• Investigadores del ICUAP desarrollaron un método de refinación, directo y de bajo costo, con lo cual resolverán una problemática ambiental

La producción de biocombustibles, entre estos el biodiésel, constituye una fuente atractiva de energía. No obstante, algunos de los subproductos generados resultan altamente contaminantes, entre estos la glicerina. Por cada tonelada de biodiésel se producen alrededor de 100 kilogramos de glicerina en forma de pasta, la cual es arrojada directamente al medio ambiente y se convierte en una fuente de contaminación, al degradarse en alrededor de 20 años.

          Para contrarrestar esta problemática ambiental y aprovechar este subproducto como materia rentable de otros procesos industriales, investigadores del Instituto de Ciencias de la BUAP, liderados por la doctora María Graciela Yasmi Reyes Ortega, desarrollaron un método de refinación, directo y de bajo costo, para obtener glicerina de grado espectroscópico, llamada así por su alta pureza.

          Para ello realizaron extracciones con diferentes disolventes grado reactivo para lograr el mejor sistema que eliminara el mayor porcentaje de contaminantes y otras sustancias, como biodiésel, agua, hidróxido de sodio, sales inorgánicas y aceites.

          Tras realizar estudios físicoquímicos, determinar constantes de solubilidad y los disolventes óptimos, así como las proporciones adecuadas, los investigadores del Cuerpo Académico 261 “Investigación Química Básica, Teórica y Experimental. Su enseñanza y divulgación con propósitos de sustentabilidad” concluyeron que la acetona es un excelente disolvente económico para obtener glicerina purificada. Una vez separada del biodiésel, se filtra con carbón activado de bajo costo para eliminar impurezas, como olor y color.

          Generalmente, los procesos de purificación de este compuesto se realizan por destilación, lo cual involucra el uso de torres de gran tamaño y con altas temperaturas. Lo anterior le confiere un costo elevado al producto final, motivo por el cual no es rentable su purificación.

          En cambio, la metodología desarrollada por académicos de la BUAP es barata, viable y sin riesgos, puesto que se realiza a temperatura ambiente y con disolventes económicos, destacó Reyes Ortega.

En busca del disolvente adecuado

Cada aceite tiene diferentes cadenas de ácidos grasos unidos a la glicerina y formando una grasa o aceite. Entonces, de acuerdo con el tipo de aceite tendrá una glicerina más pura o más contaminada. También, dependiendo del aceite o grasa utilizado para la obtención de biodiésel, es el disolvente a utilizar, para lograr una óptima extracción.

          “Es el mismo procedimiento, pero no son los mismos disolventes, ya que algunos ácidos grasos libres y los jabones derivados en el proceso de obtención del biodiesel son contaminantes y es difícil separar la glicerina de esta mezcla. Por ello, estamos determinando el tipo de disolventes a utilizar”, aclaró Yasmi Reyes Ortega, doctora en Ciencias Químicas por la UNAM.

          Ahora, el trabajo de los investigadores del ICUAP se centra en generalizar este método de purificación de glicerina y evaluar su aplicación en los procesos industriales. Asimismo, en diseñar un equipo piloto a escala industrial con miras a comercializar los resultados de su investigación.

          Además, la responsable del Laboratorio de Química Inorgánica del Centro de Química comentó que para mejorar este procedimiento de purificación se prueban diferentes carbones activados, con el fin de obtener el óptimo de más bajo costo. “El objetivo es tener una pureza máxima al menor precio para que sea rentable su extracción”. La glicerina de alta pureza tiene un alto costo y gran demanda en la industria farmacéutica, cosmética y alimenticia, por mencionar algunas.

• Capacitan a estudiantes de bachillerato de Cuautinchan para crear “Cuautinopal”

Apoyar el desarrollo de la economía local y mejorar la salud de la comunidad, son los principios básicos detrás de la creación de Cuautinopal, una microempresa que estudiantes de bachillerato de Cuautinchan fundaron con la asesoría de la Coordinación de Extensionismo Universitario, de la Dirección de Innovación y Transferencia de Conocimiento (DITCo), de la BUAP, dedicada a fortalecer poblaciones rurales de Puebla con programas de prevención, incubación y educación.

          Tras un trabajo de ocho meses y gracias al apoyo de estudiantes de las licenciaturas en Administración de Empresas, Mercadotecnia, Diseño Gráfico, Comunicación, Gastronomía y Psicología, integrados en las brigadas de Extensionismo, nació Cuautinopal, que ofrece a la venta galletas y panqués elaborados con harina de nopal -planta con múltiples beneficios para la salud- cosechado en el huerto del bachillerato “Salvador Novo”, ubicado en Cuautinchan.

          Lilia Verónica Gómez Galeana, coordinadora de Extensionismo Universitario, comentó que el proyecto fue posible gracias al vínculo establecido entre la BUAP y el Programa de Restauración Ambiental Comunitaria (PRAC), una iniciativa de educación ambiental participativa desarrollada por el área de Responsabilidad Social Corporativa de Cemex y el Tecnológico de Monterrey.

           “Nos buscó el área de Responsabilidad Social de Cemex para dar acompañamiento a los jóvenes en el proyecto que tenían del nopal y desde el momento que llegamos se empezó a trabajar una incubación empresarial de economía social”, dijo.

          Galeana Gómez explicó que para realizar esa labor, los extensionistas del DITCo de la BUAP han desarrollado durante su formación la capacidad de comprender el entorno social para presentar estrategias adecuadas a las comunidades rurales. Por esta razón ayudaron a los jóvenes emprendedores de Cuautinopal a tener una visión estratégica para comprender lo que puede favorecer su proyecto.

Capacitados para crear su empresa

Francisco Melgarejo Zempoaltecatl, coordinador de Desarrollo Juvenil de la DITCo-BUAP, fue el responsable de dar seguimiento a las asesorías de los extensionistas universitarios, a través de las cuales los jóvenes emprendedores de bachillerato establecieron su propia empresa, no sin antes pasar por varias etapas, entre las que destacó el autoconocimiento personal, ya que existían algunos problemas de funcionamiento y convivencia en el equipo.

           “La primera intervención que tuvimos fue de reconocimiento; los chicos identificaron en qué punto estaba el equipo que iba a comenzar una empresa. Se empezó a trabajar en el diagnóstico y se hizo un perfil por parte de una psicóloga que identificó algunas conductas de los muchachos; una vez que se logró la armonía entre los integrantes de la empresa, se comenzaron a inducir las partes que forman una organización”, señaló.

          Después de ese primer acercamiento, los extensionistas universitarios iniciaron talleres donde se comenzó a estructurar formalmente a Cuautinopal: los estudiantes de Administración capacitaron para esquematizar la empresa, generar el organigrama y el plan de negocios; los de Mercadotecnia instruyeron en el desarrollo de puntos de venta y estrategias de marketing; los de Diseño Gráfico y Comunicación trabajaron con el diseño, el logotipo, slogan, colores y tipografía; y los de Gastronomía enseñaron a preparar los ingredientes para elaborar los panqués y las galletas.

           “La parte que más nos costó fue la de asignar un rol a cada chavo. A cada uno, en la etapa en la que están, les cuesta asumir un rol, y más dentro de una empresa, y sobre todo que ellos cumplieran la función de ese rol, como director, encargado de finanzas, de medios, ventas, la producción. Eso fue lo más complicado de trabajar en equipo. Ahora los jóvenes están en la parte final que es la producción; ya tienen todo el esquema de empresa, aprendieron a fondearse y van dándole la vuelta al dinero. De esta manera, terminó la etapa de incubación y asesoramiento, lo que viene es la segunda parte que es la miniaceleración de la empresa”, agregó Melgarejo Zempoaltecatl.

          Para Paulette Chambers Rubio, coordinadora regional de Responsabilidad Social y Desarrollo Comunitario de Cemex, el apoyo de la BUAP ha sido vital para el desarrollo de los proyectos. Para el siguiente ciclo del Programa de Restauración Ambiental Comunitaria se espera que haya nuevamente la vinculación y que los jóvenes de bachillerato de la región tengan a la BUAP en su visión como próxima casa de estudios.

           “El programa ha trabajado muy de la mano con la BUAP, con la DITCo, que nos apoyó al cien por ciento con la creación de la microempresa Cuautinopal; esperamos seguir con esa vinculación con la BUAP y todas sus áreas del conocimiento”, añadió.

          Montserrat López y Adrián Ambrosio, parte de los fundadores de Cuautinopal, aseguraron que su microempresa pretende ayudar a la reintegración del tejido social y económico de su comunidad, a través de la producción y venta de alimentos derivados del nopal, una planta que genera múltiples beneficios a la salud, ya que mejora la digestión por su alto contenido de fibra, disminuye la concentración de glucosa en la sangre, o reduce el padecimiento de la osteoporosis.

           “En nuestra empresa hacemos productos a base de harina de nopal; nuestro objetivo es ser competitivos, pero sin olvidar la calidad del producto; decidimos tomar ese potencial y junto a la BUAP buscamos que el mundo conozca Cuautinchan, que conozca nuestro producto y nuestra empresa”.

• Fue fundado en 2014 y desde entonces ha destacado por sus aportaciones científicas en el área de la Física de Materiales y por la formación de recursos humanos.

En una tormenta de arena los granos revolotean en un movimiento errático como si se tratara de un gas; al verter un saco de arena, esta escurre como si se tratara de un líquido; no obstante, si la observas de cerca, está formada por pequeños corpúsculos sólidos y puedes incluso caminar sobre ella. Entender el comportamiento de materiales granulares que pueden reaccionar como sólidos, líquidos o gases, según las condiciones a las que son sometidos, es una de las tareas del GrainsLab, un laboratorio que pertenece al Instituto de Física “Luis Rivera Terrazas” de la BUAP.

          GrainsLab fue fundado en 2014 por el doctor Felipe Pacheco Vázquez, quien pertenece al Cuerpo  Académico 171 de Materiales Complejos e Inteligentes del IFUAP. Su labor se distingue no solo por el estudio de fenómenos como gases granulares, terremotos, formación de estalagmitas, explosiones subterráneas o cráteres, también por la formación de recursos humanos interesados en comprender la Física que subyace al comportamiento colectivo de los granos y de otros sistemas complejos.

           En GrainsLab la ciencia no pierde rigor, más bien otorga conocimiento a través de sencillos experimentos que explican el comportamiento de materiales como el talco, ceniza, sal, azúcar, cemento, polvo, grava, montículos de arroz o granos comestibles; la arena que encontramos en dunas, playas o cubriendo la superficie de planetas y lunas, e incluso la dinámica de cinturones de asteroides. Además, se estudian sistemas de dinámica de fluidos, como la estabilidad de burbujas o espumas combinadas con granos, para lo cual han encontrado un nuevo método.

La ciencia detrás de las burbujas granulares

Con el doctor Pacheco Vázquez es fácil entender que la ciencia se encuentra en todos lados. Por ejemplo, cuando tomas una cerveza fría, es deseable una espuma abundante y duradera.

– ¿Sabían que la estabilidad de la espuma depende del tamaño de las burbujas que la forman?    -pregunta el investigador, quien añade que esto aplica también para otras bebidas como el chocolate.

         En general hay distintos procesos en la industria en los cuales se requiere que las espumas sean estables, aunque también se puede buscar lo contrario, señala el doctor Pacheco, mientras afirma que han encontrado un nuevo método para lograr esta estabilización.

-“¡Imagina una espuma que dure semanas, incluso meses!, pues eso es lo que estamos estudiando”.

         Al depositar pequeños granos de arena sílica en tubos llenos de agua, se aprecia una formación de burbujas de aire cubiertas de granos que se producen cuando los granos secos entran en la superficie, deforman la interface y producen atrapamiento de aire, tal y como sucede cuando se abre una llave y se llena un vaso con agua; pero en el experimento del laboratorio se observa la formación de burbujas cubiertas de materia granular.

         Estas burbujas son de aire, detalla el investigador, solo que tienen en su superficie pequeños granos y eso evita que las burbujas entren en coalescencia con la interfaz; es decir, no permiten que desaparezcan y eso es precisamente lo que logra que sean muy estables.

          «A esas burbujas cubiertas de granos las llamamos burbujas granulares y pueden tener muchas aplicaciones a nivel industrial. Nosotros lo que encontramos fue el tamaño crítico de granos que permite que las burbujas sean estables.  Estos resultados de las estudiantes de doctorado Andrea Cervantes y Yésica Escobar serán enviados a publicación y se planea patentar este proceso de estabilización”.

Ecuaciones para predecir avalanchas, descargar silos y llenar contenedores

En la práctica, el estudio de materiales granulares representa un medio para dar solución a distintos problemas, por ejemplo en los silos ─lugares donde se almacenan granos─, ahí existe el riesgo de que el material colapse y provoque la explosión del silo. Para prevenir estos accidentes que se originan por avalanchas de material, es necesario conocer qué tan compacta se encuentra la pila de granos mientras se descarga el silo.

          Por eso la necesidad de estudiar la mecánica del material granular en condiciones de almacenamiento, lo que conlleva a medir el “ángulo de avalancha”. La aportación de GrainsLab, en este caso, radica en el desarrollo de un experimento mediante el uso de una línea láser, que permite obtener el perfil de la superficie durante la descarga de un silo. De este perfil se obtienen distintos ángulos de avalancha y se aplica un modelo matemático que facilita determinar con precisión qué tan compacto se encuentra la materia acumulada. Es decir, qué tan pegados están los granos, lo que permitirá predecir deslaves o avalanchas del material.

           En el caso contrario, cuando la materia granular se atasca, lo que sucede es que los granos redirigen el peso a través de cadenas de fuerza hacia las paredes, formando arcos. Para deshacer estos arcos, en el laboratorio se usa vibración, para fluidizar el medio granular, es decir, aplicar movimiento para que los granos se comporten como un fluido o líquido, lo que permite que no se atasque y caiga sin problema.

             El investigador y sus estudiantes usan estos principios para resolver problemas en aplicaciones industriales. Por ejemplo, realizan un proyecto que permite llenar tubos muy estrechos, lo que típicamente tomaba varios minutos y ahora lo pueden efectuar en segundos.

El efecto Leidenfrost

Otra línea de investigación es la dinámica de fluidos. Uno de los experimentos que desarrollan tiene que ver con levitación. Para entenderlo, recordemos qué sucede cuando caen gotas de agua sobre un sartén muy caliente: casi de inmediato las gotas bailan sobre la superficie, de hecho flotan sobre su propio vapor. A este fenómeno se le conoce como “efecto Leidenfrost”.

        ¿Pero por qué no hierve el agua si la superficie está muy caliente? El doctor Pacheco explica que la superficie en donde se deposita la gota está tan caliente que cuando el líquido la toca se genera rápidamente vapor sobre el cual la gota se suspende; es decir, la gota proporciona una capa de su propio vapor que evita el contacto con el disco caliente y la evaporación súbita del líquido.

          En su laboratorio, el doctor Pacheco Vázquez, junto con dos estudiantes franceses que realizan una estancia, estudian la ciencia que está detrás de la coalescencia de gotas en estado leidenfrost. Para esto, se coloca una gota de agua y otra de etanol sobre una superficie a 300° centígrados. Lo que se observa es que la gota de etanol rebota varias veces sobre la gota de agua, sin coalescer, cuando de hecho los dos líquidos son altamente miscibles. De este experimento es posible determinar de manera precisa la tensión superficial de los líquidos de una manera muy sencilla.

           Otra ventaja de este fenómeno es la ausencia de fricción. Por ello, el efecto leidenfrost prodría usarse en dispositivos microfluídicos de vídrio templado para manipular gotas a través de microcanales de manera muy eficiente. Generalmente, explica el académico, se transportan fluidos a través de microcanales, pero estos van perdiendo energía por la fricción que generan. La idea es que en microfluídica se pueden calentar dispositivos muy pequeños como microcanales, en los cuales se podrían inyectar gotas y transportarlas sin fricción.

Explica otro resultado: «Por décadas se estudiaron gotas leidenfrost de unos cuantos milímetros de diámetro, nosotros demostramos que si la superficie caliente en donde se deposita el líquido no es plana sino cónica, dependiendo del ángulo de inclinación, se puede alargar el tiempo de vida de esa gota, además de la cantidad de líquido, levitando incluso un litro de agua en estado leidenfrost”.

           El investigador refiere que este método también puede utilizarse a la inversa, es decir, calentar la superficie y recargarla sobre el líquido, ya que el efecto de mantenerse suspendido será el mismo. “El líquido está tan caliente que genera un vapor que soportará el peso del plato”. Esto es una especie de levitador leidenfrost.

Formación de cráteres

A través de imágenes, el doctor Pacheco Vázquez muestra a la Luna con sus cráteres, uno de ellos es el cráter Tycho, del cual destacan líneas radiales que salen desde el punto de impacto del meteorito que lo formó.

           “Esas líneas resultaron ser un verdadero misterio durante las últimas décadas, pues los astrónomos no conocían el mecanismo exacto de formación. En los laboratorios, lo que se estudiaba era el impacto de objetos esféricos, y cuando un proyectil esférico choca, este expulsa el material y forma una corona uniforme de granos y al final queda un cráter que en todos los casos es circular”.

           Sin embargo, en GrainsLab se reproducen a escala estos impactos con proyectiles no esféricos, lo que permitió demostrar que también se forman cráteres circulares, además de las líneas radiales que tanto interés despertaron entre los físicos del área.

           “Cuando se impacta un proyectil contra una cama de arena, el cual simula ser un meteorito que cae sobre la superficie de la Luna, se forma un cráter circular con un borde uniforme. Si realizamos el mismo experimento pero ahora con un objeto que no sea esférico, se logra la expulsión radial de material en forma de líneas”.

         Como estos y otros experimentos muy sencillos, Grainslab encuentra en la observación y el análisis un mecanismo para estudiar el comportamiento de la materia, pero también en soluciones para la industria. Además, ha entablado varias colaboraciones internacionales, prueba de ello es la estancia que realizará este verano el doctor Felipe Pacheco como investigador invitado en la Universidad de Nagoya, en Japón.

         “Las colaboraciones son múltiples, por ejemplo con investigadores de Texas Tech University en EEUU; de la Universidad de California en Santa Bárbara, de la Universidad de Lieja, en Bélgica y de la Universidad de Nagoya, en Japón, entre otras. Asimismo, hemos graduado a seis estudiantes de maestría, dos de licenciatura y dos de doctorado que están en proceso”, finaliza.