el circuito externo del motor de combustión y se ob-
servó un cambio sustancial en la composición de los gases de
emisión al hacer de esta modificación una solución amigable
con el medio ambiente.
Abstract
This paper shows the results of fuel consumption analysis of
a combustion engine modified to operate with an immiscible
fuel blend ratio of 80% water and 20% gasoline for the project
Acuagas. The external circuit of the combustion engine was
modified and a substantial change in the composition of ex-
haust gases was observed. This modification is an environment
friendly solution.
Palabras claves
Motor de combustión, energía alternativa, sistema Pantone.
Key words
Combustion engine, alternative energy, pantone system.
INTRODUCCIÓN
Con motivo del proyecto denominado Acuagas hacemos otro
análisis para evaluar el comportamiento de un motor de com-
bustión interna que opera utilizando una mezcla inmiscible de
combustible en proporción de 80% agua y 20% gasolina. Dado
que hemos demostrado que reduce los gases de emisión y no
afecta el desempeño normal del motor [1] ahora queremos
medir el consumo de cada parte del combustible y estimar el
ahorro por la introducción de dicha modificación.
FUNDAMENTOS
Para esta modificación se han construido dos circuitos inde-
pendientes de los que salen gases de emisión (flecha gris) y
entran gases de admisión (flecha celeste) . Este circuito se basa
en un motor Pantone [2], con la diferencia que se ha extraído
el carburador y la entrada de aire queda libre para admitir aire
del medio ambiente, (ver figura 1).
Figura 1: Esquema del motor modificado. Fuente: Elaboración propia
Melchor Llosa Demartini, Utec / Juan Cuba Solano, Tecsup
llosA, m., CubA, J., “Análisis de consumo de un motor de combustión modificado externamente para operar con un combustible inmiscible de 80% agua y 20% gasolina”
Al adaptar y modificar el motor se desconoce el consumo de
cada uno de los líquidos presentes en la mezcla inmiscible.
Se tiene en cuenta que el consumo de combustible no tiene
que estar necesariamente en la misma proporción que el por-
centaje de líquido introducido en la mezcla.
En las imágenes que se presentan a continuación se puede
apreciar la relación de consumo que se ha efectuado antes y
después de su funcionamiento.
Figura 2: Estado del combustible antes y después de un uso continuo.
Fuente: Elaboración propia
METODOLOGÍA
Para hacer esta medición se ha introducido y cotejado el volu-
men de los líquidos participantes, antes y después de su uso,
en tres etapas y diferentes condiciones de aceleración (ralentí,
aceleración intermedia y mayor aceleración), lo que hizo un
total de 30 horas.
Se ha calculado el consumo por hora se han realizado las me-
diciones en un motor estándar y en uno con la modificación
del acuagas.
RESULTADOS
Los resultados fueron los siguientes:
Tiem
po
de
uso
(H)
Gasoli-na
Consumo Agua Consumo
Inci
al (
gal
)
Fin
al (G
al)
Gal
on
es
( US)
Litr
os
(L)
Inic
ial (
gal
)
Fin
al (G
al)
(Gal
)
(L)
Mo
tor
Está
nd
ar
10 3.3 2.20 1.10 4.16 - - -
Acu
agas
10 1.07 0.70 2.65 1.77 1.40 0.37 1.40
Tabla 1. Primer análisis (ralentí) Fuente: Elaboración propia
Tiem
po
de
uso
(H)
Gasolina Consumo Agua Consumo
Inci
al (
gal
)
Fin
al (G
al)
Gal
on
es
( US)
Litr
os
(L)
(Gal
)
(L)
Mo
tor
Está
nd
ar
10 3.11 1.81 1.3 4.92 - - -
Acu
agas
10 3 2.16 0.84 3.21 3.5 3.06 0.44 1.66
Tabla 2. Segundo análisis (aceleración intermedia)
llosA, m., CubA, J., “Análisis de consumo de un motor de combustión modificado externamente para operar con un combustible inmiscible de 80% agua y 20% gasolina”
Tiem
po
de
uso
(H)
Gasolina Consumo Agua Consumo
Inci
al (
gal
)
Fin
al (G
al)
Gal
on
es
( US)
Litr
os
(L)
(Gal
)
(L)
Mo
tor
Está
nd
ar
10 3.11 1.9 1.2 4.54 - - -
Acu
agas
10 2.83 2.1 .73 2.76 3.7 3.02 0.68 2.57
Tabla 3. Tercer análisis (mayor aceleración) Fuente: Elaboración propia
Figura 3: Consumo de gasolina con motor estándar y con acuagas.
Fuente: Elaboración propia
Se observó una drástica disminución del consumo de combus-
tible.
Si bien todas estas mediciones han sido efectuadas en condi-
ciones estacionarias y sin carga, se advierte una contundente
disminución del consumo de combustible como se aprecia en
las tablas y en la figura 3.
El primer análisis indica que en ralentí la disminución del con-
sumo de gasolina es de 66,35%. En condiciones de acelera-
ción, en el segundo análisis, es de 66,26%; y en la de mayor
aceleración, en el tercero, es de 43,39%, lo cual es un ahorro
considerable.
CONCLUSIONES
Se ha realizado una modificación externa a un motor de com-
bustión interna. Ello ha permitido disminuir drásticamente el
consumo de gasolina, y ha demostrado que en condiciones
estacionarias y en ralentí, se puede ahorrar un 66,35% del con-
sumo de gasolina. Esta modificación está en proceso de ins-
cripción de la patente ante Indecopi.
AGRADECIMIENTOS
Los autores quieren expresar su agradecimiento a Daniel Gua-
dalupe, Edwin Cervantes y William Zamora, alumnos de Tecsup
[3], por su apoyo en el desarrollo de esta investigación.
REFERENCIAS
[1] Llosa, M., & Cuba, J. (2014). Analysis of a Externally Mo-
dified Combustion Engine to Operate with a Immiscible
Fuel of 80% Gasoline and 20% Water. Frontier in Environ-
mental Engineering, 3 (1), 7-10.
[2] Pantone, P. (1998). United State Patent. Patent Number
espInozA, s., “Validación de un cuestionario para medir el rendimiento académico”
ral, competencia denominada nivel 6 (niveles de 1 a 6, siendo
6 el máximo), el Perú alcanzó el 0%; es decir, esta evaluación
evidenció que el estudiante peruano debe desarrollar capaci-
dades para enfrentarse a problemáticas de su entorno e inte-
grar la teoría con la práctica.
El 30% de estudiantes peruanos evaluados en la prueba de
PISA, se encontró en el nivel 2 donde se verificó que el alumno
es capaz de tener un razonamiento directo y hacer interpre-
taciones literales de los resultados o de la resolución de pro-
blemas tecnológicos. Ello significa que el ingresante a nivel
superior debe desarrollar sus capacidades de aplicación en
entornos laborales.
Asimismo, el desarrollo continuo de la ciencia y la tecnología
colocan a nuestros estudiantes frente a un acelerado y gran
volumen de información que se incrementa y con el tiempo.
Por eso, es necesario que nuestros docentes estén prepa-
rados para impartir la forma que se concibe y materializa la
enseñanza científica, además de que conozcan las fortalezas y
debilidades de su grupo mediante evaluaciones, de modo que
los contenidos, los métodos y las estrategias de aprendizaje
permitan hacer frente a desafíos como rapidez de los cambios,
complejidad e interdisciplinaridad, dimensión ética y social, y
problemática cívica (OEI 2011), para que el estudiante partici-
pe de manera activa en la adquisición de su conocimiento y
pueda también, identificar sus deficiencias.
El World Economic Forum (WEF), 2012, publicó el Informe
global sobre competitividad mundial el cual en 12 variables
o pilares. En varios ellos el Perú ha mejorado apreciablemen-
te en estos diez años, como el ambiente macroeconómico, el
desarrollo de los mercados financieros, el funcionamiento de
los mercados de bienes y laboral, y el tamaño del mercado.
No obstante, menciona que los indicadores en los que el Perú
está mal son los relacionados a la productividad, es decir, a la
ciencia, la tecnología y la innovación (TIC), precisamente las
variables que son los motores del cambio y el crecimiento. Ese
informe indica que Perú está en los últimos lugares en edu-
cación superior, en preparación (readiness) tecnológica, y se
ubica el puesto 113 de 142, por lo que se ubica necesario pro-
piciar el espíritu innovador del estudiante.
El objetivo final del estudio es determinar con una prueba pre
y post test el efecto de participar en un programa que usa el
método de aprendizaje basado en problemas en la compren-
sión, la aplicación y el análisis de los principios básicos de los
fenómenos que gobiernan la Física clásica en los estudiantes
en el curso de física.
FUNDAMENTOS
El rendimiento académico está asociado a los resultados de
aprendizaje que se espera que el estudiante sea capaz de ha-
cer, comprender y de demostrar, aplicar una vez de terminado
un proceso de aprendizaje (Adam, 2008) 2. Si partimos de la de-
finición de Jiménez (2000) 3 la cual postula que el rendimiento
académico es un “nivel de conocimientos demostrado en un
área o materia comparado con la norma de edad y nivel aca-
démico”, encontraremos que el rendimiento académico podrá
de una manera objetiva y demostrable ser evaluado.
Se define, al rendimiento académico, en términos de com-
prensión, análisis y aplicación, dimensiones que deben ser
evaluadas.
La comprensión construye relaciones y une conocimientos.
Los estudiantes entienden procesos y conceptos y pueden ex-
plicarlos o describirlos. Pueden resumirlos y refrasearlos en sus
propias palabras (Clifford, 2000) 4.
Se puede definir el aplicar, como llevar a cabo o utilizar aque-
llo que se ha aprendido. Aplicar se relaciona y se refiere a situa-
ciones donde el material ya estudiado se usa en el desarrollo
de productos, tales como modelos, presentaciones, entrevis-
tas y simulaciones. (Correa y Rúa, 2009) 5
El analizar es descomponer en partes materiales o conceptua-
les y determinar cómo estas se relacionan o se interrelacionan
entre sí, o con una estructura completa, o con un propósito
determinado. Las acciones mentales de este proceso incluyen
diferenciar, organizar y atribuir, así como la capacidad para
establecer diferencias entre componentes (Anderson, 2001) 6.
Para el desarrollo de los indicadores de la prueba se ha usado
la taxonomía de Bloom que se utiliza frecuentemente para re-
dactar los resultados de aprendizaje en 6 categorías: recordar,
comprender, aplicar, analizar, evaluar, crear, dado que provee
una estructura para una apropiada redacción de los resultados
2 Adams, A., Vescio V.A Review of Research on the Impact of Professional Learning Communities on Teaching Practice and student learning, Teaching and Teacher Education, Volume 24, Issue 1, Pages 80-91, ISSN 0742-051X, http://dx.doi.org/10.1016/j.tate.2007.01.004. January 2008.
3 Jiménez, M. Competencia social: intervención preventiva en la escuela. Infancia y Sociedad. 24, pp. 21-48. (2000).
4 Jarolimek, John y Foster, Clifford D.1# Enseñanza y aprendi-zaje en la escuela primaria. Buenos Aires: Kapelusz, 1980.
5 Correa, C. i Rúa, J.A. Aprendizaje basado en problemas en la educación superior. Medellín: Sello editorial. (2009).
6 Anderson, L.W., and D. Krathwohl (Eds.) A Taxonomy for Learning, Teaching and Assessing: a Revision of Bloom’s Taxonomy of Educational Objectives. Longman, New York. (2001).
espInozA, s., “Validación de un cuestionario para medir el rendimiento académico”
de aprendizaje. El Dr. Andrew Churches complementó cada
categoría con verbos y herramientas del mundo digital que
posibilitan el desarrollo de habilidades en estas categorías.
La validación es un proceso continuo (Gómez, 2002) 7 que in-
cluye procedimientos diferentes para comprobar si el cuestio-
nario mide realmente lo que dice medir, pues se busca que el
test evalúe de manera precisa o estable y brinde indicadores
claros (fiabilidad).
Para realizar una validez de contenido es necesario especificar
la variable a medir mediante el desarrollo de los objetivos y co-
nectarlos con los indicadores de los mismos, (Anastasi, 1986) 8.
Para el proceso de validación de contenido puede usarse jue-
ces expertos que ayuden a valorar la congruencia de los ítems
con los objetivos de la investigación (Rosenthal & Rosnow,
1991) 9.
Los indicadores que se desprenden de las dimensiones de la
investigación deben comprobarse empíricamente en el test y
resultar adecuados los ítems del constructo en referencia para
realizar su validación.
Para validar una prueba se deben obtener relaciones entre las
puntuaciones en el test y entre otras dimensiones que debe-
rían relacionarse con el constructo de interés (Pérez & Chacón,
2000) 10.
Uno de los factores que afecta la validez es la fiabilidad del test.
Si se usa el Alfa de Cronbach (Cronbach y Shavelson, 2004) 11,
cuanto más se aproxime este a la unidad, mayor es la fiabilidad
de lo medido. En educación se considera que valores de alfa
superiores a 0,7 son suficientes para asegurar la fiabilidad.
7 Gomez, J.. La validez en los test, Escalas y Cuestionarios. La sociología en los escenarios (revista electrónica). Centro de estudios de opinión. (Consulta marzo 2014). http://aprendeenlinea.udea.edu.co/revistas/index.php/ceo/article/viewFile/1750/1370. (2002)
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9 Rosenthal, Robert and Rosnow, Ralph L.. Essentials of Be-havioral Research, Methods and Data Analysis. Boston: Mc Graw –Hill. (1991)
10 Pérez J. A.; Chacón, S.; Moreno, R.. Validez de constructo: El uso de análisis factorial exploratoria, confirmatoria para obtener evidencias de validez. Universidad de Sevilla Psicothema, Vol. 12, N.º 12, pp. 442-495. (2000)
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METODOLOGÍA
El instrumento de evaluación educativa que responde a la va-
riable dependiente rendimiento académico (VDRA), es parte
de una investigación que presenta como hipótesis: los estu-
diantes que participan en un programa de intervención meto-
dológica en la asignatura de Física 1 de Tecsup, tienen mayor
puntaje en rendimiento académico (comprensión, aplicación
y análisis) que aquellos que no lo usan. El instrumento es lla-
mado evaluación de entrada y salida para medir el rendimien-
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La revista Investigación aplicada e innovación, I+i, es publicada anualmente. El objetivo de la revista es contribuir al desarrollo y difusión de investigación y tecnología, apoyando al sector productivo en la mejora de sus procesos, efi-ciencia de sus procedimientos e incorporando nuevas técnicas para fortalecer su competitividad. Las áreas principa-les de su cobertura temática son: Automatización industrial, Electrotecnia, Electrónica, Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC), Ensayo de materiales, Química y Metalurgia, Educación, Mantenimiento, Tecnología Agrícola, Tecnología de la Producción, Tecnología Mecánica Eléctrica, Gestión y Seguridad e Higiene Ocupacional.
Va dirigida a los profesionales de los sectores productivos y académicos en las áreas de la cobertura temática.
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• Elartículodebedividirseen:
– Introducción:Explicarelproblemageneral;Definirelproblemainvestigado;Definirlosobjetivosdelestudio;Interesar al lector en conocer el resto del artículo.
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– Conclusiones:Inferirodeducirunaverdaddeotrasqueseadmiten,demuestranopresupone;Responderala(s)pregunta(s) de investigación planteadas en la introducción y a las interrogantes que condujeron a la realización de la investigación.
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