Las diversas actividades del ser humano al utilizar recursos naturales han

afectado la calidad ambiental y la

estrecha relación entre el desarrollo económico y medio ambiente, en la actualidad enfrentamos grandes

retos al continuar con el crecimiento económico y el desarrollo poblacional a la par de la protección del

medio ambiente y el cumplimiento de los objetivos del desarrollo sostenible. El desarrollo sostenible

se rige

en 5 ideas básicas.

1)

El desarrollo tiene una dimensión económica, social y ambiental y solo será sostenible si se logra el equilibrio entre los distintos factores que influyen en la calidad de vida.

2)

Avanzar hacia las pautas más sostenibles exige atender al carácter de la

sostenibilidad

como proceso.

3)

El avance hacia la sostenibilidad

es un cambio positivo. Las estrategias significan un cambio positivo para las oportunidades de empleo y de bienestar de la ciudadanía.

4)

El

desarrollo sostenible

representa una clara oportunidad estratégica a largo plazo asumiendo que puede entrañar algunos costes de ajuste a corto plazo.

5)

El compromiso institucional y el consenso social son piezas clave en el proceso de avance hacia la sostenibilidad

Además de lo indicado con anterioridad, se mencionan a continuación los principios básicos del concepto de

Desarrollo sostenible, el cual se logra por medio de la aplicación de la química e ingeniería verde. A

continuación, se mencionan los principios básicos.

•

Principio de sostenibilidad: el desarrollo sostenible se define como el tipo de desarrollo que satisface las necesidades de las generaciones

actuales sin poner en peligro las posibilidades de desarrollo de las generaciones

futuras.

•

Principio de equidad: principio según el cual cada persona tiene derecho, aunque no la obligación, a hacer uso de la misma cantidad de espacio ambiental (energía, materias primas no renovables, terreno agrícola, bosques, capacidad de absorción de CO2, etc.).

•

Principio de precaución: según el cual se establece la conveniencia de tomar medidas

antes de tener la seguridad de que se van a producir determinados efectos, debido a la gravedad y alta probabilidad de éstos.

•

Principio de responsabilidad diferenciada: principio según el cual las obligaciones

que un país debe asumir se establecerán de acuerdo con su responsabilidad en el problema y su grado de desarrollo.

•

Principio de “quien contamina, paga”: principio según el cual los causantes de perjuicios o de un atentado al medio ambiente deben responder económicamente de

las medidas para su corrección

El desarrollo económico

de los

últimos

años

ha

beneficio

enormemente

a

la población, sin embargo

ha

afectado la biodiversidad y al medio ambiente

de nuestro planeta. Actualmente nos enfrentamos a un

gran desafío, el continuar con el crecimiento económico y el desarrollo que permite la mejora en la calidad

de vida de la población

y proteger la riqueza

natural

para las futuras generaciones, es decir, consolidar

un desarrollo sustentable

en forma consistente.

Enfocándonos a

la raíz del

término sustentabilidad,

se

refiere al equilibrio que existe entre una especie con los recursos del entorno en el cual se desenvuelve, este

término principalmente lo que propone es satisfacer las necesidades de las personas sin comprometer los

Química e Ingeniería Verde para la Sustentabilidad- Desarrollo Sostenible

recursos de las generaciones futuras, busca un equilibrio justo entre el medio ambiente y los seres

humanos. En base a lo anterior, destacamos que el desarrollo sustentable no solo se enfoca en el medio

ambiente, sino también en tres áreas principales: económica, social y ambiental.

Por medio de este documento se pretende presentar y difundir los avances en investigación y difusión del

conocimiento en la química e ingeniería verde y sus aplicaciones, por tal motivo se presenta la recopilación

de diversas temáticas que desde una visión multidisciplinaria construye y fortalece una serie de

conocimiento. El presente libro ofrece una visión multidisciplinaria, publicado en formato electrónico e

impreso está integrado por 11 capítulos escritos por 125 profesores-investigadores y editado por el comité

técnico y editorial, con el propósito de apoyar en la difusión del conocimiento sobre las tendencias y

novedades sobre sustentabilidad a través de las siguientes áreas del conocimiento;

• Evaluación de contaminación ambiental

• Síntesis Verde

• Educación para la sustentabilidad y Responsabilidad social

• Energías Alternativas

• Ciencias ómicas

• Materiales para la Sustentabilidad

• Biotecnología

• Tecnologías para el control de la contaminación

• Manufactura Esbelta

• Negocios Sustentables

• Industria 4.0

EJE TEMÁTICO 1 – EVALUACIÓN DE CONTAMINACIÓN AMBIENTAL_ 1

CUANTIFICACIÓN DE FLUORUROS EN AGUAS DE POZOS DEL SUROESTE

DE COAHUILA MEDIANTE ESPECTROFOTOMETRÍA UV/VIS. Iliana de la

Garza Rodríguez, Florencia Silva Enríquez, Edith Madai Colunga Urbina, Judith

Amador Hernández, Miguel Velázquez Manzanares, Mara Florencio Martínez___ 2

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS EN ACEITE MINERAL.

Myrna Laura Yeverino Gutiérrez, María del Rosario González González, María

Guadalupe Sánchez Anguiano, Omar González Santiago___________________ 8

IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE COLIFORMES TOTALES Y

COLIFORMES FECALES A PARTIR DEL MÉTODO DE FILTRACIÓN DE

MEMBRANA EN LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE Y AGUAS

RESIDUALES DE LA FES ACATLÁN. Leydi Rubi Pérez Vera, Torres Galicia

Ivonne, Garrido Mota Carolina________________________________________ 13

RIESGO ECOTOXICOLÓGICO DE LOS AINEs, ELIMINADOS COMO

MEDICAMENTOS CADUCOS. Patricia Cristina Esquivel Ferriño, Lucía

Guadalupe Cantú Cárdenas, Patricia González Barranco, Sandra Leticia Gracia

Vásquez, Omar González Santiago____________________________________ 18

EJE TEMÁTICO 2 – SÍNTESIS VERDE___________________________ 24

DEGRADACIÓN SONOFOTOCATALÍTICA DEL COLORANTE ORANGE II

USANDO UN CATALIZADOR IMPREGNADO CON CLORURO DE HIERRO.

Marcos May lozano, Cesar Amador Chávez, Sergio Alejandro Martínez

Delgadillo________________________________________________________ 25

RECUPERACIÓN DE MgO DE SALMUERAS RESIDUALES DE UNA

INDUSTRIA SALINERA. Luis Alfredo Platas Román, Jesús Alberto Barrón

Zambrano, Juan Enrique Ruiz Espinoza, Adriana Esparza Ruiz______________ 32

EJE TEMÁTICO 3 – EDUCACIÓN PARA LA SUSTENTABILIDAD Y

RESPONSABILIDAD SOCIAL__________________________________ 35

CAPACIDAD ANTIOXIDANTE DE CAFÉ ORGÁNICO TOSTADO EN COMAL DE

BARRO DE LA ZONA OTOMÍ-TEPEHUA DEL ESTADO DE HIDALGO. Benito

Flores-Chávez, Josefa Espitia López, Paul Misael Garza López, Astrid Itzel

Meléndez Alonso, Francisco Joaquín Villafaña-Rivera______________________ 36

EJE TEMÁTICO 4 – ENERGÍAS ALTERNATIVAS__________________ 40

PELÍCULAS DELGADAS DE FES2 IMPURIFICADO CON CO+2 CON

PROPIEDADES FERROMAGNÉTICAS CON POTENCIAL APLICACIÓN EN

DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS. Yolanda Peña Méndez, Eder Moisés

Cedeño Morales, Julio Cesar Armendáriz Aguilera, Luis Antonio Lozano Presa,

Yolanda Peña Méndez, Idalia Gómez de la Fuente________________________ 41

PELÍCULAS DELGADAS SEMICONDUCTORAS DE Bi2S3 CON POTENCIAL

APLICACIÓN EN DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS. Yolanda Peña Méndez,

Gregorio Humberto Villarreal Quiroga, Julio Cesar Armendáriz Aguilera, Eder

Moisés Cedeño Morales, Yolanda Peña Méndez, Boris Ildusovich Kharissov____ 51

EJE TEMÁTICO 5 – CIENCIAS ÓMICAS_________________________ 60

COMPARACIÓN ENTRE DOS MÉTODOS FISICOQUÍMICOS PARA LA

FORMACIÓN DE FIBRAS AMILOIDES DE ALBUMINA SÉRICA BOVINA.

Azucena del Carmen González Horta, María Guadalupe Quiroz Vázquez, Dvorak

Montiel Condado, Brenda González Hernández, Abelardo Chávez Montes______ 61

EJE TEMÁTICO 6 – MATERIALES PARA LA SUSTENTABILIDAD_____ 66

CONTROL DE METALES PESADOS EN SUELO IMPACTADO POR

ACTIVIDADES MINERAS USANDO ZEOLITA NATURAL. David Alejandro De

Haro-Del Rio, Cynthia Nalley Hernandez Castillo, Rosalinda Ferrel Luna, Laura

Alejandra Pinedo Torres, Maria Elena García Arreola______________________ 67

ESTUDIO PRELIMINAR DE LA SÍNTESIS DE LiNi0.5Mn1.5O4 POR EL MÉTODO

COMBINADO DE SONOQUÍMICA-TRATAMIENTO TÉRMICO Y SU

EVALUACIÓN COMO CÁTODO EN BATERÍAS DE ION LITIO. Salomé Maribel

de la Parra Arciniega, Brenda Lizeth Magallán de la Garza, Ricardo Briones

Martínez, Lorena Leticia Garza Tovar, Eduardo Maximino Sánchez Cervantes___ 75

EJE TEMÁTICO 7 – BIOTECNOLOGÍA__________________________ 81

Klebsiella Oxytoca: EL FUTURO DE LA BIORREMEDIACIÓN. Aremi Joselyn

Cabrera Ceja, Alexander Ronquillo González, Alma Rubi Nava Centeno, Carlos

Abisaí García González, Karen Abigail Pérez Cruz________________________ 82

DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS BIOCINÉTICOS DEL CRECIMIENTO DE

SACCHAROMYCES CEREVISIAE EN UN LODO PORCÍCOLA. Jael Aidée

Aguilar Badillo, Juan Manuel Méndez Contreras, Eduardo Hernández Aguilar,

Alejandro Alvarado Lassman, Lucero Herrera-Quitl________________________ 88

CRECIMIENTO DE Asterococcus sp. EN REACTOR MIXOTRÓFICO POR

AGUA RESIDUAL URBANA DE LA ZONA METROPOLITANA DE MONTERREY.

Celestino García Gómez, Elizabeth Garza Valverde, Juan Napoles Armenta, Juan

Antonio Vidales-Contreras, Julia Mariana Márquez Reyes___________________ 94

ENMIENDA ORGÁNICA DE CACAO PARA LA RECUPERACIÓN DE UN SUELO

AFECTADO POR INCENDIO FORESTAL. Mayra Genezareth Contreras Pérez,

David Lugo Chávez, Ignacio Hernández Reyes, Visulia Carrasco Candelaria____ 99

MODELADO DE ISOTERMAS DE SORCIÓN Y CINÉTICA DE SECADO DE LAS

HOJAS DE PUNAMUÑA (Satureja boliviana). David Choque-Quispe, Higler

Monares Espinoza, Carlos A. Ligarda-Samanez, Betsy Suri Ramos-Pacheco,

Aydeé M. Solano-Reynoso, Yudith Choque-Quispe________________________ 105

EJE TEMÁTICO 8 – TECNOLOGÍA PARA EL CONTROL DE LA

CONTAMINACIÓN__________________________________________ 117

PRODUCCIÓN DE NANOPARTÍCULAS DE PLATA A PARTIR DE BACTERIAS

ANAEROBIAS PARA LA DESINFECCIÓN DE AGUAS RESIDUALES

CONTAMINADAS CON Escherichia coli. Jésica García Torres, Marisol Gallegos

García, Verónica Gallegos García, Diana María Escobar García______________ 118

EQUILIBRIO Y CINÉTICA DE ADSORCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE EN

SOLUCIÓN ACUOSA SOBRE MATERIAL COMPUESTO. José Valente Flores

Cano, Raúl Ocampo Pérez, Jorge Robledo Ortiz, Aida Alejandra Pérez Fonseca,

Rubén González Núñez_____________________________________________ 124

SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE HIDROGELES DE QUITOSANO PARA

LA REMOCIÓN DE ANIONES DE SOLUCIONES ACUOSAS. Itzia Rodríguez

Méndez, Nahum Andrés Medellín Castillo, Elizabeth Issacs Páez, Raúl González

García, Simón Yobbany Reyes López, Beatriz Guadalupe Saucedo Delgado____ 127

SÍNTESIS DE CARBONIZADO DE HUESO DE PECES PLECO Y DE FIBRAS

POLIMÉRICAS OBTENIDAS POR ELECTROHILADO PAR LA REMOCIÓN DE

CONTAMINANTES. Beatriz Guadalupe Saucedo Delgado, Nahum Andrés

Medellín Castillo, Simón Yobbany Reyes López , Roberto Leyva Ramos, Gladis

Judith Labrada Delgado, Itzia Rodríguez________________________________ 132

ESTUDIO DEL EFECTO DE CONDICIONES AMBIENTALES CONTROLADAS

PARA BENZOTIAZOLES EN MEDIO ACUOSO. Iris Alessandra Alanís Leal,

Israel Rodríguez Torres, Rogelio Flores Ramírez, Raúl Ocampo Pérez_________ 138

COMPARACIÓN DE LA ACTIVIDAD FOTOCATALÍTICA DE TiO2, Bi2O3 Y

FeC2O4 EN LA DEGRADACIÓN DE ISONIAZIDA EN MEDIO ACUOSO.

Francisca Espiricueta Candelaria, Minerva Villanueva Rodríguez, María de

Lourdes Maya Treviño, María Aracely Hernández Ramírez, Laura Hinojosa

Reyes, Rafael Roberto Segundo Coronado Castañeda_____________________ 147

EJE TEMÁTICO 9

–

MANUFACTURA ESBELTA__________________

153

APLICACIÓN DE HERRAMIENTAS DE MEJORA CONTINUA A UN PROCESO

DE ENSAMBLE, CASO INDUSTRIA ALIMENTICIA DE

MONTERREY, NUEVO

LEÓN, MÉXICO.

Juan Manuel Hernández Ramos, Carolina Solís Peña,

Jhonathan Cuellar Celestino, Sergio Gerardo Elizondo Arroyave, Valentín Lara

Jiménez, Marco

Antonio Mendoza García_______________________________

154

ANÁLISIS DE DECISIÓN Y LÍNEAS DE ESPERA APLICADAS A UNA

EMPRESA DEL SECTOR TURÍSTICO DEL ESTADO DE NUEVO LEÓN.

Patricia

Gómez Fuentes, Iván Guillermo González Palomo, Elva Patricia Puente Aguilar,

Oscar Huereca Delgado_____________________________________________

162

APLICACIÓN DE LÓGICA DIFUSA EN EL ACONDICIONAMIENTO DE

ESCORIA EN LA METALURGIA SECUNDARIA.

Karla Lizette Guajardo Cosío,

Rolando Javier Praga Alejo, Iván Guillermo González Palomo________________

171

ANÁLISIS DE PRÁCTICAS PROFESIONALES DE ESTUDIANTES DE

INGENIERÍA INDUSTRIAL. Daniela del Carmen Bacre Guzmán, Nury Margarita

Leal Rendón, María de los Ángeles Martínez Mercado______________________

179

EJE TEMÁTICO

10

–

NEGOCIOS SUSTENTABLES_________________

186

DIFERENCIAS ENTRE MILLENNIALS

Y CENTENNIALS

CON RESPECTO AL

DESEO, LOS MOTIVOS Y LAS DIFICULTADES PARA EMPRENDER, LA

ACTITUD EMPRENDEDORA Y LAS CARACTERÍSTICAS DEL

EMPRENDEDOR DE LOS ESTUDIANTES EN MÉXICO.

María del Carmen

Catache Mendoza, Elí Samuel González Trejo, Zita Mirthala Huerta Cerda, Ruth

Isela Martínez Valdez, Gloria Pedroza Cantú, María Alejandra García González__

187

TENDENCIA VERDE: UTILIDAD SANA Y A LA VANGUARDIA. Emma Gema

García González__________________________________________________

200

EJE TEMÁTICO

11

–

INDUSTRIA 4.0____________________________

207

¿CONOCEN LOS JÓVENES EL USO QUE SE LES DA A SUS DATOS EN

REDES SOCIALES? CASO DE ESTUDIO EN EL NORESTE DE MÉXICO.

Gloria

Pedroza Cantú, Ruth Isela Martínez Valdez, María Alejandra García González,

Elí Samuel González Trejo, María del Carmen Catache Mendoza, Zita Mirthala

Huerta Cerda_____________________________________________________

208

Aguilar Badillo Jael Aidée__________________________________________

88

Alanís Leal Iris Alessandral________________________________________

138

Alvarado Lassman Alejandro_______________________________________

88

Amador Chávez Cesar___________________________________________

25

Amador Hernández Judith_________________________________________

2

Armendáriz Aguilera Julio Cesar____________________________________

41,51

Bacre Guzmán Daniela del Carmen__________________________________

179

Barrón Zambrano Jesús Alberto____________________________________

32

Briones Martínez Ricardo__________________________________________

75

Cabrera Ceja Aremi Joselyn________________________________________

82

Cantú Cárdenas Lucía Guadalupe__________________________________

18

Carrasco Candelaria Visulia_______________________________________

99

Catache Mendoza María del Carmen________________________________

187,208

Cedeño Morales Eder Moisés______________________________________

41,51

Chávez Montes Abelardo_________________________________________

61

Choque-Quispe David____________________________________________

105

Choque-Quispe Yudith___________________________________________

105

Colunga Urbina Edith Madai_______________________________________

2

Contreras Pérez Mayra Genezareth_________________________________

99

Coronado Castañeda Rafael Roberto Segundo________________________

147

Cuellar Celestino Jhonathan_______________________________________

154

De Haro-Del Rio David Alejandro___________________________________

67

De la Garza Rodríguez Iliana______________________________________

2

De la Parra Arciniega Salomé Maribel________________________________

75

Elizondo Arroyave Sergio Gerardo__________________________________

154

ÍNDICE POR AUTORES

Escobar García Diana María_______________________________________

118

Esparza Ruiz Adriana____________________________________________

32

Espiricueta Candelaria Francisca___________________________________

147

Espitia López Josefa_____________________________________________

36

Esquivel Ferriño Patricia Cristina____________________________________

18

Ferrel Luna Rosalinda____________________________________________

67

Florencio Martínez Mara__________________________________________

2

Flores

Cano José Valente_________________________________________

124

Flores Ramírez Rogelio___________________________________________

138

Flores-Chávez Benito____________________________________________

36

Gallegos

García Marisol__________________________________________

118

Gallegos García Verónica_________________________________________

118

García Arreola Maria Elena________________________________________

67

García Gómez Celestino__________________________________________

94

García González Carlos

Abisaí_____________________________________

82

García González Emma Gema_____________________________________

200

García González María Alejandra___________________________________

187,208

García Torres Jésica_____________________________________________

118

Garrido Mota Carolina____________________________________________

13

Garza López Paul Misael__________________________________________

36

Garza Tovar Lorena Leticia________________________________________

75

Garza Valverde Elizabeth_________________________________________

94

Gómez de la Fuente Idali__________________________________________

41

Gómez Fuentes Patricia__________________________________________

162

González Barranco Patricia________________________________________

18

ÍNDICE POR AUTORES

González

García Raúl____________________________________________

127

González González María del Rosario_______________________________

8

González Hernández Brenda______________________________________

61

González Horta Azucena del Carmen________________________________

61

González Núñez Rubén___________________________________________

124

González Palomo Iván Guillermo___________________________________

162,171

González Santiago Omar_________________________________________

8,188

González Trejo Elí Samuel________________________________________

187,208

Gracia

Vásquez Sandra Leticia_____________________________________

18

Guajardo Cosío Karla Lizette_______________________________________

171

Hernández Aguilar Eduardo_______________________________________

88

Hernandez Castillo Cynthia Nalley__________________________________

67

Hernández Ramírez María Aracely__________________________________

147

Hernández Ramos Juan Manuel____________________________________

154

Hernández Reyes Ignacio_________________________________________

99

Herrera-Quitl Lucero_____________________________________________

88

Hinojosa

Reyes Laura____________________________________________

147

Huereca Delgado Oscar__________________________________________

162

Huerta Cerda Zita Mirthala________________________________________

187,208

Ildusovich Kharissov Boris_________________________________________

51

Issacs Páez Elizabeth____________________________________________

127

Labrada Delgado Gladis

Judith_____________________________________

132

Lara

Jiménez Valentín____________________________________________

154

Leal Rendón Nury Margarita_______________________________________

179

Leyva Ramos Roberto____________________________________________

132

ÍNDICE POR AUTORES

Ligarda-Samanez Carlos A.________________________________________

105

Lozano Presa Luis Antonio________________________________________

41

Lugo Chávez David______________________________________________

99

Magallán de la Garza Brenda Lizeth__________________________________

75

Márquez Reyes Julia Mariana______________________________________

94

Martínez

Delgadillo Sergio Alejandro________________________________

25

Martínez Mercado María de los Ángeles______________________________

179

Martínez Valdez Ruth

Isela________________________________________

187,208

May lozano Marcos______________________________________________

25

Maya Treviño María de

Lourdes____________________________________

147

Medellín Castillo Nahum Andrés____________________________________

127,132

Meléndez Alonso Astrid Itzel_______________________________________

36

Méndez Contreras Juan Manuel____________________________________

88

Mendez Rodríguez Itzia___________________________________________

132

Mendoza García Marco Antonio____________________________________

154

Monares Espinoza Higler__________________________________________

105

Montiel Condado Dvorak__________________________________________

61

Napoles Armenta Juan____________________________________________

94

Nava Centeno Alma Rubi__________________________________________

82

Ocampo Pérez Raúl______________________________________________

124,138

Pedroza Cantú Gloria____________________________________________

187,208

Peña Méndez Yolanda___________________________________________

41,51

Pérez Cruz Karen Abigail__________________________________________

82

Pérez Fonseca Aida Alejandra_____________________________________

124

Pérez Vera Leydi Rubi____________________________________________

13

ÍNDICE POR AUTORES

Pinedo Torres Laura

Alejandra_____________________________________

67

Platas Román Luis Alfredo________________________________________

32

Praga Alejo Rolando Javier________________________________________

171

Puente Aguilar Elva Patricia_______________________________________

162

Quiroz Vázquez María Guadalupe__________________________________

61

Ramos-Pacheco Betsy Suri________________________________________

105

Reyes López Simón Yobbany______________________________________

127,132

Robledo Ortiz Jorge______________________________________________

124

Rodríguez

Méndez Itzia___________________________________________

127

Rodríguez Torres Israel___________________________________________

138

Ronquillo González Alexander______________________________________

82

Ruiz Espinoza Juan Enrique_______________________________________

32

Sánchez Anguiano María

Guadalupe________________________________

8

Sánchez Cervantes Eduardo Maximino______________________________

75

Saucedo Delgado Beatriz Guadalupe________________________________

127,132

Silva Enríquez Florencia__________________________________________

2

Solano-Reynoso Aydeé M.________________________________________

105

Solís Peña Carolina______________________________________________

154

Torres Galicia

Ivonne_____________________________________________

13

Velázquez Manzanares Miguel_____________________________________

2

Vidales-Contreras Juan

Antonio____________________________________

94

Villafaña-Rivera Francisco Joaquín__________________________________

36

Villanueva Rodríguez Minerva______________________________________

147

Villarreal Quiroga Gregorio Humberto________________________________

51

Yeverino Gutiérrez Myrna Laura____________________________________

8

ÍNDICE POR AUTORES

1

EJE TEMÁTICO 1 EVALUACIÓN DE

CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

CUANTIFICACIÓN DE FLUORUROS EN AGUAS DE POZOS DEL SUROESTE DE COAHUILA MEDIANTE ESPECTROFOTOMETRIA UV/VIS

QUANTIFICATION OF F- OF DIFFERENT WELLS WATER SOUTHWEST OF COAHUILA, USING UV/VIS SPECTROPHOTOMETRY

Florencia Silva Enriquez1, Edith Colunga Urbina1, Judith Amador Henandez1, Miguel Velázquez Manzanares1, Mara Florencio Martínez1, Iliana De la Garza Rodríguez1*

1Universidad Autónoma de Coahuila, Facultad de Ciencias Químicas, Laboratorio de Química Analítica Ambiental, Blvd. Venustiano Carranza y José Cárdenas Valdez S/N Col. República Oriente, Saltillo

Coahuila, C.P. 25280.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: ilianagarza@uadec.edu.mx

RESUMEN. Hoy en día, la falta de agua ha favorecido el desarrollo de grandes obras subterráneas para la explotación de los mantos acuíferos, cuando el agua se extraer atraviesa los suelos por percolación disolviendo diversas sales como CaCO3, Na2CO3, MgCO3, MgSO4, CuSO4, FeSO4, NaCl, NaF, CaF2, etc. En algunas regiones se presentan contenidos elevados de sales de fluoruro como NaF, CaF2, Na3AlF, Ca5(PO4)3F, etc., las cuales se disuelven en el agua obteniendo altos contenidos del anión, la presencia de este al ser consumido en grandes cantidades ocasiona enfermedades como la fluorosis dental regularmente en niños menores de 8 años (manchas en piezas dentales) y fluorosis esquelética (deformaciones en el sistema óseo), en México se establece que el límite máximo permisible de F- en agua para consumo humano es de 1.5 mg/L (NOM-127-SSA1-1994) y a nivel internacional es de 0.7 mg/L (OMS). Estos límites nos permiten determinar si el agua de pozo es adecuada para su distribución. El objetivo de este trabajo fue determinar la presencia de F- en muestras de agua naturales mediante el método espectrofotométrico con Zr-SPANDS e identificar los pozos de agua con mayor concentración de F-. De los pozos analizados encontramos que solo dos pozos están por arriba del límite permisible Internacional.

Palabras clave: agua, fluoruros, Zr-SPANDS, UV/VIS.

ABSTRACT. Nowadays, the water lack has favored the development of large underground works of the aquifers exploitation, when the water has become of the drafting results of activities such CaCO3, Na2CO3, MgCO3, MgSO4, CuSO4, FeSO4, NaCl, NaF, CaF2, etc. In some regions, the contents of fluoride sales as NaF, CaF2, Na3AlF, Ca5(PO4)3F, etc., in water are dissolved, obtaining high levels of anion, the presence of this, in large quantities consumption causes diseases such as fluorosis, dental health, skin surgery, and skeletal fluorosis (deformations in the bone system), in Mexico it refers the limit maximum permissible of F- in water for human consumption is 1.5 mg/L (NOM-127-SSA1-1994) and international level is 0.7 mg/L (OMS). These limits allow to determine if water is suitable for distribution. The objective of this work was to determine the presence of F- in natural water samples by spectrophotometric method with Zr-SPANDS and to identify the water points with the highest concentration of F-. On the wells analyzed, we found that only two wells are above of the International permissible limit.

Keywords: water, fluoride, Zr-SPANDS, UV/VIS.

2

INTRODUCCIÓN Hoy en día a falta de agua en Coahuila ha provocado el desarrollo de grandes obras subterráneas para la explotación de los mantos acuíferos. Cuando se extrae el agua de manantiales, atraviesa los suelos por percolación disolviendo diversas sales, las principales sales son de fluoruros de calcio (CaF2) y sodio (NaF) [1,2], además la presencia de cesio, litio, cloro y bromo, provocan altas concentraciones de fluoruros [1]. Los fluoruros (F-) forman sales de flúor o compuestos binarios unidos a otro elemento [2], también se asocia con el aluminio en agua dulce, en forma de AlF2 se deposita en los sedimentos en donde se adhieren con mucha fuerza a otras partículas que están presentes en el medio. Los suelos o sedimentos que presentan flúor al estar en contacto con el agua pueden ser removidos por el movimiento de está incorporándose y/o acumulándose en raíces de las plantas y/o quedarse disueltos en el agua [3]. La concentración natural de fluoruros en el agua depende de varios factores como: pH, sólidos totales disueltos, alcalinidad, aniones, cationes, dureza, temperatura, etc. [4,5,6,7,8]. Otra manera de encontrar a los fluoruros en el medio ambiente de forma natural es la meteorización, emisiones volcánicas y de forma antropogénica: por la combustión del carbón, elaboración de acero y otros procesos industriales [9].Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), explica que los fluoruros tienen efectos beneficiosos como perjudiciales en la salud humana siendo las altas concentraciones de fluoruros las que provocan efectos tóxicos en el ser humano [10]. En la actualidad consumimos alimentos y bebidas de venta en diferentes comercios que no incluyen dentro de su información nutrimental la cantidad de fluoruros. Los fluoruros aún no son requeridos en las etiquetas de los productos de venta y de consumo humano (NOM-051-SCFI/SSA1-2011, especificaciones generales de etiquetado para alimentos y bebidas) [11] y son de gran importancia ya que en muchos de los alimentos y bebidas se encuentran presentes, como, por ejemplo, en aguas embotelladas, jugos embotellados, algunas variedades de té y café y en productos de higiene personal como la pasta dental [12]. Los fluoruros se encuentran en forma natural en el agua [13]. Algunos de los beneficios que tiene consumir agua con la cantidad adecuada de fluoruros son: reducir las caries dentales, potente estimulador de proteínas (involucradas en la transducción de señales como lo son las proteínas G y MAPK) [14], e inhibidor de enzimas (que controlan el ciclo de las células) [15]. Actualmente el flúor es utilizado en muchos tratamientos dentales. Sin embargo, uno de los efectos más perjudiciales sobre el consumo de altas concentraciones de fluoruros es la fluorosis dental, esto ocurre en niños menores a 8 años de edad que han sido sometidos a ingesta excesiva de fluoruro durante la formación de los dientes, esto se debe, a que niveles muy altos del anión perturban el buen funcionamiento de las células que forman el esmalte dental (odontoblastos) y por lo tanto, impiden que el esmalte madure de una forma normal, apareciendo manchas amarillas que es una condición irreversible en el diente [16]. Esto sucede porque los fluoruros son rápidamente absorbidos a través de la mucosa gástrica, una vez que entra al estómago reacciona con el ácido clorhídrico y forma ácido hidrofluorhídrico, el cual es corrosivo en la mucosa gástrica, particularmente cuando hay mucha acidez gástrica, posteriormente pasa al plasma y a las tres horas de ser ingerido se presenta la concentración máxima, que es absorbida en los intestinos por mecanismos de transporte pasivo, depositándose en tiroides, aorta, riñones, esqueleto y dientes (principal deposito) [2]. En México, la concentración máxima permitida de fluoruros en agua de consumo humano es de 1.5 mg/L (NOM-127-SSA1-2000, Salud ambiental, agua para uso y consumo humano) [17], mientras que la Organización Mundial de Salud solo permite 0.7 mg/L [12]. La ciudad de Torreón se encuentra en la Comarca Lagunera (zona que abarca algunos de los municipios de Durango y Coahuila) en esta zona se han sobreexplotado los mantos freáticos y las presas en los últimos años y lejos de resolverse este problema ha ido aumentando la demanda del agua. Lo cual ha generado un recurso no sustentable, debido a la capacidad de recarga de agua de

3

los acuíferos es menor que el agua que se extrae, además, ya se ha reportado la presencia de diferentes contaminantes como el arsénico, cloruros, fluoruros, etc. [18]. El presente trabajo tiene como objetivo determinar la concentración de fluoruros de diferentes pozos que sirven de abastecimiento a la red municipal de la Comarca Lagunera utilizando el método espectrofotométrico en la región visible mediante la reacción entre los iones fluoruro y el complejo Zirconilo-SPADNS [19] y poder establecer si son aguas aptas para el consumo humano.

METODOLOGÍA Las muestras recolectadas se almacenaron a 4 ºC hasta su cuantificación. El método espectrofotométrico utilizado para su cuantificación fue el del complejo Zr-SPDNS formando un anión complejo incoloro ZrF6

2-. Reactivos Zirconilo: ZrOCl28H2O 8.25x10-4 M + HCl 8.4 M; SPADNS: sal disódica del ácido 4,5-dihidroxi-3(parasulfofenilazo)-2,7naftalendisulfónico 3.36x10-3 M. Zr-SPADNS: zirconilo: SPADNS (1:1). Estándar certificado de fluoruros (1000 mg/L) de AcuStandard. Procedimiento general Se realizó una curva de calibrado con 5 estándares de F- (0.2 a 1.0 mg/L), para cada estándar se añaden la alícuota del estándar, después se agregó 1 mL Zr-SPADNS, seguido de una agitación en vortex (10 segundos). Finalmente se llevan al espectrofotómetro UV/VIS (Cary Eclipse marca Varian) y los estándares y las muestras se leyeron a 570 nm. Las muestras se realizaron por triplicado.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la Figura 1 se presenta el mapa de la zona de muestreo.

Figura 1. Puntos de los pozos de agua que se analizaron en la Ciudad de Torreón Coahuila.

La ecuación de la recta que se obtuvo para determinar la concentración de fluoruros de las muestras fue: y= -0.3407x + 0.7412 R2= 0.9993.

En la Tabla I se presentan los parámetros analíticos para conocer la precisión y seguridad del método.

123

76 8

4

5

9

10

4

Tabla I. Parámetros analíticos

% DER 0.37% para 0.2 mg/L de F-

0.68% para 1.0 mg/L de F-

% E 0.83% para 0.2 mg/L de F- 1.53% para 1.0 mg/L de F-

Con estos resultados tenemos la confianza de trabajar en este intervalo de trabajo. En la Figura 2 se presentan los resultados obtenidos de las muestras analizadas.

Figura 2. Concentración de fluoruros presente en las muestras.

En la Figura anterior se presentan las concentraciones de fluoruros que se obtuvieron para cada una de las muestras analizadas y ninguna de las muestras excede el limite permisible establecido en México (NOM-127-SSA1-2000 de 1.5 mg/L), Sin embargo tres de los pozos (4, 6 y 7) analizados presentan concentraciones que sobrepasan el limite permisible que establece la Organización Mundial de Salud de 0.7 mg/L, siendo de gran interés estos resultados para el municipio de Torreón ya que pueden realizar un previo tratamiento antes de utilizarlos en las red municipal ya que esa agua puede ser consumida y los fluoruros pueden almacenarse en los intestinos, tiroides, aorta, riñones, esqueleto y dientes de los niños menores de 8 años que habiten en las colonias que son abastecidos con esos pozos. CONCLUSIONES Con los resultados que se obtuvieron podemos concluir que solo tres pozos presentan concentraciones por arriba de los limites establecidos por la Organización Mundial de Salud. El consumo del agua de estos pozos puede generar fluorosis dental y hasta fluorosis esquelética, una forma para saber si el pozo de agua esta sobreexplotado se observará que los adultos mayores de 8 años presentaran fluorosis dental al igual que los niños menores de 8 años y si el pozo apenas tiene un aumento en la concentración de fluorurso solamente se presentará la fluorosis dental en los niños menores de 8 años. Por lo tanto es necesario tener la información del sector Salud donde se tenga registros de fluorosis dental y los registros de la calidad de los pozos de agua de SIMAS (Sistema Municipal de Aguas y Saneamiento), para que el Municipio de Torreón tome las decisiones correspondientes de los pozos que ya presentan las concentraciones por arriba del limite permisible de la OMS.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10

F-mg/L

5

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HIDROCARBUROS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS EN ACEITE MINERAL

POLYCYCLIC AROMATIC HIDROCARBONS IN MINERAL OIL

Myrna L. Yeverino Gutierrez1*, Ma. del Rosario González González1, María Guadalupe Sánchez Anguiano1, Omar González Santiago2

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Laboratorio de Farmacobiología, Ave. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L. México, C.P. 66455.

2Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Laboratorio de Ing Genética y Genómica, Guerrero y Progreso S/N, Col Treviño, Monterrey N.L. México.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: myrnayeverino@gmail.com

RESUMEN. El aceite mineral o parafina líquida es mezcla de hidrocarburos líquidos obtenidos del petróleo, son utilizados ampliamente en la producción de cosméticos, aceite para limpieza y protección de la piel del bebé, productos de higiene personal, medicamentos y materiales de empaque para alimentos. En su composición pueden contener impurezas denominadas hidrocarburos aromáticos policíclicos, que afectan la salud pues son cancerogénicos, se inhalan o se absorben por piel y se bioacumulan en tejido adiposo. El objetivo del presente trabajo fué determinar hidrocarburos aromáticos policíclicos en aceite mineral utilizado como materia prima para la elaboración de productos cosméticos. El análisis de referencia oficial de la Farmacopea de Estados Unidos, United States Pharmacopeia (USP) es una metodología de espectroscopía ultravioleta (UV) de barrido, midiendo la absorbancia en un intervalo de longitud de onda de 260 a 350 nm para detectar los hidrocarburos aromáticos policíclicos. El 13 porciento (2 de 15 de las muestras analizadas en el 2018), no pasan la prueba para impurezas debidas a hidrocarburos aromáticos policíclicos, de acuerdo a la FDA (U.S. Food and Drug Adminitration) declarado en el Code of Federal Regulations Title 21 (21CFR 178.3620). Se concluye que es importante realizar el análisis de cada lote para prevenir exposición a sustancias cancerogénicas contenidas en productos de consumo cotidiano.

Palabras clave: Hidrocarburos aromáticos policíclicos, aceite mineral, compuestos cancerogénicos.

ABSTRACT. Mineral oil or liquid paraffin is a mixture of liquid hydrocarbons obtained from petroleum, they are widely used in the production of cosmetics, cleaning oil and protection of baby's skin, personal hygiene products, medicines and food packaging materials. In their composition they may contain impurities called polycyclic aromatic hydrocarbons, which affect health because they are cancerogenic, inhaled or absorbed by skin and bioaccumulate in adipose tissue. The objective of the present work was to determine polycyclic aromatic hydrocarbons in mineral oil used as raw material for the elaboration of cosmetic products. The official reference analysis of the United States Pharmacopoeia (USP),is a methodology of ultraviolet (UV) scanning spectroscopy, measuring the absorbance in a wavelength range of 260 to 350 nm to detect polycyclic aromatic hydrocarbons. The 13 percent (2 of 15 samples analyzed), do not pass the test for impurities due to polycyclic aromatic hydrocarbons, according to the FDA (U.S. Food and Drug Administration) declared in the Code of Federal Regulations Title 21 (21CFR 178.3620). It is concluded that it is important to perform the analysis of each batch to prevent exposure of cancerogenic substances contained in products of daily consumption.

Keywords: Polycyclic aromatic hydrocarbons, mineral oil, cancerogenic compounds.

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INTRODUCCIÓN El aceite mineral denominado también parafina líquida o aceite blanco, es definido como la mezcla de hidrocarburos líquidos obtenidos del petróleo [1]. Son utilizados ampliamente en la producción de cosméticos, productos de higiene personal, medicamentos y materiales de empaque para alimentos. Es de interés evaluar la calidad de estos, en cuanto a la presencia de impurezas tales como hidrocarburos aromáticos policíclicos (compuestos orgánicos formados por dos o más anillos aromáticos condensados) clasificados por la International Agency Research Cancer (IARC) como cancerogénicos [2]. La exposición a estos compuestos es a través de vía respiratoria, digestiva o contacto con piel; estos compuestos químicos se distribuyen en la mayoría de los órganos del cuerpo humano y se bioacumulan en tejido adiposo [3]. Se han desarrollado diferentes métodos para cuantificar los hidrocarburos aromáticos policíclicos o también de manera individual cada compuesto químico, entre los que se encuentran antraceno, naftaleno, pireno, fenantreno, criseno, fluoreno, benzopireno, etc. Las metodologías son desde las gravimétricas, espectroscopía UV, hasta basados en cromatografía de gases para su separación y detección con ultravioleta al vacío (GC-VUV) [3,4]. OBJETIVO Evaluar la calidad de muestras de aceite mineral adquirido como materia prima utilizando de método analítico declarado en la Farmacopea de los Estados Unidos de América USP 37 [5]. METODOLOGÍA Durante el año 2018, en el área metropolitana de la ciudad de Monterrey, N.L. se adquirieron al menudeo un total de 15 muestras de aceite mineral, en los almacenes que comercializan materias primas para la elaboración de productos cosméticos, que se utilizaron para las prácticas de tecnología cosmética desarrolladas por los estudiantes de QFB de la UANL, a dichas muestras se les realizó el análisis para límite de hidrocarburos aromáticos policíclicos siguiendo la metodología establecida en la USP. Dicho método consiste en extracción de hidrocarburos aromáticos policíclicos con una mezcla de los solventes orgánicos hexano y dimetil sulfóxido, como a continuación se describe. Tratamiento de la muestra: de la muestra previamente homogenizada fueron transferidos 25 mL de aceite mineral y se agregaron 25 mL de n-hexano en un embudo de separación de 125 mL y se mezcló perfectamente. Se añadieron 5 mL de dimetil sulfóxido y se agitó vigorosamente durante 1 min., se dejó reposar hasta que la capa inferior se tornó transparente. La capa inferior fue transferida a otro embudo de separación de 125 mL, se agregaron 2 mL de n-hexano y se procedió a agitar vigorosamente; se utilizó la capa inferior para la medición espectrométrica. Tratamiento del blanco: en un embudo de separación de 125 mL se agregaron 5 mL de dimetil sulfóxido y 25 mL de n-hexano, posteriormente se agitó vigorosamente durante 1 min. Preparación de solución estándar: naftaleno a una concentración de 7.0 µg/mL disuelto en isooctano (2,2,4-trimetilpentano). La solución obtenida del tratamiento a la muestra, así como el blanco y la solución estándar fueron llevados al espectrofotómetro UV para su lectura, a un intervalo de longitud de onda de 260 a 350 nm. El resultado de la prueba es la comparación de la absorbancia máxima determinada en el control (naftaleno λ= 275 nm) en el rango de longitud de onda establecido y la absorbancia de la muestra. El criterio de aceptación para el límite de hidrocarburos aromáticos policíclicos es que la absorbancia de la solución de la muestra a cualquier longitud de onda del intervalo especificado, no sea mayor que el tercio de la absorbancia de la solución estándar de naftaleno.

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los resultados de los análisis obtenidos en el equipo Genesys 20 UV-VIS se muestran en las Figuras 1, 2, 3 y 4. La Figura 1 muestra la gráfica del espectro para el solvente dimetil sulfóxido, en la Figura 2 se observa el espectro de la solución estándar de naftaleno, en la Figura 3 se presenta el espectro de una muestra que no pasa la prueba y en la Figura 4 se observa una muestra que pasa la prueba. La metodología utilizada es la establecida en la USP, que involucra la separación por extracción de los compuestos hidrocarburos aromáticos policíclicos y su lectura de absorbencia en la región UV. En publicaciones recientes se realiza este análisis utilizando la cromatografía de gases para la separación de los compuestos aromáticos, empleando detector de VUV, dicho análisis presenta la ventaja de eliminar el tratamiento a la muestra para la separación de los compuestos, reduciendo así el tiempo de análisis y aumentando la repetibilidad del método, aunque actualmente no se establece como método oficial normalizado [3]. Como resultados se obtuvo que el 13% de las muestras de aceite mineral (2 de 15 de las muestras analizadas en el 2018) no pasaron la prueba de impurezas de hidrocarburos aromáticos policíclicos de acuerdo a la FDA (U.S. Food and Drug Adminitration) declarado en el Code of Federal Regulations Title 21 (21CFR 178.3620) [6].

Figura 1. Espectro UV dimetilsulfóxido.

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Figura 2. Espectro UV naftaleno (estándar).

Figura 3. Espectro muestra (no pasa la prueba).

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Figura 4. Espectro muestra (pasa la prueba).

CONCLUSIONES El aceite mineral analizado no es 100 % libre de hidrocarburos aromáticos policíclicos, por lo que es importante que cada lote sea ensayado para conocer si cumple con el criterio de aceptación de la USP.

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IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE COLIFORMES TOTALES Y COLIFORMES FECALES A PARTIR DEL MÉTODO DE FILTRACIÓN DE

MEMBRANA EN LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE Y AGUAS RESIDUALES DE LA FES ACATLÁN

IDENTIFICATION AND QUANTIFICATION OF TOTAL COLIFORMS AND FECAL COLIFORMS FROM THE METHOD OF MEMBRANE FILTRATION IN THE

DISTRIBUTION NETWORK OF DRINKING WATER AND WASTEWATER OF THE FES ACATLÁN

Torres Galicia Ivonne1, Garrido Mota Carolina1, Pérez Vera Leydi Rubi1*1Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Estudios Superiores Acatlán, Unidad de Investigación Multidisciplinaria, Laboratorio de Tecnología Ambiental, Av. Alcanfores y San Juan

Totoltepe s/n, Sta Cruz Acatlán, Naucalpan de Juárez Estado de México, C.P. 53150.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: rubiley@yahoo.com.mx

RESUMEN. La presencia de coliformes fecales en agua contaminada permite utilizarlos como indicadores de contaminación del agua; ya que se encuentran presentes en los residuos humanos y animales, además de formar parte de su biota intestinal, rara vez se encuentra en agua o suelo que no haya sufrido algún tipo de contaminación fecal, por ello se considera como indicador universal, conforme mayor sea el número de coliformes en agua, mayor será la probabilidad de estar frente a una contaminación reciente. La identificación de Coliformes totales es más difícil ya que estos pueden provenir de suelo y de superficies de agua dulce por lo que no siempre son intestinales. Existen distintas técnicas que permiten su identificación y cuantificación, entre ellas se encuentra la técnica de filtración en membrana, la cual se realiza a partir de la filtración del agua con una membrana que después se incuba en medios selectivos de 35 o 44.5 °C; transcurridas 24 h se realiza un recuento de colonias. El presente estudio permitió identificar y cuantificar la presencia de coliformes totales y fecales en la red de agua potable, distribuida a través de 20 bebederos colocados estratégicamente y en la planta de tratamiento de aguas residuales de la FES Acatlán, para su posterior validación e implementación como método de monitoreo de la calidad del agua.

Palabras clave: Coliformes fecales, coliformes totales, contaminación.

ABSTRACT. The presence of fecal coliforms in contaminated water allows them to be used as indicators of water contamination; since they are present in human and animal waste, as well as forming part of their intestinal biota, it is rarely found in water or soil that has not suffered some type of fecal contamination, therefore it is considered as a universal indicator, as greater is the number of coliforms in water, the greater the probability of being in front of a recent contamination. The identification of total Coliforms is more difficult since these can come from soil and freshwater surfaces, so they are not always intestinal. There are different techniques that allow their identification and quantification, among them is the membrane filtration technique, which is performed from the filtration of water with a membrane that is then incubated in selective media of 35 or 44.5 °C; after 24 h a colony count is performed. The present study will identify and quantify the presence of total and fecal coliforms in the drinking water network, distributed through 20 strategically placed drinking troughs and in its FES Acatlán wastewater treatment plant, for its subsequent validation and implementation as a method of water quality monitoring.

Keywords: Fecal coliforms, total coliforms, contamination.

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INTRODUCCIÓN

El agua es un elemento vital para la supervivencia de todo organismo vivo, que de manera frecuente actúa como vehículo de transmisión de microorganismos que causan distintas enfermedades [1]. Dentro de estos microorganismos se encuentran las bacterias coliformes que se caracterizan por ser bacilos Gramnegativos aerobios o anaerobios facultativos, no esporulados, que fermentan la lactosa con producción de gas en un lapso máximo de 48 h. Las bacterias coliformes habitan en el entorno natural en su forma saprofita principalmente en la superficie de plantas, suelos y el agua; también se encuentran presentes en los residuos humanos y animales, además de formar parte de su biota intestinal. Los géneros que componen este grupo son Escherichia, Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Citrobacter y Edwardsiella. Todas ellas pueden existir como saprofitas, o como microorganismos intestinales, excepto el género Escherichia cuyo origen es sólo fecal. Por sus características se dividen en coliformes totales (incluye a todos los coliformes de cualquier origen) capaces de fermentar lactosa a 35 °C y coliformes fecales (coliformes de origen exclusivamente intestinal) que fermentan lactosa a 44.5 °C [2,3]. Por consiguiente, son útiles como indicadores de contaminación fecal en agua; conforme mayor sea el número de coliformes en agua, mayor será la probabilidad de estar frente a una contaminación reciente [4]. Existen distintas técnicas para monitoreo de bacterias coliformes en agua, basadas en principios variados, que emplean medios de cultivo líquidos o sólidos con características selectivas y diferenciales, se miden generalmente en muestras de 100 mL de agua. Entre los métodos más comunes se encuentra la técnica de los tubos múltiples de fermentación o número más probable que establece un método para la detección y enumeración en aguade organismos coliformes totales y fecales mediante el cultivo en un medio liquido en tubos y él cálculo de sus números más probables (NMP) en la muestra; este método es aplicable para todo tipo de agua, incluyendo aquellos que contienen una cantidad apreciable de materia en suspensión [2,5]. Otro método es la técnica de filtración en membrana, la cual se realiza a partir de la filtración del agua con una membrana que después se incuba en medios selectivos a 35 o 45 °C; transcurridas 24 h, se realiza un recuento de colonias, este método es aplicable a todo tipo de agua, exceptuando aguas salinas con altos contenidos de diatomeas o cuando números grandes de otros organismos puedan interferir con el crecimiento [3,6]. No obstante, se pueden emplear nuevas y distintas metodologías, siempre y cuando éstas demuestren un comportamiento igual o superior al método definido como de referencia [7]. La selección de la prueba empleada en la detección de las bacterias coliformes, depende principalmente de la naturaleza de la muestra de agua y el objetivo de la prueba. Estos métodos de detección son importantes ya que el agua se ve sometida a muchas presiones antrópicas (generadas por el ser humano) que pueden afectar potencialmente su calidad; por lo que es necesario llevar acabo el monitoreo de su calidad y verificar si cumple con las condiciones para su consumo o uso.

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El objetivo del presente trabajo radicó en identificar y cuantificar la presencia de coliformes totales y fecales en la red de agua potable distribuida a través de 20 bebederos colocados estratégicamente y el agua residual tratada de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) de la FES Acatlán a partir de la técnica de filtración de membrana, para su posterior validación e implementación como método de monitoreo de la calidad del agua.

METODOLOGÍA

Para llevar a cabo la detección y cuantificación de coliformes se utilizó la técnica de detección y cuantificación de coliformes totales y coliformes fecales por el método de filtración de membrana de acuerdo a la norma NMX-AA-102-2006. Las muestras de agua se tomaron de los bebederos de la red distribución de agua potable y de la cisterna de almacenamiento de agua residual tratada de la PTAR de la FES Acatlán, el muestreo se realizó 2 veces por semana y la toma de muestra de los bebederos fue aleatoria ya que el campus cuenta con un total de 20; tomando muestras de 5 bebederos y una de la cisterna utilizando bolsas estériles con una capacidad de 100 mL, a la muestra obtenida de la planta se le realizó una dilución de 0.001. Posteriormente cada muestra se pasó a través de un filtro de membrana de celulosa con un poro de 0.45 µm, utilizando un sistema de filtración y vació; una vez filtrada la muestra, la membrana se colocó en una caja Petri con dos medios selectivos diferentes; para el primer muestreo semanal se utilizó el medio Endo Broth MFTM (coliformes totales) y para el segundo muestreo se utilizó el medio m FC Broth Base (coliformes fecales). Las cajas Petri con las membranas se incubaron por 24 h a diferentes temperaturas, las que contenían el medio Endo Broth MFTM se incubaron a 35 °C y las que contenían el medio m FC Broth Base se incubaron a 44.5 °C. Transcurridas las 24 h se realizó el conteo de las colonias, y se registraron los resultados en UFC/mL.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las muestras obtenidas de los bebederos no mostraron crecimiento bacteriano en ninguno de los medios utilizados. En las muestras de la cisterna de agua residual tratada de la PTAR, se observó crecimiento de dos tipos de colonias bacterianas (Figura 1), una de ellas presento un color rojo oscuro y la otra un color rojo con brillo metálico de color verde-azulado lo que indica la presencia de Salmonella y Escherichia coli. en el medio Endo Broth MFTM, en caso del medio FC Broth Base se observaron colonias color azul de Escherichia coli. (Figura 2). Los datos microbiológicos obtenidos de la planta de tratamiento de aguas residuales se muestran en la Tabla I.

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El presente estudio permite identificar y cuantificar la presencia de coliformes totales y fecales en la red de distribución de agua potable y la planta de tratamiento de la FES Acatlán, para conocer la condición en la que se encuentra el agua de los bebederos que consumen los alumnos, y el agua residual de la planta de tratamiento ya que esta es usada en el sistema de riego de las áreas verdes, con ello se pretende posteriormente validar la

Figura 1. Colonias bacterianas de coliformes totales en Medio Endo Broth MFTM. Muestra diluida 0.001 de la planta de tratamiento de aguas residuales.

Figura 2. Colonias bacterianas de coliformes fecales en el medio m FC Broth Base. Muestra diluida al 0.001 de la planta de tratamiento de aguas residuales.

Tabla I. Crecimiento de coliformes totales y fecales en la muestras de la planta de tratamiento de aguas residuales de la FES Acatlán.

Muestreo Medio Microorganismo 1 Endo Broth MFTM Salmonella y Escherichia coli. 2 FC Broth Base Escherichia coli 3 Endo Broth MFTM Salmonella y Escherichia coli. 4 FC Broth Base Escherichia coli

Los resultados obtenidos de los conteos de coliformes totales y fecales para cada muestra son reportados en Unidades Formadoras de Colonias (UFC) y se encuentran reportados en la Tabla II, donde los valores oscilan entre 10,000 y 300,000 UFC/100 mL de manera global, para realizar el cálculo utilizamos una dilución 0.001.

Tabla II. Conteo de coliformes totales y fecales en la muestras de la planta de tratamiento de aguas residuales de la FES Acatlán.

Muestreo Medio Dilución 0.001 UFC/mL; °C/h

1 Endo Broth MFTM 7 colonias 7x102 ; 35 °C/ 24 h 2 FC Broth Base 300 colonias 30x103 ; 44.5 °C/ 24 h 3 Endo Broth MFTM 10 colonias 1x103 ; 35 °C/ 24 h4 FC Broth Base 3 colonias 3x102 ; 44.5 °C/ 24 h

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presente técnica para realizar el monitoreo de la calidad del agua en el Laboratorio de Tecnología Ambiental.

Se seleccionó el método de filtración de membrana ya que es un método rápido y de fácil implementación, que indica contaminación microbiológica de origen fecal o la presencia de coliformes totales que se desarrollan a 35 °C, lo que solo indicaría la existencia de contaminación, y aun cuando el análisis se dificulta en muestras de aguas muy turbias o con abundante carga bacteriana, se pueden realizar diluciones de la muestra y resolver el problema.

CONCLUSIONES

Los resultados del presente trabajo son el precedente para establecer las condiciones del método de filtración de membrana para la determinación de coliformes totales y coliformes fecales, mismo que será incorporado al plan de vigilancia de la calidad del agua de la institución y al mismo tiempo fortalecer los mecanismos de aseguramiento de calidad del agua potable y del agua residual tratada del campus.

Con lo cual se pretende tener un impacto que coadyuve a garantizar que la población universitaria cuente con agua segura para su consumo y servicios y al mismo tiempo identificar factores de riesgo para los consumidores y actuar oportunamente para restablecer su calidad.

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RIESGO ECOTOXICOLÓGICO REPORTADO PARA LOS AINEs, DESCARTADOS COMO MEDICAMENTOS CADUCOS

ECOTOXICOLOGICAL RISK REPORTED FOR NSAIDs, DISCHARGED AS EXPIRED MEDICINE

Lucía G. Cantú Cárdenas1, Patricia González Barranco1, Sandra L. Gracia Vásquez1, Omar González Santiago1, Patricia C. Esquivel1*

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Ave. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L. México, C.P. 66455.

RESUMEN. Los fármacos son un tipo de contaminantes emergentes provenientes de diversas fuentes, entre las que se encuentra la disposición inadecuada de los medicamentos caducos. Este estudio tuvo como objetivo revisar los efectos ecotoxicológicos reportados para los antiinflamatorios no esteroideos (AINEs), los cuales corresponden al grupo terapéutico con mayor presencia en los medicamentos caducos recolectados en el proyecto realizado por la Secretaria de Salud de Nuevo León y la Facultad de Ciencias Químicas, UANL. Se encontró que el ibuprofeno presenta un efecto negativo en el crecimiento de la especie Scenedesmus rubescens, además de una reducción en el desarrollo de la larva del Paracentrotus lividus; mientras que los estudios histológicos hicieron evidente el efecto del diclofenaco sobre truchas marrón en los tejidos branquiales y renales, un efecto similar fue reportado sobre la trucha arcoíris. Además, se encontraron reportes sobre las modificaciones en la expresión génica y del efecto tóxico en el desarrollo de embriones que causa el diclofenaco en la especie Danio rerio, hallando que concentraciones superiores a 10.13 μM del fármaco fueron letales para los embriones, mientras que valores de 3.78 μM fueron teratogénicos. Se encontraron también reportes de toxicidad del diclofenaco sobre los buitres de la especie Gyps. Concluyendo que los contaminantes emergentes se convierten en un riesgo ambiental para la salud en el mundo, haciendo necesario que las entidades encargadas de la vigilancia, del cuidado del medioambiente y de la preservación de la salud pública intervengan en los procesos de manejo y disposición final de los contaminantes emergentes.

Palabras clave: Contaminantes emergentes, ibuprofeno, AINEs, fármacos, caducos.

ABSTRACT. Drugs are a type of emerging contaminants that may come from various sources, among which is the inadequate disposal of expired medications. The objective of this study was to review the reported ecotoxicological effects for non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs). These belong to the therapeutic group with greater presence in the expired medications collected in the project carried out by the Secretary of Health of Nuevo León and the Faculty of Chemical Sciences of the UANL. It was found that ibuprofen has a negative effect on the growth of the species Scenedesmus rubescens, in addition to a significant reduction in the development of the larval of the Paracentrotus lividus. Histological studies, on the other hand, showed the effect of diclofenac on gill and kidney tissues of the brown trout—a similar effect was reported on rainbow trout. Reports were also found on the modifications, caused by diclofenac, on gene expression and the toxic effect on the development of embryos in the Danio rerio species. It was reported that concentrations of the drug greater than 10.13 μM were lethal for all embryos, while values of 3.78 μM were teratogenic. Diclofenac toxicity reports were also found on vultures of the Gyps species. Conclusions stand that emerging pollutants have become an environmental risk to public health in the world, making it necessary for entities in charge of surveillance, environmental care and the preservation of public health to intervene in the management and final disposal processes of said emerging pollutants.

Keywords: emergent pollutants, ibuprofen, NSAIDs, drugs, expired.

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INTRODUCCIÓN El crecimiento de la población y el avance tecnológico están originando una gran cantidad de residuos propios de las actividades productivas [1]. Los impactos de estos incrementos pueden observarse a nivel global, regional y local, siendo uno de los más reconocidos, por sus efectos y posibles consecuencias, el cambio climático global, que representa hoy día, junto con la pérdida de la biodiversidad, uno de los principales retos ambientales [2]. Los productos farmacéuticos fueron reconocidos como riesgos ambientales hasta la década de 1990, a partir de entonces se han encontrado varios cientos de ingredientes farmacéuticos activos en aguas residuales, aguas superficiales, aguas subterráneas, suelo, aire o biota en concentraciones que van desde sub-ng/L hasta μg/L, pero los estudios aún siguen siendo insuficientes [3]. La exposición a desechos farmacéuticos representa un potencial riesgo tanto para el hombre como para el resto de los organismos vivos. Los beneficios de los productos farmacéuticos para la salud son indiscutibles, pero el conocimiento de la población sobre la contaminación emergente y sobre los riesgos que constituyen los residuos farmacéuticos en el medio ambiente, aún se encuentra incipiente [4]. Los contaminantes emergentes son compuestos cuya presencia en el ambiente, así como las posibles consecuencias de la misma, han pasado en gran parte inadvertidas, por lo que se posee poca información sobre sus efectos ecotoxicológicos y por tanto, precisan investigación [5]. Entre los medicamentos más utilizados en México se encuentran los antibióticos y los antiinflamatorios no esteroideos (AINEs), siendo algunos de estos últimos clasificados como medicamentos del grupo V y VI, los cuales se pueden adquirir sin el requerimiento de prescripción médica. El ibuprofeno es uno de los fármacos del grupo de los AINEs incluido en el cuadro básico de medicamentos del Sector Salud [6]. También son los AINEs los medicamentos con mayor grado de subutilización, ya que es común que expiren en los hogares de los pacientes [7] y por tanto podrían ser eliminados de forma inapropiada en el ambiente. El objetivo de este trabajo fue conocer los riesgos ecotoxicológicos reportados para los AINEs, para notificar a la población sobre las consecuencias que puede generar una práctica errónea de disposición de estos medicamentos.

METODOLOGÍA El grupo terapéutico se seleccionó en base a los resultados del proyecto realizado por la Secretaría de Salud de Nuevo León en colaboración con la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León, en el que los AINEs fueron los medicamentos caducos recolectados en mayor proporción. Sobre este grupo de medicamentos se llevó a cabo una revisión bibliográfica de las publicaciones registradas hasta marzo de 2019 en tres bases de datos: PubMed, Scopus y Google®Scholar, utilizando como palabras claves (keywords) emergent pollutants, ibuprofen, NSAIDs, and expired drugs, entre otras.

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los AINEs fue el grupo de medicamentos más abundante en el proyecto de la Secretaría de Salud de Nuevo León, constituyendo el 16.11 %, este grupo de medicamentos es también reportado como uno de los de mayor consumo a nivel mundial y es considerado como el de mayor automedicación [6,8]. La revisión bibliográfica con las palabras clave mencionadas generó una serie de artículos que muestran los resultados de diversos estudios en los que se evalúan a los medicamentos como contaminantes ambientales, en los cuales se han definido las diferentes maneras de incorporación de los productos farmacéuticos en el ambiente, siendo una de ellas la eliminación de fármacos y sus metabolitos a través de las excretas de animales y humanos, otra forma corresponde a los residuos vertidos por la industria farmacéutica y por los hospitales, además de la práctica de una disposición inadecuada de fármacos vencidos o no utilizados [1]. Jiménez Cartagena (2011) reporta algunos AINEs, de amplia dispensación que se han detectado en diferentes matrices, (Tabla I) [9]. Tabla I. Antiinflamatorios no esteroideos de alto consumo y la matriz en la que han sido identificados.

Fármaco Matriz donde se ha detectado Concentración (µg/L) Naproxeno Agua residual 5.4 - 21.2 Ibuprofeno Sedimento

Agua fresca 35.8 4.3

Ácido acetilsalicílico Agua superficial

0.34 1

Ketoprofeno Agua superficial y agua residual

Acetaminofén Agua superficial Efluentes hospitalarios

3.3 – 15.7 186.5

Diclofenaco Agua superficial < 5.1

En la revisión realizada por Oropeza, A. en 2017, se reporta que el diclofenaco ha sido el compuesto detectado a mayor concentración en las aguas del río Llobregat, España (18.74 µg/L), mientras el ibuprofeno fue encontrado en la concentración más alta en sedimentos del río Umgeni en Sudáfrica (41.41 ng/g) [5]. Cruz Esteban, S. et al., (2014) evaluaron la presencia de residuos de antiinflamatorios no esteroideos en aguas superficiales de la Costa de Chiapas en México, debido a que los ríos de esta zona reciben descargas de aguas residuales sin tratar y estos afluentes descargan en ecosistemas acuáticos de alta importancia ecológica en esta zona. Las concentraciones encontradas fueron: naproxeno (17.83 a 142.50 µg/L), ketoprofeno (5.30 a 67.87 µg/L) e ibuprofeno (3.97 a 31.30 µg/L) concluyendo que los índices de riesgo estimados sugieren una posible amenaza para los organismos acuáticos (algas, microcrustáceos y peces) [10]. Con respecto a los efectos toxicológicos, Hoeger B. et al., en 2005 estudiaron el efecto del diclofenaco sobre especies acuáticas, reportando que la exposición de las truchas marrón (Salmo trutta, especie nativa de Alemania), a este fármaco durante siete días, reduce significativamente los niveles del hematocrito y que los estudios histológicos de los peces mostraron alteraciones en los tejidos de las branquias y de los riñones [11].

pH= 2.28 pH= 7.53Agua residual

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De igual manera estudios histopatológicos realizados a la trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss, especie presente en la Península de Baja California) revelaron que la exposición al diclofenaco ocasiona alteraciones en los riñones del pez. El análisis químico mostró una acumulación del fármaco en todos los órganos examinados, las mayores cantidades de diclofenaco fueron detectadas en el hígado, seguidas por los riñones, las branquias y el tejido muscular [12]. Chen, J. et al., en 2014 investigaron el efecto del diclofenaco en el desarrollo de embriones y en la expresión génica de la especie Danio rerio o pez cebra, hallando que concentraciones superiores a 10.13 μM de diclofenaco fueron letales para todos los embriones de esta especie, y que concentraciones de 3.78 μM ocasionaron teratogenicidad. Las anomalías a los cuatro días de la exposición originaron en los peces una menor longitud corporal, ojos más pequeños, edema pericárdico y corporal, defectos en el desarrollo del hígado, intestino y sistema vascular, así como degeneración muscular y pigmentación anormal. Se determinó también que el diclofenaco altera la expresión de ciertos genes, como el Wnt3a, el Gata4 y el Wnt8a, los cuales están asociados a los sistemas cardiovascular y nervioso [13]. Moro, I. et al., en 2014 estudiaron el efecto del ibuprofeno a concentraciones de 62.5, 250 y 1000 μg/L sobre cultivos de Scenedesmus rubescens, una microalga de agua dulce, encontrando un efecto negativo del fármaco sobre su crecimiento, mediante un posible mecanismo dependiente de dosis, más evidente en la última fase de la curva de crecimiento a la concentración más alta del fármaco, además, el estudio morfológico celular mostró alteraciones que consisten principalmente en grandes inclusiones citoplásmicas, probablemente de lípidos y/o carotenoides, así como una disminución de la cantidad de clorofila y un aumento de carotenoides, lo cual se relaciona con una condición estresante a nivel celular inducida por el fármaco [14]. En 2015, estudios realizados por Aguirre-Martínez, G. et al., con mezclas de fármacos observaron que a concentración de 0.00001 mg/L de carbamazepina y de ibuprofeno se reducía significativamente el desarrollo de la larva embrionaria del Paracentrotus lividus (erizo de mar) en comparación con los controles (p<0.01) [15]. El riesgo ecotoxicológico de los AINEs se hizo evidente también a través de la alerta por la disminución en el número de buitres de la especie Gyps en el Asia meridional y del sudoeste asiático, lo que condujo a Cuthbert. R. et al., en 2016 a realizar un estudio de la causa asociada, en el que se determinó que el diclofenaco era el responsable, al demostrar que cuando las aves consumen carroñas de reses tratadas con este fármaco, esta especie experimentaba úlceras y necrosis renal que les ocasionaba la muerte [16]. La investigación de la ecotoxicidad de los fármacos indudablemente ha aumentado en los últimos años, pero aun sigue siendo insuficiente para mostrar el efecto individual y combinado que estos compuestos pueden tener sobre diferentes organismos, por lo cual se continúa estudiando los modelos biológicos ideales, así como la utilidad de los métodos computacionales. La ecotoxicidad de los AINEs (diclofenaco, ibuprofeno, naproxeno y ácido acetilsalicílico) se ha evaluado mediante pruebas en Daphnia magna y algunos tipos de algas. Las toxicidades fueron relativamente bajas con respecto a los valores de concentración efectiva media (EC50), para Daphnia magna los valores se encontraron en el rango de 68 a 166 mg/L, mientras que para las algas éstos fueron de 72 a 626 mg/L. La toxicidad de la mezcla de fármacos fue mayor, incluso en concentraciones en las que las sustancias individuales no mostraron efectos o solo muy leves. El estudio de relaciones cuantitativas estructura-actividad (QSAR) mostró que todas las sustancias actúan por narcosis no polar; por lo tanto, cuanto mayor sea el coeficiente de partición n-octanol/agua (log Kow) de las sustancias, mayor será su toxicidad. Debido a que los productos

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farmacéuticos en el medio ambiente acuático se producen generalmente como mezclas, una predicción precisa de la toxicidad de la mezcla es indispensable para la evaluación del riesgo ambiental [17].

CONCLUSIONES Los contaminantes emergentes, que incluyen a los principios activos representan un riesgo ambiental para la salud pública en el mundo. Ante esta situación, es necesario que las entidades encargadas de la vigilancia, el cuidado del medio ambiente y la preservación de la salud pública, intervengan en los procesos de manejo y disposición final de los contaminantes emergentes. Los AINEs tienen una amplia tasa de utilización, derivada entre otras causas de la comercialización de muchos de ellos como medicamentos de venta libre, así mismo, es frecuente su subutilización, permaneciendo en los hogares de los usuarios hasta su caducidad, por lo que es necesario implementar medidas que promuevan su uso racional, reduciendo así el riesgo de su inadecuada disposición y consecuente riesgo ecotoxicológico. Es necesario adaptar las normas oficiales mexicanas actuales, que emplean la especie de Daphnia magna como organismo de bioensayo para determinar toxicidad en mantos acuíferos, por alguna otra especie presente en México, validando diferentes modelos biológicos que pueden incluir desde organismos unicelulares hasta mamíferos para así realizar la extrapolación del efecto en el hombre. Es recomendable implementar medidas preventivas y educativas en las que los farmacéuticos puedan participar en la implementación de programas de ecofarmacovigilancia para disminuir los efectos nocivos sobre dl ambiente y la salud de la población.

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EJE TEMÁTICO 2

SÍNTESIS VERDE

DEGRADACIÓN SONOFOTOCATALÍTICA DEL COLORANTE ORANGE II USANDO UN CATALIZADOR IMPREGNADO CON CLORURO DE HIERRO

SONOPHOTOCATALYTIC DEGRADATION OF ORANGE II USING AN IMPREGNATED CATALYST WITH IRON CHLORIDE

Marcos May Lozano1*, Cesar Amador Chávez1, Sergio Alejandro Martínez Delgadillo1

1Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco, Departamento de Ciencias Básicas, Av. San Pablo No. 180, Colonia Reynosa Tamaulipas, México D.F. C.P. 02200.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: uammay@hotmail.com

RESUMEN. El objetivo de este trabajo fue obtener materiales con las propiedades apropiadas para usarse como sono-fotocatalizadores. Se preparó el TiO2 mediante el método sol-gel, el material se impregnó con FeCl3, se secó y calcinó a 450 °C. Se caracterizaron los sólidos por MEB, DRX, IR y UV de sólidos. Se estudió la degradación del colorante Orange II, usando la sonofotocatálisis (ultrasonidos de 250 kHz, 500 kHz y 1000 kHz) con una lámpara de luz visible. Se obtuvieron materiales cristalinos mesporosos y su actividad sonofotocatalítica fue eficiente para degradar el colorante Orange II en una hora de reacción.

Palabras clave: TiO2, Fe, sonofotodegradación.

ABSTRACT. The objective of this work was to obtain materials with the appropriate properties to be used as sono-photocatalysts. The TiO2 was prepared by the sol-gel method, the material was impregnated with FeCl3, dried and calcined at 450 °C. The solids were characterized by SEM, XRD, IR and UV solids. The degradation of the Orange II dye was studied, using sonophotocatalysis (ultrasound of 250 kHz, 500 kHz and 1000 kHz) with a visible light lamp. Mesoporous crystalline materials were obtained and their sonophotocatalytic activity was efficient to degrade the Orange II dye in one hour of reaction.

Keywords: TiO2, Fe, sonophotodegradation.

INTRODUCCIÓN

Los colorantes sintéticos tienen un gran impacto a nivel ambiental y aproximadamente 700.000 toneladas de colorantes y pigmentos se producen anualmente en el mundo [1,2]. El agua de desecho con colorantes es considerada una de las más contaminante porque contiene sustancias poco biodegradables y de alta toxicidad [3]. Se han utilizado varios procesos para degradar los colorantes y el TiO2 es un fotocatalizador muy utilizado con el uso de la luz UV [4]. Se ha demostrado que el dopaje del TiO2 con distintos metales como platino, plata, hierro y átomos no metálicos mejoran las propiedades fotocatalíticas [5]. En los catalizadores de TiO2 dopados con Fe, la especies de hierro conducen a efectos sinérgicos e incrementan la velocidad de reacción [6]. Los efectos sinérgicos se refieren a aquellos fenómenos donde la velocidad de reacción de sistemas combinados es mayor de la suma de sus partes. La presencia de las especies de hierro actúa como aceptores de los electrones disponibles generados en la etapa de activación del TiO2 bajo radiación UV. Las especies de hierro disminuyen la velocidad de recombinación de cargas e--h+, incrementando la actividad catalítica [6]. Por otra parte, el ultrasonido es un método de tratamiento que ha sido aplicado

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para la remoción de fármacos, pesticidas y herbicidas, colorantes y otros compuestos persistentes como surfactantes, hidrocarburos aromáticos y clorados. El uso del ultrasonido en la degradación de aguas residuales reales podría ser una de las prioridades de las investigaciones en el futuro, aunque actualmente se espera impacte en efluentes bien localizados y con contaminantes muy específicos. Para mejorar la eficiencia de la degradación, el efecto del ultrasonido puede ser intensificado trabajando en conjunto con la fotocatálisis [7]. Varios estudios se han enfocado al estudio de la degradación de contaminantes conjuntando el uso del ultrasonido con la fotocatálisis [8,9]. Por lo que en este trabajo se preparó y caracterizó catalizadores a base de Fe/TiO2, se estudió las propiedades fotocatalíticas y sonofotocatalíticas del Fe/TiO2, mediante la degradación del Orange II.

METODOLOGÍA

Síntesis de catalizadores Síntesis del TiO2 Para preparar el TiO2 se añadieron 100 mL de butóxido de titanio al reactor batch con agitación constante, y se adicionaron 50 mL de butanol con una relación alcohol/alcóxido= 5. Posteriormente, se agregó 45 mL de agua desionizada teniendo una relación Agua/Alcóxido= 16 y se mantuvo la agitación por 24 h en el reactor. Se colocó la muestra en una estufa para su secado a una temperatura de 100 °C durante 24 h y por último se calcinó en una mufla a 450 °C por un tiempo de 2 h.

Síntesis del TiO2/FeCl3

Se agregó el TiO2 en un vaso y se le agregó el FeCl3 disuelto en 1 mL de agua. La mezcla se mantuvo en agitación constante y después se secó en una estufa a 120 °C durante 24 h.

Caracterización de catalizadores

La caracterización de los materiales se realizó por difracción de rayos X (DRX), se utilizó un difractómetro Philips X'Pert, operando en el modo de 2. Se analizaron las muestras en el intervalo de 0-80 2 grados utilizando una radiación CuKaα (35 kV, 25 mA). Las áreas específicas se calcularon por el método BET, el volumen y diámetro de poro se determinaron por el método de Barrett-Joiner-Halenda (BJH). Los estudios se obtuvieron mediante N2 a 77 K y fueron obtenidas en un equipo BELSORP-max (BELJAPAN). Las propiedades ópticas (Eg) de los materiales se determinaron utilizando un espectrofotómetro UV-VIS (Varian Cary 2 de doble haz) que opera en el modo de reflectancia difusa. El cálculo de la banda prohibida (Eg) fue obtenida por extrapolación de la región lineal de la transformación Kubelka-Munk del espectro de absorción del UV-VIS. El análisis de espectroscopia infrarroja (IR) se realizó en un equipo Nexus 470, FT-IR E.S.P. Las microscopias se realizaron un microscopio electrónico de barrido (MEB) de alta resolución (HRSEM) modelo SUPRA 55 PV, de la compañía Carl Zeiss, con una resolución de 1 nm.

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Degradación catalítica de Orange II La degradación del colorante Orange II se estudió mediante la reacción fotocatalítica usando como catalizador el TiO2. Las pruebas se llevaron a cabo en un reactor tipo batch agitado. En un reactor con 25 mL de solución de colorante Orange II (10 mg/L) se añadieron 0.02 g del catalizador. El reactor fue irradiado con una lámpara de luz visible (lámpara Alios de 3800 lúmenes). El estudio de la reacción se lleva a cabo en un espectrofotómetro UV-VIS Varian Cary 2, que determinó la cantidad de colorante degradado y el estudio se llevó a cabo durante aproximadamente 60 min. La cuantificación de las absorbancias se analizó en la longitud de onda de 485 nm. En todos los casos, se llevaron a cabo estudios sin catalizador y el colorante no se degradó.

Degradación sono-fotocatalítica El estudio sonofotocatalitico se realizó en las mismas condiciones de la reacción fotocatalítica, pero en esta reacción se utilizaron tres tipos de ultrasonidos de alta frecuencia (250 KHz, 500KHz y 1000 KHz) con un nivel de potencia eléctrica del transductor de 100 %. En el montaje se instaló un transductor dentro de un contenedor de 40x40x20 cm, en el que se introdujo agua de 4 cm por encima del transductor, colocándose sobre éste un reactor. En el reactor se añadió 25 mL de solución del colorante Orange II y 0.02 g del catalizador (TiO2 o Fe2O3/TiO2). Durante el estudio sono-focatalítico se colocó una lámpara con fuente de irradiación de luz visible sobre el reactor. Todas las reacciones se estudiaron durante 1 h, la reacción se mantuvo a temperatura ambiente durante toda la reacción. La degradación fue monitoreada por espectroscopia UV-visible.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Fisisorción de nitrógeno

El TiO2 fue caracterizado mediante fisisorción de nitrógeno (Método BET) con el propósito de determinar su área específica, así como volumen y diámetro promedio de poro (Tabla I). El estudio indica un área específica elevada en un material con características de mesoporoso [10].

Tabla I. Valores de área específica y diámetro de poro.

Catalizador Área (m2/g) Volumen de poro (cm3/g) Diámetro de poro (nm)

TiO2 175.46 0.5658 190.54

MEB

Por medio de la Microscopia Electrónica de Barrido (MEB) se obtuvieron las imágenes del TiO2 y TiO2/FeCl3 (Figura 1A y 1B). En las imágenes del TiO2 se observan estructuras semiesféricas unidas formando estructuras de mayor tamaño (Figura 1A). En las imágenes obtenidas del TiO2/FeCl3 presentan una morfología similar a

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las partículas de TiO2. Las partículas de TiO2/FeCl3 a diferencia de las partículas de TiO2 presentan sobre la superficie unas partículas más pequeñas en color blanco que pueden corresponder a las partículas del Fe (Figura 1B). En el micro análisis de las muestras obtenidas indica que los elementos que están presentes en mayor porcentaje son el titanio y oxígeno que son los componentes principales del TiO2. Además, donde se impregnó FeCl3 se encontró la presencia de hierro y cloro.

A) TiO2 B) TiO2/FeCl3

Figura 1. Imágenes de las microscopias MEB.

Banda prohibida Se determinaron las bandas prohibidas utilizando la función Kubelka-Munk [6]. En la Tabla II, se pueden observar los valores de la banda prohibida que muestran variaciones importantes, obteniendo valores cercanos a 3.25 eV para la titania pura y disminuyó al agregarle el Fe (3.25 eV).

Tabla II. Valores de las bandas prohibidas.

Catalizador Banda prohibida

FeCl3 2.25

TiO2/16H2O 3.25

TiO2/FeCl3 3.10

Difracción de rayos X (DRX) En el estudio de la DRX de los catalizadores sintetizados se muestran picos característicos de la fase anatasa del TiO2 [11,12]. Los estudios de DRX muestran que los catalizadores son materiales cristalinos y presentan partículas de dimensiones pequeñas, pues tienen picos bien definidos y estrechos (Figura 2). Los principales picos que se observan se encuentran alrededor de los 25°, 38°, 47°, 55°, 64° (JCPDS: 1-562) de la fase anatasa [11,12].

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Figura 2. DRX de los catalizadores. Figura 3. Espectros IR.

Espectroscopia infrarroja (IR)

Se realizó la espectroscopia infrarroja para conocer las vibraciones de los grupos funcionales de cada material sintetizado. En la Figura 3 se observan las bandas de absorción que está entre 400 - 4000 cm-1 que corresponden a los modos de vibración del TiO2. Se muestra el espectro de las muestras a 450 °C, en el que se puede observar las vibraciones entre el enlace Ti-OH [13,14,15] a aproximadamente 3500 cm-1, 1083 cm-1, en 881 cm-1 se encuentra la segunda vibración que denota al Ti-O-Ti [13,14,15]. Por último, se tienen los enlaces de Ti-O en 511 cm-1 [13,14,15]. Las muestras de FeCl3 y la de TiO2/FeCl3, presentan una banda a 1750 cm-1 que corresponden a las vibraciones correspondientes al FeCl3 [16].

Figura 4. Gráficas comparación de degradación fotocatalítica.

Degradación de sonofotocatalítica Todas las pruebas de degradación fotocatalitica y sonofotocatalitica del colorante Orange II, se ralizaron con una lampara en el espectro visible. En la Figura 4, se

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muestra la actividad de degradación fotocatalitica (con luz visible) del TiO2 puro, se puede observa que la actividad es menor que en el solido a base deTiO2/FeCl3. Por otra parte, se observa que la degradación se mejora con la presencia del ultrasonido. La mejor actividad en Fe2O3-TiO2 (Figura 4) se obtuvo cuando se utilizó el ultrasonido de 500 kHz.

CONCLUSIONES

Al dopar el TiO2 con FeCl3 se observa que se reduce la banda prohibida y esto permite probablemente que se mejore la actividad fotocatalítica. El material TiO2 tiene un área superficial relativamente grande, con un tamaño de volumen y poro grande. Los resultados de espectroscopia de infrarrojo (IR) de los materiales calcinados corresponden a los grupos de TiO2 y a FeCl3 lo cual nos indica que el dopaje se hizo correctamente. De manera general, en los procesos sonofotocatálisis se degradó el Orange II eficientemente, en los experimentos se obtuvieron buenos resultados. El material TiO2/FeCl3 cuando se utilizó el ultrasonido de 500 kHz con luz visible, fue el que permitió una degradación del Orange II en un tiempo de 60 min.

REFERENCIAS

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[16] Calvini P, Silveira M, FTIR. Analysis of Naturally Aged FeCl3 and CuCl2-Doped Cellulose paper, e-PreservationScience, 2018; 5:1-8.

31

RECUPERACIÓN DE MgO DE SALMUERAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA SALINERA

RECOVERY OF MgO FROM REJECT BRINES OF A SALT INDUSTRY

Platas Román Luis Alfredo1*, Barrón Zambrano Jesús Alberto,1 Ruiz Espinoza Juan Enrique1, Esparza Ruiz Adriana1

1Universidad Autónoma de Yucatán, Facultad de Ingeniería Química, Periférico Norte Kilómetro 33.5 Tablaje Catastral 13615 Chuburna de Hidalgo Inn, Mérida Yucatán. C.P. 97203.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: luis.platas@hotmail.com

RESUMEN. Un estudio en colaboración con una empresa salinera, la cual está preocupada por minimizar el impacto ambiental que puedan generar los residuos obtenidos en el proceso de producción de NaCl, así como obtener nuevos productos de valor agregado, lleva a proponer una alternativa para el tratamiento de los deshechos. Se realizó una caracterización de las salmueras y se encontró tienen alta concentración de iones magnesio (II), para recuperarlo en forma de MgO, se evaluó un proceso químico a nivel laboratorio utilizando principios de química verde, usando químicos que no generen residuos de difícil manejo. Además, los datos experimentales obtenidos fueron simulados con el software SuperPro Designer y se evaluó la factibilidad económica del proceso. Los resultados sugieren que es un proceso factible para obtener MgO, recuperar aún más NaCl y hasta se puede recuperar el CO2 gaseoso, que se genera durante el proceso.

Palabras clave: Salmuera residual, carbonato de magnesio, óxido de magnesio.

ABSTRACT. A study in collaboration with a salt company, which is worried about minimizing the environmental impact that can be generated by the waste obtained in the NaCl production process, as well as obtaining new value-added products, leads us to propose an alternative for the treatment of the residual brines. Considering that they have a high concentration of magnesium (II) ions, a chemical process was evaluated at the laboratory level using principles of green chemistry, such as the use of chemicals that do not generate waste that is difficult to handle. In addition, the experimental data obtained were simulated with the SuperPro Designer software and the economic feasibility of the process was evaluated. The results found suggest that it is a feasible process to obtain MgO, recover even more NaCl and gaseous CO2, which is generated during the process.

Keywords: Reject brines, MgCO3, MgO.

INTRODUCCIÓN

El óxido de magnesio (MgO) es un material importante en diversas industrias, actualmente se produce a partir de la calcinación de la magnesita (MgCO3), la falta de disponibilidad de esta a nivel global destaca la necesidad de identificar fuentes alternativas para su producción [1]. La salmuera residual de las industrias salineras puede ser considerada como una fuente de recuperación de subproductos por su contenido de Mg2+, Na+, K+ y Ca2+ [2]. Las mejoras sostenibles más evidentes en el manejo de la salmuera se basan en técnicas de minimización o reutilización que pueden lograrse

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mediante la recuperación de materiales valiosos como sales, metales y productos químicos [1,2,3,4,5]. Con la finalidad de evaluar si el proceso propuesto es químicamente viable, a partir del contenido de sales presentes en la salmuera se evaluó un esquema de reacción para la producción de MgO con generación mínima de residuos. Los datos experimentales fueron simulados en el software SuperPro Designer para evaluar la factibilidad económica del proceso.

METODOLOGÍA

La salmuera residual fue recolectada con una concentración de 29.5 °Bé. La determinación de los iones de interés se hizo por métodos volumétricos, UV-VIS y por espectrometría de emisión atómica con plasma de microondas.

La reacción se realizó de acuerdo al siguiente esquema (Ec. 1, 2 y 3), en un reactor IKA LR 100 Basic, empleando 500 mL de salmuera y como base Na2CO3, que se agregó a flujo constante en función de los tiempos de reacción, que fueron 10, 30 y 60 min., manteniendo el sistema en agitación (700 rpm).

MgCl2 + Na2CO3 → 2NaCl + MgCO3 (s) Ec. 1MgSO4 + Na2CO3 → Na2SO4 + MgCO3 (s) Ec. 2

MgCO3 → MgO + CO2 (700 °C)

A partir del análisis de los resultados experimentales, se planteó un proceso a nivel industrial, el cual fue simulado con el software SuperPro Designer v9.5 para evaluar su factibilidad económica.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN La caracterización de la concentración de iones de la salmuera residual encontrado se muestra en la Tabla I.

Tabla I. Composición de salmuera residual de 29.6 °Bé.

Muestra Iones Cl- Na+ SO42- Mg2+ K+ Ca2+

Salmuera 29.6°Bé

g/L 198.50 ± 3.50

63.58 ± 2.50

47.75 ± 1.5

42.01 ± 2.63

13.17 ± 0.82

0.12 ± 0.10

Para determinar las sales presentes en la salmuera (Ec. 1 y 2), se realizó un balance demasas, resultando una concentración de: 161.43 g/L NaCl, 117.14 g/L MgCl2, 59.83 g/L MgSO4 y 25.11 g/L KCl. El Na2CO3 se alimentó en cantidad estequiométrica, con respecto a las sales de magnesio, con un exceso del 20 %. Para eliminar las impurezas, la torta obtenida se lavó con agua. La caracterización de la torta húmeda (MgCO3) a la salida del proceso de lavado mostró un contenido de magnesio de 0.21 g Mg2+/g sólido, 0.04 g Na+ /g sólido y 0.01 g K+ /g sólido. El sobrenadante obtenido es rico en NaCl y Na2SO4, que podrían ser fácilmente recuperados. La calcinación de la torta húmeda dio como resultado un sólido con una concentración máxima de 0.71 g de MgO/g sólido. El CO2 liberado en la calcinación puede ser recuperado y comercializado debido a su alta pureza.

Ec. 3

33

La simulación se realizó en un proceso tipo Batch y se fijó como base de cálculo un flujo de 10.0 m3 de salmuera y 5.20 m3 de solución de Na2CO3 al 30 %, Figura 1. A partir de los flujos alimentados se producen 1462.83 kg de MgCO3/Batch, después del proceso de calcinación del MgCO3 se obtiene 671.54 kg MgO/Batch y 732.46 kg CO2/Batch.

Figura 1. Simulación del proceso de obtención de MgO a partir de salmueras en SuperPro Designer.

La evaluación económica del proceso de producción de MgO, representa un costo de inversión de US $6,661,550, un costo de operación anual de US $2,622,117 e ingresos anuales por US $2,931,401. De acuerdo con los indicadores económicos calculados, el ROI (Retorno sobre la inversión) es de 11.69 %, con un tiempo de retorno de 8.55 años. El proceso resulto ser químicamente y económicamente viable, es posible recuperar de las salmueras de desecho el óxido de magnesio y aun puede seguir recuperándose cloruro de sodio. Con lo anterior el volumen de residuos generados, así como la concentración de los iones disminuiría, minimizando el impacto ambiental.

CONCLUSIONES

El esquema de reacción propuesto para obtener MgO a partir de salmueras de desecho, utilizando Na2CO3 como base, es químicamente factible. Además, se generan subproductos de valor agregado (NaCl y CO2). El proyecto es económicamente viable, sin embargo, la factibilidad económica para este tipo de proyectos es de un ROI de 20 - 25 % y un tiempo de retorno de 4 - 5 años.

REFERENCIAS

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34

35

EJE TEMÁTICO 3 EDUCACIÓN PARA LA SUSTENTABILIDAD Y

RESPONSABILIDAD SOCIAL

CAPACIDAD ANTIOXIDANTE DE CAFÉ ORGÁNICO TOSTADO EN COMAL DE BARRO DE LA ZONA OTOMÍ-TEPEHUA DEL ESTADO DE HIDALGO

ANTIOXIDANT CAPACITY OF ORGANIC COFFEE ROASTED IN “COMAL DE BARRO” OF THE ZONE OTOMÍ-TEPEHUA, HIDALGO STATE

Astrid Itzel Meléndez-Alonso1, Francisco Joaquín Villafaña-Rivera2, Benito Flores-Chávez1, Paul Misael Garza-López1, Josefa Espitia-López1*

1Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Instituto de Ciencias Agropecuarias, Área Académica de Ciencias Agrícolas y Forestales. Rancho Universitario. Av. Universidad Km 1, Ex-

Hda. de Aquetzalpa, CP 43600, Tulancingo de Bravo Hidalgo, México. 2Tecnológico de Estudios Superiores del Oriente del Estado de México, Paraje de San Isidro S/N,

Barrio Tecamachalco, 56400 Los Reyes Acaquilpan, México.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor:josefa_espitia11153@uaeh.edu.mx

RESUMEN. El estado de Hidalgo es el sexto productor de café a nivel nacional y la zona Otomí-Tepehua ha realizado diversos esfuerzos para conserva la producción del aromático de manera orgánica, otro de las características de la región es que el proceso del café, de la cereza al grano, que se realiza en la zona es mínimo debido a que los productores no cuentan con la tecnología, así mismo quienes incursionan en realizarlo, lo hacen de forma artesanal. Para efectuar el tostado del grano los productores hacen uso de comales de barro alimentados por leña y carbón, tal práctica imprime en el producto características sensoriales que pueden llegar a diferenciar al producto de los demás que ofrece el mercado. Se evaluó la capacidad antioxidante mediante la técnica de radical libre DPPH de muestras de café de la zona Otomí-Tepehua del estado de Hidalgo, para conocer la capacidad antioxidante final del café producido mediante el tostado artesanal.

Palabras clave: Tostado artesanal, café orgánico, capacidad antioxidante.

ABSTRACT. Hidalgo state is the sixth coffee producer of Mexico, the Otomí-Tepehua zone has made numerous efforts to preserve organic production of the aromatic product, another characteristic of the region is that the coffee process, from the cherry to the grain, that is made in the area is minimal because the producers do not have the technology. Likewise, those producers who dabble making it, do it by artisanal way. To make the roasting of the grain, producers use clay “comal” fed by firewood and charcoal, such practice confers to the product sensory characteristics that can differentiate from the other products offered by the market. The antioxidant capacity was evaluated using the DPPH free radical technique of coffee samples from the Otomí-Tepehua zone of Hidalgo state, to know the final antioxidant capacity of coffee produced by artisanal roasting.

Keywords: Artisan roasting, organic coffee, antioxidant capacity.

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INTRODUCCIÓN Una de las bebidas más populares y consumidas en el mundo es el café, entre las principales razones de su éxito se puede nombrar a su sabor, aroma y propiedades estimulantes [1]. Algunos autores mencionan que el café presenta mayor capacidad antioxidante si se le compara con bebidas como té negro y verde, el cacao, el jugo de frutas y el vino tinto y blanco, con la ventaja que su aporte calórico es de 2 calorías por taza [2], debido a estas características es que el café se convirtió en una de las principales fuentes de antioxidantes en la vida cotidiana de muchos países. Los granos de café verde contienen gran cantidad de ácidos clorogénicos, estos son los principales contribuyentes de la capacidad antioxidante del café, posteriormente al realizar el tostado de los granos. la reacción de Maillard, la caramelización, la oxidación de lípidos y la pirólisis degradan gradualmente los ácidos clorogénicos de tal forma que se generan productos que tienen actividad antioxidante Las melanoidinas como productos finales de la reacción de Maillard y los compuestos heterocíclicos neoconformados de bajo peso molecular contribuyen a la capacidad antioxidante del café tostado [3]. Hidalgo es el sexto estado productor de café de México y la región Otomí-Tepehua del es una de las principales cafeticultoras (Atlas Agroalimentario, 2018), la cual destaca por la producción de café orgánico, está región está conformada por los municipios de Huehuetla, Tenango de Doria y Acaxochitlán [4]. El cultivo del café ha sido de fundamental importancia en los últimos años, el gobierno a través de programas federales como PROCAFÉ ha impulsado la renovación de 110 mil plantas de café tolerantes a la roya [5]. Con base en lo anterior este proyecto tuvo como objetivo conocer la capacidad antioxidante a partir de diversos métodos de extracción de infusiones de la región Otomí-Tepehua del estado de Hidalgo.

METODOLOGÍA Muestras de café. El café fue obtenido del municipio de San Bartolo Tutotepec perteneciente a la zona Otomí-Tepehua del estado de Hidalgo, la propiedad es una extensión de 15 ha y se encuentra a una altura de 1600 msnm. Los cafetos se encontraban en su tercer año de producción y la altura promedio era de 2 m, el rendimiento por planta fue de 3 Kg. Las cerezas se recogieron mano para incluir sólo las cerezas rojas y fue cultivado de forma orgánica libre de agroquímicos, las cerezas se fermentaron durante 12 h; posteriormente se despulparon y lavaron para retirar el pergamino. El café se sometió a “tostado artesanal” en comal de barro durante 7 min. alimentado por leña. Preparación de la infusión de café espresso. El café espresso se preparó con una cafetera de bomba con una presión de 15 bar (Oster®, Prima Latte), se siguieron las indicaciones del fabricante. Para cada muestra se colocaron 7 g de café de molido medio en el portafiltros (presionando con la cuchara de medición) y el volumen final de la infusión fue de 25 mL, se empleó agua purificada comercial (Bonafont®), igualmente se temperaron las tazas con agua a 90 °C para asegurar la temperatura ideal de la muestra. Capacidad antioxidante. Los ensayos de capacidad antioxidante se realizaron mediante la técnica del radical DPPH [6], se preparó una solución etanólica del compuesto DPPH con una concentración de 20 μM, el control en blanco estaba compuesto por 1 mL de solución de DPPH y 2 mL de agua destilada, para cada ensayo se utilizó 1 mL de solución de DPPH, 0.01 mL de muestra y 1.99 mL de agua destilada, los ensayos se midieron a

37

517 nm, los resultados se expresaron en equivalentes de μM ácido gálico para lo cual se realizó una curva patrón de 0 a 200 μM (R2=0.9961).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se realizó la medición de capacidad antioxidante de nueve muestras de café obtenidas de la zona Otomí-Tepehua, la muestra 1 es la que fue sometida a un tratamiento artesanal mientras de las demás muestras se tostaron por medio de tostadores comerciales de convección, los resultados se expresan en equivalentes µM de ácido gálico (Tabla I). Tabla I. Muestra la capacidad antioxidante a partir de la técnica de DPPH, expresada en equivalentes de ácido gálico (μM). *Tostado artesanal.

Muestra Capacidad antioxidante

Otomí-Tepehua 1* 15.07 Otomí-Tepehua 2 12.17 Otomí-Tepehua 3 13.22 Otomí-Tepehua 4 10.88 Otomí-Tepehua 5 11.86 Otomí-Tepehua 6 13.1 Otomí-Tepehua 7 15.07 Otomí-Tepehua 8 12.54 Otomí-Tepehua 9 11.49

Para el análisis de los datos de capacidad antioxidante obtenidos de las distintas muestras de la zona Otomí-Tepehua se calculó la desviación estándar (σ) (Microsoft Excel 635®, 2019) para saber si los tratamientos eran significativamente diferentes entre ellos, el valor σ fue de 1.92. Como se muestra en la Figura 1 el café Otomí-Tepehua 1* y 7, son los que presentaron mayor capacidad antioxidante, el café Otomí-Tepehua 1* sólo presento diferencias significativas con la muestra el café Otomí-Tepehua 4 que fue la muestra que presento menor capacidad antioxidante. Los valores reportados de capacidad antioxidante de infusiones de café son comparables con los obtenidos por otros trabajos de investigación [1,6,7], las investigaciones concuerdan respecto a que las infusiones de café son consideras un súper alimento debido a la alta concentración de compuestos antioxidantes que contribuyen a contra restar a las diversas especies reactivas de oxidación que causan enfermedades como el cáncer y el Alzheimer.

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Figura 1. Ilustra la desviación estándar de las muestras de café la zona Otomí-Tepehua.

CONCLUSIONES El uso de la técnica de tostado de café en comal de barro para este experimento mantiene valores similares de capacidad antioxidante respecto a las muestras que tiene un tostado en una tostadora convencional.

REFERENCIAS [1] Górnaś, P., Dwiecki, K., Siger, A., Tomaszewska-Gras, J., Michalak, M., & Polewski, K. Contribution of phenolic acids isolated from green and roasted boiled-type coffee brews to total coffee antioxidant capacity. European Food Research and Technology 2016, 242:641–653.[2] Severini, C., Derossi, A., Ricci, I., Fiore, A. G., & Caporizzi, R. How Much Caffeine in Coffee Cup? Effects of Processing Operations, Extraction Methods and Variables. The Question of Caffeine, Chapter 3. 2017, 3:45-85.[3] Kocadağlı, T., & Gökmen, V. Effect of roasting and brewing on the antioxidant capacity of espresso brews determined by the QUENCHER procedure. Food Research International. 2016, 89, 976–981. [4] Montagnini, F., Suárez-Islas, A., & Araújo-Santana, M. R. Participatory approaches to ecological restoration in Hidalgo, Mexico. Bois et Forêts Des Tropiques,2008, 1(295), 5–20. [5] Congreso de Hidalgo, Informe del Estado. 2017.Visto el 07 de marzo de 2019. http://www.congreso-hidalgo.gob.mx/transparencia/asesoria/2017/DICIEMBRE/COMPARECENCIAS%202017/7_COMP ARECENCIA%20AGRICULTURA.pdf. [6] Oliveira-Neto, J. R., Rezende, S. G., De Fátima Reis, C., Benjamin, S. R., Rocha, M. L., & De Souza Gil, E. Electrochemical behavior and determination of major phenolic antioxidants in selected coffee samples. Food Chemistry,2016. 190, 506–512. [7] Grigoriou, C., Karavoltsos, S., Kaliora, A. C., Sakellari, A., Plavšić, M., Dassenakis, M., & Kalogeropoulos, N. Electrochemical, photometric, and chromatographic methods for the evaluation of organic matter and bioactive compounds in coffee brews. European Food Research and Technology, 2018, 244(11), 1953–1961.

02468

1012141618

Otomí-T

epehua 1*

Otomí-T

epehua 2

Otomí-T

epehua 3

Otomí-T

epehua 4

Otomí-T

epehua 5

Otomí-T

epehua 6

Otomí-T

epehua 7

Otomí-T

epehua 8

Otomí-T

epehua 9

EQU

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ENTE

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ÁLIC

O (U

M)

MUESTAS DE CAFÉ

Capacidad antioxidante

39

40

EJE TEMÁTICO 4 ENERGÍAS

ALTERNATIVAS

PELÍCULAS DELGADAS DE FES2 IMPURIFICADO CON CO+2 CON PROPIEDADES FERROMAGNÉTICAS CON POTENCIAL APLICACIÓN EN

DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS

CHEMICAL DEPOSITION OF CO+2 DOPED FES2 THIN FILMS WITH FERROMAGNETIC PROPERTIES FOR PHOTOVOLTAIC SYSTEMS

Eder Cedeño Morales1, Luis Lozano Presa1, Julio Armendáriz Aguilera1, Yolanda Peña Méndez1*, Idalia Gómez de la Fuente1

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Materiales I, Ave. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L., México,

C.P. 66455. *e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence author: yolapm@gmail.com

RESUMEN. El empleo de la energía proveniente del sol para producir electricidad es una de

las soluciones más prometedoras para la crisis energetica mundial. Sin embargo, el dispositivo

utilizado para convertir la energía solar en energía electrica, la celda solar, debe ser rentable y

confiable con el fín de competir con las fuentes convencionales de energía electrica. El FeS2 es

uno de los materiales más prometedores en aplicaciones fotovoltaicas en base a los bajos

costos de extracción del material y por consiguiente bajos costos de producción de electricidad

kilowatt-hora. Además, la pirita (FeS2 con un ordenamiento cristalino cúbico) presenta

excelentes propiedades como material absorbedor para su uso en celdas fotovoltaicas. Entre

dichas propiedades destacan su brecha de energía (Eg≈ 0.95 eV) y su coeficiente de absorción

( > α 105 cm-1 para h> ν 1.3 eV). En el presente trabajo, se depositaron películas delgadas de

disulfuro de hierro impurificadas con Co+2 (<3 % mol) sobre sustratos de vidrio utilizando la

técnica de depósito por baño químico. Dichas películas delgadas fueron tratadas termicamente

a 450 °C, 9 x 10-3 Torr. Mediante la caracterización por XRD se confirmó la presencia de la fase

de interés de FeS2 con un crecimiento preferencial para la familia de planos (200). Se

determinó un espesor < 200 nm para las películas delgadas mediante un perfilometro y se

calculó una brecha de energía (Eg) < 1 eV. Finalmente, se obtuvieron valores de conductividad

en el intervalo de 10-6 - 5 (Ωcm)-1.

Palabras clave: energía solar, pirita, baño químico.

ABSTRACT. Harnessing the sun’s energy to produce electricity has proven to be one of the

most promising solutions to the world’s energy crisis. However, the device to convert sunlight to

electricity, a solar cell, must be reliable and cost effective in order to compete with conventional

sources. On the basis of material extraction costs leading to significantly lower cost per kilowatt-

hour, FeS2 is one of the most promising material for photovoltaic applications. In addition, Iron

pyrite (Cubic FeS2) has suitable properties as an appropriate band gap (Eg≈ 0.95 eV) and very

strong light absorption ( > α 105 cm-1 for h> ν 1.3 eV) for scalable thin films solar cells. In the

present work, Co+2 doped Iron pyrite thin films were deposited on glass substrates through

chemical bath deposition technique (CBD). Co composition was below 3 mole %. These thin

films were thermal treated at 450 °C, 9 x10-3 Torr. The characterization of heat-treated thin films

by X-ray diffraction (XRD) showed the presence of the cubic phase of FeS2. Surface

profilometry characterization displayed a thickness value below 200 nm. The band gap energy

Eg was also calculated as roughly 1 eV. Finally, conductivity was obtained in the interval of 10-6-

5 (Ω-cm)-1.

Keywords: solar energy, iron pyrite, chemical bath deposition.

41

INTRODUCCIÓN

Debido al incremento de la población y al incremento tecnológico y económico de

nuestra civilización, los seres humanos necesitamos cada vez más energía para crear

un mejor ambiente para vivir. Sin embargo, la quema tradicional de combustibles fósiles

está ocasionando una serie de problemas ambientales, como el cambio climático, la

contaminación del aire y la lluvia ácida [1].

La energía solar, como fuente de energía limpia y abundante, presenta excelentes

ventajas dentro de las energías renovables para producir energía eléctrica. Una serie

de compuestos de gran interés para su uso en dispositivos fotovoltaicos debido a sus

propiedades ópticas, eléctricas y magnéticas son los disulfuros de metales de

transición MS2 (M= Fe, Co, Ni y Cu) [2]. FeS2 es uno de los semiconductores más

prometedores debido a sus propiedades ópticas como su coeficiente de absorción (α >

105 cm-1 para hν > 1.4 eV) y su valor de brecha de energía de aproximadamente 0.95

eV [3]. Diferentes métodos de deposición han sido empleados para obtener películas

delgadas de FeS2 tales como: rocío pirolítico [3], baño químico [4], método hidrotermal

[5], método solvotermal [6], sputtering [7], sol-gel [8], deposición con haz de electrones-

sulfuración [9] y métodos electroquímicos [2]. De todos los métodos mencionados, el

baño químico es un método reproducible, puede ser usado a gran escala.

Además, se pueden introducir fácilmente agentes impurificantes [4].

Aunque el FeS2 es un material que ha sido depositado mediante baño químico, no

existen reportes previos de películas delgadas de FeS2 impurificadas con Co+2 a través

de este método.

Por lo cual, el objetivo del presente trabajo fue realizar el depósito de películas delgadas

de FeS2 impurificadas con Co+2 a través de la técnica de baño químico con propiedades

ferromagnéticas, ópticas y eléctricas que permitan su aplicación en dispositivos

fotovoltaicos.

METODOLOGÍA

Los reactivos utilizados para el depósito de películas delgadas de FeS2 dopadas con

Co+2 fueron Fe (NH4)2(SO4)2⋅6H2O (Sulfato ferroso amónico hexahidratado ACS, 99.9 %, Fermont), Na2S2O3 (Tiosulfato de sodio anhídro RA, 99.4, Fermont), CoSO4⋅7H2O (Sulfato de cobalto heptahidratado, 98.0 %, Santa Cruz Biotechnology, Inc) y agua

destilada.

El depósito de las películas delgadas de FeS2 impurificadas con Co+2 se llevó a cabo

mediante la técnica de baño químico, en medio ácido, colocando la siguiente

composición: Fe (NH4)2(SO4)2⋅6H2O, Na2S2O3, 8 ml de CoSO4⋅7H2O y 6 mL de agua

destilada. El depósito se realizó a dos temperaturas diferentes 90 y 95 °C,

considerando un intervalo de tiempo de 3 a 3.5 h para obtener el depósito del material

sobre el sustrato a dichas temperaturas. Una vez depositadas, las películas se lavaron

con etanol y agua para retirar el exceso de precipitado y se secaron con aire

comprimido. Posteriormente, se removió la película depositada por uno de los lados

del sustrato, utilizando ácido diluido al 30 % V.

Después, las películas depositadas fueron tratadas térmicamente en un horno de vacío

MTI modelo VBF-1200X a 450 °C a una presión de 9 x 10-3 Torr y por un tiempo de 1 h.

Al término del tratamiento, las películas se guardaron en un desecador para su posterior

caracterización.

42

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las películas delgadas de FeS2 impurificadas con Co+2 fueron depositadas mediante la

técnica de CBD a 90 y 95 °C considerando un tiempo de 3 a 3.5 h. El rango de espesor

promedio obtenido mediante un perfilómetro fue de 100 - 150 nm. Los resultados de

las caracterizaciones se muestran a continuación.

Difracción de Rayos X La Figura 1 presenta la difracción de rayos X de una película delgada de 125 nm

tratada térmicamente a 450 °C y 9 x 10-3 Torr de presión durante 1 h. Dicho

difractograma está comparado con el difractograma obtenido para la muestra sin

tratamiento térmico y el patrón de difracción de FeS2. En el difractograma se

observaron reflexiones en las posiciones de 2θ (°)= 28.41, 32.97, 36.96, 40.62, 47.35 y

56.14, las cuales fueron indexadas con las reflexiones de Bragg de la familia de planos

(111), (200), (210), (211), (220) y (311) de la fase cúbica de FeS2 [ICSD 01-071-0053].

La reflexión con mayor intensidad en el difractograma corresponde a la familia de

planos (200). No se observaron difracciones adicionales lo que sugiere la ausencia de

fases secundarias. Además, dado que las películas delgadas mantienen la estructura

cúbica sin formar una fase secundaria de cobalto es posible decir que se logra la

incorporación del Co+2 en la estructura cristalina del FeS2 [2].

Figura 1. a) Difracción de rayos X para la muestra tratada térmicamente a 450 °C y

depositada a 95 °C. b) Difracción de rayos X para la muestra sin tratamiento térmico y

depositada a 95 °C c) Patrón de difracción de rayos X de FeS2 ICSD 01-071-0053.

Considerando la información obtenida del difractograma para el plano (200) y la

ecuación de Scherrer fue posible calcular un valor aproximado de 10 nm para el

tamaño de grano en las películas delgadas tratadas térmicamente a 450 °C y

depositadas a 95 °C.

43

Microscopía de Fuerza Atómica En la Figura 2 se muestran las imágenes bi y tridimensionales obtenidas por AFM

para las muestras sin tratamiento térmico. Las micrografías de AFM muestran una

topografía irregular en las películas delgadas depositadas a 90 y 95 °C sin tratamiento

térmico. Además, se observa la formación de aglomerados en la superficie de las

películas indicando la presencia de valles y picos en la superficie y que la rugosidad

de la superficie es mayor debido a los diferentes tamaños de cristal presentes en la

muestra [6].

Figura 2. Microscopía de Fuerza Atómica de FeS2 impurificado con Co+2, a) b) imagen

bi y tridimensional, respectivamente, de película delgada sin tratamiento térmico

depositada a 90 °C, c) d) imagen bi y tridimensional, respectivamente, película delgada

sin tratamiento térmico depositada a 95 °C.

Por otro lado, en la Figura 3 se muestran las micrografías de AFM obtenidas para las

películas depositadas a 90 y 95 °C con tratamiento térmico a 450 °C. En ellas se

observó una topografía más homogénea, en comparación con la topografía de las

películas sin tratamiento térmico. Asimismo, se apreció la ausencia de aglomerados en

la superficie, debido al tratamiento térmico proporcionado a 450 °C y la consecuente

conversión de una fase amorfa a una fase cristalina.

44

Figura 3. Microscopía de Fuerza Atómica de FeS2 impurificado con Co+2, e) f) imagen

bi y tridimensional, respectivamente, de película delgada con tratamiento térmico a 450

°C depositada a 90 °C, g) h) imagen bi y tridimensional, respectivamente, película

delgada con tratamiento térmico a 450 °C depositada a 95 °C.

Propiedades Ópticas A través de un análisis mediante UV-VIS se midieron los valores de transmitancia y

reflectancia para las películas delgadas de FeS2 impurificadas con Co+2 con y sin

tratamiento térmico a 450 °C. La Figura 4 muestra los espectros de % de

transmitancia y reflectancia para las películas tratadas térmicamente en horno de vacío

y depositadas a 90 y 95 °C. Se observó que el inicio de la zona de absorción fue

alrededor de 1500 nm, un porcentaje de transmitancia menor al 30 % y un porcentaje

de reflectancia menor al 30 % en la zona de inicio de absorción para ambos depósitos.

45

Figura 4. a) Espectro de transmitancia y reflectancia para las películas tratadas

térmicamente a 450 °C y depositadas a 90 y 95 °C.

Por otro lado, la Figura 5 muestra el espectro de transmitancia y reflectancia para las

películas depositadas a 90 y 95 °C sin tratamiento térmico. El % de transmitancia más

alto fue alrededor de 70 % y se determinó para la película depositada a 90 °C. Lo

anterior puede atribuirse a la falta de adherencia de película al sustrato y al espesor

obtenido de 100 nm. En cambio la película depositada a 95 °C sin tratamiento térmico

presentó un % transmitancia de aproximadamente 50 % y el inicio de absorción

alrededor de los 1500 nm. Los valores de reflectancia se mantuvieron debajo de 20 %

para ambas películas.

46

Figura 5. b) Espectro de transmitancia y reflectancia para las películas sin tratamiento

térmico y depositadas a 90 y 95 °C.

Cálculo de la brecha de energía (Eg)

La Eg se obtiene mediante la gráfica de (αhν)n vs hν y la extrapolación de la línea donde (αhν)n= 0, por lo cual hν= Eg. La Figura 6 muestra el cálculo para la brecha de energía para las películas depositas a 95 °C con y sin tratamiento térmico. Se

considerando una Eg directa prohibida con un valor de n= 2, para todos los cálculos.

Se determinaron los valores de Eg como 0.96 eV y 1 eV para las muestras depositadas

a 95 °C con tratamiento térmico y sin tratamiento térmico, respectivamente.

47

Figura 6. a) Gráfico de (h)2 vs h de película delgada de FeS2 impurificadas con Co+2

depositada a 95 °C y tratada térmicamente a 450 °C. b) Gráfico de (h)2 vs h de película delgada de FeS2 impurificadas con Co+2 depositada a 95 °C y sin tratamiento térmico.

Asimismo, mediante los gráficos de la Figura 7 se determinaron los valores de Eg

como 1.01 eV y 1.14 eV para las muestras depositadas a 90 °C con tratamiento

térmico y sin tratamiento térmico, respectivamente. La reducción en la brecha de

energía, entre las muestras con y sin tratamiento térmico, se atribuye al aumento en

cristalinidad y homogeneidad de las muestras proporcionado por el tratamiento térmico

a 450 °C.

Figura 7. a) Gráfico de (h)2 vs h de película delgada de FeS2 impurificadas con Co+2

depositada a 90 °C y tratada térmicamente a 450 °C. a) Gráfico de (h)2 vs h de película delgada de FeS2 impurificadas con Co+2 depositada a 90 °C y sin tratamiento térmico.

48

Propiedades eléctricas Se realizó la medición de la fotorrespuesta y el cálculo de la conductividad eléctrica

como parte de la caracterización eléctrica de las películas delgadas de FeS2

impurificadas con Co+2.

La Figura 8 muestra un resumen de los valores de conductividad, espesor y tipo de

conductividad obtenidos para cada una de las muestras, los valores obtenidos de

conductividad se encuentran dentro de lo reportado en literatura [11].

Muestra Espesor/nm Conductividad/(Ω-cm)-1

Tipo de conductividad

95°C_TT450 150 4.78 p 90°C_TT450 100 4.44 p

95°C_STT 120 7.04 x 10 -3 p 90°C_STT 100 4.29 x 10-3 p

Figura 8. Resumen de valores de conductividad, espesor y tipo de conductividad de

las películas delgadas de FeS2 impurificadas con Co+2.

CONCLUSIONESDe acuerdo al objetivo general planteado en este proyecto se depositaron películas

delgadas de FeS2 impurificadas con Co+2 mediante la técnica de baño químico. Este se

hizo considerando 2 temperaturas: 90 y 95 °C; y tiempo de depósito de 3 a 3.5 h.

Asimismo, se realizó la medición de los espesores utilizando un perfilómetro y se

determinó un rango de 100 - 150 nm. A las películas obtenidas se le dio

tratamiento térmico de 450 °C durante 1 h a 9 x 10-3 Torr. A través del análisis de

difracción de rayos X se confirmó la obtención de la fase cúbica del FeS2

comparando con el patrón de difracción ICSD 01-071-0053. Se obtuvieron películas

delgadas de pirita sin fases secundarias, mientras que los difractogramas

obtenidos para las películas sin tratamiento térmico fueron amorfos.

Mediante el análisis por AFM se observaron superficies homogéneas en las muestras

con tratamiento térmico. Las películas depositadas a 90 y 95 °C con tratamiento

térmico a 450 °C exhibieron una superficie homogénea con poca cantidad de

aglomerados en la superficie. Por otro lado, las películas depositadas a 90 y 95 °C sin

tratamiento térmico mostraron un superficie irregular con una gran cantidad de

aglomerados en la superficie. A partir de las propiedades ópticas se concluyó que la

zona de absorción del material inicia alrededor de los 1500 nm, obteniendo como

resultado una Eg directa prohibida con valores de 0.96 eV y 1.01 eV para las muestras

depositadas a 95 y 90 °C con tratamiento térmico a 450 °C. Mediante la caracterización

de las propiedades eléctricas de las películas delgadas se calculó una conductividad

tipo P en el material. Asimismo, utilizando los datos de fotorrespuesta y espesores se

calculó la conductividad de las películas delgadas donde se obtuvieron valores de 4.78

a 4.44 (Ω-cm)-1 para las muestras depositadas a 95 y 90 °C con tratamiento térmico a

450 °C. De lo anterior, se propone el material pirita con aplicaciones optoelectrónicas.

Referencias

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Cells; 1993; 29: 289-370.

50

PELÍCULAS DELGADAS SEMICONDUCTORAS DE Bi2S3 CON POTENCIAL

APLICACIÓN EN DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS

DEPOSITION OF Bi2S3 SEMICONDUCTING THIN FILMS FOR PHOTOVOLTAIC

SYSTEMS

Gregorio Humberto Villarreal Quiroga1, Julio Cesar Armendáriz Aguilera1, Eder Cedeño

Morales1, Yolanda Peña Méndez1*, Idalia Gómez de la Fuente1, Boris Ildusovich

Kharissov1

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Ingeniería Química, Ave. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza

N.L. México, C.P. 66455.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: yolapm@gmail.com

RESUMEN. Actualmente se tiene un gran interés por investigar nuevos materiales para la

fabricación de dispositivos fotovoltaicos, entre los que se encuentra el Bi2S3, debido a sus

propiedades ópticas y eléctricas deseables para su aplicación en celdas solares. Este puede

ser obtenido mediante técnicas como depósito por baño químico. En el presente trabajo, se

obtuvieron películas de Bi2S3 por baño químico, logrando espesores de 300 nm. La fase de la

bismutinita fue obtenida haciendo un tratamiento térmico a las películas a 250 °C durante 30

min. y 4 mTorr. El cálculo de Eg obtenido fue desde 1.2 y 1.7 eV y conductividades del orden de

10-1 (Ω∙cm)-1.

Palabras clave: energía solar, depósito químico, sulfuro de bismuto.

ABSTRACT. Currently, there is a huge interest for developing new materials with application

in solar cells. Bi2S3 is a promising seminconductor due to their outstanding optical and electrical

properties for photovoltaic systems. Besides, bismuth sulfide can be deposited by chemical

bath deposition method. In this work, Bi2S3 thin films were obtained through chemical bath

deposition technique and a film thickness of 300 nm was achieved. The films were thermal

treated at 250 °C in a high vaccum oven (6 x 10-3 Torr) for 30 min. The band gap energy and

conductivity was calculated as 1.2 -1.7 eV and 10-1 (Ω∙cm)-1, respectively.

Keywords: solar energy, chemical bath deposition, bismuth sulfide.

INTRODUCCIÓN

Las películas de sulfuro de bismuto (Bi2S3) tienen una gran importancia debido a su

aplicación como material semiconductor en dispositivos optoelectrónicos,

termoeléctricos y fotoelectroquímicos [1]. Debido a su importancia, el Bi2S3 se ha

obtenido por diversas técnicas como spray pirolisis, evaporación térmica, aspersión

ultrasónica y depósito por baño químico, en donde la sal de bismuto complejada por

trietanolamina (TEA) o EDTA reacciona químicamente con una solución acuosa que

contiene una fuente de azufre como tioacetamida, tiourea, tiosulfato de sodio y H2S

gaseoso [2,3,4,5,6]. El producto obtenido por estas técnicas en su mayoría resulta ser

amorfo o poco cristalizado, por lo que es necesario realizar un tratamiento térmico en un rango de temperatura entre 170 y 400 °C al vacío en una atmósfera inerte para mejorar la cristalinidad de las películas depositas y por consiguiente las propiedades de las mismas [7]. Para este material, diversos autores han reportado una energía de banda prohibida entre 1.4 - 1.9 eV y han alcanzado valores de corriente eléctrica entre orden de 10 - 7 a 10 - 4 A, los cuales se ven afectados por el tratamiento térmico aplicado a las películas obtenidas [7,8,9]. En el presente trabajo, se sintetizaron películas delgadas de Bi2S3 por

51

el método de depósito por baño químico aplicándoles un tratamiento térmico de 250 °

C por 30 min. y presión de 4 mTorr a fin de que sus propiedades resulten favorables

para su potencial aplicación en dispositivos fotovoltaicos.

METODOLOGÍA

Las películas delgadas de Bi2S3 fueron depositadas por la técnica de depósito en baño

químico a 30 °C usando como fuentes de Bi2+ y S2- Bi(NO3)3 y C2H5NS

respectivamente, además se utilizó TEA como agente complejante. El tiempo de

depósito de las películas fue de 0.5 h hasta 2.0 h por espacio de 30 min. Las películas

obtenidas fueron sometidas a un tratamiento térmico en vacío a una temperatura de

250 °C por 30 min. y presión de 4 mTorr.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la Tabla I se muestran los valores de espesor obtenidos para las películas

depositadas sin tratamiento y con tratamiento térmico a 250 °C observando que el mayor

espesor obtenido fue para la película depositada a las 2.5 h.

Tabla I. Espesor de las películas de Bi2S3 sin tratamiento térmico.

Tiempo (h) Espesor (nm)

0.5 250

1.0 270

1.5 285

2.0 308

Tabla II. Espesor de las películas de Bi2S3 con tratamiento térmico a 250 °C

por 30 min. en atmósfera de vacío.

Tiempo (h) Espesor (nm)

0.5 240

1.0 263

1.5 280

2.0 300

En la Figura 1 se muestra el difractograma en donde se puede observar la identificación

de las señales que muestran la obtención de la fase correspondiente a la bismutinita.

52

En la Figura 2 se muestra el porcentaje de transmitancia (%T) y de reflectancia (%R)

de las películas depositadas sin tratamiento térmico aplicado, se observa que presenta

un borde de absorción en la región visible.

(13

0)

(12

0)

(11

0)

(14

1)

53

Figura 2. %T y %R de las películas de Bi2S3 sin tratamiento térmico.

Para el caso de las películas con tratamiento térmico a 250 °C, que se muestran en la

Figura 3 se observa que hay un ligero desplazamiento del borde de absorción lo que

disminuye el valor de la Eg.

54

Figura 3. %T y %R de las películas de Bi2S3 con tratamiento térmico a 250 °C

en atmósfera de vacío por 30 min.

Posteriormente, se calculó la Eg de la película obtenida a las 2 h de depósito con

tratamiento térmico y sin el mismo, obteniendo un valor de 1.2 eV, la cual se muestra

en la Figura 4.

Figura 4. Eg de la película de Bi2S3 depositada a las 2 h y con tratamiento térmico a

250 °C en atmósfera de vacío por 30 min.

55

Figura 5. Eg de la película de Bi2S3 depositada a las 2 h y sin tratamiento térmico.

Para conocer las propiedades eléctricas se midió la fotorrespuesta aplicando un voltaje

de 10 V a las películas depositadas observando en la Figura 6 que se tuvieron

corrientes del orden de 10-9 A para el caso de las muestras que no fueron sometidas a

tratamiento térmico y en la Figura 7 observamos un aumento de la corriente hasta el

orden 10-4 A debido a que las películas recibieron un tratamiento térmico a 250 °C por

30 min., lo que mejoró la cristalinidad de la película y por tanto la capacidad de

conducción de la misma.

Figura 6. Fotorrespuesta a 10 V de las películas de Bi2S3 sin tratamiento térmico.

56

Figura 7. Fotorrespuesta a 10 V de las películas de Bi2S3 con tratamiento térmico a

250 °C por 30 min. en atmósfera de vacío.

Conociendo los valores de corriente (I) de las películas de Bi2S3 y el espesor de la

muestra, además de la longitud de los electrodos (b) y la distancia de separación entre

ellos (l), se puede realizar el cálculo de la conductividad eléctrica (σ) con la siguiente

ecuación:

𝜎 =𝐼

𝑉

𝑙

𝑏𝑑

Ec. 1

Tabla III. Cálculo de σ para las películas de Bi2S3 sin tratamiento térmico.

Tiempo (h)

Espesor (cm)

Corriente (A)

Longitud de

electrodos (cm)

Distancia de separación

de electrodos

(cm)

Voltaje aplicado

(V)

Conductividad eléctrica (Ω∙cm)-1

0.5 0.000025 7.37E-10 0.5 0.5 10 2.95E-06

1 0.000027 9.35E-10 0.5 0.5 10 3.46E-06

1.5 0.0000285 4.03E-10 0.5 0.5 10 1.41E-06

2 0.0000308 1.09E-09 0.5 0.5 10 3.54E-06

57

Tabla IV. Cálculo de σ para las películas de Bi2S3 con tratamiento térmico a 250 °C por 30 min. en atmósfera de vacío.

Tiempo (h)

Espesor (cm)

Corriente (A)

Longitud de

electrodos (cm)

Distancia de

separación de

electrodos (cm)

Voltaje aplicado

(V)

Conductividad eléctrica (Ω∙cm)-1

0.5 0.000024 7.36E-05 0.5 0.5 10 0.306666667

1 0.0000263 5.89E-05 0.5 0.5 10 0.223945472

1.5 0.000028 4.52E-05 0.5 0.5 10 0.161428571

2 0.00003 1.70E-04 0.5 0.5 10 0.567

Como se observa en la tabla anterior, se obtuvo un aumento de la conductividad

eléctrica debido al tratamiento térmico al que fueron sometidas las películas

depositadas.

CONCLUSIONES

Se depositaron películas delgadas semiconductoras de Bi2S3 y posteriormente se les

aplicó un tratamiento térmico a 250 °C por 30 min. en atmósfera de vacío.

El valor de Eg obtenido fue de 1.75 eV para las películas que no recibieron tratamiento

térmico, mientras que las películas tratadas térmicamente redujeron su Eg a 1.2 eV.

Se calculó la conductividad eléctrica de las películas de Bi2S3 depositadas a 0.5 h, 1 h,

1.5 h y 2 h logrando aumentar hasta el orden de 10-1 y 10-2 (Ω∙cm)-1 en comparación a

las muestras sin tratamiento térmico.

De acuerdo a los resultados de Eg y conductividad eléctrica obtenidos, se propone la

aplicación de este material en la elaboración de dispositivos fotovoltaicos.

REFERENCIAS

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Electronics 2015; 26: 1474-1484.

59

60

EJE TEMÁTICO 5 CIENCIAS ÓMICAS

EVALUACIÓN DE DOS MÉTODOS PARA LA FORMACIÓN DE FIBRAS AMILOIDES DE ALBUMINA SÉRICA BOVINA

STUDY OF TWO METHODS FOR AMYLOID FIBRIL FORMATION

OF BOVINE SERUM ALBUMIN

María Guadalupe Quiroz Vázquez 1, Dvorak Montiel Condado1, Brenda González Hernandez1, Abelardo Chávez Montes2, Azucena González Horta1*

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Biológicas, Laboratorio de Ciencias Genómicas, Av. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L. México, C.P. 66455.

2Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Biológicas, Departamento de Química Analítica, Av. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L. México, C.P. 66455.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: azucena.gonzalezhr@uanl.edu.mx

RESUMEN. Las proteínas son macromoléculas que deben adquirir un plegamiento adecuado para

llevar a cabo su función, sin embargo, existen procesos anormales de plegamiento los cuales son inducidos por algún tipo de estrés, resultando en la pérdida de funciones fisiológicas o en la adquisición de conformaciones tóxicas conocidas como agregados amiloides. Hasta la fecha se han identificado más de 20 proteínas que forman agregados de este tipo los cuales, han sido asociados a una gran cantidad de desórdenes neurodegenerativos. Sin embargo, otras proteínas no patogénicas como la albúmina sérica bovina (BSA) pueden adquirir este tipo de conformación mediante condiciones específicas que desestabilicen su estado nativo. Por lo que el objetivo del presente trabajo fue evaluar dos métodos para la formación del agregado tipo amiloide de la BSA con la finalidad de obtener condiciones confiables para la producción de fibras amiloides para investigaciones estructurales futuras. La formación de agregados se llevó a cabo mediante sonicación y alta temperatura y se monitoreó a través del incremento en la intensidad de fluorescencia tras la unión a la Tioflavina T, comprobándose además mediante gel de electroforesis nativo. Los resultados demuestran una mayor intensidad de fluorescencia y un patrón electroforético de movilidad más lento cuando se utiliza el método de alta temperatura para la agregación de la BSA, sugiriendo mayor peso molecular y una mejor formación de agregados de tipo amiloide comparado con el obtenido por sonicación.

Palabras clave: Agregados amiloides, BSA, sonicación, alta temperatura.

ABSTRACT. Proteins are macromolecules that must acquire an adequate folding to complete their

function, however, there are abnormal processes of folding which are induced by some type of stress, resulting in the loss of physiological functions or in the acquisition of toxic conformations know as amyloid aggregates. Nowadays, more than 20 proteins have been identified that form these aggregates, which have been associated with a large number of neurodegenerative disorders. However, other non-pathogenic proteins such as bovine serum albumin (BSA) can acquire this type of conformation with specific conditions that destabilize their native state. We have studied the structural features of BSA fibril formed under sonication or high temperature in order to obtain reliable conditions for producing fibrils for further structural investigations. The formation of aggregates was performed by sonication and high temperature and was monitored through the increase in fluorescence intensity after binding to Thioflavin T, also confirmed by native electrophoresis gel. The results indicate that the rate of aggregation of the fibrils formed are better with high temperature method.

Keywords: Amyloid aggregates, BSA, sonication, high temperature.

61

INTRODUCCIÓN

Las proteínas son macromoléculas que deben adquirir un plegamiento adecuado para llevar a cabo su función, este plegamiento depende tanto de su secuencia aminoacídica como de la maquinaria presente en la célula, sin embargo existen procesos anormales de plegamiento conocidos como protein misfolding, los cuales son inducidos por diversas situaciones de estrés en el ambiente intra o extracelular [1,2] y pueden resultar en la pérdida de sus funciones fisiológicas o en la adquisición de conformaciones tóxicas conocidas como agregados amiloides, esta conformación les permite interactuar de manera inadecuada con otros componentes celulares, perjudicando la viabilidad celular [3]. Este tipo de agregados proteicos han sido asociados a una gran cantidad de desórdenes denominadas enfermedades de tipo amiloide siendo la enfermedad de Alzheimer, el Parkinson, el Huntington y las encefalopatías espongiformes los ejemplos más conocidos [4]. Hasta la fecha se han identificado más de 20 proteínas que forman agregados de tipo amiloide de las cuales muchas de ellas causan alguna enfermedad, sin embargo, otras proteínas usualmente no patogénicas como BSA también tienen la habilidad de formar este tipo de agregados. A pesar de que la secuencia aminoacídica y la estructura terciaria de este tipo de proteínas no está relacionada con alguna enfermedad, pueden ensamblarse en agregados con una característica en común, su conformación lámina β. Para lograr su agregación, es necesario emplear condicionesespecíficas que desestabilicen el estado nativo de la proteína, como son la sonicación (la cual actúa por medio de ondas de ultrasonido), y altas temperaturas [5,6]. Debido a su capacidad para formar agregados con conformación en lámina β, su bajo costo y su gran disponibilidad, laBSA es una excelente proteína modelo para estudiar el mecanismo de la formación e inhibición de la agregación de las proteínas amiloides [7].

Por lo que el objetivo del presente trabajo fue evaluar dos métodos para la formación del agregado tipo amiloide de la BSA con la finalidad de obtener condiciones confiables para la producción de fibras amiloides para investigaciones estructurales futuras. METODOLOGÍA

Formación de agregados fibrilares.A) Método de sonicación, en el cual la BSA a una concentración de (3 mg/mL) en bufferHepes 20 mM pH 7.8 fue sometida a 50 ciclos de sonicación donde cada ciclo consistió en 5 pulsos de 1 seg. de sonicación seguido de 60 seg. de incubación a 37 °C, usando un sonicador (Powergen 125) con una amplitud del instrumento del 70 %.B) Método de alta temperatura, en el cual la BSA se incubó a una concentración de (3 mg/

mL) en buffer Hepes 20 mM pH 7.8 a 68 °C en un termomixer (Eppendorf) por 1 h.Ensayo de fluorescencia de Tioflavina T (ThT). La formación del agregado proteicotipo amiloide se monitoreó por el incremento en la intensidad de fluorescencia tras la unión a Tioflavina T, para la cual, la muestra se diluyó a una concentración de (15 µM) enbuffer Hepes 20 mM pH 7.8, y se añadió a una solución de la sonda ThT a una concentración de (50 µM) disuelta en el mismo buffer. Se monitorearon los cambios en laintensidad de fluorescencia a 480 nm empleando una longitud de onda de excitación de 440 nm en un espectrofluorómetro Perkin Elmer LS-45.

Electroforesis en gel nativo. La formación de la agregación se comprobó medianteel análisis electroforético en una electroforesis de acrilamida en condiciones no desnaturalizantes (PAGE-nativa) al 30%, empleando el gel concentrador al 4 % y el separador al 8 % durante 2.5 h a 80 V y 25 mA. La electroforesis se realizó en un sistema Mini-PROTEAN TGX™ (Bio-Rad) y las bandas se detectaron mediante tinción por azul de coomassie.Análisis estadístico. Los resultados se expresan como la media de los experimentosrealizados por triplicado. La significancia estadística de los resultados se determinó porla prueba t de Student, en la cual la hipótesis nula fue rechazada (P<0.05).

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Para encontrar las condiciones óptimas de la agregación, se empleó como proteína modelo la BSA, debido a que puede formar agregados tipo amiloides bajo condiciones específicas en las cuales el estado nativo es desestabilizado. Con el objetivo de investigar cuál es el mejor método para la formación de agregados tipo amiloides de esta proteína, se probaron dos condiciones: sonicación y alta temperatura. La formación del agregado de la BSA se analizó por el ensayo de la Tioflavina T, una sonda sensible a la presencia de láminas β, tales como los agregados tipo amiloides. En la Figura 1A se muestra el espectro de emisión de fluorescencia obtenido para la proteína sometida a sonicación, el cual presentó un máximo de emisión a una longitud de onda ~475 nm lo que indica la presencia de estructuras secundarias de tipo lámina β características de agregados amiloides unidos a la sonda ThT. Sin embargo, al momento de analizar la agregación realizada por el método de alta temperatura, el cual se muestra en la Figura 1B, se observa un incremento del doble en la intensidad de fluorescencia, al compararla con la intensidad obtenida por sonicación, lo cual indica una mayor cantidad de agregados amiloides unidos a la sonda. El análisis estadístico de los datos mostró que existe una diferencia significativa (P<0.05) entre ambos tratamientos.

Figura 1. Espectros de emisión de fluorescencia de la Tioflavina T con la muestra proteica tratada mediante A) sonicación y B) alta temperatura. Cada espectro es el resultado de la media de 3 experimentos realizados de manera independiente.

Para confirmar la agregación de la proteína se procedió a realizar un análisis electroforético de la BSA tratada mediante ambas condiciones (Figura 2). La tinción con Coomassie de la proteína sin tratamiento (carril 1 en ambos geles) presenta además de la banda del monómero (M), otras dos bandas de mayor peso molecular correspondientes al dímero (D) y trímero (T), tal y como ha sido reportado por otros autores [8] esto es consistente con la tendencia de la BSA para formar agregados solubles covalentes y no covalentes [9]. En la Figura 2A, carril 2 se observa que la proteína tratada mediante sonicación muestra un patrón electroforético similar a la proteína sin tratamiento, observándose las bandas correspondientes al monómero, dímero y trímero. Sin embargo, también se observa otra banda de mayor peso molecular (señalada con la flecha).

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En el perfil electroforético de la proteína incubada a 68 °C, Figura 2B, carril 2, se observa una menor intensidad de la banda correspondiente al monómero (M), y un aumento de intensidad en la banda correspondiente al trímero (T) apareciendo además nuevas bandas con menor movilidad indicando un mayor peso molecular, lo que indica una mayor agregación.

Figura 2. Electroforesis en gel nativo de poliacrilamida obtenido después de la tinción con Coomassie. A) BSA tratada con sonicación, B) BSA tratada por alta temperatura. En ambos geles, el Carril 1 corresponde a la BSA sin tratamiento.

Se ha demostrado que temperaturas elevadas, especialmente por encima de la temperatura de fusión (62 °C) de esta proteína, pueden causar cambios conformacionales en la BSA, llevando a la exposición de segmentos hidrofóbicos inaccesibles de la cadena polipeptídica en el estado nativo, en donde, dichos intermediarios no nativos pueden sufrir reordenamientos conformacionales mediados por interacciones intermoleculares no covalentes como puentes de hidrógeno o interacciones electrostáticas que posteriormente conducen a la oligomerización y formación de agregados [10,11]. Es por ello que el tratamiento a 68 ºC permitió una mayor formación de agregados de la BSA. Nuestros resultados apuntan a que la sonicación muy probablemente no permite la exposición de los segmentos hidrofóbicos de la proteína, de igual manera que lo causa la temperatura elevada, de ahí que se obtengan diferente tipo de agregados. Es probable que si el tiempo de sonicación se prolongara por más tiempo pudiera incrementarse la formación de agregados.

CONCLUSIONES

La exposición de la BSA a altas temperaturas origina una mayor formación de agregados tipo amiloide a diferencia del tratamiento por sonicación. El contar con condiciones experimentales reproducibles para la formación de los agregados, hace posible la investigación futura de moléculas pequeñas capaces de inhibir este proceso, planteando una alternativa terapéutica para enfermedades asociadas con mal plegamiento proteico.

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REFERENCIAS

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albumin. PLos One 2016; 11(4): e0153495.

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EJE TEMÁTICO 6 MATERIALES PARA LA

SUSTENTABILIDAD

CONTROL DE METALES PESADOS EN SUELO IMPACTADO POR ACTIVIDADES MINERAS USANDO ZEOLITA NATURAL

CONTROL OF HEAVY METALS IN SOIL IMPACTED BY MINING ACTIVITIES USING NATURAL ZEOLITE

Cynthia Nalley Hernandez-Castillo1, Rosalinda Ferrel-Luna1, Laura Alejandra Pinedo-Torres2, Maria Elena García-Arreola3, David Alejandro De Haro-Del Rio1*

1Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Nuevo León, San Nicolás de los Garza Nuevo León, 66045, México.

2Instituto Politécnico Nacional, Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería Campus Zacatecas Zacatecas, 98160, Mexico.

1Instituto de Geología, Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Av. Manuel Nava No. 5, Zona Universitaria, San Luis Potosí S.L.P., México, C.P. 78240.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence author:david.dharodlr@uanl.edu.mx

RESUMEN. La zeolita clinoptilolita (ZC), representa una opción viable para reducir el impacto de la lixiviación en suelos contaminados con metales pesados debido a su capacidad de intercambio iónico. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la ZC en la concentración de los metales pesados tales Cd y Mn en los jales de la zona de influencia de la mina “El Bote” en Zacatecas, México. En este estudio, se llevó a cabo un muestreo in situ y posteriormente se empacaron columnas con muestras de suelo y 10 % en peso de zeolita natural (ZN) y modificada (ZM) con iones amonio. Se realizaron diez eventos de lixiviación por cada columna a dos diferentes pH (4.5 y 6). La concentración de los respectivos lavados se obtuvo mediante Espectrometría de Masas con Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-MS). Los resultados muestran que hay un incremento del pH en el suelo con zeolita, también se observa una disminución del 10 % hasta el 98 % en la concentración en el lixiviado de los metales de interés en los resultados del suelo con zeolita. Finalmente, los resultados experimentales han sido correlacionados con los modelos cinéticos de primer orden, de difusión parabólica y Elovich, siendo el de primer orden el que mejor representó los datos experimentales.

Palabras clave: metales pesados, jales mineros, lixiviación, zeolitas, modelos cinéticos.

ABSTRACT. Clinoptilolite zeolite (ZC), represents a viable option to reduce the impact of leaching on soils contaminated with heavy metals due to its ion exchange capacity. The objective of this study was to evaluate the effect of ZC on the concentration of heavy metals such as Cd and Mn in the pulls of the zone of influence of the mine "El Bote" in Zacatecas, Mexico. In This study, in situ sampling was carried out and columns with soil samples were subsequently packed, and 10 % by weight of natural zeolite (ZN) and modified with ammonium ions (ZM). Ten leaching events were performed for each column at two different pH levels (4.5 and 6). The concentration of the respective washings was obtained by ICP-MS. The results show that there is an increase of pH in the soil with zeolite, also a decrease of 10 % to 98 % in the concentration in the leaching of the metals of interest in the results of the soil with zeolite. Finally, the experimental results have been correlated with the first order kinetic models, parabolic diffusion and Elovich, being the first order that best represented the experimental data.

Keywords: heavy metals, mine tailings, leaching, zeolites, kinetic models.

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INTRODUCCIÓN La minería es considerada una de las principales actividades económicas, siendo vital para el desarrollo y crecimiento de los países. En 2016, la producción minera mundial se estimó en 16.9 mil millones de toneladas métricas, que representan 2,932,710 millones de dólares [1]. Sin embargo, esta actividad económica también es responsable de generar preocupaciones ambientales debido a una eliminación inadecuada de los residuos después de que se eliminan los minerales valiosos. Históricamente, la contaminación por metales pesados causada por los procesos de extracción en los países en desarrollo había llevado a que los pasivos ambientales generaran preocupaciones sociales. Los jales mineros son grandes pilas de disposición final de los desechos mineros que aumentan las concentraciones de algunos elementos potencialmente tóxicos (EPT), incluidos los metales pesados o metaloides que pueden afectar directamente el medio ambiente y la salud humana [2]. Los lixiviados de EPT representan un riesgo para la población y el medio ambiente, es probable que estos se dispersen fuera del sitio de eliminación por el viento o el agua e impacten en otros lugares como cuerpos de agua subterráneos o superficiales [3]. Por lo tanto, se consideran peligrosos y deben ser tratados para la protección de la población y el equilibrio ecológico. Se han aplicado varias estrategias de remediación en suelos contaminados, siendo las barreras físicas más comúnmente utilizadas, la encapsulación química, la solidificación electroquímica, la fitorremediación y el lavado de suelos. Los métodos electroquímicos implican el uso de electrodos que se insertan en el suelo y son capaces de transportar un campo eléctrico de corriente continua que causa la solidificación o vitrificación [4]. Esta técnica puede ser adecuada para grandes extensiones de tierra, pero también se asocian grandes costos de energía a este proceso junto con la generación de gases tóxicos y pueden tener lugar reacciones simultáneas durante la remediación [5]. La fitorremediación se considera un método de eficiencia energética para recuperar indirectamente suelos contaminados con metales pesados [6,7]. Se ha informado de que especies como Thlaspi, Alyssim, Urtica y Brassicaceae presentan características de acumulación de metales pesados [8], mientras que Brassica juncea es conocida como un gran productor de biomasa [9]. Esta estrategia se ha aplicado a gran escala, sin embargo, su aplicación en economías emergentes aún es limitada. Además, su aplicabilidad está restringida a la contaminación superficial. También se pueden usar membranas para este propósito. Un inconveniente principal de las barreras es la compactación del suelo y que las perforaciones pueden aumentar [10]. A diferencia de las barreras físicas, las técnicas de estabilización química han llamado la atención recientemente. Se han inyectado sustancias como sulfonatos, betún, cenizas volantes, monómeros y puzolanas para inmovilizar PTE en suelos [11,12]. Sin embargo, una aplicación in situ incluye el uso de una gran cantidad de reactivos químicos que pueden causar contaminación secundaria. Además, algunos contaminantes no son adecuados para este método debido a su naturaleza química. Una estrategia interesante con un potencial sostenible y efectivo es el uso de materiales sólidos como arcillas, diferentes tipos de carbón y zeolitas naturales [13,14,15]. Han tenido buenos resultados porque reducen los productos secundarios y no dañan el medio ambiente. Se basan en la captura de contaminantes por la porosidad de los materiales agregados o por la característica de intercambio iónico.

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METODOLOGÍA La zeolita fue obtenida de la Mina San Francisco, México. Se lavó y homogeneizó usando una solución de NaCl 1M por 24 h, se secó y después se tamizó usando una criba malla 70. Se le realizó análisis de difracción de rayos X (DRX) y fisisorción de N2. A este materialse le llamó ZC. Para la modificación se puso a la ZC en contacto con una solución de NH4Cl. Para el suelo, se recolectaron las muestras de la zona de influencia de la mina de acuerdo con la NMX-AA-132-SCFI-2006 y se obtuvo una muestra compuesta que fue homogenizada mediante una malla 50 [1]. En columnas de acrílico de dimensiones 45 cm de largo por 2 pulgadas de diámetro se empacaron las muestras de suelo con aproximadamente 990 g. Se realizaron los estudios de lixiviación con base en la NOM-147-SEMARNAT-2004 con agua desionizada para lavado (pH 6 y pH 4) con 10 flujos de lavado para cada columna por duplicado [2]. El volumen de cada lavado fue 990 mL. Las muestras se recolectaron y se almacenaron en envases de polietileno de alta densidad y acidificándolas para su conservación con ácido nítrico al 2 % y en refrigeración. Se analizaron los lixiviados para conocer la concentración de Cd y Mn en la muestra por medio de ICP-MS [3,4].

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los resultados de la caracterización por DRX mostraron un material con los picos característicos (esta figura no se muestra en este resumen). La fisisorción arrojó como resultado un área superficial de 5 m2/g y una típica microporosidad para materiales como las zeolitas. Se monitoreó el pH después de cada evento de lixiviado para conocer si el tratamiento con la zeolita tenía algún efecto en este parámetro. Los resultados del promedio de cada evento se muestran en la Figura 1, donde se observa que la columna control tiende al equilibrio después de 4 eventos de lavado y la del tratamiento en 2 eventos. Además, la columna con ZC 10 % muestra valores superiores de pH al final del experimento y permanece más estable. Esto se puede deber a la acción reguladora de la zeolita asociada a su capacidad de intercambio iónico.

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Figura 1. pH promedio obtenido por cada lavado en cada experimento.

Las líneas continuas en la Figura 2 representan el modelo cinético de primer orden, dq/dt=k(q-qt), y los puntos son los valores experimentales. Dicho ajuste fue realizado mediante el Algoritmo Generalizado de Gradiente Reducido (GRG2) usando la suma de cuadrados del error como la función a minimizar. El grado de ajuste fue calculado mediante el porcentaje de error relativo. En las Figura 2 a) y b) se muestran los resultados del ajuste al modelo de primer orden donde la línea punteada representa el modelo matemático. Este modelo es el que mejor representó los datos experimentales para todos los tratamientos y metales estudiados, R2 desde 0.837 – 0.999 y valores de desviación muy bajos hasta el orden de 10 - 5 tal como se puede apreciar en la Tabla I. En el modelo de primer orden, la constante k1 es directamente proporcional a la rapidez con la que se lixivia el metal y para el caso del Cd y Mn la constante es mayor en las columnas que fueron empacadas solo con suelo que con las que fueron tratadas con zeolita al 10 % sugiriendo que la presencia de este material contribuye a la reducción de la velocidad en un 26 a 31 % de acuerdo con el modelo.

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Figura 2. Concentraciones acumuladas de Cd y Mn después de 10 eventos de lavado. La línea punteada representa el modelo cinético de primer orden.

Para el modelo de Elovich, dq/dt=αe^-βq, la constante beta depende de la naturaleza del suelo, debido a que los valores de alfa no se modifican tanto al cambiar de suelo. Los valores de alfa y beta son útiles para comparar las velocidades de lixiviación entre los diferentes tratamientos, la disminución de beta y/o un incremento en alfa favorece la velocidad de reacción de lixiviación de los distintos metales como Cd y Mn. Para el caso del Cd se observa que para los tratamientos donde se usa zeolita (ZN) el valor de beta es mayor, 29.36 y 36.26 ppm representando una velocidad de lixiviación menor en ambos casos comparado con los tratamientos sin zeolita, 20.81 y 26.44 respectivamente. Dejando en manifiesto que el uso de la zeolita favorece en cierta medida a la retención de Cd en la matriz de suelo representado en la Figura 3 a) y b) los valores de R2 se encuentran en el rango 0.47 – 0.52 relacionando de manera pobre los datos experimentales. Finalmente, para el caso del Mn, según el modelo de Elovich hay una tendencia a reducir la velocidad de lixiviación en el suelo que ha sido tratado con zeolita, aunque los valores del error estándar son muy elevados comparados con los que presenta el Cd como también se aprecia en la Tabla II.

Figura 3. Concentraciones acumuladas de Cd y Mn después de 10 eventos de lavado. La línea punteada representa el modelo cinético de Elovich.

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Tabla I. Parámetros cinéticos calculados para ajustar el modelo de primer orden

Material k1 2R SE Cd

suelo control pH 6 0.980 0.989 1.717E-04 suelo + ZN 10 % pH 6 0.772 0.996 6.955E-05 suelo control 4.5 0.821 0.970 4.664E-04 suelo + ZN 10 % pH 4.5 0.668 0.995 7.543E-05

Mn suelo control pH 6 0.968 0.996 0.255 suelo + ZN 10 % pH 6 0.685 0.998 0.158 suelo control 4.5 0.790 0.837 112.1 suelo + ZN 10 % pH 4.5 0.782 0.995 1.838

Tabla II. Parámetros cinéticos calculados para ajustar el modelo de Elovich.

Material α β R2 SE Cd

Suelo control pH 6 9.431 20.813 0.838 2.60E-03 Suelo + ZN 10 % pH 6 8.414 29.365 0.854 3.40E-03 Suelo control 4.5 4.914 26.447 0.894 1.19E-03 Suelo + ZN 10 % pH 4.5 3.804 36.263 0.882 2.27E-03

Mn Suelo control pH 6 157.838 0.262 0.818 14.066 Suelo + ZN 10 % pH 6 081.128 0.262 0.894 09.982 Suelo control 4.5 803.079 0.109 0.844 76.610 Suelo + ZN 10 % pH 4.5 673.295 0.152 0.877 62.198

CONCLUSIONES Es posible utilizar una enmienda natural, ecológica y de bajo costo como la clinoptilolita para el control de metales en suelos contaminados. El material presenta una porosidad característica de las zeolitas con un valor de área dentro del rango típico para zeolitas naturales. Se ha encontrado que la zeolita clinoptilolita natural contribuye a la reducción de la velocidad de lixiviación cuando es adicionada a suelo de un 21.27 %, 23.74 % y 29.24 % de metales como Cd y Mn respectivamente en un flujo de lavado inicial de pH 6. En otra prueba se encontró que a un pH de 4.5 inicial se reduce la velocidad de lixiviación en 15.75 % para Cd, 23 y 4.91 % para Mn. Por lo anterior, la zeolita puede de cierta forma inmovilizar metales pesados en el suelo, esto pudiera ser atribuido a la capacidad de intercambio catiónico de la zeolita a las condiciones estudiadas que reduce la dispersión de la fracción soluble de éstos en el medio. Además, el pH en el lixiviado es modificado por la zeolita pasando de un pH inicial de 4.8 a 6.4 con zeolita natural; de un 6.0 a 6.9 con zeolita modificada y llegando a niveles alrededor de pH 8 en los dos casos. Añadiendo que simplemente al combinarse el 10 % en peso de zeolita al suelo, modifica el valor del pH de un 5 a un 6.7 con ZN y a un 6.9 con ZM. Se considera a la zeolita como un estabilizador del pH ácido en el suelo pudiendo llevarlo a

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niveles neutros de pH. Al estudiar el efecto de los iones de amonio (NH4)+ al modificar la zeolita clinoptilolita se puede establecer una relación entre una modificación fisicoquímica sobre la lixiviación de los metales, la afinidad en el intercambio iónico o si existe selectividad entre los metales y la zeolita que permitirá hacer posibles propuestas de remediación en pasivos ambientales contaminados con esta clase de residuos peligrosos. De acuerdo con los resultados obtenidos, el modelo que mejor describe los datos experimentales es el de primer orden, ya que presenta valores de R2 más altos y a la vez los valores más bajos de SE. Modelos como el de Elovich describen los datos de manera satisfactoria relativamente.

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ESTUDIO PRELIMINAR DE LA SÍNTESIS DE LiNi0.5Mn1.5O4 POR EL MÉTODO COMBINADO DE SONOQUÍMICA-TRATAMIENTO TÉRMICO Y SU

EVALUACIÓN COMO CÁTODO EN BATERÍAS DE ION LITIO PRELIMINARY STUDY OF THE SYNTHESIS OF LiNi0.5Mn1.5O4 BY

SONOCHEMICAL-ASSITED HEAT TREATMENT AND ITS EVALUATION AS A CATHODE IN LITHIUM-ION BATTERIES

Brenda Lizeth Magallán de la Garza1, Ricardo Briones Martínez1, Salomé Maribel de la Parra Arciniega1*, Lorena Leticia Garza Tovar1, Eduardo M. Sánchez Cervantes1

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Laboratorio de Materiales para el Almacenamiento y Conversión de Energía, San Nicolás de los Garza N.L. 66451, México.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence author:salome.delaparrarc@uanl.edu.mx

RESUMEN. El compuesto LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) es empleado como cátodo en baterías secundarias de ion litio de 5 V. En este trabajo de investigación se presenta una ruta alterna para la síntesis de este compuesto por el método combinado de sonoquímica y tratamiento térmico. Los materiales sintetizados se caracterizaron por difracción de rayos-X método de polvos (DRX), microscopía electrónica de barrido (SEM), voltametría cíclica (CV) y pruebas galvanostáticas de carga y descarga. Los precursores de los metales fueron disueltos en agua desionizada por separado y después de mezclarse por medio de agitación se ajustó el pH= 9 con hidróxido de amonio. La mejor condición de síntesis fue empleando una sonda de ultrasonido a una potencia de 100 W operando en modo intermitente 10 s ON/20 s OFF durante 1 h, después se evaporó el solvente y las muestras se trataron térmicamente a 500 °C durante 4 h con rampa de calentamiento de 5 °C min-1. Por DRX se determinó la formación de la fase cristalina pura LiNi0.5Mn1.5O4, con estructura de espinela cúbica. Por SEM se observó una morfología granular. Los resultados de las pruebas galvanostáticas muestran una capacidad específica de 140 mAh g-1 a una tasa de descarga de C/10 con buena estabilidad cíclica.

Palabras clave: LiNi0.5Mn1.5O4, sonoquímica, baterías de litio.

ABSTRACT. The compound LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) is used as a cathode in 5 V secondary lithium-ion batteries. In this research work, an alternate route for the synthesis of this compound by sonochemistry-assisted heat treatment is presented. The synthesized materials were characterized by powder X-ray diffraction method (XRD), scanning electron microscopy (SEM), cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge/discharge tests. Metal precursors were dissolved in deionized water separately, then they were mixed under stirring, adjusting pH= 9 by adding ammonium hydroxide. The best synthesis condition was using an ultrasonic probe at 100 W at intermittent mode 10 s ON/20 s OFF during 1 h, then the solvent was evaporated and the samples were heat treated at 500 °C during 4 h, at a heating of 5 °C min-1. Single pure phase LiNi0.5Mn1.5O4 was identified by XRD, it has cubic spinel structure. The sample shows granular morphology. Electrochemical measurements show that the material delivers a discharge specific capacity of 140 mAh g-1 at C/10 rate w ith good cyclic stability.

Keywords: LiNi0.5Mn1.5O4, sonochemistry, lithium battery.

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INTRODUCCIÓN Desde la pasada década, las baterías de ion litio han revolucionado el mercado de los dispositivos electrónicos y constantemente se ven avances en términos de seguridad, costos y desde luego el diseño de nuevos materiales que pueden actuar como ánodos o cátodos en estos sistemas de almacenamiento y conversión de energía. A través de la propuesta de nuevas rutas de síntesis y en el ensamblado de los dispositivos se evalúan nuevos retos para obtener los mejores resultados en las pruebas electroquímicas.

Entre los materiales catódicos de actualidad, se encuentra el compuesto tipo espinela LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) que se caracteriza porque opera a un alto voltaje 4.7 V vs Li/Li+, presenta buen desempeño electroquímico, la capacidad teórica ronda los 147 mAh g-1; los precursores no son costosos y es amigable con el medio ambiente. Este compuesto ha sido sintetizado por diversas rutas de síntesis entre las que se encuentran: modificación del estado sólido [1], microondas [2], estado sólido [3], co-precipitación [4], y sonoquímica [5]. El compuesto sintetizado por esta técnica en el 2015 se caracterizó porque se empleó ultrasonido de alta potencia 20 kHz, al 60 % de la potencia 750 W, se efectuó doble tratamiento térmico: a 400 °C y a 800 °C, y se evaluó el efecto de glucosa en la microestructura del compuesto, dando altos porcentajes de retención de ciclado (98.9 %). Cabe señalar que la técnica de sonoquímica se caracteriza porque se obtienen compuestos con la fase cristalina deseada; y en su defecto de manera amorfa que han requerido el tratamiento térmico a menor temperatura que una ruta de síntesis tradicional. Además, de que es mínima la obtención de subproductos [6,7]. Lo cual, marca la pauta para seguir investigando y probando diferentes condiciones de síntesis en el diseño de este compuesto.

En este trabajo se reporta la síntesis del compuesto LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) por sonoquímica combinada con tratamiento térmico y se evaluación como cátodo en baterías de ion litio.

METODOLOGÍA Para la síntesis de LiNi0.5Mn1.5O4, los precursores se mezclaron en cantidades estequiométricas: 1.5 mmol de acetato de manganeso (II) tetrahidratado (0.3713 g), 0.5 mmol de acetato de níquel (II) tetrahidratado (0.1256 g) y 1 mmol de acetato de litio dihidratado (0.1021 g), cada uno fue disuelto por separado con agua destilada 2 mL. Posteriormente las soluciones se mezclaron bajo agitación magnética en un vial de borosilicato de 20 mL, adicionando en primer lugar la solución de manganeso, después la solución de níquel y finalmente la solución de litio, permitiendo la agitación de 2 a 3 min. en cada precursor. Se ajustó el pH a 9 con gotas de hidróxido de amonio (NH4OH, 28 - 30 % NH3; Sigma-Aldrich). Posteriormente, las soluciones se sometieron a irradiación ultrasónica, con un sonotrodo de alta frecuencia (20 kHz y potencia total de 130 W) marca Sonics Vibra Cell con punta de titanio. Se trabajó al 77 % de potencia, equivalente a 100 W, y modo intermitente: pulso de 10 s ON y 20 s OFF durante 120 min. activo. Finalizando el tiempo de reacción, la muestra fue llevada a sequedad en un horno de vacío a 80 °C por 12 h (marca SHEL LAB, modelo 1410). Una vez transcurrido este paso, el sólido fue removido del vial, y se pasó a una canoa de cuarzo para la cristalización del material, el tratamiento térmico se efectuó en una mufla (marca ARSA, modelo AR-340, serie 1010005) a 500 °C por 4 h. con una rampa de

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calentamiento de 5 °C min-1, para posteriormente enfriarse a temperatura ambiente. Finalmente, se procedió a pulverizar el sólido obtenido en un mortero de ágata con pistilo, para realizar las pruebas de caracterización correspondientes: DRX método de polvos en un equipo Bruker D2 Phaser; y microscopia electrónica de barrido en un equipo JEOL modelo JSM-6490LV.

Mediciones electroquímicas Con el compuesto sintetizado se preparó el cátodo y se incorporó en baterías de ion litio de tipo botón CR 2032. Se ensamblaron en una caja de guantes con atmósfera de argón (modelo OMNI-LAB, marca Vacuum Atmospheres Company). Inicialmente se preparó una mezcla con el 80 % del material catódico (LNMO) sintetizado, 10 % un agente aglutinante (fluoruro de polivilideno, PVDF) y 10 % de carbón superconductor-P. Se mezcló mediante agitación magnética con 2 mL de N,N-dimetilacetamida, se dejó durante toda una noche para generar una pasta homogénea. Después se extendió la pasta sobre una lámina de Al para formar una película. Una vez seca la película, se recortaron electrodos de 1 cm de diámetro, los cuales fueron introducidos en un horno a vacío a 80 °C por 1 h. Posteriormente, los electrodos se introdujeron a la caja seca con atmósfera de Argón y se procedió al armado de las baterías. Se utilizó como electrolito (LP30), el cual está constituido por LiPF6 1 M disuelto en mezcla de etil-carbonato (EC) y dimetil-carbonato (DMC), (grado batería, Merck). Como material anódico se utilizó un electrodo de litio metálico y como soporte un separador de fibra de vidrio. Para las pruebas electroquímicas se llevaron a cabo las mediciones por voltamperometría cíclica (CV) y pruebas galvanostáticas de carga y descarga, en un potenciostato-galvanostato de cuatro canales (BioLogic Science Instruments, modelo VMP3).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Bajos las condiciones empleadas por sonoquímica sólo se pudo obtener la forma amorfa del compuesto. Después de tratar térmicamente el material a distintas temperaturas, el mejor patrón de difracción de rayos-X se obtuvo de la muestra tratada a 500 °C por 4 h. Fue indexado con una sola fase que coincide con la tarjeta PDF-01-080-2162 (LiNi0.5Mn1.5O4, espinela cúbica, grupo espacial Fd3m) (Figura 1). De acuerdo a los reportes cristalográficos, la espinela LiNi0.5Mn1.5O4, puede formar dos tipos de estructuras cristalinas: LiNi0.5Mn1.5O4 desordenada la cual tiene una estructura de espinela cúbica centrada en las caras con grupo espacial (Fd3m) y la espinela ordenada con estructura cúbica simple primitiva (P4332); esto depende del ordenamiento del Mn y del Ni en los sitios octaédricos. Haciendo una comparación entre ambos arreglos cristalinos, la espinela desordenada presenta mejor desempeño electroquímico y reversibilidad estructural debido a que esta estructura cuenta con canales donde puede migrar el ion Li+, mientras que la estructura ordenada no los presenta. Esta espinela usualmente se forma a temperaturas T ≥ 800 °C [8], en este trabajo se logró obtener a menor temperatura. En el análisis por microscopia electrónica de barrido (SEM), la Figura 2 presenta la imagen de la muestra constituida por cristales de forma irregular y en su mayoría de tamaño micrométrico con algunas zonas donde se aprecian aglomerados de partículas finas. En este sentido, a diferencia de otros reportes en los que se han obtenido nanoagregados [5].

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En la Figura 3 se presenta una gráfica que muestra los valores obtenidos durante la prueba de carga y descarga de la batería, se observa que la capacidad específica en la carga (aproximadamente de 140 mAh g-1), es mayor que en la descarga. Lo que indica que la fracción de litio intercalada es mayor a la fracción de litio desintercalada. En general, la batería presenta un buen desempeño electroquímico, que es comparable con lo reportado en la literatura para este compuesto.

Figura 1. Patrón de difracción de rayos-X del material obtenido por sonoquímica y tratamiento térmico a 500 °C/4 h.

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Figura 2. Imagen de SEM de los polvos de la muestra de LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO).

Figura 3. Capacidad específica de carga y descarga a C/10 del compuesto LiNi0.5Mn1.5O4 con respecto al número de ciclos.

CONCLUSIONES Se sintetizó el compuesto LiNi0.5Mn1.5O4 por el método combinado de sonoquímica-tratamiento térmico empleando la condición de ultrasonido de 20 kHz, 100 W en modo intermitente. Este compuesto fue evaluado como cátodo en baterías de ion litio y presentó buena capacidad específica, 140 mAh g-1 a una tasa de descarga de C/10. Se están efectuando pruebas para evaluar mayor número de ciclados.

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EJE TEMÁTICO 7BIOTECNOLOGÍA

Klebsiella oxytoca: EL FUTURO DE LA BIORREMEDIACIÓN

Klebsiella oxytoca: THE FUTURE OF BIORREMEDIATION

Nava Centeno Alma Rubi1, Ronquillo González Alexander1,Cabrera Ceja Aremi Joselyn1, SilvaBautista Darío*, Pérez Cruz Karen Abigail2, García González Carlos Abisaí3

1Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica, Ingeniería en Nanotecnología, Luis Donaldo Colosio s/n,

Ejido Arroyo del Maíz, Poza Rica, Veracruz México, C.P. 93230 .2BRP Querétaro, Avenida Ferrocarril 202, Santa Rosa Jáuregui, Querétaro Querétaro, C.P. 76220.3Instituto Politécnico Nacional, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Sección de Estudios de

Posgrado e Investigación, Departamento de Morfología, Especialidad en Hematopatología, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala s/n, Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo Cd. De México, C.P. 11340.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: aremiceja@gmail.com

RESUMEN. La Klebsiella oxytoca ha sido reportada como causante de algunas infecciones urinarias, sin embargo, se ha reportado que es una gran productora de etanol a nivel industrial [1]. La biorremediación no es una nueva alternativa para la degradación de hidrocarburos, ya que en otros estudios ha sido investigada a profundidad como, por ejemplo, en el tratamiento de efluentes industriales y producción a biogás [2]. Revisando los estudios anteriores, hemos propuesto una alternativa de biorremediación con este microorganismo por sus características de origen (zona norte de Veracruz); siendo capaz de disminuir costos, tiempo, energía, de una manera más rápida y segura sin causarle daño a ningún ser vivo o ecosistema [3]. Las muestras fueron tomadas de lodos a una profundidad no mayor a los 20 cm de una zona contaminada por grasas en la ciudad de Tihuatlán en el estado de Veracruz, las cuales se depositaron en frascos y fueron conservadas en refrigeración hasta que se procesaron. Se usaron dos medios de cultivo que contenían: 8 g/L de extracto de carne de res, 8 g/L de NaCl, 120 g/L degelatina bacteriológica, 5 g/L de sacarosa. En la prueba de degradabilidad se usaron concentracionesdiferentes de petróleo crudo. Se han obtenido resultados cuantitavos positivos en la tasa de degradación de petróleo crudo por medio de este microorganismo dando como resultado la degradación del 80 % de crudo de petróleo en una semana teniendo un porcentaje de 5 % de crudo en la caja Petri. Por lo tanto, esto representa una opción viable e innovadora para disminuir la contaminación por petróleo crudo en el norte del estado de Veracruz, cualquier zona que sus factores bióticos y abióticos lo permitan. Para la identificación del microorganismo se realizaron pruebas moleculares purificándose después por electroforesis.

Palabras clave: hidrocarburos, biorremediación, contaminación, Klebsiella oxytoka.

ABSTRACT. Klebsiella oxytoca has been reported to cause some urinary infections, however, it has been reported to be a large industrial ethanol producer [1]. Bioremediation is not a new alternative for the degradation of hydrocarbons, since in other studies it has been investigated in depth as, for example, in the treatment of industrial effluents and biogas production [2]. Reviewing the previous studies, we have proposed an alternative bioremediation with this microorganism for its characteristics of origin (northern Veracruz); being able to reduce costs, time, energy, in a faster and safer way without causing harm to any living being or ecosystem [3]. The samples were taken from sludge at a depth no greater than 20 cm from a zone contaminated by fats in the city of Tihuatlán in the state of Veracruz, which were deposited in jars and kept in refrigeration until they were processed. Two culture media containing: 8 g/L of beef extract, 8 g/L of NaCl, 120 g/L of bacteriological gelatin, 5 g/L of sucrose were used. In the degradability testdifferent concentrations of crude oil were used. Positive quantitative results have been obtained in the rate of degradation of crude oil by means of this microorganism, resulting in the degradation of 80 % of crude oil in a week, with a percentage of 5 % of crude in the Petri box. Therefore, this represents a viable and innovative option to reduce contamination by crude oil in the north of the state of Veracruz, any area that its biotic and abiotic factors allow. For the identification of the microorganism, molecular tests were carried out and then purified by electrophoresis.

Keywords: hydrocarbons, bioremediation, contamination, Klebsiella oxytoka.

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INTRODUCCIÓN

En el norte del estado de Veracruz existen sitios con diferentes niveles de contaminación por hidrocarburos. La exposición a hidrocarburos ocasiona un deterioro en el medio ambiente y salud humana por sus efectos tóxicos y cancerígenos. Al ser derramados estos contaminantes la mayoría de sus componentes alifáticos se pierden por volatización, mientras que otros persisten en la superficie ocasionando daños en los ecosistemas y especies que lo habitan [3]. Por ello, se debe buscar soluciones apropiadas para las condiciones climatológicas de esta zona del estado de Veracruz. Petróleos Mexicanos (PEMEX) y el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), ha realizado búsquedas de soluciones efectivas en costo y beneficio para recuperar sitios contaminados especialmente en los estados de Veracruz, Tabasco,Chiapas y Campeche [4]. La biorremediación es una de las técnicas que ha sidopropuesta para la descontaminación de desechos de hidrocarburos y remediación de zonas contaminadas, esto es debido a que está resultando la opción más prometedora y de muy bajo costo para poder darle fin a este tipo de estragos en losecosistemas [3]. La biorremediación es un proceso de descontaminación en el que intervienen reacciones bioquímicas por microorganismos inoculados en zonas contaminadas, convirtiendo sustancias toxicas en menos tóxicas o no dañinas [3]. La selección de una tecnología biorremediadora está limitada por múltiples factores, como, por ejemplo, el tipo de microorganismo presentes en el medio, las condiciones delsitio contaminado (temperatura, oxigeno, energía, humedad, etc.), la concentracióny la toxicidad de los contaminantes presentes [5]. Algunos microorganismos como las bacterias, tienen la capacidad de utilizar hidrocarburos como su fuente de carbono y son las mejores opciones para degradar una posible contaminación en el sitio donde habitan. La biodegradación natural por parte de bacterias nativas puede ser estimulada por el agregado de fertilizantes y oxígeno [6]. Por estas razones, en este proyecto se hizo una búsqueda de uno o varios microorganismos de la zona norte de Veracruz para su aplicación en la degradación de contaminantes de petróleo.

Metabolismo de K. oxytoca en glicerolLas bacterias del género Klebsiella están ampliamente distribuidos en la naturaleza, tanto en el suelo y agua, aunque son también parte de la regularidad de la flora del tracto intestinal de los seres humanos, la fermentación de glicerol por K. oxytoca implica dos vías: paralelo y acoplado (es decir, oxidativo y reductora) como se muestra en la Figura 1. A través de la vía oxidativa, el glicerol es deshidrogenado a dihidroxiacetona (DHA) y luego a dihidroxi-acentonfoafato, siendo los ácidos succínico y láctico acético, así como 2,3-butanodiol, etanol, dióxido de carbono y el hidrogeno los productos finales. A través de una vía reductora, una enzima glicerol-deshidratasa quita una molécula de H2O del glicerol para obtener 3-hidroxi-propaldehido (3-HPA). Este producto se reduce adicionalmente a 1,3-PD, que no se puede metabolizar y se libera posteriormente al medio [7]. Todos los subproductos mencionados son a ambas vías sin inhibidores potenciales de la producción de 1,3-PD. A pesar de que la K. oxytoka es un excelente productor de 1,3-PD [8].

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Figura 1. Caminos para el metabolismo de glicerol en género Klebsiella.

METODOLOGÍA Los inóculos utilizados durante esta experimentación fueron obtenidos de muestras de suelo contaminadas con petróleo crudo obtenidas de diferentes lugares, tales como "RANCHO EL FARO" localizado en una localidad del municipio de Tihuatlán, y en los municipios de Coatzintla y Poza Rica de Hidalgo. Se probó la capacidad de biodegradación de petróleo crudo de las cepas nativas. Para la obtención de inóculos se tomó una pequeña cantidad de cada una de las muestras y se les agregó agua destilada, se colocaron en agitación de 50 rpm a temperatura ambiente durante un periodo de 10 min., finalmente se separó elsobrenadante para su posterior inoculación. Para los análisis de biorremediación se realizaron medios de cultivos con agar nutritivo, a los cuales se les agregaron porcentajes del 5 %, 10 % y 15 % de petróleo crudo, posteriormente fueron inoculados y se incubaron a 22 °C durante 4 d. Después de este período se observó si había cambio de coloración del medio de cultivo debido a la degradación del petróleo.

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Finalmente se llevó a cabo la identificación de la cepa que mostró tener actividad degradadora mediante métodos convencionales.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los resultados obtenidos en la prueba de degradabilidad mostraron que los medios de cultivo en los cuales se usaron inóculos provenientes de la muestra tomada en el "RANCHO EL FARO" realizaban actividades bioquímicas degradativas, aun teniendo diferentes porcentajes de hidrocarburos, así como se muestra en la Tabla l.

TABLA l. Degradación del hidrocarburo a diferentes porcentajes.

Se logró determinar que la bacteria removía el hidrocarburo debido a que en el medio de cultivo existía un cambio de coloración de oscuro a blanco, esto era la principal característica para saber si se había realizado un proceso de biodegradación, como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Cambio de coloración del medio por la disminución del crudo debido a la actividad degradadora de la bacteria.

Medio de cultivo Porcentaje dehidrocarburo

Degradación delhidrocarburo

Agar nutritivo 5 % 100 %

Agar nutritivo 10 % 100 %

Agar nutritivo 15 % 100 %

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Figura 3. Klebsiella oxytoca al microscopio óptico (100X).

Una vez demostrado que esta bacteria (Figura 3) degradaba el hidrocarburo se procedió a realizar la caracterización de este microorganismo. Esta caracterización fue realizada en el Instituto de Biotecnología de la UNAM. Los resultados de la identificación fueron positivos en el que efectivamente se trataba de la Klebsiella oxytoca; es una bacteria bacilar, Gram negativa, que ha demostrado promisora producción industrial de combustible etanol [1].

CONCLUSIÓN

El uso de la biorremediación con microorganismos nativos es una alternativa para reducir la contaminación por hidrocarburos y recuperar las zonas dañadas. La Klebsiella oxytoca representa una opción más de microorganismo para su uso en biorremediación, este microorganismo puede sobrevivir bajo condiciones de contaminación de 5 %, 10 % y 15% en la presencia de crudo. Por lo tanto, los resultados que se obtuvieron arrojaron que representa una alternativa positiva para la biorremediación. Esta bacteria presenta grandes ventajas tanto en vías económicas y de producción, ya que no tiene grandes exigencias en la obtención y reproducción de esta.

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DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS BIOCINÉTICOS DEL CRECIMIENTO DE SACCHAROMYCES CEREVISIAE EN UN LODO PORCÍCOLA

DETERMINATION OF BIOCINETIC PARAMETERS OF THE GROWTH OF SACCHAROMYCES CEREVISIAE IN A PIG SLUDGE

Jael Aidée Aguilar-Badillo1*, Juan Manuel Méndez-Contreras1, Eduardo Hernández-Aguilar2, Alejandro Alvarado-Lassman1, Lucero Herrera-Quitl1

1Departamento de Posgrado e Investigación, Instituto Tecnológico de Orizaba, Oriente 9 No. 852, Colonia

Emiliano Zapata, Orizaba, Ver, México, C.P. 94320. 2Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Veracruzana, Prolongación de Avenida Oriente 6 No. 1009,

Colonia Rafael Alvarado, Orizaba, Ver, México, C.P. 94340. *e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: jael05.lizdan@gmail.com

RESUMEN. La actividad porcina ha presentado un continuo crecimiento durante la última década a nivel internacional y nacional; uno de los principales problemas que presenta esta industria es la disposición de las excretas que se generan diariamente y deben ser retiradas. En este trabajo se realizó una caracterización fisicoquímica y microbiológica a un lodo porcícola crudo y uno con pretratamiento térmico para su uso en el crecimiento de Saccharomyces cerevisiae en dos medios de cultivo orgánico a base de lactosuero. Los resultados obtenidos de la caracterización fueron la reducción significativa de los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos con la aplicación del pretratamiento térmico, especialmente en la inactivación de microorganismos patógenos; los parámetros biocinéticos obtenidos fueron para µmax de 0.94 y 0.77 h-1, KS de 6.0 y 6.7 mgS/L y YX/S de 0.7 y 6.7 cél/mgS x 106, se calcularon con laecuación de Lineweaver-Burk, teniendo una R2 > 0.95 y posteriormente ajustados y simulados con elprograma Berkeley Madonna.

Palabras clave: Saccharomyces cerevisiae, ecuación de Lineweaver-Burk, parámetros biocinéticos, lodo porcícola.

ABSTRACT. Swine activity has presented a continuous growth over the past decade at international and national levels; one of the main problems in this industry is the disposal of excreta generated daily and it must be removed. In this work, a physicochemical and microbiological characterization was made to a crude pig sludge and one with thermal pretreatment for use in the growth of Saccharomyces cerevisiae in two mediums of organic culture based on whey. The results obtained from the characterization were the significant reduction of the parameters physicochemical and microbiological with the application of thermal pretreatment, especially in the inactivation of pathogenic microorganisms; the biokinetic parameters obtained were for µmax of 0.94 y 0.77 h-1, KS of 6.0 and 6.7 mgS/L and YX/S of 0.7 and 6.7 cél/mgS x 106,they were calculated with the Lineweaver-Burk equation, having an R2 > 0.95 and subsequently adjustedand simulated with the Berkeley Madonna program.

Keywords: Saccharomyces cerevisiae, Lineweaver-Burk equation, biokinetic parameters, pig sludge.

INTRODUCCIÓN

En México la producción de carne de cerdo alcanzó un nivel de 1.38 millones de toneladas en el 2016, ocupando la novena posición en la producción mundial, con una participación del 1.3 % en la producción mundial de este tipo de carne. Tan sólo en el estado de Veracruz, en 2016, se produjo el 8.8 % del total nacional, siendo el quinto mayor productor del cárnico [1]. La producción diaria promedio de excretas de cerdo es de 2.35 kg/d para el estiércol y 5.8 kg/d de estiércol y orina. Cuando estos residuos no tienen un adecuado manejo, producen problemas ambientales, causando contaminación del aire, agua y suelo, debido a su composición alta en nutrientes no aprovechados, principalmente nitrógeno y fósforo, y

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microorganismos patógenos [2]. Una alternativa sustentable es la digestión aerobia, la cual lleva a cabo la remoción de contaminantes usando residuos como sustrato en la producción de biomasa. Saccharomyces cerevisiae es un microorganismo de interés comercial empleado en la industria por su fácil manipulación y requerimientos nutricionales poco estrictos [3] además que ha demostrado tener efectos positivos como probiótico en los cerdos y lechones [4]. El objetivo de este trabajo fue determinar los parámetros biocinéticos del crecimiento de Saccharomyces cerevisiae con un residuo de origen porcícola, pretratado térmicamente, como sustrato.

METODOLOGÍA La selección y obtención del residuo porcícola se realizó en una granja porcina comercial semi-tecnificada, dedica a la crianza de un promedio de 60 cerdos de distintas especies y fases etarias, localizada en el municipio de Mariano Escobedo, Veracruz, México. Las muestras obtenidas estuvieron conformadas de excretas frescas de cerdos y fueron depositadas en recipientes de 2 L para su fácil manejo y transporte. Posterior a su recolección se procedió a realizar una dilución de 1:4 V/V con agua destilada para obtener una muestra de 2 – 4 % de Sólidos Totales para su caracterización (anteriormente propuesto por Romero, 2018 [5]), se realizó un colado que permitió remover todo tipo de residuo ajeno a las excretas que puedan tener un efecto negativo en la caracterización. El “lodo porcícola crudo” generado en la dilución se guardó en refrigeración a una temperatura constante de 4 °C para su preservación. Se llevó a cabo una caracterización fisicoquímica y microbiológica del lodo porcícola crudo con la finalidad de conocer su composición, propiedades y los niveles de contaminantes de este. En la Tabla I se resumen los parámetros evaluados, junto con las unidades en las que fueronreportados, así como el método bajo el cual se realizó cada análisis. Tabla I. Parámetros de caracterización del lodo generado.

Naturaleza Parámetro [Unidad] Método

Física pH [ - ] Potenciométrico Densidad [g/cm3] Densimetría Viscosidad [cP] a 20 °C Viscosimetría Sólidos Totales [%] Método estándar 2540G de la

APHA-AWWA-WPFC (1999) Sólidos Totales Volátiles [%] Química Carbohidratos [g/L] Antrona-sulfúrico

Proteínas [%] Nitrógeno Kjeldahl Lípidos [g/L] Extracción Soxhlet

Microbiológica Coliformes fecales [NMP/g ST] NOM-004-SEMARNAT-2002 Salmonella spp [NMP/g ST] NOM-004-SEMARNAT-2002 Huevos de helminto [HH/g ST] NOM-004-SEMARNAT-2002

La USEPA ha producido fórmulas para determinar los regímenes de tiempo y temperatura para los lodos de "Clase A" tratados térmicamente, estos dependen del contenido de sólidos de los lodos [6]. Si el contenido de sólidos del lodo es inferior al 7 %, la exposición se calcula a partir de:

t =50.07𝑥106

100.14𝑇 Ec. 1

89

Con base en la Ec. 1, se realizó un pretratamiento térmico de 90 °C durante 30 min., a 2 L del lodo porcícola crudo, para la inactivación de microorganismos patógenos presentes en el lodo; posteriormente se coló para eliminar aglutinaciones formadas durante el calentamiento y finalmente se preservó en refrigeración a 4 °C. Se evaluó de la misma manera que al lodo porcícola crudo, los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos al residuo de origen porcícola ahora denominado “lodo porcícola pretratado térmicamente”. La levadura seleccionada fue Saccharomyces cerevisiae en presentación liofilizada (marca Tradi-Pan®) obtenida de un distribuidor local. Se utilizaron dos medios de cultivo orgánico, elaborados por Herrera, 2019 [7], a base de lactosuero esterilizado (20, 25 %), el lodo porcícola con el pretratamiento térmico (ambos medios con 20 %) y agua destilada (60, 55 %); denominados medio A y B. La digestión aerobia se realizó en dos reactores de vidrio, con volumen útil de 500 mL, en los que se preparó 350 mL del medio A y otros dos para el medio B. Los cuatro reactores se inocularon con 0.01 g de la levadura liofilizada y se llevó a cabo la cinética en un sistema aerobio a una temperatura de 28.5 °C durante 12 h aplicando suministro de oxígeno mediante una bomba de aire marca Hagen (modelo Elite 802). Se tomaron 10 mL de muestra cada hora para medir el crecimiento microbiano por conteo celular con la cámara de Neubauer [8] y el consumo de sustrato mediante la cuantificación de azúcares reductores por el método de DNS [9]. Los parámetros biocinéticos se evaluaron a partir del método de linealización de Lineweaver-Burk (Ec. 2), basado en el modelo de Monod[10], y se realizó el ajuste de curva con el programa Berkeley Madonna para obtener losparámetros reales de las cinéticas.

1

𝜇=

𝐾𝑆

𝜇𝑚á𝑥

1

𝑆+

1

𝜇𝑚á𝑥

Ec. 2

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Después de la preparación de la muestra de residuos porcícolas y la realización de un pretratamiento térmico a 90 °C durante 30 min. a 2 L del lodo porcícola crudo, para la inactivación de microorganismos patógenos, se caracterizó fisicoquímica y microbiológicamente ambos lodos, los resultados se presentan en la Tabla II.Tabla II. Caracterización del lodo porcícola crudo y el pretratado térmicamente.

Parámetros Lodo porcícola

crudo Lodo porcícola

pretratado térmicamente

pH [ - ] 7.44 6.79 Densidad [g/cm3] 1.034 1.026 Viscosidad [cP] a 20 °C 31.917 24.224 Sólidos Totales [%] 3.68 2.15 Sólidos Totales Volátiles [%] 71.28 75.77 Carbohidratos [g/L] 1.026 0.491 Proteínas [%] 10.44 2.50 Lípidos [g/L] 7.533 1.352 Coliformes fecales [NMP/g ST] 4.6 x 109 < 1000 Samonella spp [NMP/g ST] 2.4 x 104 < 3 Huevos de helminto [HH/g ST] 400 < 1

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En la Figura 1 se presenta el promedio de las cinéticas de crecimiento microbiano de la fase deadaptación y exponencial de la levadura en el medio orgánico A y el B, en los cuales se tomaron muestras de 10 mL cada hora para evaluar el crecimiento de la levadura, la cual duró en ambas cinéticas 9 h aproximadamente.

Figura 1. Fase lag y log del crecimiento de S. cerevisiae en medio orgánico.

Se realizó el cálculo de los parámetros biocinéticos por el método de linealización de la ecuación de Lineweaver-Burk. En la Tabla III se muestran los valores encontrados para lavelocidad máxima de crecimiento (µmax) y la constante de saturación media (KS) así como los rendimientos de la biomasa sobre el sustrato (Yx/s). Tabla III. Parámetros biocinéticos de la ecuación de Lineweaver-Burk.

Modelo µmax [h-1] KS [mgS/L] Yx/s [cél/mgS x 10-6] R2

Medio A 0.465 6.074 0.67 0.959 Medio B 0.724 6.497 1.41 0.984

Bibliográficamente para S. cerevisiae la µmax es de 0.5 h-1, la KS es de 25 mg de glucosa/L y elYx/s de 0.5 a 0.6 g de biomasa seca por g de azúcar asimilada o en el caso de emplearse etanol puede alcanzar valores de 0.78 a 0.8 g [3]. Entonces podemos decir que el valor obtenido de KS es bajo debido a la existencia de concentraciones bajas del sustrato. Los parámetros obtenidos a partir de la ecuación de Lineweaver-Burk se utilizaron para comprobar y simular el modelo de Monod con el programa de Berkeley Madonna que deja los parámetros establecidos en los valores que proporcionan el mejor ajuste; ejecutando el modelo ajustado con el conjunto de datos en una gráfica (Figura 2 y 3). Los parámetros biocinéticosobtenidos se observan en la Tabla IV.

0.00E+00

2.00E+06

4.00E+06

6.00E+06

8.00E+06

1.00E+07

1.20E+07

1.40E+07

0 2 4 6 8 10

Co

ncen

tració

n c

elu

lar

[cél/m

L]

Tiempo [h]

Medio A Medio B

91

Tabla IV. Parámetros biocinéticos obtenidos a partir de la simulación del modelo de Monod en Berkeley Madonna.

Modelo µmax [h-1] KS [mgS/L] Yx/s [cél/mgS x 10-6]

Medio A 0.930 6.036 0.68 Medio B 0.739 6.717 6.74

Figura 2. Simulación del modelo de Monod en el crecimiento de S. cerevisiae en el medio orgánico A.

Figura 3. Simulación del modelo de Monod en el crecimiento de S. cerevisiae en el medio orgánico B.

TIME

#A

ln,

X

S

TIME

X,

#B

ln

S

92

CONCLUSIONES La caracterización fisicoquímica del lodo porcícola crudo y con pretratamiento térmico mostró que existe un decremento en la mayoría de los parámetros físicos y químicos debido a la solubilización de compuestos orgánicos, mientras que la microbiológica mostró una completa inactivación de los microorganismos patógenos la cual es deseable para eliminar la competencia de sustrato por otros microorganismos que no sean Saccharomyces cerevisiae. El crecimiento de la levadura en el medio de cultivo orgánico B mostró una mejor adaptación que en el medio A después de pasadas las primeras 4 h, así como una mayor producción de biomasa; de acuerdo con los parámetros biocinéticos obtenidos por el método de Lineweaver-Burk, con una R2 > 0.95, y la simulación del modelo de Monod con el programa Berkeley Madonna a partir de los valores obtenidos, se puede concluir que S. cerevisiae posee una mejor afinidad al sustrato cuando hay mayor cantidad de lactosuero, observando que el parámetro de la constante de saturación media es próxima al de la velocidad máxima. Los resultados obtenidos en este trabajo son parte de una investigación que pretende la producción de biomasa de la levadura Saccharomyces cerevisiae, la cual será destinada a la alimentación porcina.

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CRECIMIENTO DE Asterococcus sp. EN REACTOR MIXOTRÓFICO POR AGUA RESIDUAL URBANA DE LA ZONA METROPOLITANA DE MONTERREY

GROWTH OF Asterococcus sp. IN A MIXOTROPHIC REACTOR FOR URBAN WASTEWATER FROM THE METROPOLITAN AREA OF MONTERREY

Elizabeth Garza Valverde1, Juan Napoles Armenta1, Juan Antonio Vidales-Contreras1, Julia Mariana Márquez Reyes1, Celestino García-Gómez1*

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Agronomía, Francisco Villa S/N, C. P. 66050

General Escobedo Nuevo León, México.*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: celestino.garciagm@uanl.edu.mx

RESUMEN. Los productos del sector de las microalgas benefician a diversas industrias, por lo que se ha buscado mejorar la tecnología de producción de microalgas para la obtención de diversos productos. El objetivo de este trabajo fue evaluar el potencial crecimiento de la microalga Asterococcus sp. bajo condiciones mixotróficas con el uso de fuente de carbono proveniente de glucosa y de agua residual urbana. En este estudio se utilizó condiciones óptimas de crecimiento de Asterococcus sp., con pH de 9.5, intensidad de luz de 10000 lx y tiempo de iluminación de 16 h. Biorreactores de 650 mL fueronoperados a 25 ± 1 °C con 0.5 vvm. Se analizó el efecto de agua residual sintética con diferentes cantidades de glucosa como fuente de carbono (200, 400 y 800 ppm) y agua residual urbana (25, 50 y 100 %) proveniente de la Planta de tratamiento Norte en Gral. Escobedo Nuevo León. El crecimiento de Asterococcus sp. en agua residual sintética mostró un máximo crecimiento en 10 d de 0.49 g/L encondiciones autotróficas comparado con 0.44 g/L en condiciones mixotróficas con 400 ppm de glucosa.Al utilizar un sistema mixotrófico con agua residual urbana el crecimiento de biomasa fue superior, obteniéndose concentraciones de hasta 0.84 g/L cuando se utilizó el agua al 100 %, el aumento de laconcentración de agua residual urbana incrementó el crecimiento de biomasa. En este estudio, se mostró que un cultivo mixotrófico incremento el crecimiento de biomasa Asterococcus sp., como estrategia de aplicación para el tratamiento de aguas residuales urbanas.

Palabras clave: microalga, Asterococcus sp, agua residual, biomasa.

ABSTRACT. The products of the microalgae sector benefit various industries, so it has sought to improve the technology of production of microalgae to obtain various products. The aim of this work was to evaluate the potential growth of the microalga Asterococcus sp. under mixotrophic conditions with theuse of carbon source from glucose and urban wastewater. In this study, optimal growth conditions of Asterococcus sp., were used, with pH of 9.5, light intensity of 10000 lx and illumination time of 16 h. Bioreactors of 650 mL were operated at 25 ± 1 ° C with 0.5 vvm. The effect of synthetic wastewater withdifferent amounts of glucose as a carbon source (200, 400 and 800 ppm) and urban wastewater (25, 50 and 100 %) from the North treatment plant in Gral. Escobedo Nuevo León was analyzed. The growth of Asterococcus sp. in synthetic wastewater showed a maximum growth in 10 d of 0.49 g/L in autotrophicconditions compared to 0.44 g/L in mixotrophic conditions with 400 ppm of glucose. When using amixotrophic system with urban wastewater biomass growth was higher, obtaining concentrations of up to 0.84 g/L when 100 % water was used, increasing the concentration of urban wastewater increased thegrowth of biomass. In this study, it was shown that a mixotrophic culture increased the growth of Asterococcus sp., biomass, as an application strategy for the treatment of urban wastewater.

Keywords: microalgae, Asterococcus sp, waste water, biomass.

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INTRODUCCIÓN

Las microalgas son capaces de producir valiosos metabolitos, tales como pigmentos, carbohidratos, aditivos y productos de salud. Sin embargo, el alto costo de cultivo de microalgas ha limitado su desarrollo de producción a gran escala. Aproximadamente el 80% del total de los costos para el cultivo de microalgas están asociados a un excesivo consumo de nutrientes y agua, como se menciona a más detalle en otra publicación [1]. Por lo tanto, el utilizar aguas residuales como fuente de nutrientes para cultivar microalgas es considerado como potencial económico y medio ambiental para la producción de biomasa, asimilación de nutrientes de las aguas residuales y disminuir la contaminación del agua, reduciendo significativamente el costo del medio de cultivo que se menciona detalladamente en otra publicación [2]. En estudios recientes, una variedad de aguas residuales que incluyen aguas residuales municipales, industriales y agrícolas se han utilizado para investigar la eliminación de nitrógeno y el fósforo por microalgas. Diferentes tipos de microalgas han sido utilizadas para cultivos autótrofos y mixotróficos en las aguas residuales, mencionado más a detalle en otra publicación [3]. Se ha demostrado que los componentes del medio afectan en gran medida el crecimiento de microalgas, la composición de la biomasa y la absorción de nutrientes, mientras que con bajo contenido de nutrientes en las aguas residuales municipales generalmente resulta en una baja productividad de biomasa, lo que limita en algunas ocasiones la integración de cultivo de microalgas con tratamiento de aguas residuales. Es por esto que debido a una baja de nutrientes y variación de compuestos químicos aguas residuales municipales, las condiciones óptimas para el cultivo de microalgas puede variar. Por lo tanto, en este estudio, el objetivo fue evaluar un cultivo de microalgas bajo condiciones autotróficas y mixotróficas utilizando glucosa y agua residual urbana respectivamente, para el rendimiento de crecimiento de biomasa y el tratamiento simultáneo de aguas residuales. Las condiciones óptimas para un cultivo autótrofo de microalgas se utilizaron para experimentos a nivel laboratorio. Los efectos de la concentración de fuente de carbono se investigaron en función del crecimiento de microalgas y la eficiencia de la eliminación de nutrientes. Además, se exploró el crecimiento de microalgas y la eliminación de nutrientes en el cultivo mixotrófico y se comparó con el cultivo autótrofo en las condiciones óptimas obtenidas.

METODOLOGÍA Cepa de microalgas, medios y cultivo Las cepas de microalgas que se utilizaron para este estudio han sido aisladas en experimentos previos por nuestro grupo de investigación de un agua residual urbana, proveniente de una laguna de oxidación del municipio de Marín, Nuevo León. Las cepas se encuentran preservadas a 4 °C. Para nuestra experimentación, las células microalgales se cultivaron en medio basal Bold (Nichols and Bold, 1965), el cual consiste en (mg/L): NaNO3 (750),CaCl2·2H2O (12.5), MgSO4·7H2O (150), FeSO4 (6.27), K2HPO4 (62.4), KH2PO4 (225), NaCl (0.341), H3BO3 (5), MnSO4 (0.72), ZnSO4·7H2O (17.64), KOH (15.5), NaCl (12.5), CuSO4·7H2O (1.06), NaMoO3 (0.6), CoCl2 (0.2). La cepa se mantuvo en cultivo líquido estéril en un matraz Erlenmeyer, a 26 ± 2 °C, bajo aireación continua e iluminación intermitente de 12 h luz con 1000 klux. Una vez alcanzada la fase estacionaria la cepa fue utilizada para la experimentación. Posteriormente, una alícuota de 50 mL de células de microalgas sesuspendieron en botellas (1 L) que contenían 600 mL de agua residual municipal sintéticaesterilizada, para dar una concentración inicial de inóculo de microalgas de aproximadamente 0.15 g de peso seco/L, resultando de esta manera un volumen final de 650 mL. La composicióndel agua residual sintética simuló la composición de un agua típica urbana, la cual consistió en

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(mg/L): NH4Cl (0.080), NaNO3 (0.025), K2HPO4 (0.015), MgSO4.7H2O (0.075), NaHCO3 (0.30),Na2-EDTA (0.75), FeCl3.6H2O (0.10), MnCl2.4H2O (0.04), CuSO4.5H2O (0.05), ZnCl2.6H2O (0.05), CoCl2.6H2O (0.002), Na2MoO4.2H2O (0.004). Para mantener un cultivo estable de microalgas y obtener resultados más confiables, se utilizó agua residual sintética como medio, en lugar de aguas residuales reales, dado que estas últimas presentan grandes variaciones de composición en las descargas de cuerpos receptores, lo que ocasionaría variaciones en los resultados esperados. Se investigó dos modos de cultivo diferentes: autotrófico y mixotrófico. Para analizar el efecto del carbono orgánico sobre el crecimiento de microalgas y la eliminación de nutrientes del agua residual, se utilizó agua residual sintética para excluir el impacto del carbono orgánico en un cultivo autótrofo que se comparó posteriormente con un cultivo mixotrófico. La agitación del caldo de cultivo se proporcionó con aire filtrado en el fondo mediante una bomba de aire a una velocidad de 0.5 vvm regulado por un rotámetro, a una temperatura de 25 ± 2 °C. Las botellas de cultivo se expusieron a lámparas fluorescentes comofuente de luz y fueron los experimentos realizados por cuadriplicado. Los cultivos de microalgas se realizaron en dos modos: cultivos autótrofos y mixotróficos. En el cultivo autotrófico, la fuente de carbono fue solo carbono inorgánico. Los efectos de la fuente de carbono sobre el rendimiento de biomasa de microalgas y eliminación de amonio y ortofosfatos se investigaron mediante el cultivo de microalga en agua residual sintética. En el cultivo mixotrófico, se añadió tanto carbono inorgánico como orgánico como la fuente de carbono. El efecto de la fuente de carbono orgánico se investigó mediante la adición de una cantidad específica de glucosa (200, 500, 800 mg/L) al agua residual sintética en las condicionesóptimas de cultivo autotrófico. Posteriormente, agua residual urbana después de un tratamiento primario fue utilizada a un porcentaje en volumen específico (25, 50 y 100 %) proveniente de la Planta de tratamiento Norte en Gral. Escobedo, Nuevo León.

Análisis de nutrientes and CODLas muestras extraídas de las botellas se centrifugaron a 10000 rpm durante 10 min., yel sobrenadante se mantuvo a 4 °C antes del análisis. Se analizaron para detectar amonio (NH4-N), ortofosfato (PO4-P) y Demanda química de oxígeno (COD) según los métodos estándar [4]. Determinación de BiomasaLa concentración de biomasa se analizó diariamente y se midió a través de la correlación entre la densidad óptica (DO) y el peso seco de sólidos suspendidos en biomasa de algas para cada especie determinado gravimétricamente. La DO se midió a 680 nm mediante un espectrofotómetro (Thermo GENESYS 10-VIS).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Caracterización del agua residual El agua residual fue caracterizada por sus propiedades fisicoquímicas. El pH y la conductividad del agua residual fue de 5.9 y 2200 ս s cm-1, respectivamente. El contenido de sólidos totales(TS) fue 4588 ± 23.24 mg/L con 2980 ± 10.23 mg/L de sólidos disueltos totales (TDS), y 1966 ± 16.56 mg/L de sólidos suspendidos totales (TSS). La DQO fue 300.15 ± 28.15 mg/L. El nitrógeno y el fósforo son los principales nutrientes necesarios para el crecimiento de las microalgas. El contenido de amonio y ortofosfato fue encontrado de un total de 7.932 ± 1.55 mg/L y de 28.48 ± 2.78 mg/L, respectivamente, con lo que se encontró en suficientes cantidades para apoyar el crecimiento de las algas.

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Efecto de la concentración de glucosa La Figura 1 ilustra el comportamiento del crecimiento de la microalga Asterococcus sp. a distintas concentraciones de glucosa, la concentración inicial de biomasa de microalga fue de aproximadamente 0.15 g/L. En condiciones autotróficas el crecimiento al cabo de 10 d resultó de 0.43 ± 0.027 g/L, al incorporar glucosa como fuente de carbono mostró el cultivo de microalgas un crecimiento superior cuando se trabajó en 200 y 400 ppm, sin embargo, al utilizar una concentración de 200 ppm se exhibió un crecimiento aun mayor con 0.6 ± 0.01 g/L, esto muestra que el aumento de la concentración de una fuente de glucosa no siempre es benéfico para un cultivo microalgal, incluso cuando se aplicó una concentración de 800 ppm generó un nulo crecimiento de biomasa (dados no mostrados).

Figura 1. Efecto de la concentración de glucosa como fuente de carbono.

Efecto del porcentaje volumen de agua residual urbana. Como se muestra en la Figura 1, la microalga Asterococcus sp. podría crecer bien en lasdiferentes concentraciones de aguas residuales, mientras que el agua residual cruda muestra un crecimiento notable de 0 a 2 d durante la prueba y la biomasa aumentó exponencialmente en los días siguientes, alcanzando las fases estacionarias a los 10 d con un máximo de biomasa de 1.66 g/L, 1.5 g/L y 1.02 g/L para 100 %, 50 % y 25 % al final de los experimentos. Las tasas de crecimiento más bajas se representaron en la proporción 25 % de agua residual. Teniendo en cuenta las relaciones restantes, hubo un aumento en la biomasa.

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Figura 1. Efecto de la concentración de glucosa como fuente de carbono.

CONCLUSIONES Los resultados mostraron que la concentración de carbono en aguas residuales tuvo un efecto significativo sobre el crecimiento de microalgas en cepas de Asterococcus sp cultivada en diferentes concentraciones. Se mejoró el crecimiento de microalgas con la adición de agua residual urbana en comparación con agua residual sintética y glucosa como su fuente de carbono. La glucosa en agua residual sintética pudo ser metabolizada hasta cierta concentración en fotobiorreactor a escala laboratorio. Por lo tanto, se podría aplicar un proceso integrado de tratamiento de agua y cultivo de microalgas como una forma efectiva de utilizar nutrientes en las aguas residuales centradas para producir una valiosa biomasa de microalgas.

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ENMIENDA ORGÁNICA DE CACAO PARA LA RECUPERACIÓN DE UN SUELO AFECTADO POR INCENDIO FORESTAL

ORGANIC AMENDMENT OF COCOA FOR THE RECOVERY OF A SOIL AFFECTED BY FOREST FIRE

Mayra Genezareth Contreras Pérez1*, David Lugo Chávez2, Ignacio Hernández Reyes3, Visulia Carrasco Candelaria4*

1Academia de Ingeniería Ambiental, Instituto Tecnológico Superior de Centla. Calle Ejido S/N. Col.

Siglo XXI. Frontera, Centla,Tabasco, C.P. 86751. 2Academia de Ingeniería Electromecánica, Instituto Tecnológico Superior de Centla. Calle Ejido

S/N. Col. Siglo XXI. Frontera Centla, Tabasco, C.P. 86751. 3

4

Academia de Ingeniería Electromecánica, Instituto Tecnológico Superior de Centla. Calle Ejido S/N. Col. Siglo XXI. Frontera Centla, Tabasco, C.P. 86751.

Academia de Ingeniería Ambiental, Instituto Tecnológico Superior de Centla. Calle Ejido S/N. Col. Siglo XXI. Frontera, Centla Tabasco, C.P. 86751.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor:mayracontrerasp@hotmail.com

RESUMEN. La pérdida de suelo por erosión es un daño ecológico ocasionado por los incendios. Una consecuencia de estos, es la impermeabilidad de la superficie del suelo. Se realizó un muestreo de suelos en la carretera Frontera-Villahermosa, kilómetro 32, post incendio (72 h), durante el periodo de estiaje. La muestra se caracterizó in situ como repelente mediante el método WDPT (Water Droplet Penetration Time). El objetivo fue evaluar la eficiencia de una tecnologíabiológicamente benéfica, económica, de fácil obtención y en la que se hiciera efectiva la valoración de los residuos orgánicos. La tecnología consistió en aplicar cáscara de cacao previamente procesada y aplicada en un suelo repelente post-incendio. Mediante un diseño completamente aleatorizado, se analizaron tres tratamientos con diferentes concentraciones (C5%, C10% y C15%) y se evaluaron mediante los parámetros de pH, repelencia, capacidad de campo, humedad y toxicidad hasta cumplir 45 días de tratamiento. Los resultados mostraron un pH entre 8.04 ±0.13, 7.91 ± 0.09 y 7.89 ± 0.10 para cada tratamiento respectivamente; una capacidad de campo alta lo que se traduce en un porcentaje de humedad entre el 43 % y 32 %; el ensayo de toxicidad aguda con la especie Eisenia foetida, mostró una toxicidad nula y finalmente se presentó una disminución de la repelencia, desde extremadamente repelente con clase de persistencia 4, a fuertemente repelente con clase de persistencia 2. La prueba estadística de rangos múltiples, no mostró diferencias significativas (p>0.05) garantizando la eficiencia de la tecnología en materia de humedad, en un suelo impactado por altas temperaturas.

Palabras clave: enmienda, remediación, repelencia, suelo.

ABSTRACT. The loss of soil by erosion is an ecological damage caused by fires. One consequence of these is the impermeability of the soil surface. A soil sampling was carried out on the Frontera-Villahermosa highway, kilometer 32, after a fire (72 h), during the dry season. The sample was characterized in situ as repellent by the WDPT (Water Droplet Penetration Time) method. The objective was to evaluate the efficiency of a biologically beneficial, economical, easy to obtain technology and in which the valuation of organic waste became effective. The technology consisted of applying cocoa husk previously processed and applied in a post-fire repellent soil. Using a completely randomized design, three treatments with different concentrations (5 %, 10 % and 15 %) were analyzed and evaluated using pH, repellency, field capacity, humidity and toxicity parameters until 45 days of treatment. The results showed a pH between 8.04 ± 0.13, 7.91 ± 0.09 and 7.89 ± 0.10 for each treatment respectively; a high field capacity which translates into a percentage of humidity between 43 % and 32 %; the acute toxicity test with the species Eisenia foetida, showed zero toxicity and finally there was a decrease in repellency, from extremely repellent with class of persistence 4, to strongly repellent with class of persistence 2. The statistical

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test of multiple ranges, it did not show significant differences (p>0.05) guaranteeing the efficiencyof the technology in the matter of humidity, in a soil impacted by high temperaturas.

Keywords: amendment, remediation, repellency, soil.

INTRODUCCIÓN

Para la eliminación de pastizales secos, los agricultores tienden a quemarlos y habilitarla al cultivo. Tabasco cuenta con extensas áreas susceptibles de afectarse por quemas descontroladas. Aunque la repelencia al agua es natural en algunos suelos, el fuego puede inducir la hidrofobicidad, aumentar o eliminar la existente dependiendo de la cantidad y tipo de combustible consumido y de las temperaturas alcanzadas en el suelo. Este fenómeno puede reducir apreciablemente la capacidad de infiltración del suelo [1]. Un suelo repelente es aquel que “entre la superficie del agua (interfase agua-aire) y la superficie del sólido (interfase agua-sólido) se forma un ángulo de contacto mayor o igual a 90º”, y es medido en clase y severidad de repelencia, dependiendo del tiempo en que una gota de agua logra penetrar la superficie del sólido [2,3], las fuerzas adhesivas y cohesivas actúan favoreciendo o limitando la filtración del agua [4]. El uso de enmiendas orgánicas se ha realizado como complemento al aporte de nutrientes. La cascarilla de cacao es una enmienda que aportan minerales como fósforo, potasio y nitrógeno, además tiene la capacidad de conservar humedad, provee de energía, nutrientes y alberga una gran cantidad de microorganismos que participan directamente en la dinámica de la descomposición, juega un papel muy importante en la fertilidad del suelo de nutrimentos y en la formación de la materia orgánica, con esta alternativa se permite recuperar las condiciones de humedad [5]. El objetivo de este estudio fue evaluar la eficiencia de la hojarasca y cáscara de cacao en diferentes concentraciones (C5%, C10% y C15%), para el tratamiento de suelo repelente proveniente de un incendio forestal del municipio de Centla, Tabasco durante un periodo de acción de 45 días. METODOLOGÍA La metodología se basó en la propuesta por Contreras, Lugo y Rebolledo [6]. Consistió en la selección del sitio y muestreo, caracterización de la muestra, aplicación de la enmienda y evaluación periódica secuencial. Selección del sitio y Muestreo. El sitio seleccionado fue en la carretera Costera del Golfo Villahermosa-Frontera Km 32. El método empleado fue el establecido bajo la NOM-021-SEMARNAT-2000 [7]. Se identificaron zonas impactadas por incendios. Se tomaron 16 muestras (n= 16) en diferentes puntos del terreno. A dichas muestras se le hizo la prueba WDPT para determinar la hidrofobicidad de las muestras. La toma de muestra se realizó 72 h después del incendio. La caracterización de las muestras repelentes consistió en un análisis mediante el método WDPT en muestras superficiales (0- 5 cm) y subsuperficiales (5 - 30 cm) como estudio preliminar. Humedad. Se realizó bajo el método por gravimetría de la NOM-021-SEMARNAT-2000con variaciones en el método AS-05. Los resultados se procesaron mediante la Ec. 1.

0 g Ec. 1

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Capacidad de campo. Se llevó a cabo por capilaridad. Se dejaron liberar la humedad por24 h y posteriormente se introdujeron al horno a una temperatura de 60 °C. Finalmente se registraron los pesos finales. pH y conductividad eléctrica. La determinación del pH del suelo medido en el extractode saturación se realizó bajo el método AS-02 mencionado en la NOM-021-SEMARNAT-2000. Se tomó lectura con un sensor de pH marca VERNIER, previamente calibrado y con un sensor de conductividad ajustado a un multiparamétrico previamente calibrado. Repelencia. En términos matemáticos, la repelencia se observa cuando entre lasuperficie del agua (interfase agua-aire) y la superficie del sólido (interfase agua-sólido) se forma un ángulo de contacto mayor o igual a 90º. La ecuación de Young (Ec. 2) representa la repelencia en suelos y considera γSV= equilibrio de fuerzas entre la tensión en la interfaz entre el sólido y el vapor, γSL= tensión en la interfaz entre el sólido y el líquido, γLV= tensión entre el líquido y el vapor y ∅= ángulo de contacto [4].

SV = SL + LV (Ec.2)

El primer método fue WDPT (Water Drop Penetration Time) que mide la persistencia de larepelencia, esta se establece con el tiempo promedio de todas las gotas utilizadas [2,3] y clasificado de acuerdo a lo propuesto por Dekker y Jungerius [8]. El segundo método determina el grado o la severidad de la repelencia y el principio es determinar la concentración de etanol empleada en la solución agua-etanol para lograr penetrar sobre la superficie del suelo en un tiempo promedio de 10 s. Los resultados se catalogan de acuerdo con los sugerido por King [9]. Toxicidad. El principio es un ensayo de toxicidad aguda para determinar el porcentaje de mortandad de los organismos prueba. Las unidades experimentales se evaluaron a 25 °C durante 48 h Se realizaron observaciones sobre la capacidad motriz, humedad, estímulo, líquido celómico y color por cada unidad experimental [10]. Aplicación de la tecnología. Preparación de la enmienda. Se seleccionó la hojarasca ycáscara de cacao, considerando que no presentara signos de enfermedad propia de la especie Theobroma cacao L. Una vez seleccionado el material como enmienda, se transportó al laboratorio y se separó el material inorgánico (piedras y arena). La aplicación de la enmienda mediante el diseño de la Figura 1.

Figura 1. Diagrama de la aplicación de la enmienda orgánica.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la Tabla I se indican los promedios con las respectivas desviaciones estándarpara cada parámetro.

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Tabla I. Resultados de la caracterización inicial de la muestra.

Adaptado [9].*Muestra testigo empleada como índice de referencia para los tratamientos. **La toxicidad se mide a partir de la Concentración de Inhibición letal media CE50.

La hidrofobicidad o repelencia al agua puede verse provocada, aumentada o disminuida según la temperatura alcanzada. A grandes rasgos, si la temperatura alcanzada en el suelo es de 200 - 250 °C, la provoca o la aumenta, y si es mayor de 300 °C, la destruye [11]. Esta variación se debe a la existencia de sustancias orgánicas que se volatilizan durante la combustión y se condensan posteriormente. De acuerdo a al método MED, la muestra se clasifica con repelencia muy severa el cual presentó 3.3 M [9]. La porosidad y la capacidad de retención hídrica también pueden verse disminuidas al cambiar la estructura del suelo y desaparecer la materia orgánica si las intensidades son más elevadas [12]. Los resultados de pH, la conductividad eléctrica, y por lo tanto la salinidad, sugiere que podría estar influenciado por la incorporación de las cenizas [13,14,15]. Evaluación de la tecnología. Repelencia WDPT. La tendencia sugiere que este comportamiento (Figura 2) se debe ala primera adición de agua, la cual apoya en las fuerzas adhesivas y cohesivas, permitiendo la entrada del agua y por tanto favoreciendo la disminución de la repelencia [6].

Figura 2. Comportamiento del WDPT en los diferentes tratamientos. La repelencia MED disminuyó para el tratamiento C5% de 2.3 M a 1 M, para el tratamiento C10% de 2.6 M a 1.1 M y para el tratamiento C15% de 2.3 M a 1.2 M en un periodo de 45 d. Humedad. La tendencia es al aumento, debido a la adición periódica de agua sobre lasunidades experimentales; igualmente el comportamiento se sugiere atribuible a la capacidad de la hojarasca y cáscara de cacao para conservar la humedad. La humedad también presenta un incremento hacia la mitad del periodo de compostaje, para luego disminuir y estabilizarse durante los últimos 10 d [16]. La humedad inicial del proceso fue de 52 %, mientras que en el producto final se presentó una humedad del 60 % adecuada para este compost.

Parámetros Muestra testigo de campo

Carac. inicial* Unidad

Repelencia WDPT 0 600-3600 S Repelencia MED 0 3.3 M Capacidad de campo 23.76% 12.72 % Humedad 9.31 8.313±3.155 % pH 7.8±0.2 8.1±0.3 [H]+CE 0.85±0.9 1.733±0.850 dS m-1

Toxicidad** Nula 2 % de mortandad

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Figura 3. Comportamiento del pH en los diferentes tratamientos.

pH. El compostaje con la aireación adecuada conduce a productos finales con un pH entre 7 y 8 [17]. Durante un proceso de descomposición, se produce una progresiva alcalinización del medio, debido a la pérdida de los ácidos orgánicos y la generación de amoníaco procedente de la descomposición de las proteínas en la tercera fase y el pH tiende a la neutralidad debido a la formación de compuestos húmicos que tienen propiedades tampón [18].

Figura 4. Comportamiento del pH en los diferentes tratamientos.

Conductividad eléctrica. En relación a la conductividad, no se mostraron diferenciassignificativas entre los tratamientos. Entre mayor es el contenido de materia orgánica presente en el medio, la conductividad eléctrica disminuye, debido al exceso de humedad en el sistema [19].

CONCLUSIONES

Un suelo expuesto a un incendio forestal, es caracterizado como muy severamente repelente. Los ensayos toxicológicos no presentaron toxicidad, lo que sugiere que los productos post incendio no representan riesgos tóxicos sobre la macrofauna del suelo. Al aplicarle la enmienda orgánica disminuyó hasta 311 s como fuertemente repelente al agua, el tratamiento C5% fue el mejor ya que tuvo valores bajos en la repelencia. El pH se encuentra como medianamente alcalino al tener un rango entre 7.8 - 8.0. Mientras que la conductividad eléctrica se mantuvo con efectos despreciables de salinidad con valores inferiores <1.0 CE dS m-1. Con respecto a la humedad, el tratamiento de los 45 d C5% obtuvo un 39.81 %, C10%, 36.39 % y C15%, 33.50 %. La característica de la enmienda influyó en la presencia de compuestos orgánicos hidrofóbicos, mismo que originaron el incremento de la repelencia a los 30 d del tratamiento, mientras que en las tendencias de disminución, estuvo influenciado por la presencia de humedad. La tecnología biológica enmienda orgánica y cáscara de cacao, resultó efectiva en la disminución de la clase de severidad (MED) de la repelencia, disminuyendo en un rango de valor del MED en todos los tratamientos, con una tendencia a la estabilización.

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REFERENCIAS [1] Fernández C. y Vega J. A., (2011). Erosión después de incendios forestales .Centro de Investigación Forestal Lourizán. Consellería do Medio Rural. Xunta de Galicia. Apdo. 127. 36080. Pontevedra. e-mail:cristinaffilgueira@hotmail.com Boletín del CIDEU 10: 23-36 (2011) ISSN 1885-5237. [2] Jaramillo, D.F., L.W. Dekker, C.J. Ritsema, y J.M.H. Hendrickx. (2000). Ocurrence of soil water repellency in arid and humid climates. J. Hydrol. 231:105-111. [3] Jaramillo, D. F., (2006). Repelencia al agua en suelos: Una síntesis. Rev. Acad. Colomb. Cienc. Exactas Física. Nat. 30(115): 215-232. [4] Moral, F.J., Giráldez, J.V. y Laguna, A.M., (2002). La hidrofobia en los suelos arenosos del parque natural de doñana: caracterización y distribución. Ingeniería del Agua, 9, 37-50. [5] Guo L.V., Sims R.E.H., (1999). Litter production and nutrient return in New Zealand eucalypt short-rotation forests: implications for land management. Agric. Ecosyst. Environ. 73: 93-100. [6] Contreras P.M., Lugo C.D. y Rebolledo P.M. (2018). Lombricompostaje para la remediación de un suelo expuesto a incendio forestal. Memorias del Congreso Internacional de Investigación Academia Journals Tabasco 2018 con ISSN 1946-5351, Vol. 10, No. 2, 2018. [7] Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Norma Oficial Mexicana NOM- 021-SEMARNAT-2000.[8] Dekker, L. y P. Jungerius. (1990). Water repellency in the dunes with special reference to the netherlands. Catena Supplement, pp. 173–183. [9] King P. M. 1981. Comparison of methods for measuring severity of wáter repellence of sandy soils and assessment of some factors that affect its measurement. Australian Journal of Soil Research, 19: 275-285. [10] Cuevas, D. M., Ferrera C. R., Roldán M. A., Rodríguez V. R. (2010). Ensayo de toxicidad aguda con la lombriz de tierra Eisenia andrei en Ramírez R. y Mendoza C. (Ed). Ensayos toxicológicos para la evaluación de sustancias químicas en agua y suelo. La experiencia en México. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. México D.F. pp.209-224. [11] DeBano, L. (1981). Water repellent soils: a state-ofthe-art. Berkeley, CA., general Technical Report, PSW-46. United States Department of Agriculture, Forest Service. [12] Neary, D.G., Klopatek C.C., Debano L.F.yFfolliott P.F., (1999). Fire effects on belowground sustainability: a review and synthesis. For. Ecol. Manage. 122: 51-71. [13] Bodí M.A., Cerda A., Mataix J. y Doerr S. (2012) Repelencia al agua en suelos forestales afectados por incendios y en suelos agrícolas bajo distintos manejos y abandono. Cuadernos de la Investigación Geográfica. 38(2) Universidad de la Rioja. ISSN 0211-6820. pp 53-74. [14] Hernández, T., García, C., Reinhardt, I., (1997). Shortterm effect of wildfire on the chemical, biochemical and microbiological properties of Mediterranean pine forest soils. Biology and Fertility of Soils 25: 109-116. [15] Carballas, M., Acea, M.J., Cabaneiro, A., Trasar, C., Villar, M.C., Díaz-Raviña, M., Fernández, I., Prieto, A., Saa, A., Vázquez, F.J., Zëhner, R., Carballas, T., (1993). Organic matter, nitrogen, phosphorus and microbial population evolution in forest humiferous acid soils after wildfires. En: Trabaud, L. and Prodon, R. Fire in Mediterranean Ecosystems. Ecosystems Research Series EEC, report nº 5, Brussels. pp. 379-385. [16] López L. P. (2013). Elaboración de Compost a partir de cascarilla de Cacao. Tesis de grado de licenciatura. Escuela Superior Politécnica De Chimborazo Facultad de Ciencias Escuela de Bioquímica y Farmacia. Riobamba, Ecuador. [17] Ortiz Texon, J. A., J. Delgadillo Martínez, M. N. Rodríguez Mendoza y G. Calderón Zavala. 2016. Inoculación bacteriana en el crecimiento y calidad del fruto de cinco variedades de fresa en suelos con pH contrastante. Terra Latinoamericana 34: 177-185. [18] Sánchez, F. L. E., Parra, D., Gamboa, E., Rincón, J., (2005). Rendimiento de una plantación comercial de cacao ante diferentes dosis de fertilización con NPK en el sureste del estado Táchira, Venezuela. Bioagro 17(2): 119-122. [19] Gordillo F, Peralta E, Chávez E, Contreras v,Campuzano A y Ruiz O. (2010).Producción y evaluación del proceso de compostaje a partir de desechos agroindustriales de Saccharum officinarum (caña de azúcar).

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MODELADO DE ISOTERMAS DE SORCIÓN Y CINÉTICA DE SECADO DE

LAS HOJAS DE PUNAMUÑA (Satureja boliviana)

MODELING OF SORPTION ISOTHERMAS AND KINETICS DRYING OF

PUNAMUÑA LEAVES (Satureja boliviana)

David Choque-Quispe1*, Higler Monares-Espinoza1,2, Carlos A. Ligarda-Samanez, Fredy Taipe-Pardo1, Aydeé M. Solano-Reynoso3, Yudith Choque-Quispe3

1Departamento de Ingeniería y Tecnología Agroindustrial, Facultad de Ingeniería (FI),

Universidad Nacional José María Arguedas (UNAJMA), Andahuaylas, Perú.2Licenciatura en Ingeniería Agroindustrial, FI-UNAJMA, Andahuaylas, Perú.

3Departamento de Ingeniería Ambiental, Facultad de Ingeniería, Universidad tecnológica de los

Andes (UTEA), Andahuaylas, Perú.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor:davidchoqueq@hotmail.com

RESUMEN. La hojas de punamuña (Satureja boliviana), utilizada como condimento y fines medicinales por el poblador de los andes peruanos. Las isotermas de sorción, permiten conocer el comportamiento del agua en las hojas secas de punamuña sometidas a diferentes condiciones de almacenamiento. El objetivo del trabajo fue modelar las isotermas de sorción y la cinética de secado de las hojas de punamuña a 40, 50 y 60 °C y velocidades de aire de 1.0 y 0.5 ms-1. Las isotermas de sorción de las hojas deshidratadas de punamuña se evaluaron en atmósferas modificadas con soluciones salinas saturadas a un intervalo de HR de 10 a 90 %, mientras que el secado se realizó en un secador horizontal de aire forzado. El modelado de las isotermas realizado a través del método Quasi-Newton, mostró que el modelo GAB se ajustó con R2>94 y %E<7.9, siendo que a 60 % de HR la humedad de las hojas de punamuña varia de 20.6 a 23.0 g agua/g s.s.; por otra parte en el modelado de 10 modelos exponenciales para la cinética de secado, se encontró que el modelo Exponencial triple con seis parámetros presentó mejor ajuste con R2>99.7 y %E<3.4.

Palabras clave: punamuña, secado, isoterma, modelo.

ABSTRACT. The leaves of punamuña (Satureja boliviana), are used as a seasoning and for medicinal purposes by settlers from the Peruvian Andes. The sorption isotherms, allows us to know the behavior of the water in the dry leaves of punamuña, subjected to different conditions of storage. The objective of this work was to model the sorption isotherms and drying kinetics of punamuña leaves to 40, 50 y 60 °C and air velocities of 1.0 and 0.5 ms-1. The sorption isotherms of dehydrated leaves of punamuña were evaluated in atmospheres modified with saturated salt solutions at a range of RH of 10 to 90 %, while the drying was performed in a horizontal forced air dryer. The modeling of the isotherms performed through the Quasi-Newton method, showed that the GAB model was fitted with R2>94 and %E<7.9, being that at 60 % of HR, the humidity of the leaves of punamuña varies from 20.6 to 23.0 g water/g s.d.; on the other hand, in the modeling of 10 exponential models for drying kinetics, it was found that the triple exponential model with six parameters presented better fit with R2>99.7 and% E<3.4.

Keywords: punamuña, isotherm, drying, model.

INTRODUCCIÓN

La punamuña (Satureja boliviana) perteneciente a la familia Lamiaceae, crece en losecosistemas andinos del Perú, considerado un importante germoplasma vegetal de vida silvestre y con propiedades curativas reportadas por la medicina tradicional y

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etnobotánica (Rojas y col., 2003), con sinonimias populares como Cjuñuca, Cjuñu muña, Orégano de los Incas, Martín-muña (Salaverry, 2005). La demanda actual de hiervas aromáticas nativas, que hayan sufrido la mínima trasformación, como el secado, están en boga en el mercado nacional e internacional, entre ellas la punamuña, y esta demanda se debe a las características medicinales que presenta, pues se dice que calma dolores estomacales y gástricos (Rojas y col., 2003). Las características de adsorción de los materiales alimentarios son esenciales para diseñar, modelar y optimizar muchos procesos tales como el secado, la aireación y el almacenamiento de alimentos (Trujillo, 2003), y su importancia para la ciencia de los alimentos se basa en la capacidad para predecir potenciales cambios en la estabilidad de los productos, a la vez de ser útiles para seleccionar empaques e ingredientes por predecir la humedad máxima a permitir durante el almacenamiento (Madigan, 2003). Existen modelos empíricos y semiempíricas que se han propuesto para relacionar el contenido de humedad de equilibrio con la actividad de agua de un alimento, no obstante la ecuación de GAB (Guggenheim-Anderson-de Boer) es de amplio uso en alimentos y es recomendada por el proyecto Europeo COST 90, que trata sobre propiedades físicas de alimentos (Wolf y col., 1984), así un criterio importante que permite considerar un modelo, es su simplicidad y el tiempo que pueda necesitar el cálculo de la humedad de equilibrio (Mclaughlin y Magee, 1998). El secado es un proceso en el que el agua se elimina para detener o aminorar el crecimiento de microorganismos perjudiciales, así como de ciertas reacciones químicas, así la eliminación de agua de alimentos se consigue mayoritariamente utilizando aire caliente. La cinética de secado permite conocer la variación de la humedad con el tiempo, dando idea del tiempo necesario de secado, del consumo de energía, del mecanismo de transferencia de agua, de las condiciones predominantes en la transferencia de calor y masa, y de la influencia que tienen en la velocidad de secado las variables de proceso tales como: la temperatura, humedad de entrada, velocidad del aire, etc. Esto permite realizar un diseño o una selección más eficiente de secaderos así como de las variables de proceso (García y col., 2007). El modelado de modelos matemáticos de secado permite predecir el mejor proceso, así como ofrecer herramientas para predecir las condiciones de almacenamiento y empaque, ayudando así a establecer el contenido final de humedad de los productos agrícolas (Telis y col., 2005), la mayoría de los modelos de secado se basan en las condiciones de equilibrio entre el adsorbente y el adsorbato, para ello se requiere definir las isotermas de adsorción que dependen de su capacidad de retener la humedad, variable que se determina por medio de la actividad del agua (Ocampo, 2006).El presente trabajo permite conocer un modelo matemático que describa el comportamiento de la isoterma de sorción de las hojas de punamuña, así como un modelo que describa adecuadamente la cinética de secado a fin de conocer la relación humedad – tiempo durante el secado, a las temperaturas de 40, 50 y 60 °C y velocidades de aire de 1.0 y 0.5 ms-1,

MATERIALES Y MÉTODOS

Materia PrimaEl material genético: las hojas de punamuña (Satureja boliviana), procedieron de loscultivos silvestres ubicados en la zona altas de la provincia de Andahuaylas, Apurímac, Perú, por encima de los 3200 msnm, específicamente en la zona de

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Campanayoc – Yunca Alta del distrito de Andahuaylas, cartográficamente se ubica a Latitud 13°36´07.89´´ S, longitud 73°16´33.13´´ O. Construcción de las isotermas de sorción

Las isotermas de sorción fueron evaluadas a 40, 50 y 60 °C, a través del método gravimétrico (Labuza y col., 1985), que consistió en dejar hasta el equilibrio hojas secas de punamuña con pesos y humedad inicial conocidas, en recipientes cerrados herméticamente que contenían soluciones saturadas de una sal a humedad relativa conocida, la Tabla I presenta el número de sales utilizadas y sus ecuaciones a la temperatura deseada, cuyas actividades de agua o humedad relativa varían de 0.1 a 0.9, las hojas de punamuña que se encontraron en frascos con humedad relativa mayor a 0.6 se les agregó Azida de Sodio al 0.25 % a fin de evitar el desarrollo microbiano. Las muestras se pesaron cada 3 d, hasta lograr peso constante (condición de equilibrio). Tabla I. Sustancias químicas y sus ecuaciones para obtener aw a la temperaturadeseada (Labuza y col., 1985).

Sustancia química

Ecuación de regresión*

LiCl ln 𝑎𝑊 = (500.95/𝑇) − 3.85; 𝑅2 = 0.998 Ec. 1KC2H3O2 ln 𝑎𝑊 = (961.39/𝑇) − 4.33; 𝑅2 = 0.98 Ec. 2MgCl 𝑎𝑊 = 0.365 − 2.532𝑥10−3𝑇 + 5.071𝑥10−5𝑇2 − 4.166𝑥10−7𝑇3; 𝑅2 = 0.963 Ec. 3 Mg(NO3)2 ln 𝑎𝑊 = (356.60/𝑇) − 1.82; 𝑅2 = 0.99 Ec. 4 KI ln 𝑎𝑊 = (255.90/𝑇) − 1.23; 𝑅2 = 1.00 Ec. 5 NaCl ln 𝑎𝑊 = (228.92/𝑇) − 1.04; 𝑅2 = 0.96 Ec. 6 KCl ln 𝑎𝑊 = (367.58/𝑇) − 1.39; 𝑅2 = 0.97 Ec. 7 BaCl2 𝑎𝑊 = 0.908 − 4.011𝑥10−4𝑇 + 2.786𝑥10−5𝑇2 − 2.037𝑥10−7𝑇3; 𝑅2 = 0.997 Ec. 8

*Donde 𝑎𝑊 es la actividad de agua, T es la temperatura (K).

Determinación de humedad de equilibrio (Xe)La humedad de equilibrio (Xe) fue calculada por la diferencia entre la masa de la muestra que presentó equilibrio y la masa seca (Ec.9) (Soleimani y col., 2006).

𝑋𝑒 =𝑚𝑒𝑞 − 𝑚𝑠

𝑚𝑠 Ec. (9)

Donde: Xe, es la humedad de equilibrio en b. s.; meq masa de la muestra en el equilibrio (g), y ms masa de la muestra seca, (g). Estimación y modelamiento de las isotermas

El modelado se realizó a través de los modelos de GAB (Labuza y col., 1985) y Halsey (García y col., 2007) (Ec. (10) y (11), respectivamente), la calidad del ajuste de losmodelos se evaluó por medio del coeficiente de determinación (R2), y por el porcentaje de error medio relativo (%E) parámetro estadístico ampliamente utilizado en isotermas de alimentos (Ec. (12)) (Toloaba y col., 2004).

𝑥𝑒 =𝑋𝑚𝐶.𝐾.𝑎𝑤

[(1−𝐾.𝑎𝑤)(1−𝐾.𝑎𝑤+𝐶.𝐾.𝑎𝑤)] Ec. (10)

Donde: Xm, es el contenido de humedad a nivel de la monocapa; C, es la constante de GAB, relacionada con el calor de sorción de la monocapa; K es la constante relacionada con el calor de sorción de la multicapa.

𝑎𝑊 = 𝑒𝑥𝑝 [−𝐴

𝑥𝑒𝐵] Ec. (11)

Donde: A y B son constantes características del producto o alimento.

𝑛

𝑋𝑒𝑖−𝑋𝑐𝑖

𝑋𝑒𝑖

𝑛=1(%)𝐸 = 100

∑𝑖 Ec. (12)

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Donde: Xei, es el contenido de humedad experimental (g agua/g m.s.); Xci, es el contenido de humedad calculada a partir de cada modelo (g agua/g m.s.); n, es el número de observaciones. El ajuste de las isotermas, se realizó a través del método de estimación Quasi-Newton. Cinética de secado de las hojas de punamuña Las hojas frescas fueron lavadas con abundante agua a chorro a fin de eliminar material extraño, enseguida se eliminó el agua residual utilizando paños absorbentes. Se colocaron por quintuplicado en bandejas de acero inoxidable de 20 cm x 20 cm 50 g de hojas frescas, y se llevaron a un secador de aire forzado a 40, 50 y 60 °C, velocidad de aire de 1.0 y 0.5 m/s, y humedad relativa promedio del aire de 60 %, el secador cuenta con una cámara de secado, y se inyecta aire caliente desde la base el cual es generado por resistencias eléctricas. Los datos del peso se tomaron a intervalos de tiempo de 10 min., hasta alcanzar peso constante.Modelado de la cinética de secadoLos datos de la variación del peso durante el secado a las temperaturas de estudio, se sometieron al modelado en 10 modelos matemáticos exponenciales (Tabla II), el ajuste de los modelos se evaluó por medio del coeficiente de determinación (R2), y por el porcentaje de error medio relativo (%E). Tabla II. Modelos matemáticos exponenciales para modelar la cinética de secado.

Modelo Ecuación* Exponencial simple con 2 parámetros 𝑅𝑋 = 𝑎. 𝑒𝑥𝑝(−𝑘. 𝑡) Ec. 13 Henderson y Pabis,

1961 Exponencial simple con 3 parámetros 𝑅𝑋 = 𝑎. 𝑒𝑥𝑝(−𝑘. 𝑡) + 𝑏

Ec. 14 Akpinar y Bicer,2005

Exponencial doble con 2 parámetros 𝑅𝑋 = 𝑎. 𝑒𝑥𝑝(−𝑘𝑡) + (1 − 𝑎)𝑒𝑥𝑝(−𝑘𝑎𝑡)

Ec. 15 Kassem, 1998

Exponencial doble con 3 parámetros 𝑅𝑋 = 𝑎. 𝑒𝑥𝑝(−𝑘𝑡) + (1 − 𝑎)𝑒𝑥𝑝(−𝑘𝑏𝑡)

Ec. 16 Sharaf y col., 1980.

Exponencial doble con 4 parámetros 𝑅𝑋 = 𝑎. 𝑒𝑥𝑝(−𝑘0. 𝑡) + 𝑏. 𝑒𝑥𝑝(−𝑘1𝑡)

Ec. 17 Henderson, 1974

Exponencial triple con 6 parámetros 𝑅𝑋 = 𝑎. 𝑒𝑥𝑝(−𝑘. 𝑡) + 𝑏. 𝑒𝑥𝑝(−𝑘0𝑡) + 𝑐. 𝑒𝑥𝑝(−𝑘1𝑡)

Ec. 18 Karathanos, 1999

Lewis (primer orden) 𝑅𝑋 = 𝑒𝑥𝑝(−𝑘. 𝑡) Ec. 19 Lewis, 1921 Page 𝑅𝑋 = 𝑒𝑥𝑝(−𝑘. 𝑡𝑛) Ec. 20 Page, 1949 Page modificado 𝑅𝑋 = 𝑒𝑥𝑝(−𝑘. 𝑡)𝑛 Ec. 21 Overhults, 1973Midilli 𝑅𝑋 = 𝑎. 𝑒𝑥𝑝(−𝑘. 𝑡𝑛) + 𝑏. 𝑡 Ec. 22 Midilli y col., 2002.

*Donde: RX es la razón de humedad; a, b, c, k, k0, k1, n, son las constante cinéticasde los modelos

Se construyeron las curvas de secado de las hojas de punamuña graficando la razón de humedad - RX (Ec. 23) (Silva y col., 2008) en función del tiempo, para cada temperatura de secado.

𝑅𝑋𝑒𝑥𝑝 =𝑋𝑡−𝑋𝑒

𝑋0−𝑋𝑒 (23)

Donde: Xt, contenido de agua del producto en el tiempo t, en b.s.; X0, contenido de agua inicial del producto, en b.s.; Xe, contenido de agua en el equilibrio, en b.s. El contenido de agua del producto en el tiempo t (Xt), se determinó de acuerdo a la Ec. (24).

𝑥𝑡 =𝑚𝑡−𝑚𝑠 (24)𝑚𝑠

Donde: mt, masa en g de la muestra en el tiempo, durante el secado; y ms, masa de la muestra seca, en g.

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Isotermas de sorciónEn la Figura 1 se aprecia las isotermas de sorción a las temperaturas de estudio,estas corresponden al tipo II de forma sigmoidea, estas isotermas presentan un punto de inflexión a valores bajos de HR, y se dividen en tres regiones (Van Den Berg y Bruin, 1981), la región I para valores de aw menores a 0.22, la región II para aw entre 0.22 a 0.73, y la región III que se encuentra para aw entre 0.73 a 1.0, presentando esta última región diferencias más pronunciadas, este hecho se puede deber a la condensación de agua en los poros de las hojas de punamuña seguida por la solubilidad del material.

Figura 1. Isotermas de sorción de las hojas de punamuña a las temperaturas de estudio

Se evidenció el entrecruzamiento de las isotermas a aw de 0.32, que es un comportamiento de productos deshidratados (Heldman y Lund, 2007), los azúcares a este punto presentan su máxima solubilidad, y esta aumenta con la temperatura (Labuza y col., 1985), Tsami y col., 1990, encontraron entrecruzamientos similares para frutas desecadas en un rango de aw de 0.55 – 0.70, Assis y col., 1999, encontraron un entrecruzamiento de las isotermas a 20°C y 30 °C, a una HRE de 85% para el ajonjolí. El entrecruzamiento se debe a que en algunos alimentos una parte del soluto (sales y/o azúcar), está ligada a un polímero (almidón y proteína) y la otra parte es cristalina oamorfa (Shafiur, 2003), el hecho del entrecruzamiento se puede deber a la composición de la hojas de punamuña, sobre todo en la superficie referidos a la fibra, grasas (como ceras) y carbohidratos. La desnaturalización de la proteína que pueda ocurrir durante el secado, puede producir un desdoblamiento de la molécula exponiendo un mayor número de sitios polares disponibles para la unión de agua (Viades, 2008). Por debajo del punto de entrecruzamiento, se presentó un dependencia inversa de Xe con la temperatura, es decir valores mayores de Xe a menor temperatura, mientras que por encima del punto de entrecruzamiento sucede lo contrario, esta dependencia tiene efecto en las reacciones químicas y microbiológicas con el consecuente deterioro de los alimentos (Al-Muhtaseb y col., 2004). Este comportamiento indica que el incremento de la temperatura ocasiona cambios físicos y químicos en los productos, que pueden reducir el número de sitios activos de enlace agua – solidos de la superficie de los alimentos (Mazza, 1980), asimismo el aumento de la temperatura de sorción aumenta la excitación de las moléculas de agua, y como consecuencia disminuye las fuerzas de atracción entre ellas, predominando las fuerzas de repulsión (Mohamed y col., 2004). Modelado de la isotermas de sorción En la Tabla III se muestran los parámetros de los modelos y los estadígrafos de ajuste, %E y R2, se considera un modelo aceptable si %E < 10 % (Lomauro y col.,

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1985) y R2 cercano a la unidad, observándose que el modelo GAB presentó mejor ajuste con valores de R2 > 0.94 y %E < 7.9, para las tres temperaturas de estudio. El modelo de GAB acusa bastante aplicación en el área de alimentos, reportándose valores de sus constantes para numerosos productos y rangos de temperatura (Schmalko y Alzamora, 2005), suministrando información sobre el contenido de humedad a nivel de la capa monomolecular Xm. Así Xm, se incrementa de 0.1157 a 0.1285 g agua/g s.s., conforme se incrementa la temperatura, García y col. (2007), encontraron valores de Xm a 30 °C, para el orégano (Origanum mejorana L) 0.0603 g agua/g s.s., 0.0645 g agua/g s.s. para el perejil (Petroselinum sativus Hoffm) y 0.1003 g agua/g s.s. para el puerro (Allium porrum L.), García, 2014, mostró valores de Xm 0.055 g agua/g s.s. a 50 °C para la Stevia Rebaudiana, y 0.095 g agua/g s.s. a 40 °C para la Mentha spicata; Galindo y Choque (2016), mostraron valores de 0.0865 a 0.1135 g agua/g s.s. para el intervalo de 40 a 60 °C para la (Salvia officinalis). Tabla III. Parámetros de los modelos de sorción y estadígrafos a las temperaturas de estudio.

GAB

Xm 0.1157 0.1336 0.1285 C 24.4989 10.5440 9.9037 K 0.7763 0.7750 0.8245 R2 0.9454 0.9560 0.9701 %E 7.92 6.75 6.90

%HR (aire) 60.0 60.0 60.0 Xe (g agua / g s.s.) 0.2069 0.2252 0.2305

Halsey

A 0.0090 0.0127 0.0183 B 2.5075 2.3735 2.1794 R2 0.9131 0.9013 0.9325 %E 13.10 18.54 17.88

%HR (aire) 60.0 60.0 60.0 Xe (g agua / g s.s.) 0.1994 0.2105 0.2169

Los valores de C que es la constante de Guggenheim, que está relacionado con el calor de sorción de la monocapa decrece con el incremento de la temperatura de 24.49 a 9.90 (Tabla III), siendo este comportamiento característico de los alimentos, cuando CGAB >> 1, la adsorción en la primera capa está fuertemente favorecida con relación a las capas más altas, por lo que la primera capa se llena casi completamente antes que comience en las capas superiores (Zug, 2002), y esta constante es función de las interacciones entre los sitios activos del alimento y las moléculas de agua de la atmósfera (Correia y col., 2003), por otra parte K, parámetro que está relacionada con el calor de sorción de la multicapa, se incrementa con la temperatura desde 0.776 a 0.824, siendo que este por lo general es menor a la unidad (Cherife y col., 1992). Cinética de secado En la Figura 2 se presentan las curvas de secado a las temperaturas de estudio y velocidad de aire de 0.5 m/s, se aprecia que la etapa de calentamiento inicial A-B o periodo inestable, para el secado a 40 °C sucede para un intervalo de tiempo de 10 min., lo mismo que a 50 °C y 60 °C, aunque el descenso de la humedad es mayor conforme se incrementa la temperatura, este miso hecho se manifiesta en la Figura 3 para el secado a la velocidad de aire de 1.0 m/s, aunque para este periodo a esta velocidad sucede mayor eliminación de agua, este periodo normalmente es de poca duración en la cual la evaporación no es significativa por su intensidad ni por su cantidad (Arends y Gutiérrez, 2008), aunque este periodo está sujeto al tipo de material a secar (Heldman y Lund, 2007). El periodo de secado a velocidad constante, el intervalo B-C, tiene una duración de 80 min. a 40 °C y 0.5 m/s, se observa

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disminución del tiempo de secado a velocidad constante conforme se incrementa la temperatura de secado y la velocidad de aire, en esta etapa o periodo se evapora la humedad libre o no ligada de las hojas de punamuña, presentando un comportamiento no higroscópico (Heldman y Lund, 2007). En el punto C se encuentra la humedad crítica, estado en el cual comienza a disminuir la velocidad de secado, en el intervalo CD de las figuras en mención se presenta la velocidad decreciente cuyos tiempos de secado disminuyen con el incremento de la temperatura. Por otra parte en el punto D, la velocidad de secado disminuye con mayor rapidez en todos los casos, hasta llegar al punto E donde el contenido de humedad en las hojas de punamuña se considera como la humedad de equilibrio, las cuales se manifiestan a menor tiempo conforme se incrementa la temperatura de secado y la velocidad del aire.

Figura 2. Curvas de secado de las hojas de punamuña a 0.5 m/s.

Figura 3. Curvas de secado de las hojas de punamuña a 1.0 m/s.

Figura 4. Efecto de la temperatura y velocidad de secado en la humedad final.

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En la Figura 4 se aprecia el efecto de la temperatura y velocidad en la humedad finalde las hojas de punamuña secas, la temperatura incrementa ligeramente la humedad final, por el contrario la velocidad de secado influye significativamente (p-value < 0.05), el hecho del incremento de la humedad final con el incremento de la temperatura, se debe a que a mayor temperatura sucede una rápida eliminación del agua superficial de las hojas de punamuña, esto hace que el calor de vaporización sea mayor (Singh y Heldman, 2001), similar resultado obtuvo García (2014) para las hoja de Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) y para la Hierbabuena (Mentha spicata) donde se incrementó la humedad a medida que se incrementaba la temperatura de secado. Si el secado se realiza a temperaturas muy altas, se forma en la superficie una capa de células contraídas que se adhieren unas a otras formando un sello (Panyawong y Devahatin, 2007), este fenómeno, denominado endurecimiento superficial, se constituye entonces en una barrera a la migración de la humedad (de Michelis y col., 2008).

Modelado de la cinética de secado En la Tabla IV, se muestran los estadígrafos de evaluación de los modelos, el modelo exponencial triple con seis parámetros se ajustó de mejor manera, presentando R2 > 99.9 % y %E < 3.04, a las velocidades de aire y temperaturas de estudio, no obstante la mayoría de los modelo presenta un buen ajuste, Doymaz (2010) en el secado de tomillo (Thymus vulgaris) por convección en el rango de 40 a 60 °C, velocidad del aire de 2 m/s, utilizó varios modelos matemáticos, siendo que el modelo de Midilli se ajustó adecuadamente a los datos experimentales, Arslan y Ozcan (2008) en el secado de hojas de alecrim (Rosmarinus officinalis L.) encontraron que el modelo de Midilli y exponencial con tres parámetros se ajustaron adecuadamente, así como para el secado de Carqueja (Baccharis trimera) en el rango de 40 a 90 °C (Radünz y col., 2011) y para el orégano (Origanum vulgare) y perejil (Petroselinum crispum) a 60 °C (García y col., 2007).

Tabla IV. Estadígrafos de evaluación de los modelos exponenciales.

Modelo 0.5 m/s 1.0 m/s

40°C 50°C 60°C 40°C 50°C 60°C R2 %E R2 %E R2 %E R2 %E R2 %E R2 %E

Exponencial simple con 2 parámetros

97.61 12.95 89.42 42.35 80.77 68.42 97.61 12.95 89.42 42.35 80.77 68.42

Exponencial simple con 3 parámetros

99.96 1.05 99.85 2.75 99.32 5.04 99.96 1.05 99.85 2.75 99.32 5.04

Exponencial doble con 2 parámetros 96.49 17.77 92.24 38.66 84.45 69.11 96.49 17.77 92.24 38.66 84.45 69.11

Exponencial doble con 3 parámetros 96.49 17.77 99.93 1.47 99.50 4.66 96.49 17.77 99.93 1.47 99.50 4.66

Exponencial doble con 4 parámetros 97.98 11.67 99.37 1.52 99.51 4.60 97.98 11.67 99.37 1.52 99.51 4.60

Exponencial triple con 6 parámetros 99.98 0.34 99.94 1.52 99.73 3.04 99.98 0.34 99.94 1.52 99.73 3.04

Lewis 96.49 17.77 85.77 71.23 76.31 136.9 96.49 17.77 85.77 71.23 76.31 136.9 Page 99.20 6.58 96.62 16.02 93.15 21.24 99.20 6.58 96.62 16.02 93.15 21.24 Page modificado 96.49 17.77 85.78 71.23 85.78 136.9 96.49 17.77 85.78 71.23 85.78 136.9 Midilli 99.99 0.34 99.93 2.00 99.27 6.84 99.99 0.34 99.93 2.00 99.27 6.84

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Figura 5. Curvas de secado a través del modelo exponencial triple con seis parámetros.CONCLUSIONES

Las isotermas de sorción de las hojas de punamuña determinadas a 40, 50 y 60 °C, fueron del tipo sigmoidal o tipo II, observándose una relación inversa entre Xe y la temperatura, el modelado de las isotermas realizado a través del método Quasi-Newton, mostró que el modelo GAB se ajustó adecuadamente con R2 > 94 y %E < 7.9, y que para 60 % de HR la humedad de las hojas de punamuña se encuentran en el intervalo de 20.6 a 23.0 g agua/g s.s. El modelado de los modelos exponenciales para la cinética de secado mostró que el modelo Exponencial triple con seis parámetros presentó mejor ajuste con R2 > 99.7 y %E < 3.4, evaluados a través del método Quasi-Newton, estos resultados permiten predecir las condiciones adecuadas de almacenamiento de las hojas deshidratadas de punamuña, así como la vida útil en anaquel, en tanto que conocer un modelo de secado adecuado permite optimizar el uso energético. Nomenclatura

a Constantes del modelo cinético A Constantes del modelo Halsey aw Actividad de agua b Constantes del modelo cinético B Constantes del modelo Halsey C Constante de GAB c Constantes del modelo cinético H.R. Humedad relativa, % K Constante del modelo GAB k Constantes del modelo cinético k0 Constantes del modelo cinético k1 Constantes del modelo cinéticomeq Masa de la muestra en el equilibrio, g ms Masa de la muestra seca, g mt Masa de la muestra en el tiempo, g n Constantes del modelo cinético n Número de observaciones R2 coeficiente de determinación RX Razón de humedad T temperatura, K X0 Contenido de agua inicial del producto, g agua/g m.s. Xci Contenido de humedad calculada a partir de cada modelo, g agua/g m.s. Xe Humedad de equilibrio, g agua/ g m.s. Xei Contenido de humedad experimental, g agua/ g m.s. Xm Contenido de humedad a nivel de la monocapa, g agua/ g m.s. Xt Contenido de agua del producto en el tiempo t, g agua/g m.s.

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EJE TEMÁTICO 8 TECNOLOGÍA PARA EL

CONTROL DE LACONTAMINACIÓN

PRODUCCIÓN DE NANOPARTÍCULAS DE PLATA A PARTIR DE BACTERIAS ANAEROBIAS, PARA LA DESINFECCIÓN DE AGUAS RESIDUALES

CONTAMINADAS CON ESCHERICHIA COLI PRODUCTION OF SILVER NANOPARTICLES BY ANAEROBIC BACTERIA, FOR

WASTEWATER DISINFECTION CONTAMINATED WITH ESCHERICHIA COLI

Jésica García Torres1, Marisol Gallegos García1*, Verónica Gallegos García2, Diana María Escobar García3

1Centro de Investigación y Estudios de Posgrado, Facultad de Ingeniería. Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Av. Dr. Manuel Nava No. 8, Zona Universitaria, San Luis Potosí, S.L.P., México. C.P. 78290.

2Facultad de Enfermería, Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Av. Niño Artillero No. 130, Zona Universitaria, San Luis Potosí, S.L.P., México. C.P. 78290.

3Facultad de Estomatología, Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Av. Dr. Manuel Nava No. 2, Zona Universitaria, San Luis Potosí, S.L.P., México. C.P. 78290.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: marisol.gallegos@uaslp.mx

RESUMEN. Estudios recientes reportan que el proceso de degradación anaerobia es una buena alternativa para la remoción de metales solubles a partir de su reducción al estado metálico, debido a la disminución del potencial óxido-reducción (ORP). Además, se ha demostrado que la aplicación de nanotecnología en la desinfección de aguas residuales con Escherichia coli resulta efectiva, por lo que las propiedades de las nanopartículas de plata (AgNP) aún se encuentran en evaluación en este campo. En este trabajo se planteó la síntesis de AgNP recuperadas de un agua residual sintética, mediante la reducción de plata iónica (Ag+) a plata metálica (Ag0), utilizando bacterias metanogénicas, con el fin de desinfectar agua. La síntesis se realizó en pruebas en lote con bacterias metanogénicas y nitrato de plata (AgNO3) como precursor de las nanopartículas. Se evaluó además la propiedad bactericida de las AgNP contra Escherichia coli, obteniéndose una concentración mínima inhibitoria (CMI) de 1 mg/L, y una concentración mínima bactericida (CMB) de 10 mg/L.

Palabras clave: Nanotecnología, consorcio microbiano, recuperación de plata, cinética.

ABSTRACT. Recent studies report that the anaerobic degradation process is a good alternative for the removal of soluble metals from their reduction to the metallic state, due to the decrease in redox potential (RP). In addition, it has been demonstrated that the application of nanotechnology in the disinfection of wastewater with Escherichia coli is effective, so that the properties of the silver nanoparticles (AgNP) are still under evaluation in this field. In this work the synthesis of AgNP recovered from a synthetic wastewater was proposed, by reducing ionic silver (Ag+) to metallic silver (Ag0), using methanogenic bacteria, in order to disinfect water. The synthesis was carried out in batch tests with methanogenic bacteria and silver nitrate (AgNO3) as a precursor of the nanoparticles. The bactericidal property of the AgNP against Escherichia coli was also evaluated, obtaining a minimum inhibitory concentration (MIC) of 1 mg/L, and a minimum bactericidal concentration (MBC) of 10 mg/L.

Keywords: Nanotechnology, microbial consortium, silver recovery, kinetics.

INTRODUCCIÓN La plata es un metal empleado comúnmente como ornamento o para agregar valor a diferentes utensilios como cubiertos o piezas artísticas [1], además es utilizada en el área médica para el tratamiento de heridas y desinfección de material. Aguas residuales con contenido de plata son originadas en actividades como la revelación fotográfica, radiográfica, en la industria minera y

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de galvanoplastia, principalmente. Debido al incremento de las poblaciones en el mundo, y a la demanda de productos y actividades que esto conlleva, las concentraciones de plata en agua han aumentado significativamente [2]. Conocidos sus efectos sobre la salud humana, además de su persistencia en sistemas acuáticos y seres vivos en general, actualmente representa un problema de salud pública latente [3]. De manera general, las aguas residuales presentan concentraciones de plata de entre 2 y 3 mg/L, sin considerar concentraciones puntuales [2]. El tratamiento de aguas residuales con contenido de metales en solución suele darse por procesos fisicoquímicos, sin embargo éstos generan residuos peligrosos debido al uso de reactivos químicos específicos, además de representar importantes gastos energéticos, siendo poco cordiales con el ambiente y sus recursos. Estudios anteriores han evaluado la posibilidad de recuperar metales haciendo uso de bacterias anaerobias [4,5]; se sabe que los consorcios metanogénicos son capaces de reducir el potencial oxido – reducción (ORP) a valores por debajo de los -300 mV; en estas condiciones la plata soluble (Ag+) es reducida a plata metálica (Ag0), obteniéndose nanopartículas en suspensión [6]. Por sus características, las nanopartículas de plata (AgNP) tienen propiedades físicas, químicas y biológicas que aún se encuentran en evaluación, entre ellas, su capacidad bactericida y de desinfección [7, 8]. La desinfección de agua se convirtió en punto vital para su consumo, procurando siempre la calidad de esta. La bacteria Escherichia coli resulta uno de los indicadores mayormente utilizados para evaluar la calidad del agua de uso humano; su consumo puede generar enfermedades diarreicas [9], por lo que se ha procurado su ausencia en sistemas de distribución, y puntos de almacenamiento y consumo de agua. El objetivo de este trabajo es evaluar la reducción de plata soluble (Ag+) de aguas residuales a su forma metálica (Ag0), a partir de bacterias anaerobias, y su utilización como antibacterial para la eliminación de Escherichia coli presente en aguas residuales. METODOLOGÍA La síntesis de AgNP se llevó a cabo en botellas serológicas de 60 mL, que contenían lo equivalente en lodo metanogénico a 2 g de SSV (sólidos suspendidos volátiles), medio mineral, lo equivalente a 2 g de DQO (demanda química de oxígeno) en etanol como sustrato, y 2000 mg/L de Ag+, en forma de AgNO3. Los ensayos se realizaron por duplicado, y se agregó un control, que no contenía sustrato, ni plata. Se registró la producción de metano (CH4), medido por desplazamiento volumétrico de una solución de hidróxido de sodio (NaOH) al 3 % p/v. Para evaluar la formación de las AgNP se llevó a cabo un barrido entre 200 y 1000 nm en un espectrofotómetro UV-VIS, obteniéndose el espectro de absorción. La capacidad bactericida de las AgNP fue evaluada utilizando la metodología reportada en otra publicación [10] para determinar la concentración mínima inhibitoria (CMI) y la concentración mínima bactericida (CMB), con la variación de utilizar caldo y agar nutritivos para el cultivo de E. coli; además las lecturas de turbidimetría se realizaron cada hora, durante 24 h de incubación. Se utilizaron diferentes concentraciones de nanopartículas, desde 1 hasta 25 mg/L sobre E. coli.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los resultados obtenidos de las pruebas de actividad metanogénica, permitieron demostrar que la plata no provocó la inhibición del consorcio microbiano, si no que promovió que la producción de biogás se diera en un tiempo menor que los experimentos en los que no se agregó el metal. Sin embargo, las botellas con plata produjeron una menor cantidad de biogás total, en comparación con las que no tienen plata. Lo anterior se muestra en la Figura 1.

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Figura 1. Cinética de producción de CH4. Experimentos con plata (E-Ag) y sin plata (E). El efecto que tiene la plata sobre el consorcio de bacterias es de estimulación, haciendo que la fase de latencia se acote, y se presente una producción exponencial de metano desde el inicio de la cinética [7]. La formación de nanopartículas se comprobó con el plasmón de resonancia superficial, mostrado en la Figura 2; en él se observa una señal cerca de los 400 nm, característica de las nanopartículas de plata en suspensión [11]; una señal más aparece alrededor de los 600 nm, correspondiente al grupo NO3-, reportado así por otros autores [12] y presente debido al precursor utilizado para la síntesis de las nanopartículas.

Figura 2. Plasmón de resonancia superficial de las nanopartículas de plata sintetizadas. En la Figura 3 se muestra la micrografía de las nanopartículas obtenidas, analizadas por microscopía electrónica de transmisión (MET).

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Figura 3. Micrografía por MET de nanopartículas sintetizadas y análisis elemental (3a) de las mismas. De la Figura 3 puede observarse un tamaño de partícula de entre 2 y 3.5 nm, sin presentarse agregados de nanopartículas. El tamaño obtenido (<20 nm) facilita su utilización en tareas de desinfección, debido al área superficial disponible, y a la capacidad de penetración de las partículas a través de las membranas celulares [13]. El análisis elemental presentado en la Figura 3a confirma la naturaleza de las nanopartículas sintetizadas. La CMI y la CMB de las nanopartículas evaluadas sobre E. coli, resultaron de 1 y de 10 mg/L, respectivamente. Estos valores de concentración, resultan menores que los reportados en otros trabajos en donde la síntesis es realizada por ‘rutas verdes’ con extractos de plantas, o cepas de hongos o bacterias específicas. Lo anterior significa que es necesaria una cantidad menor de estas AgNP para generar un efecto inhibitorio sobre E. coli. En la Tabla I se muestra una comparación de la CMI y la CMB obtenidas, con las de otros trabajos. Tabla I. Nanopartículas biológicas y su actividad antibacterial.

CMI (mg/L) CMB (mg/L) Auxiliar de síntesis de NP Referencia 1 10 Bacterias metanogénicas Este trabajo

9.10 20 Bacterias sulfatorreductoras [7]

30 - Rhodococcus spp [12]

2 - Shewanella oneidensis [13]

10 - Acalypha [14]

El efecto de las nanopartículas sobre la bacteria E. coli se observa en la Figura 4, donde el crecimiento comienza a verse afectado desde el tiempo 0, momento en el que se agregó la suspensión de nanopartículas al cultivo de bacterias.

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Figura 4. Cinética de Escherichia coli – AgNP. El experimento Control, al que no se le añadió suspensión de nanopartículas, se muestra por encima del resto de los experimentos, lo que demuestra que desde la concentración más baja con la que se trabajó, se inhibe el crecimiento de E. coli. CONCLUSIONES Los experimentos de actividad metanogénica mostraron que las bacterias anaerobias no sufren inhibición por la presencia de plata, sino que son capaces de reducirla al estado metálico, lo que fue corroborado por el espectro UV-VIS. Las AgNP sintetizadas tienen la capacidad de inhibir el crecimiento de la bacteria Escherichia coli desde una concentración de 1 mg/L, además de eliminar el 99.9% del microorganismo a partir de una concentración de 10 mg/L, lo que permite utilizar cantidades menores de AgNP que las reportadas en otros trabajos, para combatir el crecimiento de Escherichia coli. Los experimentos llevados a cabo demuestran que es posible utilizar consorcios de bacterias anaerobias para retirar el metal plata de un agua residual, y darle un segundo uso como desinfectante en agua con contenido de E. coli. REFERENCIAS [1] Jastram, W.R. (1981). Silver the Restless Metal. John Wiley and Sons Inc.

[2] Afrontar la escasez de agua. Un marco de acción para la agricultura y la seguridad alimentaria. (2013). Informe sobre temas hídricos. Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación (FAO). p. 1 – 10.

[3] Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades (ATSDR) (2016), ToxFAQs – Plata (Silver). Recuperado de https://www.atsdr.cdc.gov/es/toxfaqs/es_tfacts146.html

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[6] Ruíz-Castillo AL. Recuperación de plata metálica de aguas residuales a partir de una biopelícula anaerobia en un reactor de lecho fluidificado inverso. Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Tesis de Maestría 2016.

[7] Eugenia, M., Cristina, N. C. (2012). Desinfección y purificación de agua mediante nanopartículas metálicas y membranas compósitas. Tecnologia Y Ciencias Del Agua, III, 87–100.

[8] Fisicoquímica del agua. Ecoeficiencia. (2014). Recuperado de http://javierpancorbo.blogspot.com/2011/05/desinfeccion-del-agua-mediante.html

[9] Molina, J. (2015).Universidad Nacional Autónoma de México. ESCHERICHIA COLI DIARROGÉNICA. Recuperado de http://www.facmed.unam.mx/deptos/microbiologia/bacteriologia/escherichia-coli.html.

[10] Borges, A., Ferreira, C., Saavedra, M. J., & Simões, M. (2013). Antibacterial Activity and Mode of Action of Ferulic and Gallic Acids Against Pathogenic Bacteria. Microbial Drug Resistance, 19(4), 256–265. https://doi.org/10.1089/mdr.2012.0244

[11] Cornejo Álvarez, L. (2015). La revolución nanotecnológica en los nuevos materiales. Un reto tecnológico para el siglo XXI. Universidad de Jaen, 0–56. Retrieved from http://www.nuevastecnologiasymateriales.com/wp-content/uploads/edd/2015/06Revolucion_ Nanotecnologica.pdf

[12] Eftink, M. R., & Ghiron, C. A. (1981). Fluorescence quenching studies with proteins. Analytical Biochemistry, 114(2), 199–227. https://doi.org/10.1016/0003-2697(81)90474-7

[13] Deshmukh, S. P., Patil, S. M., Mullani, S. B., & Delekar, S. D. (2018). Silver nanoparticles as an effective disinfectant: A review. Materials Science and Engineering: C. https://doi.org/10.1016/J.MSEC.2018.12.102

[14] Otari, S. V. V., Patil, R. M. M., Ghosh, S. J. J., Thorat, N. D. D., & Pawar, S. H. H. (2015). Intracellular synthesis of silver nanoparticle by actinobacteria and its antimicrobial activity. Spectrochimica Acta - Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 136(PB), 1175–1180. https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.10.003

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[16] Krishnaraj, C., Jagan, E. G., Rajasekar, S., Selvakumar, P., Kalaichelvan, P. T., & Mohan, N. (2010). Colloids and Surfaces B : Biointerfaces Synthesis of silver nanoparticles using Acalypha indica leaf extracts and its antibacterial activity against water borne pathogens, 76, 50–56. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2009.10.008

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EQUILIBRIO Y CINÉTICA DE ADSORCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE EN SOLUCIÓN ACUOSA SOBRE MATERIAL COMPUESTO

EQUILIBRIUM AND KINETICS OF ADSORPTION OF HEXAVALENT CHROMIUM IN AQUEOUS SOLUTION ONTO COMPOSITE MATERIAL

José Valente Flores Cano1*, Raúl Ocampo Pérez2, Jorge Robledo Ortiz3, Aida Alejandra Pérez Fonseca4, Rubén González Núñez4

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias de la Tierra, Linares N.L, México 67700.2Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Facultad de Ciencias Químicas, 78260 San Luis Potosí, México.

3Departamento de Madera.4Departamento de Ingeniería Química, Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías, Universidad de

Guadalajara, México 44430.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: valente.florescn@uanl.edu.mx

RESUMEN. El agua ofrece grandes beneficios a los seres vivos, pero a la vez puede causar un gran daño a la salud y al medio ambiente si está contaminada. La contaminación de sistemas acuosos por cationes metálicos es un problema de gran interés ambiental y salud pública mundial. El objetivo de este proyecto fue estudiar el equilibrio y cinética de adsorción del Cromo Hexavalente (Cr(VI)) en solución acuosa sobre un material compuesto modificado con quitosana (MCQ) preparado a partir de plásticos y fibras de agave reciclados. Los datos experimentales de equilibrio de adsorción Cr(VI) se obtuvieron en un adsorbedor de lote experimental y se ajustaron satisfactoriamente principalmente al modelo de Freundlich. La capacidad máxima del MCQ para adsorber Cr(VI) fue de 32.4 mg/g a pH de 4 y T= 25 °C. Los datos experimentales de cinética de adsorción se ajustaron a las formas linealizadas de las ecuaciones de los modelos de primer y pseudo segundo orden. El modelo de primer orden no interpretó satisfactoriamente los datos experimentales.

Palabras clave: Adsorción Cr(VI), cinética de adsorción, material compuesto.

ABSTRACT. The water offers great benefits to living beings, but at the same time can cause great harm to human health and the environment if it is contaminated. The contamination of aqueous systems by metal cations is a problem of great environmental interest and global public health. The aim of this project was to study the equilibrium and kinetics of adsorption of hexavalent chromium (Cr(VI)) in aqueous solution onto composite material modified with chitosan (MMQ) prepared from plastics and fibers of agave recycled was studied in this work. The experimental adsorption equilibrium data of Cr(VI) were obtained in a batch adsorber and this data were adjusted satisfactorily mainly to the Freundlich model. The maximum adsorption capacity occurred at pH = 4 and T= 25 °C (32.4 mg/g). The experimental results of kinetic of adsorption were fitted to linearized forms of Lagergren first- and pseudo-second-order model equations. The first-order model did not fit to the experimental data.

Keywors: Adsorption Cr(VI), kinetic of adsorption, composite material.

INTRODUCCIÓN Los compuestos aniónicos del Cr(VI) en solución acuosa son muy tóxicos, provoca irritación en ojos, piel y mucosas y se ha encontrado que puede ser un agente carcinógeno a bajas concentraciones [1]. El límite máximo permisible del Cr(VI) en el agua potable es de 0.05 mg /L según la NOM-127-SSA1-1994 [2]. Es por ello que las fuentes de agua que contienen niveles elevados Cr(VI) tienen que ser tratadas para reducir su concentración hasta un límite permisible que no sea nocivo a la salud. Se propone utilizar la técnica de la adsorción debido a alta eficiencia de eliminación de metales pesados, rentabilidad y disponibilidad de

124

diversos adsorbentes, como por ejemplo el material compuesto con modificado con quitosana preparado con plásticos y fibras de agave reciclados. A partir de los desechos del reciclado de plásticos y de los residuos de bagazo de tequila se han procesado materiales compuestos [3]. La quitosana ha demostrado ser un magnifico quelante y adsorbente de metales pesados cuando este biopolímero es usado sobre un soporte y/o modificado químicamente. Muchos estudios reportan su afinidad hacia los iones metálicos [4,5,6]. El objetivo de esta investigación fue estudiar el equilibrio y cinética de adsorción Cr(VI) en solución acuosa sobre un composite modificado con quitosana (MCQ) preparado a partir de plásticos y fibras de agave reciclados.

METODOLOGÍA La fibra de agave limpia y el extruido del polímero reciclado, se mezclan en 80 % wt. plástico más 20 % wt. fibra de agave de tamiz Taylor malla 40 y se agrega azodicarbonamida como agente espumante químico en 3 % (wt. respecto al plástico) para producir burbujas durante el mezclado en un extrusor Haake mono husillo a 200 °C. Posteriormente, al material compuesto se le incorporó quitosana en forma soluble, para ello, se realizaron previos tratamientos químicos de la superficie del material compuesto para crear afinidad entre los grupos funcionales de la quitosana y la celulosa de la fibra que queda expuesta en el compuesto. El material compuesto modificado con quitosana (MCQ) obtenido se caracteriza química y físicamente mediante técnicas como fisisorción de N2, potencial Z y titulación ácido-base para la obtención de los sitios activos. El MCQ se utiliza como adsorbente para la remoción de Cr(VI) en solución acuosa. Los datos experimentales de equilibrio de adsorción se obtuvieron en un adsorbedor de lote experimental evaluando las variables de operación, pH y temperatura, en la adsorción de Cr(VI). Las cinéticas de adsorción son obtenidas en un matraz Erlenmeyer de 250 mL en el cual se ponen en contacto 0.1 g de MCQ y 100 mL de solución de Cr(VI) con concentración conocida entre 20 y 500 mg/L. El matraz es sumergido en un baño termostático a 25 °C y con agitación continua. Se extrae una muestra periódicamente para determinar la caída de concentración del contaminante en función del tiempo.

RESULTADOS El área específica, volumen total de poros y diámetro promedio de los poros del MCQ fueron de 10.83 m2/g, 0.0117 cm3/g y 4.28 nm, respectivamente. Por otra parte, MCQ presentó 0.100 y 0.412 meq/g, de sitios ácidos y básicos, respectivamente. Cabe mencionar que los sitios básicos como la quitosana son indicados para atraer compuestos orgánicos e inorgánicos con carga negativa presentes en solución acuosa. El efecto del pH de la solución sobre la capacidad de adsorción del MCQ se ilustra en la Figura 1 y se aprecia que cuando el pH se aumenta de 4 a 6 la capacidad de adsorción se eleva 1.74 veces. Este comportamiento podría atribuirse a la atracción electrostática entre la especie aniónica de Cr(VI) en solución acuosa y la carga positiva de la superficie del MCQ. El efecto de la temperatura se estudió determinando la isoterma de adsorción de Cr(VI) a pH= 4 y a las temperaturas de 15, 25 y 45 °C (Figura 2) y se encontró que la capacidad de adsorción de MCQ tiene un óptimo a T= 25 °C. Este comportamiento se atribuyó a la disolución parcial de la quitosana (sitios básicos) en el MCQ a T≥ 45°C. El modelo de pseudo segundo orden ajusto mejor los datos experimentales cinéticos que el modelo de primer orden (datos no mostrados) sugiriendo que la sorción química entre el adsorbato y adsorbente gobierna la velocidad de adsorción.

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Figura 1. Efecto del pH en la isoterma de adsorción de Cr(VI) sobre MCQ a T= 25 °C.

Figura 2. Efecto de la temperatura en la adsorción de Cr(VI) sobre MCQ a pH = 4.

CONCLUSIONES El pH y temperatura de la solución son variables de operación que afectan en la adsorción de Cr(VI) sobre MCQ. La capacidad de adsorción de MCQ se incrementó 3.02 veces cuando el pH de la solución se aumentó de 4 a 6. Este efecto podría atribuirse a la atracción electrostática entre Cr(VI) y MCQ. El efecto de la temperatura en la adsorción de Cr(VI) sobre MCQ encontró una disminución de la capacidad de adsorción del MCQ en un factor de 1.61 veces cuando se aumentó la temperatura de la solución de 25 a 45 °C. Este comportamiento se atribuyó a la disolución parcial de la quitosana en el MCQ. Por lo cual, la capacidad de adsorción de MCQ tiene un óptimo a T= 25 °C. El estudio cinético de la adsorción de Cr(VI) sobre MCQ sugiere un mecanismo de quimisorción como el paso de control de velocidad.

REFERENCIAS[1] Mohan D, Pittman CU. Activated carbons and low cost adsorbents for remediation of tri-andhexavalent chromium from water. Journal of hazardous materials 2006; B137:762-811. [2] Norma oficial mexicana NOM-127- SSA1-1994 Salud ambiental, agua para uso y consumohumano. Límites permisibles. [3] Inga-Lafebre JD. Procesamiento y caracterización de compositos híbridos espumados a partir demezclas de polímeros reciclados y fibras naturales. Universidad de Guadalajara. Tesis de Maestría 2014. [4] Vandenbossche M, Jimenez M, Casetta M, Bellayer S, Beaurain A, Bourbigot S, Traisnel M.Chitosan-grafted nonwoven geotextile for heavy metals sorption in sediments. Reactive & Functional Polymers 2013; 73:53-59. [5] Pérez-Fonseca AA., Gómez C, Dávila H, González-Núñez R, Robledo-Ortiz JR, Vázquez-LepeMO, Herrera-Gómez A. Chitosan Supported onto Agave Fiber – Postconsumer HDPE Composites for Cr(VI) Adsorption. Industrial & Engineering Chemistry Research 2012; 51:5939-5946. [6] Schmuhl R, Krieg HM, Keizer K. Adsorption of Cu(II) and Cr(VI) ions by chitosan: kinetics andequilibrium studies. Water SA = Water South Africa 2001; 27(1):1-7.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900Concentración de Cr(VI) en el equilibrio, mg/L

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Can

tidad

de

Cr(

VI) a

dsor

bido

, mg/

g

pH=4pH=5pH=6

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pH=4T=15 °CT=30 °CT=45 °C

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SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE HIDROGELES DE QUITOSANO PARA LA REMOCIÓN DE ANIONES DE SOLUCIONES ACUOSAS

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CHITOSAN HYDROGELS FOR ANIONS REMOVAL FROM AQUEOUS SOLUTIONS

Itzia Rodríguez Méndez1, Nahum Andrés Medellín Castillo1*, Elizabeth Isaacs Páez2, Raúl González García3, Simón Yobbany Reyes López4, Beatriz Guadalupe Saucedo Delgado1

1Centro de Investigación y Estudios de Posgrado, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Av. Dr. Manuel Nava 8, Zona Universitaria, San Luis Potosí, S.L.P., C.P. 78290, MÉXICO.

2Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, Camino a la Presa San José 2055, Col. Lomas 4 sección, San Luis Potosí S.L.P., CP. 78216, MÉXICO.

3Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Av. Dr. Manuel Nava 8, Zona Universitaria, San Luis Potosí, S.L.P., C.P. 78290, MÉXICO.

4Instituto de Ciencias Biomédicas-ICB, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Envolvente del PRONAF y Estocolmo s/n, C.P. 32310, Cuidad Juárez, Chihuahua.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: nahum.medellin@uaslp.mx

RESUMEN. Las principales enfermedades de importancia de salud pública están ligadas al uso y consumo de agua contaminada. Los fluoruros son aniones que causan enfermedades y el consumo de agua con un exceso de estos, afecta a niños que están desarrollando el tejido óseo y su nivel de aprendizaje. Por otro lado, los bromuros al entrar en contacto con el cloro al desinfectar el agua, forman productos químicos que son asociados con la presencia de cáncer. Los hidrogeles preparados a base de quitosano han sido probados para la remoción de aniones como arsénico, fosfato y sulfato. En este trabajo se realizó la síntesis de hidrogeles de quitosano entrecruzados mediante enlaces iónicos y covalentes empleando tripolifosfato de sodio (TPP) y formaldehido. Se utilizó el software Desing-Expert para generar y analizar los hidrogeles de acuerdo a un diseño de experimentos. Se eligió un diseño combinado D-Optimal con 2 variables de mezcla: A-Fracción de tripolifosfato de sodio (TPP) y B-Fracción de formaldehído (Form) y 3 variables de proceso: C-Concentración de polímero (CPol), D-Concentración de reticulante (CRet) y E-Tiempo de contacto (tcto). Se elaboraron un total de 40 materiales de los cuales, se obtuvo la capacidad de adsorción (q) para F- y Br- y el porcentaje de hinchamiento (% H) como respuestas. Los materiales se caracterizaron por espectrofotometría infrarroja (IR) y microscopía electrónica de barrido (SEM). La q máxima obtenida para F- y Br- fue de 2.1 mg/g en soluciones de pH 5.

Palabras clave: Fluoruros, bromuros, hidrogel, capacidad de adsorción.

ABSTRACT. The main diseases of public health importance are linked to the use and consumption of contaminated water. Fluorides are anions that cause diseases. The consumption of water with an excess of fluorides affects children who are developing bone tissue and their level of learning. On the other hand bromides to come into contact with chlorine to disinfect water, form chemicals that are associated with the onset of cancer. Hydrogels prepared from chitosan have been tested for the removal of anions such as arsenic, phosphate and sulfate. In this work, the synthesis of crosslinked chitosan hydrogels was carried out by means of ionic and covalent bonds using sodium tripolyphosphate (TPP) and formaldehyde. The Desing-Expert software was used to generate and analyze the hydrogels according to an experimental design. A combined D-Optimal design with 2 mixing variables was chosen: A-Tripoliphosphate Sodium Fraction (TPP) and B-Formaldehyde Fraction (Form) and 3 process variables: C-Polymer Concentration (CPol), D-Concentration of crosslinker (CRet) and E-Contact time (tcto). A total of 40 materials were prepared. The adsorption capacity (q) of the materials for F- and Br- and the percentage of swelling (% H) were obtained as response. The materials were characterized by infrared spectrophotometry (IR) and scanning electron microscopy (SEM). The maximum q obtained for F- and Br- was 2.1 mg/g in pH 5 solutions.

Keywords: Fluoride, bromide, hydrigel, adsorption capacity.

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INTRODUCCIÓN La ingesta excesiva de fluoruro puede afectar el metabolismo humano; la recomendación de la Organización Mundial de la Salud con respecto a la concentración máxima en agua para beber es 1.5 mg/L. Además, la NOM-127-SSA1-1994, establece esa misma concentración como límite máximo permisible en agua de consumo. Por otro lado, durante el proceso de cloración, el bromo puede oxidarse a HOBr el cual puede reaccionar con materia orgánica que se encuentre de manera natural en el agua formando subproductos orgánicos de desinfección, los cuales son perjudiciales para la salud humana. Los iones bromato se consideran potenciales carcinogénicos y mutanogénicos en los seres humanos [2]. Recientemente, se ha prestado interés a los hidrogeles de quitosano, los cuales han sido estudiados en la remoción de algunos contaminantes presentes en las aguas residuales y potables, por ejemplo, metales pesados como el cobre. El tipo de reticulante con que se mezcla el quitosano le otorga diferentes propiedades creando una red tridimensional modificando sus características físicas y químicas [1]. El objetivo de este trabajo consiste en la elaboración de hidrogeles a base de quitosano por medio de entrecruzamiento, mediante un diseño experimental a fin de determinar las variables que afectan la capacidad de adsorción de fluoruros y bromuros en soluciones acuosas. Además de relacionar las propiedades fisicoquímicas y de textura con la capacidad de adsorción.

METODOLOGÍA El software Desing-Expert (versión 7.0.0, STAT-EASE Inc. Minneapolis, Minnesota USA) arrojó un total de 40 experimentos los cuales se realizaron de manera aleatoria. Los valores de la concentración de reticulante se fijaron entre 1 y 10 % en peso y para el caso del quitosano, empleado como polímero, entre el 1 y el 3 % en peso. El tiempo de contacto varío de los 10 a los 240 min. Los hidrogeles fueron sintetizados empleando 50 mL de solución de quitosano en ácido acético al 1 % en volumen y 50 mL de solución de reticulante, de acuerdo al diseño de experimentos. La concentración del reticulante está formada por una cantidad determinada de tripolifosfato de sodio y de formaldehído que generan una concentración específica de reticulante. Los hidrogeles se elaboraron siguiendo la metodología propuesta por Lou y cols. (2010). Las capacidades de adsorción para fluoruros y bromuros en solución acuosa sobre los hidrogeles de quitosano y el PCC se obtuvieron mediante la metodología empleada por Medellín-Castillo (2006), esto por medio de un sistema de adsorbedor de lote a 25 °C. Los datos del diseño de experimentos se sometieron a análisis de varianza (ANOVA). La selección de las variables significativas se hizo en base a los valores de probabilidad menores a 0.05. Para la caracterización de los hidrogeles se utilizó el hidrogel que obtuvo la mayor adsorción para ambos aniones (experimento número 15). Al hidrogel se le realizaron pruebas de espectrofotometría infrarroja con la técnica de Reflectancia Total Atenuada (FTIR-ATR), el análisis se efectuó en un rango de longitud de onda de 3500 a 600 cm-1 y con una resolución de 16 cm-1 y 32 escaneos y se utilizó un microscopio electrónico de barrido marca FEI Quanta 200 para obtener las micrografías. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los resultados de superficie de respuesta se muestran en la Figura 1. La Figura a) corresponde a la adsorción de fluoruros donde la q máxima se observa con altas concentraciones de polímero y de formaldehído. En la Figura b) donde se muestra la adsorción de bromuros la adsorción no

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es tan marcada al aumentar la concentración de formaldehído, sin embargo, sí es notorio al aumentar la concentración de polímero. En la Figura c) se representa el % H donde el porcentaje se incrementa por encima de 1000. La variable significativa para la capacidad de adsorción de F- fue B-(Form), para la capacidad de adsorción de Br- fueron C-(CPol) y D-(CRet) y para el % H las variables fueron B-(Form), C-(CPol) y D-(CRet).

Figura 1. Superficies de respuesta a) capacidad de adsorción de F-, b) capacidad de adsorción de Br- y c) % H.

El valor máximo obtenido de q para F- y Br- de manera experimental fue de 2.1 mg/g para ambos aniones. Por otro lado, los valores máximos teóricos de q que se estimaron a partir de la superficie de respuesta (modelo de predicción) para la remoción de F- y Br- fueron de 2.8 y 2.2 mg/g, respectivamente. Para el caso de la remoción de fluoruro, este valor de q se podrá obtener cuando la síntesis del hidrogel se realice con una fracción en peso de formaldehído de 1.0, concentración de 2.1 % en peso de polímero y 5.5 % de reticulante en peso así como un tiempo de reacción o de contacto de 10 min. En el caso de la remoción de bromuros, la síntesis del hidrogel se debe realizar con una fracción en peso de formaldehido de 1.0, concentración de 2.2 % en peso de polímero, 2.8 % de reticulante en peso y 10 min. de tiempo de contacto. Los materiales con mayor porcentaje de hinchamiento fueron aquellos que contenían una mayor facción de formaldehído, mayor concentración de polímero y de formaldehído. En la Figura 2 se muestra la comparación del quitosano sin reticular, el material 15 antes de ser utilizado y el material 15 con F- y Br- después de ser sometidos a la prueba de adsorción.El primer espectro corresponde al quitosano. Los picos característicos del quitosano son: en 1647 cm-1 debido a la vibración de estiramiento de C=O de las amidas primarias, a 1587 cm-1 debido a una vibración de flexión de -N-H que corresponde a las amidas secundarias, ambas en la molécula de N-acetil-glucosamina y la presencia de la vibración de piranosas alrededor de los 1025 cm-1 [3] El pico a 1375 cm-1 corresponde a una vibración del enlace C-CH3. A los 1149 cm-1 se tiene un estiramiento asimétrico del enlace C-O-C. Los picos que se observan a los 1060 y a los 1025 cm-1 corresponden a estiramientos del enlace CO [5]. De acuerdo a Singh y cols., 2006, se forma un pico a los 1567 cm-1 que corresponde al enlace del grupo imina o base de Shiff. Sadeghi y cols., 2016 observaron que el pico correspondiente al grupo éter se vuelve más fuerte y ocurre un desplazamiento del mismo debido al entrecruzamiento. El desplazamiento se da de los 1057 a los 1039 cm-1.

a) b) c)

129

Figura 2. Espectros de quitosano, material 15, 15 con bromuros y 15 con fluoruros.

Comparando lo anterior con el segundo espectro del gráfico, experimento número 15 con 1 en fracción volumen de formaldehído, se observa la formación del enlace imina a los 1555 cm-1 y el desplazamiento del grupo éter de los 1060 a los 1019 cm-1. De acuerdo a Huang y cols., 2012, pico de los 1516 cm-1 correspondiente al grupo imina o base de Shiff presenta una disminución de intensidad comparado con el pico del espectro del hidrogel que se sometió a adsorción. Lo anterior se atribuye a la fuerte atracción electrostática entre la parte positiva del grupo imina y el anión negativo del F- y Br-. En los espectros denominados como 15Br y 15F se presenta la disminución en el pico correspondiente a la base de Shiff que se observa a los 1552 cm-1 y 1554 cm-1 respectivamente. En la Figura 3, las imágenes a) y b) corresponden al material 15 a 200 y 2000 aumentos, respectivamente. También, se observa una morfología homogénea con algunas grietas propias de la rugosidad del material al secarse en estufa.

Figura 3. Micrografía por SEM del material 15 a) 200x b) 2000x.

CONCLUSIONES Los resultados revelaron que los hidrogeles son una alternativa viable para la remoción fluoruros y bromuros de agua, ya que en los experimentos se obtuvieron valores de q para F- de 0.5 a 2.1 mg/g y de Br- de 1 a 2.1 mg/g. Los espectros al IR confirmaron el entrecruzamiento de los hidrogeles así como la presencia de aniones al haber modificaciones en su estructura química. Las imágenes de SEM revelan una morfología con grietas, sin embargo, homogénea del hidrogel con la mayor capacidad de adsorción.

60080010001200140016001800

Número de onda (cm-1)

Tran

smita

ncia

(u. r

)

15

Quitosano

15Br

15F

1555 cm-1

1552 cm-1

1588 cm-1

1019 cm-1

1060 cm-1

1554 cm-1

ab

130

El mayor porcentaje de hinchamiento se da cuando se tienen mayores concentraciones de reticulante y polímero.

AGRADECIMIENTOS CONACyT-3947-2018 P.N., CB-286990-2018

REFERENCIAS [1] Ahmed, E. M. (2015). Hydrogel: Preparation, characterization, and applications: A review. Journal of Advanced Research, 6(2), 105–121.

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131

SÍNTESIS DE CARBONIZADO DE HUESO DE PECES PLECO Y DE FIBRAS POLIMÉRICAS OBTENIDAS POR ELECTROHILADO PARA LA REMOCIÓN DE

CONTAMINANTES EN AGUA SYNTHESIS OF BONE CHAR OF PLECO FISH AND POLYMER FIBERS BY

ELECTROSPINNING FOR THE REMOVAL OF CONTAMINANTS

Beatriz Guadalupe Saucedo Delgado1*, Nahum Andrés Medellín Castillo1, Simón Yobbany Reyes López2, Roberto Leyva Ramos3, Gladis Judith Labrada Delgado4, Itzia Rodríguez

Méndez1

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Ingeniería Química, Ave. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L.

México, C.P. 66455. 1Centro de Investigación y Estudios de Posgrado, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Av. Dr. Manuel Nava No. 8, Nuevo Edificio P Zona Universitaria, C.P. 78210, San Luis Potosí, S.L.P.2Instituto de Ciencias Biomédicas-ICB, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Envolvente del

PRONAF y Estocolmo s/n, C.P. 32310, Cuidad Juárez, Chihuahua. 3Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Av. Dr. Manuel Nava

No. 8, Zona Universitaria, C.P. 78210, San Luis Potosí, S.L.P 4Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, Camino a la Presa San José 2055,

78216 San Luis Potosí *e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor:

beatriz_saucedo_@hotmail.com

RESUMEN. En este trabajo se propone la síntesis de materiales adsorbentes como carbón de hueso y fibras poliméricas obtenidas por electrohilado para la remoción de flúor, cadmio y plomo en agua. La materia prima para la síntesis de materiales son los huesos de peces pleco Hypostomus plecostomus, una especie invasora que ha desplazado especies importantes como la tilapia en varias regiones del país. De acuerdo con la caracterización de estos materiales, las fibras de policaprolactona (PCL) y partículas de carbonizado y hueso son un material no poroso y presentan un área superficial de ~2 m2/g, por su parte la del hueso fue de 1.9 m2/g y el carbón de hueso resultó ser un material poroso con 165.6 m2/g. El carbonizado de hueso obtuvo la mayor capacidad de adsorción de fluoruros y de cadmio siendo de 6.9 y 134.3 mg/g, respectivamente en un pH de solución de 5, mientras que para el plomo las fibras con mayor capacidad de adsorción fueron las de PCL con carbonizado de hueso con 22.9 mg/g en un pH de solución de 3.0.

Palabras clave: Electrohilado, adsorción, carbonizado de hueso.

ABSTRACT. In this work we propose the synthesis of adsorbent materials such as bone char and polymer fibers obtained by electrospinning for the removal of fluorine, cadmium and lead in water. The raw material for the synthesis of materials are the bones of fish pleco Hypostomus plecostomus, an invasive species that has displaced important species such as tilapia in several regions of the country. According to the characterization of these materials, polycaprolactone (PCL) fibers and carbonized particles and bone are a non-porous material and have a surface area of ~ 2 m2/g, while that of the bone was 1.9 m2/g and the bone coal turned out to be a porous material with 165.6 m2/g. The bone carbonized obtained the highest adsorption capacity of fluorides and cadmium being 6.9 and 134.3 mg/g, respectively at a solution pH of 5, while for the lead the fibers with greater adsorption capacity were those of PCL with carbonized from bone with 22.9 mg/g at a pH of 3.0 solution.

Keywords: Electrospinning, adsorption, bonechar.

132

INTRODUCCIÓN Existen diferentes tecnologías para el tratamiento y la purificación de agua, algunas de estas son aún investigadas y tienen como desafío su diseño y operación. Es importante mencionar que todas las tecnologías tienen sus límites técnicos y económicos para su aplicación de manera real. Una tecnología viable y aplicada para el saneamiento de agua es el proceso de adsorción. Este proceso es muy utilizado en el tratamiento de aguas residuales, aguas subterráneas y aguas con residuos industriales.

En este trabajo se propone el uso de huesos de peces pleco Hypostomus plecostomus como materia prima para la síntesis de fibras adsorbentes de fluoruro, cadmio y plomo. Estos adsorbatos fueron seleccionados debido a sus efectos en la salud de las personas, la presencia de fluoruros en agua potable provoca desde fluorosis dental y ósea hasta articulaciones rígidas y deformidades en los huesos [1]. En el caso del plomo y el cadmio, su ingesta produce problemas renales, diarreas, fractura de huesos y daños al sistema nervioso central y al sistema inmune [2].

Las fibras se obtienen a partir del proceso de electrohilado que consiste en generar fibras a partir de soluciones poliméricas con la ayuda de un fuerte campo electrostático [3]. Por otra parte, se propone el uso de los peces pleco como materia prima de la síntesis de materiales con el fin de reducir su impacto ecológico en varios lugares del país ya que la presencia de los peces pleco ha desplazado especies como la tilapia que es de suma importancia para actividades pesqueras en algunas regiones del país. Esta especie tiene un alto potencial invasivo por diversas particularidades de su morfología, su fisiología y su comportamiento. Cuentan con una alta tasa reproductiva, un comportamiento de anidación que junto con sus hábitos nocturnos los hacen imperceptibles, y un cuidado parental que resulta en una alta supervivencia larval. En México una consecuencia de la invasión de estos peces es la devastación de la tilapia en la presa de Infiernillo en Michoacán y Guerrero donde se registró que 70 y 80 % de la captura de tilapia se ha sustituido por al menos tres especies de peces pleco y algunos probables híbridos [4]. El objetivo del trabajo es realizar la síntesis y caracterización de fibras poliméricas con hueso y carbonizado de hueso de peces pleco para la adsorción de fluoruro, cadmio y plomo.

METODOLOGÍA Los peces pleco se recolectaron ejemplares en el municipio de Balancán, Tabasco. Posteriormente, fueron eviscerados y tratados con peróxido de hidrógeno para remover la toda la materia orgánica de los huesos (H). Para obtener el carbonizado de hueso (C), los huesos se sometieron a un proceso de pirolisis a una temperatura de 500 °C. Después el hueso y el carbonizado de hueso fueron molidos hasta obtener un tamaño de partícula <75μm. Para la síntesis de las fibras se preparó una solución de policaprolactona al 5 % p/v (PCL), donde se utilizó como solvente acetona. Luego a esa solución se le agregaron partículas de hueso (PCL-H) y partículas del carbonizado de hueso (PCL-C). Las soluciones preparadas fueron transferidas a jeringas de vidrio que a su vez fueron colocadas en una bomba de inyección Kd Scientific Legato 100. Las agujas fueron conectadas a una fuente de corriente directa Gamma High Voltage Research y se procedió a realizar el electrohilado de la solución con una distancia de 10 cm. Para la caracterización de los materiales obtenidos se determinó el punto de carga cero, la morfología y las propiedades de textura mediante fisisorción de nitrógeno.

133

Posteriormente se realizaron pruebas de adsorción de fluoruros, cadmio y plomo a diferentes pH de solución. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la Figura 1 se muestran las imágenes obtenidas por microscopia electrónica de barrido (MEB) de las fibras de PCL con carbonizado de hueso y hueso de peces pleco, las cuales muestran la formación de fibras poliméricas y la presencia de partículas que corresponden al hueso y al carbonizado de hueso, como se demostró por el análisis elemental (EDS).

En la Figura 2 se muestran los resultados de fisisorción de nitrógeno las fibras de PCL son un material no poroso y presentan un área superficial de ~2 m2/g, por su parte el hueso tiene el área superficial de 1.9 m2/g y el carbón de hueso resultó ser un material poroso con 165.6 m2/g, también se muestran el diámetro y el volumen de poro correspondientes.

Figura 1. Micrografías de las fibras de PCL con carbonizado (a) y hueso de peces pleco (b).

Figura 2. Propiedades de textura de los materiales obtenidos.

En la Figura 3 se muestra el punto de carga cero de las fibras de PCL es de 5.5 mientras que las fibras de PCL con carbonizado y con hueso es de 6.0, el del hueso es de 6.8 y el de carbonizado es de 8.0. El punto de carga cero está definido como el valor del pH en el que la carga neta total de las partículas sobre la superficie del material adsorbente es neutra, en otras palabras, es donde el número de sitios positivos es igual al número de sitios negativos [5].

Según las pruebas de adsorción de fluoruros a diferentes pH de solución (5, 7 y 9) el carbonizado de hueso es el material que presenta la mayor capacidad de adsorción de 6.9 mg/g a un pH de 5 como se observa en la Figura 4. Todas las fibras sintetizadas presentaron capacidades de adsorción menores que las del hueso y su carbonizado debido al bajo contenido de hueso y de carbonizado en las fibras. También se observó, que para el caso de los materiales que contienen carbonizado la disminución del pH favorece a la capacidad de adsorción de fluoruros mientras que para los materiales con hueso el aumento del pH favorece su capacidad de adsorción lo cual se puede atribuir a los constituyentes de cada uno de los materiales.

a) b)

134

Figura 3. Punto de carga cero de los materiales. Figura 4. Capacidad de adsorción defluoruro de los materiales a diferente pH.

En la Figura 5 se muestra la micrografía del carbonizado de hueso y en la Figura 6 su espectro EDS. Se puede observar que el tamaño de partícula del carbonizado es heterogéneo. De acuerdo con el espectro EDS del carbonizado se detectó la presencia del flúor en el material lo que demuestra la adsorción de fluoruros en el carbonizado de hueso de peces pleco.

Figura 5. Micrografías del carbonizado de hueso de peces pleco con fluoruro.

Figura 6. Espectro EDS del carbonizado de hueso de peces pleco con fluoruro.

De acuerdo a las pruebas de adsorción de cadmio, el carbonizado presentó la mayor capacidad de adsorción de 134.3 mg/g a un pH de 5 como se muestra en la Figura 7. El aumento del pH de la solución favoreció la capacidad de adsorción de cadmio en todos materiales. Las fibras presentan una menor capacidad de adsorción de cadmio debido al bajo contenido en peso de carbonizado y de hueso.

Para el caso del plomo las fibras presentaron una capacidad de adsorción más alta que con respecto al cadmio. El carbonizado y los huesos, en los experimentos de adsorción de plomo provocaron su precipitación por lo que en la solución se detectaron bajas concentraciones de plomo lo que dio como resultado una alta capacidad de adsorción lo cual se puede observar en la Figura 8. La precipitación del plomo en los materiales como el hueso y el carbonizado de hueso ocurre por la presencia de hidroxiapatita que al estar en contacto con el plomo y fosfatos reaccionan y forman el compuesto [Pb5(PO4)3OH] [6].

135

Figura 7. Capacidad de adsorción de fluoruro de los materiales a diferente pH.

Figura 8. Capacidad de adsorción de plomo de los materiales a diferente pH.

A continuación, en la Figura 9 se muestra la micrografía de las fibras de PCL con carbonizado después de ser sometidas al proceso de adsorción de plomo y de cadmio y en la Figura 10 se muestra su espectro EDS. El análisis elemental confirma la presencia de cadmio en las fibras en las partículas del carbonizado de hueso. En la micrografía de las fibras con plomo se pueden observar las partículas de plomo precipitado debido a la reacción con los fosfatos y la hidroxiapatita mencionada anteriormente. De acuerdo con el análisis elemental las partículas precipitadas sobre la superficie de las fibras son del elemento plomo.

Figura 9. Micrografías de las fibras de PCL con carbonizado (a) y hueso de peces pleco (b).

Figura 10. Espectro EDS del carbonizado de hueso de peces pleco con fluoruro

136

CONCLUSIONES A partir de los huesos de peces pleco Hypostomus plecostomus y su carbonizado se generaron materiales adsorbentes. Se obtuvieron fibras de PCL con partículas de hueso y de carbonizado por medio de la técnica de electrohilado. Donde la mayor capacidad de adsorción de fluoruro fue de las fibras PCL-C a un pH de 5 siendo de 0.24 mg/g, de cadmio 6.8 mg/g y de plomo fue con las fibras PCL-H a un pH de 3 con 22.93 mg/g.

El carbonizado de hueso presenta la mayor capacidad de adsorción de fluoruros y de cadmio a un pH de solución de 5 siendo de 6.9 mg/g y 134.3 mg/g respectivamente. Las fibras PCL-C presentaron la mayor capacidad de adsorción de plomo con 22.9 mg/g a un pH de solución de 3.0

AGRADECIMIENTOS Al proyecto CONACYT-3947-2018 y al proyecto CB-286990-2018.

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ESTUDIO DEL EFECTO DE CONDICIONES AMBIENTALES CONTROLADAS PARA BENZOTIAZOLES EN MEDIO ACUOSO

EFFECT OF CONTROLLED ENVIRONMENTAL CONDITIONS ON THE ACTIVITY OF BENZOTHIAZOLES IN AQUEOUS MEDIA

Iris Alessandra Alanís Leal1, Rogelio Flores Ramírez2, Raúl Ocampo Pérez3, Israel Rodríguez Torres1*

1Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Instituto de Metalurgia, Av. Sierra Leona 550, San Luis Potosí SLP México, C.P. 78210.

2Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Coordinación para la Innovación y Aplicación de la Ciencia y la Tecnología, Av. Sierra Leona 550, San Luis Potosí SLP México, C.P. 78210.

3Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Facultad de Ciencias Químicas, Av. Dr. Manuel Nava No.6 - Zona Universitaria, San Luis Potosí SLP México, C.P. 78210.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: learsi@uaslp.mx

RESUMEN. El 2-mercaptobenzotiazol (2MBT) es un derivado del benzotiazol usado en la industria del caucho; este y otros derivados han sido detectados en cuerpos de agua, los cuales son considerados contaminantes emergentes. Existe poca información sobre el comportamiento del 2-MBT cuando se incorpora a cuerpos de agua, por lo que se requieren estudios para visualizar su impacto en el ambiente. En este trabajo se presenta un estudio de la cinética de transformación de una disolución acuosa de 2-MBT, a partir de fotólisis directa controlada. La degradación se realizó en un reactor de fotólisis variando el flujo y el pH inicial, a partir de una solución sintética de 2-MBT conteniendo iones cloruro y sulfato. La determinación de los derivados de benzotiazol fue hecha por Cromatografía de Líquidos de Alta Resolución, así como Espectrofotometría Ultravioleta-Visible, y la de los iones por métodos estándar. La cinética de degradación fue de orden cero detectándose la formación de BT y HOBT, no detectándose cambio en la concentración de ion sulfato, pero sí de ion cloruro. El estudio mostró que la incorporación del 2-MBT en cuerpos de agua genera la producción de compuestos persistentes.

Palabras clave: Benzotiazoles, fotólisis, cinética, HPLC.

ABSTRACT. 2-mercaptobenzothiazole (2MBT) is a derivative of benzothiazole used in the rubber industry; this compound and its derivatives have been detected in water, which are considered emerging pollutants. There exists few information on the behavior of 2-MBT when it incorporates into water bodies, so studies are necessary to visualize its impact on the environment. This work presents a kinetics study of the 2-MBT transformation in aqueous solution under controlled direct photolysis. The degradation was carried out in a photolysis reactor by varying the flow and the initial pH, for a 2-MBT synthetic solution containing chloride and sulfate ions. The determination of the compounds was made by High Resolution Liquid Chromatography, as well as Ultraviolet-Visible Spectrophotometry, and ion concentrations by standard methods. The degradation kinetics was of zero order detecting the formation of BT and HOBT, not changes in the concentration of sulfate ion but of chloride ion was observed. The study showed that the incorporation of 2-MBT in water bodies generates the production of persistent compounds.

Key words: Benzothiazoles, photolysis, kinetics, HPLC.

INTRODUCCIÓN Se conoce como “contaminantes emergentes” a las sustancias químicas que actualmente no están reguladas, pero que, debido a sus propiedades químicas, pueden causar un daño al medio ambiente y a la salud humana [1]. Dentro de estos contaminantes emergentes están los compuestos derivados de benzotiazol tales como el 2-(tiocianometiltio) benzotiazol (TCMTB), el 2-mercaptobenzotiazol (2-MBT), el benzotiazol (BT) y el 2-hidroxibenzotiazol (HOBT). Los benzotiazoles son usados como inhibidores de

138

corrosión, herbicidas, antifungicidas, como agentes resistentes al moho y hongos en la madera, y como aceleradores en el proceso de vulcanización del caucho [2, 3]. El TCMTB es el ingrediente activo de diversas formulaciones de biocidas, tales como Busan 1030, Busan 30WB, entre otras [4], pero es considerado por la Unión Europea como peligroso para la salud con clasificación H330 (fatal si se inhala) [5]. Por otra parte, el 2-MBT es una de las materias primas e impurezas finales en la producción del TCMTB; además, cuando el TCMTB se degrada, es uno de los subproductos principales junto con el BT y HOBT [4]. En los años ochenta la Agencia para la Protección al Ambiente de los Estados Unidos (EPA por sus siglas en inglés), estimó que más de 500 t de 2-MBT provenientes de productos de caucho fueron descargadas al ambiente. La presencia de 2-MBT, BT y HOBT en agua puede ser una consecuencia de la degradación natural del TCMTB [6], en ambientes acuáticos, o por actividad industrial [7]. Su problemática ambiental radica en la emisión de partículas durante el proceso de manufactura del caucho y el uso del caucho mismo, ya que se favorece la formación de lixiviados los cuales hacen posible que estos tres contaminantes se integren al agua de ríos y lagos, afectando su calidad [7]. De acuerdo con un estudio [8], el BT y HOBT son lixiviados principales del caucho, el asfalto y los anticongelantes usados. Análisis de miga de caucho (caucho reciclado) y sus lixiviados acuosos, anticongelante, escorrentía urbana, agua de carretera, sedimentos, polvo vial y partículas urbanas, han revelado la presencia de BT y HOBT, del orden de mg L-1, en miga de caucho y anticongelantes usados; mientras que en muestras de escorrentía urbana, agua de carretera, sedimentos, polvo vial y partículas urbanas, las concentraciones detectadas son del orden de ppb (μg L-1) y ppt (ng L-1). En cuanto a agua de suministro, se ha reportado [9] la presencia de 2-MBT, lo cual fue atribuido a los efluentes generados en una planta de producción de aditivos para caucho, cuyos análisis de agua exhibieron 11 contaminantes dentro de los que se encontraban el 2-MBT (1.1 mg L-1) y el BT (20 mg L-1). Por otra parte, otros análisis [10] de muestras de agua de río y efluentes de plantas de tratamiento, se ha observado la presencia de BT en concentraciones de 567 y 96 ng L-1 de BT en aguas pluviales y aguas tratadas, respectivamente. En lo que respecta a México, se encuentran autorizados 183 plaguicidas, clasificados por la EPA como altamente peligrosos, entre los que se encuentra el TCMTB, y que para la gran mayoría no existe regulación por parte de la Comisión Federal para la Protección contra Riesgos Sanitarios (COFEPRIS) [11]. Asimismo, los derivados 2-MBT y BT están registrados como sustancias químicas de uso comercial en México en el Sistema de Inventario Nacional de Sustancias Químicas, pero tampoco existe una regulación de su empleo en México. Con respecto al HOBT no se encontró registro como sustancia química usada. Dada la importancia del uso de estos compuestos, considerando además de que no existe una regulación en México para evitar la presencia de derivados de benzotiazol en cuerpos de agua, así como su presencia probable en efluentes industriales; es importante desarrollar estudios que permitan tener una visión del destino del 2-MBT en cuerpos de agua. A este respecto, existe un estudio sobre la cinética de degradación por fotólisis del 2-MBT [12], donde se reportó que la formación de BT y HOBT en soluciones oxigenadas; este estudio demostró la formación de esos productos. Por otro lado, la presencia de cloruros [13] en agua puede favorecer la producción de compuestos organoclorados intermediarios durante una oxidación de compuestos orgánicos, además de la formación de cloratos y percloratos, tóxicos para el ambiente.

139

En este trabajo se plantea un estudio para determinar la cinética de degradación del 2-MBT a partir de fotólisis directa controlada, con el fin de establecer la influencia del pH y el tiempo de residencia en la velocidad de transformación, así como los productos generados en la presencia de iones cloruro y sulfato.

METODOLOGÍA Con el fin de obtener una solución que simule la transformación del 2-MBT en agua natural se aplicó fotólisis directa a una solución (500 mL) de 50 mg L-1 de 2-MBT acetona-H2O-Cl--SO4

2- preparada a partir de una solución estándar de 2-MBT (5000 mg L-1, en acetona) cuya concentración de iones fue de 0.02 mol L-1 NaCl y 0.03 mol L-1 Na2SO4, siendo ajustada a pH 4.0 y 5.5 con solución amortiguadora de acetatos, y a pH 7.0 con solución amortiguadora de fosfatos. Para ello se utilizó un reactor de fotólisis (Figura 1), el cual constó de un recipiente cilíndrico de acero inoxidable con capacidad de 300 mL equipado con una lámpara de mercurio de media presión Polaris® UV-1C operada a 10 W.

Figura 1. Reactor utilizado para los experimentos de fotólisis del 2-MBT.

Para medir el cambio de concentración del 2-MBT durante la fotólisis, se utilizó un espectrofotómetro UV Perkin Elmer® Lambda 35. Se tomaron muestras de 1 mL en intervalos regulares a partir de 10 hasta 280 min. Además del efecto del pH inicial, se consideró la velocidad de flujo (7, 30 y 56 mL min-1); todas las fotólisis se realizaron por duplicado. También, se tomó una muestra final para ser analizada por cromatografía de gases, la cual se almacenó a 4 °C por un máximo de 3 d, de acuerdo a la NMX-AA-003- 1980 Aguas residuales-Muestreo. Para la determinación del espectro de absorbancia del 2-MBT y las posibles interferencias con sus compuestos de degradación se realizó un barrido de longitud de onda (190 a 500 nm) de estándares de 15 mg L-1 de 2-MBT, BT y HOBT. De pruebas preliminares, el 2-MBT presentó picos de absorbancia a 206, 232, 258 y 320 nm, y los espectros de absorbancia de BT y HOBT no muestran el pico de absorbancia a 320 nm, por lo que se eligió esta longitud de onda para realizar las mediciones espectrofotométricas del 2-MBT. Con el fin de determinar el intervalo lineal del método se analizaron un blanco y 8 estándares de calibración, realizando 3 réplicas por estándar, cuyas concentraciones fueron: 1, 2, 3, 5, 10, 20, 30 y 40 mg L-1. Los resultados mostraron que el intervalo lineal dónde pueden determinarse la concentración sin pérdida de linealidad fue de 1 a 20 mg L-1. Es importante establecer la relación entre la transformación del 2-MBT y sus productos de degradación, por lo que se analizó el 2-MBT, BT y HOBT por Cromatografía de Líquidos de Alta Resolución (HPLC), en un equipo Agilent® 1260 Infinity Quaternary LC equipado con un detector de arreglo de diodos (1260 Infinity Diode Array Detector G4212B. Para la validación del método se prepararon estándares de 2-MBT (97 % de pureza), HOBT (98.0 % de pureza), BT (96 % de pureza), de 1, 2, 5, 7, 10 y 50 mg L-1; en metanol (grado HPLC)

140

como solvente. Como fase móvil se usó H2O (0.05 % ácido acético) – acetonitrilo; la longitud de onda de detección para el 2-MBT fue 325 nm y para el HOBT y BT fue 254 nm. Dada la importancia del método se consideró la repetibilidad, así como la reproducibilidad del método, y se calcularon los valores de desviación estándar (DE), coeficiente de variación (% CV), ecuación de regresión y coeficiente de correlación lineal del método. La cuantificación de iones cloruro se realizó acorde a la Norma Mexicana NMX-AA-073-SCFI-2001 para la determinación de cloruros totales en aguas naturales, residuales y residuales tratada. La cuantificación de iones sulfato se realizó acorde a la Norma Mexicana NMX-AA-074-SCFI-2014 para la medición de ion sulfato en aguas naturales, residuales y residuales tratadas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Para evaluar las condiciones óptimas para la fotólisis de 2-MBT se realizaron 5 pruebas por duplicado en las que se varió el pH de la solución y la velocidad de flujo en el reactor. La Figura 2, Figura 3 y Figura 4 muestran los espectros de absorción a pH de 4.0 y temperatura de 25 °C, para velocidades de 7, 30 y 56 mL min-1, respectivamente; donde se observa que existe un decaimiento de la señal para los picos de 206, 232, 258 y 320 nm, lo que indica una disminución de la concentración de 2-MBT, debido probablemente a la formación del dímero (2,2’-ditiobis(benzotiazol)) del 2-MBT, insoluble en agua. Conforme avanza la reacción no se detectan nuevas señales, solo observándose una disminución en la intensidad de los picos.

Figura 2. Fotólisis a pH 4.0, 7 mL min-1.

Figura 3. Fotólisis a pH 4.0, 30 mL min-1.

Figura 4. Fotólisis a pH 4.0, 56 mL min-1.

141

Para observar el efecto del pH se realizaron tres experimentos donde se evaluó, además del valor de pH 4.0, el pH de 5.5 y 7, para una velocidad de 56 mL min-1. Los espectros correspondientes se muestran en la Figura 4, Figura 5 y Figura 6. De acuerdo a los espectros obtenidos, sigue existiendo una disminución en la absorbancia a lo largo del tiempo, no obstante, los espectros no muestran señales de pico nuevas en el espectro de absorción que puedan deberse a la formación de nuevas especies o enlaces insaturados, pero se observó la formación de un precipitado insoluble en agua. Asimismo, para pH 7.0 se observa que la intensidad de las señales detectadas se encuentra afectada y el espectro de absorción difiere al observado a pH 4.0 y 5.5. Esto puede deberse al uso de soluciones amortiguadoras las cuales proveen de iones fosfato o acetato al sistema, y estos iones pueden modificar el ambiente molecular de la especie a cuantificar, interfiriendo en la intensidad y señal de absorbancia.

Figura 5. Fotólisis a pH 5.5, 56 mL min-1.

Figura 6. Fotólisis a pH 7.0, 56 mL min-1.

La Tabla I muestra las condiciones experimentales usadas y los valores de pH final y porcentajes de fotólisis logrados. De acuerdo a los resultados de la tabla, se observa que al aumentar el flujo de la solución el porcentaje de 2-MBT fotolizado aumenta; esto puede deberse a que se logra poner en contacto mayor volumen de la solución a tratar con la lámpara UV, incrementando así la eficiencia del tratamiento. Por otra parte, de acuerdo con los resultados variando el pH de la solución inicial, se observa que a pesar de que las soluciones de trabajo se ven afectadas por las soluciones amortiguadoras, estas presentan altos porcentajes de fotólisis (93.0 - 98.2 %).

Tabla I. Parámetros y resultados obtenidos de los experimentos de fotólisis

Experimento pH Flujo (mL min-1) Tpromedio (°C) % fotólisis repetición 1

% fotólisis repetición 2

E1 3.96 7 24.5 69.07 73.69 E2 3.98 30 24.4 75.17 55.33 E3 3.99 56 25.2 93.72 98.18 E4 5.44 56 24.9 96.08 97.66 E5 6.82 56 24.8 94.18 93.00

142

Para establecer la cinética de degradación del 2-MBT se trazaron las curvas del cambio de concentración contra el tiempo, las cuales se presentan en las Figura 7a) y Figura 7b).

Figura 7. a) CMBT/CMBT0 vs t a distinta velocidad de flujo, b) CMBT/CMBT0 vs t a distinto pH

De acuerdo a la Figura 7 a) el experimento a flujo de 56 mL min-1 es el que presenta una mayor fotólisis. En la Figura 7 b) se presenta el gráfico de CMBT/CMBT0 con respecto al tiempo donde se puede observar que los experimentos y sus repeticiones presentan una disminución de la concentración con respecto al tiempo, siendo el experimento 5 (pH= 7.0, flujo= 56 mL min-1) el que presenta una mayor fotólisis en menor tiempo. Para establecer la dependencia de la velocidad de consumo del 2-MBT con la concentración, se evaluaron los modelos cinéticos de orden cero, primer y segundo, para el experimento 5. De acuerdo a los resultados, el mejor ajuste es para un orden cero (R2= 0.9958), con un tiempo de vida media (t1/2) de 76.92 min. y un valor de kreacción de 1.37x10-6 mol L-1 min-1. Esto significa que el proceso de fotólisis no depende de la concentración inicial de 2-MBT, pero de acuerdo a la Figura 7, sí sería función del tiempo de residencia (tiempo de contacto dentro del sistema). Con respecto al análisis de la solución de fotólisis para la determinación de benzotiazoles se obtuvieron los cromatogramas para los experimentos 3, 4 y 5 para una longitud de onda de 325 nm y 254 nm. En la Figura 8 se observa que la prueba a pH 7.0 no logra la fotólisis completa del 2-MBT y posiblemente requiera de algunos minutos más de tratamiento, mientras que en la Figura 9 se muestran los cromatogramas a 254 nm, los que demuestran la presencia de HOBT y BT en la solución resultante de fotólisis.

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36

-2

0

2

4

6

8

10

Altu

ra (m

UA

)

Tiempo (min)

E3R1 E3R2

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36

0

2

4

6

Altu

ra (m

UA

)

Tiempo (min)

E4R1 E4R2

143

Figura 8. Cromatogramas de las soluciones resultantes de fotólisis, señal obtenida a 325 nm. Dónde: (1) 2-MBT.

Figura 9. Cromatogramas de las soluciones resultantes de fotólisis, señal obtenida a 254 nm. Dónde: (2) HOBT, (3) BT, (D) Desconocido, (A) Acetona.

El pH comprendido para aguas naturales oscila entre 5-9, facilitando así el crecimiento de microorganismos y, por consecuencia, la degradación de materia orgánica [14]. Por esta razón se determinó que el pH de 7.0 y la velocidad de flujo de 56 mL min-1 eran los parámetros adecuados para la realización de la fotólisis controlada del 2-MBT.

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36

0

20

40

60

80

100

120

140

1

Altu

ra (m

UA

)Tiempo (min)

E5R11 E5R2

0 4 8 12 16 20 24 28 32 360

100

200

300

400

500

600

700

800

Altu

ra (m

UA

)

Tiempo (min)

E3R1

D

2

1 D

A E3R2

0 4 8 12 16 20 24 28 32 360

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Altu

ra (m

UA

)

Tiempo (min)

E4R1

22

11D

A

E4R2

0 4 8 12 16 20 24 28 32 360

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

11

22

Altu

ra (m

UA

)

Tiempo (min)

E5R1A

D

E5R2

144

Una vez establecidos los parámetros de velocidad de flujo y pH, se analizó el cambio en la concentración de iones cloruro y sulfato. Se utilizó una solución de 0.02 M de NaCl y 0.03 M de Na2SO4 lo cual corresponde a aproximadamente 709 mg L-1 y 2882 mg L-1 de iones cloruro y iones sulfato, respectivamente. En la Tabla II se presentan los resultados obtenidos para el análisis de la solución posterior a fotólisis donde se puede observar que la concentración de iones cloruro disminuye durante el experimento de fotólisis cuyo ajuste de pH se realizó con NaOH 0.02 M. Con respecto a los sulfatos, el cambio de concentración puede considerarse mínimo, por lo que la formación de compuestos indeseables a partir de este ion, durante la fotólisis no se presenta. Según Hou, et al. [15], la interacción de radicales SO4

•- y Cl- favorecen la formación de especies como Cl• y su posterior transformación a HOCl y OCl-, lo que explicaría la disminución en la concentración de iones cloruro en la solución.

Tabla II. Análisis de iones cloruro y sulfato en muestras posterior al experimento de fotólisis.

Muestra Cl- (mg L-1) SO42- (mg L-1)

Experimento 5 (pH=7.0, flujo=56 mL min-1, Tpromedio=25 °C, ajuste del pH con buffer de acetatos)

797.6 2901.3

Experimento 5 (pH=7.0, flujo=56 mL min-1, Tpromedio=25 °C, ajuste de pH con NaOH 0.02 M) 398.28 2663.5

CONCLUSIONES La fotólisis del compuesto del 2-mercaptobenzotiazol (2-MBT), produce el benzotiazol (BT) y el 2-hidroxibenzotiazol (HOBT), así como un precipitado desconocido que podría ser el 2,2′-ditiobis(benzotiazol) (MTBS), el cual ha sido reportado como insoluble en agua. Existe una disminución de la concentración de ion cloruro, aunque no se detectó la formación de subproductos desconocidos mediante espectroscopia y cromatografía de líquidos por lo que no existe el riesgo de formar compuestos organoclorados. La cinética de degradación mostró independencia del cambio de concentración del 2-MBT, pero una dependencia del tiempo de residencia.

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146

COMPARACIÓN DE LA ACTIVIDAD FOTOCATALÍTICA DE TiO2, Bi2O3 Y FeC2O4 EN LA DEGRADACIÓN DE ISONIAZIDA EN MEDIO ACUOSO

COMPARISSON OF THE PHOTOCATALYTIC ACTIVITY OF TiO2, Bi2O3 Y FeC2O4 ON THE DEGRADATION OF ISONIAZID IN AQUEOUS MEDIUM

Francisca Espiricueta Candelaria1, Rafael Roberto Segundo Coronado Castañeda1, María de Lourdes Maya Treviño1, Laura Hinojosa Reyes1, Minerva Villanueva Rodríguez1*, María

Aracely Hernández Ramírez1

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Ave. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L. México, C.P. 66455.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor:minerva.villanuevardr@uanl.edu.mx

RESUMEN. En años recientes, se ha incrementado el interés por estudiar los denominados contaminantes emergentes (CE), tales como los productos farmacéuticos, ya que se han detectado en cuerpos de agua, representando un peligro potencial para la vida acuática y la salud humana. Se ha demostrado que la eliminación de CE en plantas de tratamiento de agua residual (PTAR) es incompleta, por lo que se han propuesto tratamientos alternativos como la fotocatálisis heterogénea. En el presente trabajo se comparó la actividad fotocatalítica de TiO2 (Degussa P25), Bi2O3 (sintetizado S, comercial C, fase α y β) y FeC2O4 en la degradación de isoniazida (15 mg L-1), un antibiótico antituberculoso. La degradación se llevó a cabo a un pH de 7 bajo radiación UV-visible. Se encontró que la actividad de los catalizadores sigue la siguiente tendencia: TiO2≈C-β-Bi2O3>S-β-Bi2O3>FeC2O4>S-α-Bi2O3. Sin embargo, S-β-Bi2O3 presentó mayor estabilidad y mayor eficiencia en la mineralización que C-β-Bi2O3. Por otro lado, aunque FeC2O4 fue el catalizador menos estable, es posible utilizarlo como catalizador en el proceso foto-Fenton ya que permite la degradación completa del antibiótico incluso a pH neutro.

Palabras clave: Isoniazida, fotocatálisis heterogénea, antibiótico, antituberculoso, foto-Fenton.

ABSTRACT. In recent years, there has been an increased interest in the denominated emerging contaminants (EC), such as pharmaceutical products. These compounds have been detected in water bodies, representing a potential risk for aquatic life and human health. It has been shown that the elimination of EC in wastewater treatment plants is incomplete, so alternative treatments such as heterogeneous photocatalysis have been proposed. In the present work, the photocatalytic activity of TiO2 (Degussa P25), Bi2O3 (S synthesized, C commercial, phase α and β) and FeC2O4 were compared on the degradation of isoniazid (15 mg L-1), an antituberculous antibiotic. The degradation was carried out at pH 7 under UV-visible radiation. It was found that the photocatalytic activity of the catalysts follows the trend: TiO2≈C-β-Bi2O3>S-β-Bi2O3>FeC2O4>S-α-Bi2O3. However, S-β-Bi2O3 showed greater stability and achieved a higher degree of mineralization than C-β-Bi2O3. On the other hand, although FeC2O4 was the less stable photocatalyst, it is possible to use it as a catalyst in the photo-Fenton process, since it allows the complete degradation of the antibiotic even at neutral pH.

Keywords: Isoniazid, heterogeneous photocatalysis, antibiotic, antituberculous, photo-Fenton.

INTRODUCCIÓN Actualmente existe un creciente interés por los contaminantes emergentes (CE), estos compuestos se encuentran diseminados en el ambiente y han llegado a ser detectados en

147

abastecimientos de agua, aguas subterráneas, incluso en agua potable [1]. Se ha establecido que estos compuestos entran en el ambiente a través de las descargas de agua residual de tipo doméstico e industrial, de los efluentes hospitalarios, de las actividades agrícolas y ganaderas. Incluso, se señala que los CE también son liberados por las plantas de tratamiento de aguas residual (PTAR), ya que no están diseñadas para eliminarlos por completo provocando su presencia a nivel de µg L-1 en diferentes matrices de agua [2].

Entre los diversos CE, los productos farmacéuticos han recibido una gran atención debido a su bioactividad potencial. Entre los fármacos más relevantes y de preocupación de salud pblica, se encuentran los antibióticos, ya que existe poca información sobre los efectos crónicos potenciales a la salud y aunado a su presencia en el ambiente que es propicio para el desarrollo de resistencia en microorganismos [1,2,3]. En este trabajo se seleccionó la isoniazida como contaminante modelo, este compuesto es un agente antibacteriano utilizado en el tratamiento de la tuberculosis, uno de los principales problemas de salud pública en el mundo, particularmente en países en desarrollo como México [4,5].

Por otra parte, en las ltimas décadas han tenido gran auge los Procesos Avanzados de Oxidación (PAO) que involucran la generación y uso de especies oxidantes poderosas, principalmente el radical hidroxilo (OH) que posee alta efectividad para la oxidación de compuestos orgánicos [6]. Dentro de los PAO más utilizados se encuentra la fotocatálisis heterogénea, que consiste en la absorción de energía radiante por un semiconductor, comnmente el dióxido de titanio (TiO2). Sin embargo, su aplicación se ha visto limitada debido a que se activa principalmente bajo radiación UV, por lo que se han estudiado algunos catalizadores alternativos [7,8].

Para el caso de isoniazida, se cuenta con pocos reportes acerca de su degradación. Uno de ellos utilizó 500 mg L⁻¹ de TiO2 y ZnO como catalizadores a pH 6 y bajo radiación UV-A. Se eliminó aproximadamente el 90 % de isoniazida (10 mg L-1) en 60 min. y 20 % con ZnO, adicionalmente, se evaluó el proceso foto-Fenton homogéneo bajo radiación UV-A a pH 3 eliminando el 70 % de isoniazida en 60 min [8]. Otros autores reportaron 97 % de degradación de isoniazida (10 mg L-1 a pH 7) en mezcla con pirazinamida bajo radiación UV (365 nm) con TiO2 (1 g L-1) y cerca de 75 % con ZnO en 300 min [4].

Otro de los materiales que han demostrado elevada actividad fotocatalítica en la degradación de contaminantes orgánicos como los fármacos bajo radiación visible, son los compuestos basados en el bismuto como Bi2O3 [9], el cual ha sido evaluado en sus diferentes fases cristalinas, mostrando mayor actividad la fase β en comparación a la fase α [10]. Otro de los materiales que recientemente se han propuesto como catalizador es FeC2O4·2H2O, el cual se ha aplicado principalmente en la degradación del colorante rodamina B (10 mg L-1), usando 0.1 g L-1 del catalizador y logrando más del 90 % de degradación entre 1 y 2 h de reacción [11-12].

En este trabajo se propone el estudio comparativo de la actividad fotocatalítica de diferentes catalizadores bajo radiación UV-visible para degradar isoniazida en solución acuosa.

METODOLOGÍA

Síntesis y caracterización de materiales

Los catalizadores α-Bi2O3 y β-Bi2O3 se sintetizaron mediante el método Pechini, utilizando Bi(NO3)3•5H2O como precursor disuelto en HNO3 diluido y agregando ácido tartárico como agente quelante y etilenglicol como agente polimérico. La mezcla se agitó hasta formar un sol denso calentando a 80 °C durante 2 h y luego a 105 °C por 2 h hasta su polimerización. Posteriormente, se mantuvo en agitación durante 24 h, se dejó secar a 95 °C y el sólido blanco obtenido se pulverizó y se calcinó a 390 °C por 3 h para obtener β-Bi2O3 y a 450 °C para α-Bi2O3 con una

148

rampa de calentamiento de 2 °C min-1 en una mufla tubular GSL-1100X con flujo continuo de aire. La actividad de estos catalizadores se comparó con los materiales comerciales de Bi2O3 (Aldrich), TiO2 Degussa P25 y FeC2O4·2H2O (Aldrich).

Los materiales fueron caracterizados mediante difracción de rayos X para la identificación de la fase cristalina y estimación del tamaño de cristalito con la ecuación de Scherrer. Por espectrofotometría UV-VIS con reflectancia difusa se determinó el valor de la banda de energía prohibida utilizando la función de Kubelka-Munk.

Pruebas fotocatalíticas

Los experimentos de degradación se llevaron a cabo en batch con 250 mL de una solución de isoniazida (15 mg L-1) ajustando a pH 7 con NaOH o HCl diluido utilizando 1 g L-1 de catalizador. Para el caso de FeC2O4·2H2O se utilizaron 0.2 g L-1 y se realizó una prueba adicional añadiendo 2 mmol L-1 de H2O2. La suspensión se mantuvo en agitación constante en ausencia de luz para permitir la adsorción del fármaco en la superficie del catalizador. Posteriormente se activó la lámpara de luz UV-visible marca Phillips a 10 cm de altura respecto a la solución, emitiendo una radiación en 300 y 700 nm con una intensidad de 700 W m-2.

El seguimiento de la degradación se realizó por cromatografía de líquidos de alta resolución (HPLC) en fase reversa, usando un cromatógrafo Perkin Elmer serie 200, con detector UV (254 nm). Las muestras fueron previamente filtradas (0.45 µm). Como fase estacionaria se empleó una columna monolítica C-18 y la fase móvil que se utilizó fue una mezcla de acetonitrilo:heptanosulfonato de sodio 10 mmol L-1 (2:98) a pH 3 ajustado con ácido acético y a una velocidad de flujo de 1 mL min-1 y 30 µL de volumen de inyección. Para determinar el grado de mineralización, se determinó la disminución del carbono orgánico total (COT) en un analizador Shimadzu TOC-VCSH.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

De acuerdo con los patrones de difracción mostrados en la Figura 1, TiO2 Degussa P25 presenta la fase cristalina anatasa (JCPDS 21-1272) en mayor proporción, es ampliamente reportado que se encuentra en una mezcla anatasa:rutilo 80:20. Para el caso de Bi2O3, tanto el óxido comercial como el sintetizado a 390 °C presentan la fase beta (JCDPS 00-027-0050) y el material sintetizado a 450 °C muestra la fase alfa (JCPDS 01-076-1730). Otros autores también han reportado este cambio de fase β a α con el incremento de temperatura [10]. Para el caso de FeC2O4·2H2O se identificó la fase humboldtina (JCPDS No. 23–0293). A partir de estos resultados se estimó el tamaño de cristalito (Tabla I), siendo mayores los mostrados por los óxidos de bismuto.

A partir de los espectros obtenidos mediante espectrofotometría UV-vis con reflectancia difusa, se calculó el valor de Eg mediante la función Kubelka-Munk para cada material (Tabla I). De acuerdo con estos valores, es posible que todos los materiales a excepción de TiO2 puedan activarse bajo radiación visible, lo que representa una ventaja cuando se utilicen fuentes de radiación de menor energía. Se observaron valores similares en β-Bi2O3, tanto sintetizado como comercial (2.21 y 2.26 eV respectivamente).

149

Figura 1. Patrones de difracción de rayos X de los diferentes materiales estudiados.

Tabla I. Caracterización de los catalizadores y comparación de su actividad fotocatalítica en la degradación de isoniazida.

Catalizador Tamaño de cristalito

(nm) Eg

(eV)

Energía de activación

(nm)

% degradación

(120 min)

% mineralización

(120 min)

TiO2 P25 20 3.20 387.5 99.1 32.9

α-Bi2O3 304 2.70 459.2 10.1 8.5

S-β-Bi2O3 148 2.21 561.1 93.7 24.1

C-β-Bi2O3 121 2.26 548.7 98.7 18.2

FeC2O4 24 1.90 652.6 44.5 19.3

Los resultados de la degradación de isoniazida se observan en la Figura 2, donde se aprecia que el grado de degradación de isoniazida depende del catalizador utilizado, mientras que los procesos de fotólisis y adsorción en S-β-Bi2O3 no tienen efecto en la degradación del contaminante. La degradación muestra la siguiente tendencia: TiO2≈C-β-Bi2O3>S-β-Bi2O3>FeC2O4>S-α-Bi2O3. Estos resultados confirman que TiO2-P25 es uno de los mejores materiales en la degradación fotocatalítica de contaminantes; sin embargo, materiales alternativos como β-Bi2O3 pueden competir con este catalizador, en especial bajo radiación visible. Por otro lado, se confirma la mayor actividad de β-Bi2O3 sobre α-Bi2O3. Adicionalmente, FeC2O4·2H2O mostró baja estabilidad como fotocatalizador, ya que después de unos minutos de degradación se presentaba un cambio de color de amarillo a naranja, lo que puede atribuirse a la

150

fotólisis del oxalato y lixiviación de hierro; sin embargo, como se muestra en la Figura 3, FeC2O4·2H2O demostró ser una adecuada fuente de hierro a pH neutro en la reacción de Fenton para degradar completamente la isoniazida en tan solo 10 min. de reacción y baja cantidad de catalizador (0.2 g L-1), lo cual a la fecha ha sido poco estudiado [11,12].

Figura 2. Degradación de isoniazida (15 mg L-1, pH 7) comparando diferentes fotocatalizadores. () fotólisis, (♦) adsorción en S-β-Bi2O3, () S-α-Bi2O3, () FeC2O4·2H2O, () S-β-Bi2O3, () C-β-Bi2O3, (*) TiO2.

Figura 3. Degradación de isoniazida (15 mg L-1, pH 7) utilizando FeC2O4·2H2O, como fuente de hierro en la reacción foto-Fenton con 2 mmol L-1 de H2O2.

151

CONCLUSIONES

La actividad fotocatalítica de diversos catalizadores se comparó en la degradación y mineralización de isoniazida a pH neutro. Mediante fotocatálisis heterogénea, el mayor porcentaje de degradación se obtiene con TiO2 y β-Bi2O3, lo cual muestra que β-Bi2O3 presenta una actividad fotocatalítica similar al catalizador de referencia con la ventaja de poder activarse bajo radiación visible. El FeC2O4·2H2O presenta baja estabilidad en fotocatálisis heterogénea; sin embargo, es un material prometedor en la degradación vía foto-Fenton a pH neutro para la degradación de contaminantes emergentes.

REFERENCIAS [1] Tran N, Reinhard M, Gin K. Occurrence and fate of emerging contaminants in municipal wastewater treatment plants from different geographical regions-a review. Water Research. 2018; 133:182-207.

[2] Verlicchi P, Al Aukidy M, Galletti A, Petrovic M, Barceló D. Hospital effluent: Investigation of the concentrations and distribution of pharmaceuticals and environmental risk assessment. Science of The Total Environment. 2012; 430:109-118.

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[4] Guevara-Almaraz E, Hinojosa-Reyes L, Caballero-Quintero A, Ruiz-Ruiz E, Hernández-Ramírez A, Guzmán-Mar J. Potential of multisyringe chromatography for the on-line monitoring of the photocatalytic degradation of antituberculosis drugs in aqueous solution. Chemosphere. 2015; 121:68-75.

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[10] Wang J, Yang X, Zhao K, Xu P, Zong L, Yu R et al. Precursor-induced fabrication of β-Bi2O3 microspheres and their performance as visible-light-driven photocatalysts. Journal of Materials Chemistry A. 2013; 1(32):9069.

[11] Fan X, Zhang L, Li M, Wang M, Zhou X, Cheng R et al. α-Ferrous oxalate dihydrate: a simple coordination polymer featuring photocatalytic and photo-initiated Fenton oxidations. Science China Materials. 2016;59(7):574-580.

[12] Liu Z, Liu W, Wang Y, Guo M. Preparation of β-ferrous oxalate dihydrate layered nanosheets by mechanochemical method and its visible-light-driven photocatalytic performance. Materials Letters. 2016; 178:83-86.

152

153

EJE TEMÁTICO 9 MANUFACTURA

ESBELTA

APLICACIÓN DE HERRAMIENTAS DE MEJORA CONTINUA A UN PROCESO DE ENSAMBLE, CASO INDUSTRIA ALIMENTICIA DE MONTERREY, NUEVO LEÓN,

MÉXICO

APPLICATION OF CONTINUOUS IMPROVEMENT TOOLS TO THE ASSEMBLY PROCESS, FOOD COMPANY CASE IN MONTERREY, NUEVO LEON, MEXICO

Juan Manuel Hernández Ramos1*, Carolina Solís Peña1, Jhonathan Cuellar Celestino1,

Sergio Gerardo Elizondo Arroyave1, Valentín Lara Jiménez1, Marco Antonio Mendoza García1

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Ingeniería Industrial y Administración, Ave. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L.

México, C.P. 66455.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: jmanuelhdz10@live.com.mx

RESUMEN. Hoy en día las empresas deben buscar obtener los mejores resultados usando los

mismos recursos o buscando la reducción de ellos, es por esto que en este proyecto aplicamos herramientas de mejora continua para impactar en la productividad de una empresa. En este estudio se desarrolló el caso de una empresa del ramo alimenticio ubicada en el área metropolitana de Monterrey aplicando distintas herramientas de ingeniería industrial; primeramente realizamos una observación de la situación actual, recopilando datos que nos permitieron identificar áreas de oportunidad, se generan propuestas de solución, que en este caso son referidas a la aplicación de las herramientas de Manufactura Esbelta, reportamos los resultados mediante un software de simulación, obteniendo una mejora significativa en costo. Cualquier compañía requiere la implementación de mejores prácticas para lograr sus objetivos organizacionales, hoy en día todos los negocios deben buscar las mejores prácticas que les permitan obtener los mejores resultados. Los resultados arrojan que el uso de las herramientas de Manufactura Esbelta tiene un impacto positivo en el proceso de la línea de ensamble.

Palabras clave: Mejora continua, costo, manufactura esbelta.

ABSTRACT. Nowadays, companies must seek to obtain the best results using the same resources or

looking for the reduction of them, that is why in this project we apply continuous improvement tools to impact the productivity of a company. In this study, the case of a food company located in the metropolitan area of Monterrey was developed using different industrial engineering tools; first we made an observation of the current situation, collecting data that allowed us to identify areas of opportunity, solution proposals are generated, which in this case are referred to the application of the Lean Manufacturing tools, we report the results through a simulation software, obtaining a significant improvement in cost. Any company requires the implementation of best practices to achieve their organizational objectives, today all businesses must seek the best practices that allow them to obtain the best results. The results show that the use of Lean Manufacturing tools had a positive impact on the assembly line process.

Keywords: Continuous improvement, cost, lean manufacturing.

154

INTRODUCCIÓN

Con la crisis petrolera de 1973, que perjudicó en primera instancia a Canadá, Reino Unido y

Estados Unidos de América, varias cosas cambiaron en los ámbitos políticos y económicos;

entre los conceptos principales que aparecieron con esta crisis podemos mencionar:

1. Globalización: Los carros en su mayoría eran grandes y con un consumo de combustible

muy alto, al menos los que se vendían por los dominantes del mercado; con la crisis la

importación de carros japoneses tuvo un crecimiento que hoy en día vemos con suposicionamiento en todo el mercado mundial.

2. Innovación: Como bien dicen, una crisis obliga a sacar lo mejor de ti para mantenerte en

pie; lo anterior sucedió con todos los mercados, se vieron en la necesidad de despedirmucha gente en la primera fase de la crisis, sin embargo, debían innovar en sus

productos, servicios y procesos para lograr mantenerse vivos en el mercado.

Podemos decir con lo anterior que, al verse perjudicada, la industria automotriz ha dictado la

manera o las metodologías para lograr las mejoras en las distintas industrias; vemos sus innovaciones muy claras: materiales que convirtieron en más ligeros los vehículos, tracciones

trasera y delantera, inyección de combustible, entre muchas otras cosas. Asimismo, en lo

referente a los procesos empezaron con la mejora continua, que les permitió identificar que las mejoras podían surgir de muchos pequeños cambios en lugar de realizar cambios radicales

como se venía trabajando en la primera mitad del siglo XX. Hoy en día, esta forma de trabajo

sigue vigente, se sigue permeando en todas las organizaciones que pretendan mejorar sus productos, servicios o procesos [3].

Es necesario para entender el proceso de mejora continua comprender lo que mencionan

Steven Spear y H. Kent Bowen en su artículo “Decoding the DNA of the Toyota Production System” [1], existen 4 reglas que deben estar en la organización para poder mejorar cualquier producto, servicio o proceso, estas reglas son las siguientes:

1. Cualquier trabajo debe estar altamente especificado en lo referente a su contenido,

secuencia, tiempo y entregable.

2. Cada relación existente de cliente-proveedor debe ser directa, pudiendo ser respondida

por un simple sí o no, para requerir o surtir según sea el caso.

3. La ruta de cada producto, servicio o proceso debe ser simple y directo.

4. Cualquier mejora debe ser realizada respetando el método científico, bajo la supervisiónde un responsable, en el nivel más bajo posible de la organización.

Tomando de referencia la última regla mencionada por Spear y Bowen, podemos identificar que, al referirse al método científico, se hace mayor referencia a un derivado que es el Ciclo de Mejora Continua (Figura 1), que lleva los mismos principios, pero ajustado para la industria.

En las pequeñas industrias se ha visto reflejado el proceso de mejora continua con la

adaptación de la enseñanza de estas metodologías en las universidades, permitiendo que los estudiantes salgan preparados con este concepto y sean los que lleven la semilla de la mejora

continua para hacer más competente cualquier organización.

Siendo Nuevo León una de las entidades con mayor actividad industrial de México y

Latinoamérica [4], es prácticamente una obligación que este tipo de metodología sea implementada por cualquier industria; en este caso tomaremos un caso de una industria

alimenticia, donde veremos que siempre hay áreas de oportunidad y el ciclo nunca termina.

155

Figura 1. Ciclo de Mejora Continua.

METODOLOGÍA

Como parte de la Unidad de Aprendizaje de Diseño de instalaciones y sistemas de manejo de

materiales, los estudiantes de la carrera de Ingeniero Industrial y Administración deben identificar un negocio que tenga una necesidad y proponer una mejora significativa para esa

organización mediante el uso de los principios de manufactura esbelta como base de la mejora

continua.

En este caso un grupo de estudiantes tomaron un proceso de fabricación de un dulce de

tamarindo de una industria de la localidad de Monterrey, Nuevo León, México.

Etapa 1. Planificar Comenzamos con la recolección de información e identificación de las áreas de oportunidad. Para apoyarnos de una manera más descriptiva usaremos un diagrama para desarrollar el proceso (Figura 2), en este diagrama identificamos las actividades como:

1. Valor Agregado (VA): Cualquier actividad en un proceso que es esencial para entregar elservicio o producto al cliente.

2. Incidental: Actividades que el negocio requiere para ejecutar el trabajo de VA, pero no

añade ningún valor real desde el punto de vista del cliente.

3. No Valor Agregado (NVA): Actividades que no agregan valor desde la perspectiva del

cliente y no son requeridas por razones financieras, legales o de otro tipo.

Este tipo de identificación de las actividades nos permiten enfocarnos en reducir las actividades

incidentales y buscar la eliminación de las que no agregan valor, para que un proceso por sí mismo se vuelva más esbelto y por tanto más eficiente.

156

Figura 2. Diagrama del Proceso.

Además, se identificaron los recorridos del proceso (Figura 3 – Planta Baja), que por cuestiones de instalación se llevan a cabo en 2 plantas (Figura 4 – Planta Alta), encontrando en ellos una opción para reducir las actividades de transporte que se muestran en el diagrama.

Figura 3. Lay-Out Planta Baja Figura 4. Lay-Out Planta Alta

El área de montacargas funge como la conexión entre las 2 plantas del edificio para el proceso

de producción.

157

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Etapa 2. Hacer Una vez que están identificadas las actividades que no agregan valor, además de los recorridos de la materia en proceso, podemos elaborar una propuesta, quedando un nuevo diagrama (Figura 5), con un nuevo recorrido en la planta alta (Figura 6) que reducirá las actividades que no agregan valor, mejorando significativamente el proceso.

Figura 5. Diagrama del proceso – Propuesta.

Figura 6. Lay-Out Planta Alta.

158

Mediante una simulación de ProModel validamos los tiempos de la propuesta y con Google SkecthUp confirmamos los espacios y ejemplificamos con realidad virtual las mejoras, lo

anterior lo podemos comprobar en la “Figura 7. Estaciones de Trabajo”.

Al realizar las comprobaciones identificamos que podemos tener un beneficio económico significativo (Tabla I), ya que eliminamos una persona del proceso y con ello logramos mejorar el tiempo y margen de ganancia por producto terminado, lo que nos representaría una mejora de $45,521.84 de utilidad al año, sin incluir el ahorro del sueldo y prestaciones de la persona que ya no estará en la línea de producción.

Figura 7. Estaciones de trabajo.

Tabla I. Cambio en costos de mano de obra.

# Empleados 7 Empleados 6 Empleados

% de contribución al costo 12% 10.3%

Costo en $ 62.40 53.56

Tabla II. Impacto económico de la mejora.

El proyecto se presentó a las autoridades de la empresa y se realizaron los cambios de lay-out necesarios para poder tener este nuevo flujo de trabajo [2].

Producción anual Situación actual Propuesta Diferencia

Cajas Anuales (PT) 2184.00 2366.00 182.00

% de Utilidad 26% 27.7% 1.7%

Utilidad por Unidad Vendida $ 135.20 $ 144.04 $ 8.84

Utilidad Anual $ 295,276.80 $ 340,798.64 $ 45,521.84

159

Figura 8. Implementación de mejora.

Este tipo de proyectos permiten a los estudiantes presentar propuestas que eliminen los desperdicios de traslados innecesarios y actividades que no generan valor. Tomando como

base los principios de la mejora continua y replicando la metodología en cualquier organización,

siempre soportados por un asesor o facilitador que los orienta en la aplicación de la

metodología de mejora continua.

La importancia de proponer e implementar esta clase de mejoras se muestra en la disminución de tiempos del proceso, en este proyecto se redujeron hasta 6 min. del proceso general, lo que reditúa en la mejora del mismo, al hacerlo más rápido e incrementar la capacidad de producción y utilizar los recursos de manera más efectiva.

En este proyecto, por ejemplo, al redistribuir las actividades en el área de empaque, se

disminuye el número de trabajadores necesarios (1 operador menos), lo que impacta también

los costos de producción (se redujo hasta el 10 % de contribución al costo del producto), al

disminuir los salarios que se deben pagar, de esta forma, con menos recursos se busca

aumentar la producción, lo que en un futuro serviría para tener proyecciones más grandes y

esto signifique el desarrollo y crecimiento de cualquier empresa.

Este caso confirma los comentarios de Steven Spear y H. Kent Bowen, las compañías que

sigan de mejor manera la implementación de los principios de manufactura esbelta estarán más

cerca de llegar a tener el ADN Toyota.

CONCLUSIÓN

Estos proyectos permiten fortalecer los perfiles de egreso de los futuros Ingenieros Industriales

Administradores que irán a las organizaciones a mejorar productos, servicios y procesos; con la experiencia del uso de las herramientas de Manufactura Esbelta.

Además, permite que la academia siga vinculada con el sector productivo, cumpliendo con un

deber social que se tiene al ser una Universidad pública.

Por último, podemos enunciar que empresas catalogadas como PYME se ven beneficiadas al obtener propuestas de mejora con una estructura y un soporte validado, ya que los jóvenes

reciben asesoramiento por parte de un experto en los temas de Manufactura Esbelta,

garantizando la correcta aplicación de las herramientas para la mejora continua.

160

REFERENCIAS

Artículos en revistas científicas [1] Spear Steven, and H. Kent Bowen. "Decoding the DNA of the Toyota Production System." Harvard Business Review 77, no. 5 (September–October 1999): 96–106. (Winner of Shingo Prize for Excellence in Manufacturing Research presented by Jon M. Huntsman School of Business.)

Proyecto Terminal

[2] Salazar-Martínez ME, Maldonado-Recio SM, Navarro-Teniente BC, Rodríguez-Carrillo JG, Rodríguez-Martínez KN, Villanueva González AF, Zuñiga-Luna JE. Producto Integrador de Aprendizaje: Diseño de instalaciones y sistemas de manejo de materiales. Universidad Autónoma de Nuevo León, Proyecto Terminal 2018.

Página de Internet [3] Excelsior (Enero 2019), Excelsior Global. Recuperado de: https://www.excelsior.com.mx/global/crisis-de-1973-el-ano-que-el-mundo-se-quedo-sin-gasolina/1289310

[4] El Porvenir (Abril 2018), Se posiciona NL en Latinoamérica como líder de la industria. Recuperado de: http://elporvenir.mx/?content=noticia&id=88597

161

ANÁLISIS DE DECISIÓN Y LÍNEAS DE ESPERA APLICADAS A UNA EMPRESA DEL SECTOR TURÍSTICO DEL ESTADO DE NUEVO LEÓN

DECISION ANALYSIS AND WAITING LINES THEORY APPLIED TO A COMPANY FROM THE TOURIST SECTOR IN NUEVO LEÓN STATE

Patricia Gómez Fuentes1*, Iván Guillermo González Palomo

1, Elva Patricia Puente

Aguilar1 Oscar Huereca Delgado1

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Ingeniería Industrial y Administración, Ave. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L.

México, C.P. 66455.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: pattygmz@hotmail.com

RESUMEN. Según la Secretaría de Turismo en el año 2017, Nuevo León tuvo un aumento del 14 %

respecto al incremento de turistas. La creciente demanda especialmente el turismo de aventura, exige a las empresas a contar con equipo adecuado y guías capacitados. El presente estudio hace un análisis de toma de decisiones aplicando herramientas de Investigación de Operaciones a una empresa perteneciente al sector turístico de aventura, se emplearon las técnicas de Análisis de Decisión y Líneas de Espera, para justificar una inversión en la compra de equipo, se realizó el cálculo de pérdidas y ganancias considerando 3 alternativas de inversión, y 3 estados de la naturaleza de acuerdo a la demanda de los tours, se determinaron las probabilidades y se logró identificar la alternativa más conveniente, con esta decisión la empresa podrá duplicar la ganancia. Por otra parte, mediante la técnica de líneas de espera se analizó la posibilidad de adquirir un servidor adicional para la atención a clientes, se calcularon: la tasa de llegadas (λ) considerando una distribución poisson, la tasa de servicio (µ), las medidas de rendimiento (L, Lq, W, Wq, Po), así como los costos totales de operar y esperar. Comparando los dos escenarios en base al costo, se demostró que a la empresa no le conviene adquirir un servidor adicional. Como conclusión, la Investigación de Operaciones permite hacer un análisis de los escenarios cuantitativos de costos y las opciones cualitativas de servicio, permitiendo a las empresas en crecimiento, optimizar recursos disponibles y tomar decisiones acertadas.

Palabras clave: Turismo de aventura, análisis de decisión, líneas de espera, investigación de operaciones.

ABSTRACT. According to the Tourism Ministry in 2017, Nuevo León had an increase of 14 % with

respect to the increase of tourists. The growing demand especially in adventure tourism, requires companies to have adequate equipment and trained guides. The present study is focused on decision-making by applying Operations Research tools to a company engaged to the adventure tourism sector. Decision Analysis and Waiting Lines theory were used to justify an investment required for the purchase of equipment, the calculation of profits and loss accounts was made considering 3 investment alternatives and 3 states of nature according to the tourism demand. The probabilities were determined and the most convenient alternative was identified, with this decision the company will be able to double the profit. On the other hand, by means of waiting lines theory, the possibility of acquiring an additional server for customer service was analyzed, the following were calculated: the arrival rate (λ) considering a Poisson distribution, the service rate (µ), performance measures (L, Lq, W, Wq, Po), as well as the total operating cost and waiting cost. According to these calculated costs, it was demonstrated that the company does not need to acquire an additional server. In conclusion, Operations Research allows an analysis of quantitative cost scenarios and qualitative service options, allowing growing companies to optimize available resources and make sound decisions.

Keywords: Adventure tourism, decision analysis, waiting lines, operations research.

162

INTRODUCCIÓN

De acuerdo con las estadísticas de la Secretaría de Turismo [1], la capital de Nuevo León, Monterrey, se ubicó en el sexto lugar del país en incremento de turistas recibidos. En 2017, Nuevo León reportó un alza del 14 % en la llegada de turistas. De acuerdo a la tesis doctoral de Olague de la Cruz [2] “Gracias a su actividad comercial e industrial, Nuevo León ha gozado siempre de un flujo de visitantes nacionales y extranjeros desde hace varias décadas asegurándose una base para el desarrollo de turismo de negocios que, actualmente y gracias a políticas sectoriales impulsadas por el gobierno del estado, se consolida junto a otras tipologías turísticas como el turismo urbano y turismo de aventura” este último tipo de turismo es al que está enfocado nuestro trabajo. El turismo de aventura se define como los viajes que tienen como fin realizar actividades recreativas deportivas asociadas a desafíos impuestos por la naturaleza, donde se participa de la armonía con el medio ambiente, respetando el patrimonio natural, cultural e histórico [3]. El Estudio de Competitividad Turística del Destino Monterrey [4] elaborado por la Secretaría de Turismo y la Universidad Regiomontana hace un estudio turístico en detalle de la ciudad de Monterrey conocida como “La Ciudad de las Montañas”, que ostenta este distintivo en reconocimiento a sus hermosos parajes naturales ideales para la práctica del ecoturismo de aventura entre los que destacan: el Parque Ecológico Chipinque, el Cañón de la Huasteca, Matacanes, Hidrofobia, Chipitín entre muchos otros. Estas nuevas tendencias de la demanda turística enfocada al sector del turismo de aventura exigen contar con guías altamente capacitados. Los guías de turistas son las personas físicas que proporcionan al turista nacional o extranjero, orientación e información profesional sobre el patrimonio turístico, cultural y de

atractivos relacionados con el turismo, así como servicios de asistencia, a su vez el guía

especializado se define como la persona que tiene conocimientos y/o experiencia acreditable

sobre algún tema o actividad específicos [3]. En la Norma Oficial Mexicana NOM-09-TUR-2002 [3] se definen los procedimientos y requisitos de información, seguridad al turista y de

protección al medio ambiente, patrimonio natural y cultural que se requieren en el desarrollo de

la mencionada actividad y los elementos a los que deben sujetarse los guías especializados. Bajo este contexto se detectó que las empresas del sector turístico, se han visto en la

necesidad de atender la demanda creciente, con la inversión de equipos y contratación de

nuevo personal.

Este trabajo se enfoca en la toma de decisiones utilizando dos técnicas de la Investigación de Operaciones (IO) Taha [5] menciona que “Como herramienta de toma de decisiones, la

Investigación de Operaciones es tanto una ciencia como un arte”. “Es una ciencia por las

técnicas matemáticas que incorpora, y un arte porque el éxito de las fases que conducen a la solución del modelo matemático depende en gran medida de la creatividad y experiencia del

equipo de Investigación de operaciones”. En este estudio se analizó la situación en particular de

una empresa perteneciente al turismo de aventura, fundada en el año 2010, la cual ha tenido un crecimiento gradual desde entonces, y que actualmente enfrenta una demanda que rebasa la

capacidad de la empresa para ofrecer el servicio a mayor cantidad de clientes en los tours del

área metropolitana de Monterrey denominados: Vía Ferrata, Lunada y Aguiluchos, dada la

situación anterior la empresa requiere ampliar dicha capacidad mediante la inversión en equipo, pero cuenta con un presupuesto limitado y puede elegir solamente un tour para realizar la

inversión. Por otro lado, se estudia otra problemática referente al servicio y atención, ya que

normalmente los clientes solicitan información de los tours por medio de mensajes de WhatsApp, y aunque hay una persona a cargo en la empresa para responder a los clientes en

base a la hora de llegada de los mensajes, la rapidez de la respuesta no es la esperada, por lo

que algunos clientes optan por buscar a la competencia. Para dar solución a estas situaciones, en este trabajo se utilizaron las técnicas de la IO tales como: análisis de decisión y líneas de

espera, para con ello determinar el mejor curso de acción que optimice sus recursos e

incremente sus ganancias.

163

METODOLOGÍA

La Investigación de Operaciones (IO), utiliza el enfoque científico y hace uso de métodos

cuantitativos como herramienta en la toma de decisiones. En este estudio, como ya se

mencionó anteriormente se utilizaron dos técnicas pertenecientes a la IO, las cuales son: análisis de decisión y líneas de espera. De acuerdo con Render [6] existen 6 pasos para la

toma de decisiones: 1) Definir el problema 2) Hacer lista de alternativas 3) Identificar los

estados de la naturaleza o posibles resultados 4) Analizar los pagos de cada combinación de alternativas y resultados 5) Seleccionar modelo de teoría de decisiones y 6) Aplicar el modelo y

tomar la decisión. El presente trabajo muestra un estudio de toma de decisiones aplicado a una

empresa perteneciente al turismo de aventura, la cual ha tenido un crecimiento gradual y se ha visto en la necesidad de atender esta demanda creciente, se aplicó la técnica de análisis de

decisión, para identificar el tour en donde a la empresa le conviene hacer una inversión en

equipo. Por otra parte, se aplicó la técnica de líneas de espera, para decidir si a la empresa le

conviene contratar un segundo empleado para atender a los clientes que solicitan el servicio.

Respecto a la aplicación de la técnica de análisis de decisión, se estudió la siguiente situación,

en los meses de noviembre a febrero la empresa, ofrece a sus clientes 3 tours no acuáticos: Vía Ferrata, Aguiluchos y Lunada, en esta temporada la empresa cuenta con pocos guías por lo

que solo puede programar un tour de cada uno a la semana, además por falta de equipo solo

tiene la capacidad de dar servicio a 10 clientes por tour. Se realizó un análisis para decidir en cuál de los tours es conveniente hacer una inversión en equipo teniendo un monto disponible de

$35,000. Se calculó el aumento de las capacidades considerando la posible inversión en cada

uno de los tours, dicho cálculo se muestra en la Tabla I.

Tabla I. Aumento de capacidades considerando la inversión.

Tour Inversion Costo de equipo

por persona

Capacidad

agregada

Capacidad

anterior Nueva capacidad

Via Ferrata 35,000 3,500.00 10 10 20

Lunada 35,000 2,300.00 15 10 25

Aguiluchos 35,000 3,000.00 12 10 22

Se calcularon las utilidades las cuales se muestran en la Tabla II, tomando en cuenta la información anterior se construyó la matriz de pagos la cual se presenta en la Tabla III, en la

cual se consideraron las alternativas de decisión de la siguiente manera: A1 inversión en

equipos para tour Vía Ferrata; A2 inversión en equipos para tour Lunada; A3 inversión en equipos para tour Aguiluchos. Considerando los Estados de la Naturaleza como: E1 Demanda

favorable para Vía Ferrata; E2 Demanda favorable para Lunada; E3 Demanda favorable para

Aguiluchos. Las probabilidades a priori, se determinaron en base a los 357 clientes atendidos en la temporada 2017.

Tabla II. Utilidades.

Tours Precio Costo Utilidad

Via Ferrata 1,000 650 350

Lunada 1,290 800 490

Aguiluchos 850 500 350

164

Tabla III. Matriz de Pagos.

E1 E2 E3

A1 7,000 4,900 3,500

A2 3,500 12,250 3,500

A3 3,500 4,900 7,700

Probabilidad a priori 0.3221 0.3445 0.3333

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Usando la información establecida en la tabla de pagos, considerando que xij el miembro de la matriz de pagos con i renglones j columnas, se obtuvieron los resultados bajo los criterios de

Incertidumbre los cuales se muestran en la Tabla IV. Posteriormente en la Tabla V se muestran

los resultados para el criterio bajo riesgo.

Tabla IV. Resultados criterios de Incertidumbre.

Criterios Incertidumbre Decisión

Criterio optimista (Baumol) Inversión en equipos para Lunada para tener una

ganancia de12,250 Valor Monetario Estimado (VME)

Criterio pesimista (Wald) Inversión en equipos para cualquier opción, ya que

tienen el mismo VME 3,500.

Criterio realista (Hurwicz) Tomando un α= .6 de optimismo, la mejor decisión

es inversión en equipos para Lunada para tener

VME de 8,750

Criterio equiprobable (Laplace) Inversión en equipos para Lunada para tener una

ganancia de 6,416.6 VME

Criterio de arrepentimiento (Savage) Inversión en equipos para Lunada para tener un

costo de oportunidad mínimo de 4,200 VME

Tabla V. Resultado de criterio bajo riesgo.

Bajo riesgo (A priori) Decisión

Inversión en equipos para Lunada para tener una

ganancia de 6,514.025 VME

Con los resultados anteriores se establece una política de decisión en base a las probabilidades

a priori como sigue: La compañía deberá invertir $35,000 en equipo para el tour de Lunada, se

estima que con esta cantidad podrá adquirir 15 equipos adicionales, lo cual se verá reflejado en

un aumento en la utilidad de $7350 lo cual significa un incremento al menos el doble de la

utilidad actual. Con el equipo actual tiene una utilidad de $4,900 con los 25 equipos en total

sería de $12,250.

Como dato adicional se calculó el valor monetario de la información perfecta el cual correspondiente a tener la certeza en la decisión VME de 9,041.235; en base a este valor se

calculó lo que la empresa estaría dispuesta a pagar por un estudio $2,527.21, si la empresa

cuenta con el recurso se puede ampliar este estudio mediante un análisis a posteriori.

165

Por otra parte, también se empleó en este estudio, la técnica de líneas de espera para la toma de decisiones, según Render [6] los problemas de líneas de espera se centran en la cuestión de encontrar el nivel ideal servicios que una empresa debería proporcionar, la mayoría de los administradores reconocen la compensación que debe existir entre el costo de ofrecer un buen servicio y el costo del tiempo de espera del cliente. De igual manera como lo menciona Hillier [7] los modelos de líneas de espera son muy útiles para determinar cómo operar un sistema de colas de manera eficaz, los modelos permiten encontrar un balance adecuado entre el costo de servicio y la cantidad de espera. El objetivo principal al aplicar esta técnica es determinar si es conveniente para la empresa contratar equipo y personal adicional en el área de atención a clientes. Partiendo de la información de que la empresa, atiende a sus clientes por medio de mensajes de WhatsApp, actualmente cuenta con un empleado que contesta los mensajes de los clientes para brindarles la información que requieren. Se detectó que hay clientes que, al no contestarles oportunamente, buscan los tours con otra empresa de la competencia, es por esta razón que se realiza un análisis para determinar si es conveniente contratar a un segundo empleado y por consiguiente un celular adicional, en la recolección de datos se obtuvo lo siguiente: el horario de servicio es de 9:00 am a 8:00 pm, el encargado de contestar los mensajes tiene un sueldo de $2500 semanales, durante el día se reciben aproximadamente 30 mensajes de clientes diferentes y el empleado toma en promedio 8 min. en atender a cada cliente. El costo de operar (Co) se calculó en base al sueldo del del empleado, si su sueldo es de $2500.00 semanales, entonces se tiene un sueldo de $416.67 diarios y como su jornada laboral es de 11 h se sabe que establece que su sueldo por hora es de $37.88. Por otra parte, el costo de esperar (Cw) se obtuvo considerando la pérdida de clientes que al no atender los mensajes oportunamente, se van con otra compañía de la competencia. En el último mes se perdieron aproximadamente 9 clientes con un costo total de $17,200. Para obtener el costo por hora se divide entre 30 días lo que nos da un total de $573.33 diarios y como el servicio de ayuda por WhatsApp solo se atiende dentro de las 11 h de la jornada laboral obtenemos que se tiene un costo de $52.12 por hora. Para el calculo de la tasa de llegadas (λ) se comprueba que las entradas de mensajes de WhatsApp siguen una distribución Poisson. Se tomaron de manera aleatoria el muestreo de los mensajes de WhatsApp que se recibieron en 62 h diferentes, el estadístico de prueba será con la distribución ji-cuadrada, Ec. 1.

Ec. 1 !"2 =%('( − *()2*(

,

(=1

A partir del muestreo se obtuvo la media estimada de llegada λ=2.73, esto mediante el

concepto de la Ec. 2 donde x es la cantidad de mensajes recibidos en una hora.

! = 1$%&'(' Ec. 2

A partir de la distribución Poisson con parámetro 2.73, se obtuvieron las probabilidades hipotéticas asociadas con cada intervalo utilizando la fórmula de la Ec. 3, En la Tabla VI se muestra resumen los datos obtenidos

!(# = %&) =(−*%! *

% Ec. 3

166

En la Tabla VI se muestran los resultados del análisis de llegadas para determinar que

efectivamente es una distribución Poisson se tendrá que realizar para cumplir con la premisa de

la base de los modelos de líneas de espera.

Tabla VI. Resultados análisis de llegadas.

Legadas

(x) Frecuencia

(Oi) XiOi Probabilidad

Estimada

Frecuencia

Esperada (Ei) Estadístico

0 8 0 0.065493364 3.93 4.21623913

1 5 5 0.178522235 10.71 3.04531039

2 16 32 0.243308529 14.60 0.13454586

3 14 42 0.221070653 13.26 0.04081229

4 8 32 0.150648953 9.04 0.11941564

5 9 45 0.082127978 4.93 3.36543883

6 1 6 0.037310829 2.24 0.39617363

7 1 7 0.014528871 0.87

Prueba de Bondad de Ajuste para la distribución Poisson. La variable de interés es la forma de la distribución de la llegada de mensajes de WhatsApp, se hará un estudio con 95% de confianza para las hipótesis siguientes: Ho: La forma de la distribución es Poisson H1: La forma de la distribución no es Poisson. Se rechazará la hipótesis nula, considerando la Ec. 4.

!"2 > !0.05,62 = 12.592 Ec. 4

El estadístico de prueba tiene un valor de 11.318; por lo que podemos concluir que la distribución de la llegada de los mensajes es Poisson. Conceptos para el cálculo de tasa de llegadas es de λ=30 clientes/d. Considerando que la jornada laboral es de 11 h y haciendo la conversión tenemos como resultado λ=2.73 clientes/h la tasa de servicio es de µ=8 min/cliente. Haciendo la conversión para trabajar los datos en horas obtenemos µ=7.5 clientes/h. Respecto a la detección de área de oportunidad, la empresa cuenta con una excelente herramienta de atención a clientes ya que la mayoría de las personas les gusta comunicarse por WhatsApp, por lo que esto le ayuda para tener mejor comunicación con sus clientes, pero se observa que hay ocasiones que los clientes esperan mucho a ser atendidos y se van con otra compañía. Se realiza un análisis determinado las medidas de rendimiento teniendo solo un servidor, se verificó que el sistema sea estable con ayuda de la fórmula sµ>λ (1) (7.5)>2.73 por lo cual 7.5>2.73 Como esta aseveración es correcta, podemos afirmar que el sistema es estable.

En la Tabla VII podemos encontrar los resultados considerando un servidor, de las diferentes

medidas de rendimiento tales como: Factor de utilización (ρ), Probabilidad de que el sistema

esté desocupado (Po), Cantidad promedio de clientes haciendo fila (Lq), Número promedio de

clientes en el sistema (L), Tiempo promedio en la fila (Wq), Tiempo promedio en el sistema (W), Probabilidad de que un cliente tenga que esperar (Pw), Utilización del servidor (U), así como

también los costos totales (CT).

167

Tabla VII. Medidas de rendimiento considerando un servidor.

Fórmula Sustitución Resultado Interpretación

0.364 El 36.4 % del sistema está

siendo utilizado.

0.636 El 63.6 % del sistema

está desocupado.

0.2083 0 En promedio no tenemos clientes

haciendo fila.

0.5723 1 En promedio se tiene un cliente

en el sistema

0.0763 h 4.57

min. 5 min.

En promedio un cliente

tarda 5 min. esperando en la

fila.

0.2096 h

12.57 min. 13 min.

En promedio un cliente

tarda 13 min. en el sistema.

0.364

La probabilidad que un

cliente tenga que esperar es de

36.4 %

0.364 El 36.4 % del tiempo el

celular está ocupado.

CT=(37.88)(1)+ (52.12)(0.5723)

67.71

Con un servidor se obtuvo un

costo total de $67.71 por hora.

Posteriormente se realizó el análisis considerando dos servidores lo cual implica contratar un empleado adicional y la compra del equipo en este caso un celular. La tasa de servicio y de llegada son los mismos que con un servidor. Se comprueba que el sistema sea estable con ayuda de la fórmula: sµ> λ (2)(7.5)> 2.73 esto es 15> 2.73 Esto nos muestra que efectivamente el sistema es estable.

La Tabla VIII muestra los resultados considerando dos servidores, de las diferentes medidas de rendimiento tales como: Factor de utilización (ρ), Probabilidad de que el sistema esté desocupado (Po), Cantidad promedio de clientes haciendo fila (Lq), Número promedio de clientes en el sistema (L), Tiempo promedio en la fila (Wq), Tiempo promedio en el sistema (W), así como también los costos totales (CT).

168

Tabla VIII. Resultados de medidas de rendimiento con dos servidores.

Fórmula Resultado Interpretación

0.182 El 18.2 % del sistema está siendo utilizado.

0.7079 El 70.79 % del sistema

está desocupado.

0.0128 0 En promedio no tenemos clientes

haciendo fila.

0.3768

En promedio no tenemos clientes

haciendo fila.

0.0047 h

0.2813 min. 0

min.

En promedio un cliente no espera

en la fila.

0.1380 h 8.282

min. 8 min. En promedio un cliente tarda 8

minutos en el sistema.

95.40 Con dos servidores se obtuvo un

costo total de $95.40 por hora.

Analizando los resultados de las medidas de rendimiento de los dos escenarios, con un servidor y dos servidores, se puede observar que con dos servidores son bastante holgadas, inclusive se tiene una probabilidad de ocio de aproximadamente 70 % además el costo con dos servidores aumenta $27.69 por hora en comparación con un servidor, Con un solo servidor se puede atender a los clientes potenciales puesto que el sistema está en uso aproximadamente un 36 % por lo tanto, a la empresa no le conviene contratar un segundo empleado ni adquirir el equipo de celular, puesto que involucraría un aumento en el costo total, considerando que el tiempo de espera es muy corto entre cada cliente se tendrían momentos donde el segundo servidor estaría inactivo por lo cual costo total no es justificable.

CONCLUSIONES

Las pequeñas empresas en crecimiento, se enfrentan regularmente a la toma de decisiones de

inversión, los gerentes y/o dueños comúnmente toman sus decisiones en base a su propio

criterio o experiencia, más sin embargo esto no garantiza que la empresa obtenga el mejor

beneficio. La Investigación de Operaciones (IO) permite hacer un análisis de los escenarios cuantitativos de costos y las opciones cualitativas de servicio, permitiendo a las empresas en

crecimiento, optimizar recursos disponibles y tomar decisiones acertadas. En el presente

estudio se demostró que, mediante la aplicación de las técnicas de IO tales como análisis de decisión y líneas de espera, una empresa en del sector turístico, puede basar sus decisiones de

169

inversión utilizando modelos matemáticos, los cuales, al resolver de manera adecuada, la

empresa puede decidir correctamente, garantizando el uso eficiente de sus recursos.

Considerando este estudio la empresa tomará la decisión de invertir $35,000 en la compra de

equipo para el tour Lunada, para con ello incrementar su utilidad del al menos el doble de su utilidad actual. Por otra parte, se demostró que, a la empresa no le conviene contratar un

segundo servidor para la atención a sus clientes, debido a que comparando los costos totales

(costo de operar + costo de esperar) el contar con un segundo servidor se tiene un incremento en el costo total de $27.69 por hora. Por lo tanto, con este estudio podemos resaltar que la

Investigación de operaciones, es una excelente herramienta que proporciona modelos

matemáticos y técnicas, con las cuales se procesan datos y se generan resultados, brindando una solución óptima, lo cual garantiza que los gerentes de las empresas o sistemas

productivos, tomen decisiones acertadas, y no solo basen su decisión, en criterios sin

fundamento.

REFERENCIAS

[1] Datatur Análisis Integral del Turismo (Diciembre 2017), Portal del sistema Nacional de Información Estadística y Geográfica de Turismo – SNIEGT. Ciudad de México: Secretaría de Turismo. Recuperado de https://www.datatur.sectur.gob.mx/ITxEF/ITxEF_NL.aspx

[2] Olague de la Cruz, José Trinidad. La imagen del destino y la motivación de viaje como determinantes de la satisfacción y lealtad del turismo urbano de ocio en Monterrey, México. Universidad Autónoma de Nuevo León, Tesis Doctoral 2015, p. 52.

[3] Secretaría de Turismo (Octubre 2013), Norma Oficial Mexicana NOM-09-TUR-2002. Ciudad de México: Gobierno de México. Recuperado de https://www.gob.mx/sectur/documentos/norma-oficial-mexicana-nom-09-tur-2002

[4] Secretaría de Turismo (Febrero 2015), Estudio de Competitividad Turística el Destino Monterrey. Monterrey N.L.: Universidad Regiomontana. Recuperado de http://www.sectur.gob.mx/wp-content/

uploads/2015/02/PDF-Monterrey.pdf

[5] Taha Hamdy A. Investigación de Operaciones: Capítulo 1 Editorial: Pearson 2012 p. 9

[6] Render B., Stair R. M., Hanna M. E., Hale T.S. Métodos Cuantitativos para los Negocios: Capitulo 3 Editorial Pearson 2016 p. 66

[7] Hillier F. S., Lieberman G. J. Investigación de Operaciones : Capitulo 17 Editorial Mc Graw Hill 2015 p.664

170

APLICACIÓN DE LÓGICA DIFUSA EN EL ACONDICIONAMIENTO DE ESCORIA EN LA METALURGIA SECUNDARIA

APPLICATION OF FUZZY LOGIC IN SLAG CONDITIONING OF SECONDARY METALLURGY

Karla L. Guajardo Cosío1*, Rolando J. Praga Alejo2, Iván G. González Palomo1

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Ingeniería Industrial y Administración, Ave. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L.

México, C.P. 66455. 2Corporación Mexicana de Investigación en Materiales, Calle Ciencia y Tecnología No. 790, Fracc.

Saltillo 400, Saltillo, Coahuila México, C.P. 25290. *e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: klguajardo@hotmail.com

RESUMEN. En el presente documento se muestra la aplicación de un sistema de lógica difusa tipo 2 de

intervalo para predecir la composición química de la escoria y la cantidad de Cal y Aluminio necesaria para acondicionar dicha escoria. El objetivo del documento es mostrar las ventajas de los sistemas difusos en procesos que dependen de la experiencia de los operarios, es decir, con alto grado de incertidumbre. Los resultados obtenidos muestran que el sistema de lógica difusa tipo 2 de intervalo es potencialmente adecuado para aplicaciones industriales por su rapidez y precisión.

Palabras clave: Lógica difusa, metalurgia secundaria, escoria, horno olla, acero.

ABSTRACT. This paper shows an aplication of Interval type 2 fuzzy logic system to predict the slag

chemical composition and the amount of lime and aluminum necessary to slag conditioning. The aim of this paper is to show the advantages of fuzzy systems in the processes that depend on the experience of the operators, that is, processes with a high degree of uncertainty. The results show that the Interval type 2 fuzzy logic system is potentially suitable for industrial applications for its speed and accuracy.

Keywords: Fuzzy logic, secondary metallurgy, slag, ladle furnace, steel.

INTRODUCCIÓN

Hoy en día, los sistemas inteligentes son ampliamente usados a nivel industrial. Entre las

técnicas de sistemas inteligentes, se pueden mencionar la lógica difusa, las redes neuronales y los algoritmos evolutivos, entre otros. Específicamente, la lógica difusa intenta mecanizar la

capacidad humana de razonar y tomar decisiones en un ambiente de incertidumbre [1], con el

beneficio de permitir el uso de datos e información tanto numérica como lingüística. Por lo tanto,

la lógica difusa es especialmente útil en procesos industriales donde se requiere la habilidad y criterio de los operadores expertos en el proceso, cuando alguna variable no se puede medir o

los datos son imprecisos; es decir, en procesos con alto nivel de incertidumbre, como en

muchos de los procesos industriales.

El proceso de metalurgia secundaria es una de las cuatro fases para la elaboración de acero,

es posterior a la fusión de la materia prima en el horno de arco eléctrico y anterior a la colada

continua. La metalurgia secundaria se lleva a cabo en el horno olla y su función principal es el afino final de la composición química del acero. Durante el proceso de metalurgia secundaria

ocurre la desoxidación y desulfuración del líquido fundido aplicando una cubierta de escoria y

agitando la olla con un gas inerte, como el Argón. La escoria, denominada escoria blanca, se

forma al agregar Cal y Aluminio en cantidades adecuadas para alcanzar la composición química que permita la reducción de los óxidos presentes en el líquido y la eliminación de sulfuros no

deseados.

171

Cuando el análisis de la composición química de la escoria no está disponible durante el

proceso de metalurgia secundaria, es una práctica común determinar la cantidad de Cal y

Aluminio en base a la apariencia de una muestra de escoria. El proceso se repite hasta que la

muestra tiene la apariencia correcta, según la experiencia del operador, así que el tiempo y materia prima requerido en el proceso de acondicionamiento de escoria varía de olla a olla.

Debido a esto, se considera que el proceso de metalurgia secundaria tiene las características

de un proceso con alto nivel de incertidumbre que puede ser modelado mediante lógica difusa, ya que permite procesar datos numéricos y lingüísticos tales como las características

observadas en la muestra de escoria.

El objetivo de este documento es mostrar las ventajas al usar un sistema de lógica difusa tipo

2 de intervalo en procesos que dependen de la habilidad y experiencia de los operadores, es

decir, en procesos con alto nivel de incertidumbre. Al final, se muestran los resultados

obtenidos al predecir la composición química de la escoria y la cantidad de Receta

(combinación de Cal y Aluminio) necesaria para acondicionar la escoria del horno olla.

METODOLOGÍA

Un sistema difuso o de lógica difusa opera con conjuntos difusos, los cuales fueron definidos por Lotfi A. Zadeh en 1965 para tratar con la ausencia de criterios claramente definidos [2]. Un

conjunto clásico toma valor de 0 cuando no hay pertenencia y 1 cuando hay pertenencia; sin

embargo, los conjuntos difusos pueden tomar todos los valores entre 0 y 1 para una pertenencia parcial. Estos valores se conocen como grado de pertenencia µA. Entonces, un

dato de entrada x podría tener un grado de pertenencia 0.8 a un conjunto y 0.2 a otro.

La Ec. 1 representa un conjunto difuso tipo 1 denotado por A.

! = !, !! ! ∀ ! ! !,∀ !! ! ∈ [0,1] Ec. 1

Los conjuntos difusos son caracterizados por su función de membresía, la cual, es una curva que define como cada punto en el universo de discurso X de un conjunto difuso A es mapeado a un grado de pertenencia µA. Las funciones de membresía más comunes son: triangular, trapezoidal y Gaussiana, como se muestra en la Figura 1, donde los valores de entrada x se muestran normalizados.

Figura 1. Funciones de membresía a) triangular, b) trapezoidal y c) Gaussiana.

Posteriormente en 1975, Zadeh introdujo los conjuntos difusos tipo 2 como extensión de los conjuntos difusos (ahora conocidos como conjuntos difusos tipo 1) [3]. La diferencia básica es

que los conjuntos difusos tipo 2 permiten modelar los efectos de la incertidumbre en el grado de pertenencia. Por lo tanto, el grado de pertenencia es un conjunto difuso Jx llamado membresía primaria, formado por los pares (x,u), donde u es una variable secundaria cuyo dominio es U= [0,1]. A cada valor de la membresía primaria, le corresponde un grado de pertenencia secundario µÃ. En los conjuntos difusos tipo 2 de intervalo µÃ= 1.

172

La Ec. 2 representa un conjunto difuso tipo 2 denotado por Ã.

! = !,! , !!(!,!) ∀ ! ∈ !,∀ ! ∈ !! ⊆ [0,1] Ec. 2

Los conjuntos difusos tipo 2 son caracterizados por 2 funciones de membresía tipo 1 (superior e inferior) como se muestra en la Figura 2. La región sombreada es llamada huella de incertidumbre o FOU (por sus siglas en inglés Footprint of Uncertainty) [4].

Figura 2. Huella de incertidumbre a) triangular, b) trapezoidal, c) Gaussiana.

Los sistemas de lógica difusa están basados en operaciones con conjuntos difusos. La arquitectura de los sistemas de lógica difusa tipo 2 consta de cuatro fases: Fusificación, Motor de Inferencia basado en reglas difusas, Reducción de tipo y Defusificación [5], como se observa en la Figura 3.

Figura 3. Arquitectura de los sistemas de lógica difusa tipo 2.

Las reglas difusas se basan en la lógica proposicional, usan los conectores “y”, “o” y “no” y tienen una estructura de estilo SI-ENTONCES con dos componentes (SI antecedente, ENTONCES consecuente). Se dice que una regla está encendida cuando para un vector de entrada, los grados de pertenencia son todos diferentes de cero. La l-ésima regla difusa para p valores de entrada y c valores de salida, puede ser expresada como se muestra en la Ec. 3.

!!: SI !! es l1F~ y !! es l

2F~ y … y !! is lpF~ ,ENTONCES !! es lG1

~ … !! es lcG~ . Ec. 3

La fusificación es el proceso de transformación de un valor de entrada a su representación difusa, es decir, en este paso se definen los parámetros de las funciones de membresía y la cantidad de conjuntos difusos en cada variable, denominados “clases”, un ejemplo se muestra en la Figura 4. El siguiente paso es el motor de inferencia que se encarga de combinar las reglas para obtener un mapeo de los conjuntos difusos del antecedente en los conjuntos del consecuente. Se puede dividir en 3 operaciones, 1) operación lógica (t-norma, s-norma) en el antecedente de cada regla encendida, 2) implicación y 3) agregación.

La t-norma o norma triangular se usa cuando el conector entre variables de la regla difusa es

“y”, que equivale a la operación de intersección en conjuntos. Las t-normas más usadas son

173

mínimo y producto. La s-norma o t-conorma se usa cuando el conector de la regla difusa es “o”,

que equivale a la operación de unión en conjuntos. Las s-normas más usadas son máximo y

suma. Las Ecs. 4 y 5 muestran la t-norma mínimo para las funciones de membresía superior !

e inferior ! en la l-ésima regla para un conjunto difuso compuesto !. Las Ecs. 6 y 7 muestran las s-norma máximo.

!!! = !!!∩!!∩…∩!!! ! = min !!! !! ,… , !!! !! Ec. 4

!!! = !!!∩!!∩…∩!!! ! = min !!! !! ,… , !!! !! Ec. 5

!!! = !!!∪!!∪…∪!!! ! = max !!! !! ,… , !!! !! Ec. 6

!!! = !!!∪!!∪…∪!!! ! = max !!! !! ,… , !!! !! Ec. 7

La siguiente operación es la implicación, las más usadas son mínimo y producto. Esta operación se realiza entre el resultado de las normas triangulares en el antecedente y el grado de pertenencia en el consecuente de cada regla encendida. La Ec. 8 muestra la operación de implicación mínimo en la l-ésima regla, la cual se realiza para la función de membresía superior.

!!! x,! = min !! ! , !! ! Ec. 8

Por último, la operación de agregación reúne los resultados obtenidos en la implicación de todas las reglas encendidas. Las operaciones de agregación más usadas son el máximo y la suma. La Ec. 9 muestra la operación de agregación máximo.

! = !"# !!! x,! ,… , !!! x,! Ec. 9

La salida del motor de inferencia en un sistema de lógica difusa tipo 2, es un conjunto difuso tipo 2, así que el siguiente paso es convertir el conjunto difuso tipo 2 en un conjunto difuso tipo 1, a esto se le llama reducción de tipo. Las Ecs. 10 y 11 muestran la reducción de tipo mediante centroides.

!! =!!!!!

!!! + !!!!!!!!!!

!!!!!! + !!!

!!!!!Ec. 10

!! =!!!!!

!!! + !!!!!!!!!!

!!!!!! + !!!

!!!!!Ec. 11

Al final, solo es necesario defusificar, que se refiere a convertir el conjunto difuso tipo 1

en un valor puntual. La Ec. 12 muestra la operación de defusificación.

! ! ≈ ! ! = 12 [!! + !!]

Ec. 12

El proceso de acondicionamiento de escoria es un sistema de múltiples variables de entrada y múltiples variables de salida. Las variables de entrada consideradas fueron cuatro características de la apariencia de la escoria: color, espesor, textura y brillo. Cada variable de entrada se dividió en tres “clases” con denominaciones lingüísticas, usando conjuntos difusos tipo 2 con funciones de membresía Gaussiana, como se muestra en la Figura 4.

174

Figura 4. Clases para la variable de entrada: Espesor.

Para llevar a cabo la experimentación, se recolectaron 70 muestras de escoria. Cada muestra se dividió en dos partes, una parte se envió al laboratorio para analizar su composición química y la otra parte se conservó para ser analizada por tres operadores expertos en el proceso. En la Figura 5 se pueden observar algunas de las muestras recolectadas. Cada operador asignó una “clase” a cada variable de entrada y como variable de salida, cada operador determinó la cantidad de Receta (Cal y Aluminio) que se necesitaría para acondicionar la escoria.

Figura 5. Muestras de escoria del horno olla.

La base de reglas difusas fue generada a partir la información que se obtuvo de los expertos en el proceso y con los porcentajes reales de los principales componentes de la escoria: Al2O3, CaO, MnO y FeO. Posteriormente, mediante un sistema de lógica difusa tipo 2 de intervalo, programado en Matlab, se procesaron las reglas difusas y se creó una interfaz, como se muestra en la Figura 6, para introducir las variables de entrada y conocer la predicción del sistema difuso con facilidad.

Figura 6. Interfaz del operario.

175

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El modelo propuesto y la interfaz fueron probados en una acería con operadores expertos e intermedios usando muestras de escoria. Los resultados obtenidos se muestran en las gráficas de las Figuras 7 a la 11, donde las líneas rojas intermitentes, representan los valores estimados y las azules continuas, los valores reales. En las gráficas se observa que el sistema de lógica difusa tipo 2 de intervalo genera excelentes resultados al predecir la composición química de la escoria y la cantidad de Cal y Aluminio (Receta) que es necesario agregar al horno olla.

Las variables de entrada fueron introducidas por el operador tocando una pantalla y la

predicción de la composición química y la cantidad de Receta las recibió a través de la misma pantalla en tiempo real. Es posible que, al implementarse el modelo en el proceso, se obtenga

alguna muestra de escoria con características poco comunes y que no hayan sido consideradas

en la base de reglas difusas actual, así que el modelo está preparado para aprender y recibir

información nueva para mejorar la base de reglas difusas.

Figura 7. Resultados de la predicción del % Al2O3.

Figura 8. Resultados de la predicción del % CaO.

176

Figura 9. Resultados de la predicción del % MnO.

Figura 10. Resultados de la predicción del % FeO.

Figura 11. Resultados de la predicción de la Receta.

177

CONCLUSIONES

Los resultados muestran que el modelo predice satisfactoriamente la composición química de la

escoria y la cantidad recomendada de Receta. Lo cual, reduce el tiempo y la variabilidad del

proceso significativamente y permitirá en un futuro la automatización del proceso. Por otro lado, las características de la apariencia de la escoria son las variables de entrada y siguen siendo

determinadas a criterio del operador, lo que ofrece dos perspectivas: número uno, fue acertada

la decisión de usar conjuntos difusos tipo 2, ya que son los más adecuados para manejar la incertidumbre y número dos, al realizar la experimentación se observó que la interfaz del

modelo es una excelente herramienta de capacitación para unificar criterios entre los

operadores actuales y para preparar a los futuros operadores.

Por lo tanto, el caso de estudio permitió apreciar las principales ventajas de los sistemas de

lógica difusa; por ejemplo, mecanizar el razonamiento que realizan los expertos en el proceso

para tomar decisiones, el manejo de la incertidumbre y el uso de datos no cuantitativos e

imprecisos como “espesor grueso” o “poco brillo”.

REFERENCIAS

[1] Zadeh, LA. Is there a need for fuzzy logic?, Information Sciences 2008; 2751-2779.

[2] Zadeh, LA. The concept of a linguistic variable and its application to approximate reasoning, Information Sciences 1975; 199-249.

[3] Zadeh, LA. Fuzzy sets, Information and Control 1965; 338-353.

[4] Liang, Q y Mendel J. Interval Type 2 Fuzzy Logic Systems, IEEE Transactions on fuzzy systems, vol. 8, nº 5, 2000; 535-550.

[5] Karnik, NN, Mendel J y Liang Q. Type 2 Fuzzy Logic Systems, IEEE Transactions on fuzzy systems, vol. 7, nº 6,1998; 643-658.

178

ANÁLISIS DE PRÁCTICAS PROFESIONALES DE ESTUDIANTES DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

ANALYSIS OF PROFESSIONAL PRACTICES OF STUDENTS OF INDUSTRIAL ENGINEERING

Daniela del Carmen Bacre Guzmán1*, Nury Margarita Leal Rendón1, María de los Angeles

Martínez Mercado1

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Ingeniería Industrial y Administración, Ave. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L.

México, C.P. 66455.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: dbacre@gmail.com

RESUMEN. El presente trabajo de investigación pretende mostrar un análisis de las condiciones en las

que los estudiantes de Ingeniería Industrial que realizan sus prácticas profesionales en la industria, en

cuanto a equidad de género, apoyo económico y departamentos en los que son solicitados para

distinguir que tanta participación tienen en áreas de manufactura esbelta. La información recabada a

través del análisis de registros de datos factuales mediante el software SPSS, con lo cual se muestra

que contrario a lo que se presenta en encuestas a nivel nacional, los alumnos de ésta IES en Nuevo

León, reciben un trato equitativo con respecto al género, de igual manera fue posible observar que los

departamentos relacionados al campo de la manufactura esbelta son los que más solicitan practicantes

de Ingeniería Industrial.

Palabras clave: Manufactura esbelta, equidad de género, ingeniería industrial.

ABSTRACT. This research work aims to show an analysis of the conditions in which students of Industrial Engineering who were conducting their professional practices in the industry, in terms of gender equity, economic support and departments in which they are requested to distinguish how much participation do they have in areas of lean manufacturing, the information gathered through the analysis of factual data records through the SPSS software, which found that contrary to what is presented in national surveys, the students of this IES in Nuevo León, receive an equitable treatment with respect to their gender, also it was possible to observe that the departments related to the field of lean manufacturing are the ones that request most practitioners of Industrial Engineering.

Keywords: Lean manufacturing, gender equity, industrial engineering.

INTRODUCCIÓN

En 2018, el Instituto Nacional de Estadística y Geografía [1] publica que en México la relación existente entre la población de mujeres y hombres es de 105 de ellas por cada 100 de ellos, y en específico en Nuevo León es 101.2 mujeres por cada 100 hombres; pero a pesar de ésta mayoría el comportamiento de la matricula en el segmento de Ingeniería, Manufactura y Construcción se invierte, ya que sólo el 27.7 % son mujeres, debido a que la mayoría de las mujeres en México opta por áreas consideradas por la sociedad como más femeninas como lo son la Educación y la Salud. Barrera[2] indica que a pesar de que la matricula de mujeres en educación superior en el segmento de las ingenierías se ha incrementado y de que han surgido programas que buscan mayor y mejor participación en puestos directivos a favor de las mujeres, se ha encontrado una resistencia por parte de éstas, debido a la creencia general de

179

que se trata de áreas y puestos para varones, por tanto también es necesario generar herramientas que cambien esa idea en las propias mujeres para que reclamen esos puestos y derechos al igual que los hombres. Así mismo en el pago de salarios por las mismas responsabilidades una mujer en México percibe menos que los hombres, en el estado de Nuevo León la hora trabajada por una mujer es tasada en $33.5, mientras que para un hombre es de $37.4 Esto coincide con lo expresado por Guzmán Velázquez [3] en 2018, persiste la creencia de que las ingenierías son únicamente para hombres y que es un área muy difícil por lo cual no hay espacio para las mujeres, reflejando que del total de personas que ejercen una ingeniería en Latinoamérica solo el 14 % son mujeres. De acuerdo al estudio de Medina Mejía[4], hay empresas en las que dentro de la descripción de puestos para vacantes, se tiene como requisito la contratación exclusiva de hombres debido a las largas jornadas de trabajo que se tienen, y las salidas tarde, lo que es considerado como peligroso para las mujeres.

De igual manera se busca en este trabajo, conocer cuáles son los departamentos de las

empresas que más requieren ingenieros industriales, especialmente aquellas áreas consideradas dentro de la manufactura esbelta; que es un conjunto de herramientas como 5’s,

Kaizen, Just in time que buscan eliminar todas las operaciones y actividades que no generen

valor al producto o a los procesos, incrementando el valor de cada actividad llevada a cabo y retirando aquello que no es estrictamente necesario, de manera tal que se obtiene una mejora

en la productividad y calidad de las organizaciones.[5]

El objetivo del presente trabajo de investigación es presentar el escenario actual en el cual los estudiantes de Ingeniería Industrial y Administración de la UANL se encuentran al estar realizando prácticas profesionales en la industria para conocer si están recibiendo igualdad de ofertas y oportunidades de incorporarse a las empresas, becas de apoyo, los departamentos en los que se encuentran desempeñado sus actividades; así como identificar la demanda que tienen los practicantes para áreas referentes a manufactura esbelta.

METODOLOGÍA

Para el desarrollo del presente trabajo se realizó una investigación de tipo descriptiva cuantitativa, que tuvo como método el análisis de registros de datos factuales [6].

Los registros analizados son las “Constancias de Aceptación del Practicante”, formato que

contesta el empleador de ingenieros industriales en período comprendido entre febrero de 2016

y septiembre de 2018, en donde se le hace una serie de preguntas de las cuales se tomaron los siguientes elementos para la elaboración de la base de datos: beca otorgada,

departamentos en los que se encuentran, horario, tamaño de la empresa, genero.

La base de datos obtenida se analizó se con el software SPSS (Paquete Estadístico para las Ciencias Sociales) [7], el cual permite realizar una captura y análisis de grandes volúmenes de datos para crear tablas y gráficas, de ésta manera se compararon por genero todos los parámetros planteados.

Muestra. Se consideró una población de 782 practicantes que cursan carrera de

Ingeniero Industrial Administrador, de los cuales 398 eran hombres y 384 mujeres.

Contexto. El programa de Ingeniero Industrial y Administrador (IIA) de la IES en Nuevo León cuenta entre las competencias reconocidas por el órgano acreditador ABET la siguiente: “La comprensión de las responsabilidades profesión y ética” que a su vez tienen su equivalente en la competencia general; “Practicar los valores promovidos por la institución: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a la naturaleza,

180

integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para

contribuir a construir una sociedad sostenible”. Además el programa de IIA tiene como

competencia especifica “Administrar los sistemas de calidad aplicando objetivamente los

principios de calidad integral y la gestión del mantenimiento productivo total, para incrementar la productividad y la competitividad internacional de manera sostenible y sustentable” [8] por la

cual se muestra que dentro de la formación integral que se busca darle a los alumnos del

programa está el que se desarrollen en un ámbito de equidad y mejora continua en donde puedan poner en práctica sus propuestas y proyectos en la industria y para el beneficio de su

comunidad.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Como primer punto se tiene como resultado que de los practicantes el 50.89 % son hombres y

el 49.11 % son mujeres. La Figura 1 muestra el comportamiento de la beca económica

mensual otorgada por la empresa, siendo $5000 la cantidad que más estudiantes reciben (214

estudiantes) y en cuanto a genero el 50 % son hombres y el mismo porcentaje mujeres. La

beca más alta corresponde a una consultoría y es de $18000, le pertenece a un hombre. La

beca más alta que reciben las mujeres es de $9000 y es para una empresa de distribución de

equipo industrial eléctrico. La beca más baja es de $2000 y la recibieron 3 mujeres y 2 hombres.

Figura1. Desglose de las distintas becas que se otorgaron a los practicantes. Fuente:

Elaboración propia (Bacre D; Leal N & Martínez M. 2019).

También se presenta el detalle en la Tabla I del monto de las becas que más estudiantes reciben, del total de estudiantes practicantes, 102 reciben $6000, 214 practicantes reciben $5000, de éstos se dividen por partes iguales hombres y mujeres, 107 cada género. Referente a la beca de $5500 son 63 estudiantes los beneficiados, para el monto de $4500 se tienen 51 beneficiados y 43 practicantes reciben apoyos de $4000.

181

Tabla I. Detalle de beca de apoyo que otorgan las empresas a hombres y mujeres

estudiantes de Ingeniería Industrial y Administración que realizan prácticas profesionales.

Otro parámetro estudiado fue el departamento al que pertenecen, como se muestra en la Figura 2, el departamento que más practicantes tiene es el departamento de Calidad (12%) con 50 mujeres y 43 hombres, seguidos de Manufactura 6.13 %, Ingeniería 5.8 %, Mejora Continua (5.24 %) con 21 mujeres y Recursos Humanos (2.68 %) en donde se tienen 5 hombres y 16 mujeres, lo que muestra que en áreas “duras” de ingeniería se tiene mayor participación de hombres y en los departamentos de actividades de menor exigencia física predominan las mujeres.

Otro detalle a estudiar en este punto es que los departamentos en donde se trabaja con manufactura esbelta en mayor medida, como lo son calidad y mejora continua, son los que mayor demanda tienen de practicantes de IIA, representando un 17 % de la población estudiada; de los cuales el 52 % corresponde a las mujeres.

Figura 2. Departamentos en los que se encuentra la mayoría de los practicantes; se muestra el detalle de cuantos hombres y mujeres pertenecen a cada departamento. Fuente: Elaboración propia (Bacre D; Leal N & Martínez M. 2019).

El siguiente punto analizado es el tiempo que dedican diariamente a actividades de prácticas profesionales que se muestra en la Figura 3, de toda la población analizada el 36 % lo hace durante 6 h que fue el dato con mayor incidencia, de los cuales el 54 % son mujeres. Del

• 43 Hombres

50 MujeresCalidad:93

• 28 Hombres

19 MujeresManufactura:48

• 35 Hombres

11 MujeresIngeniería:46

• 20Hombres

21MujeresMejoraConDnua:41

• 5 Hombres

16 MujeresRecursosHumanos:

21

182

total de practicantes el 9 % son mujeres que permanecen 8 h, 8.9 % por 9 h, y el 0.38 % por 10

h; de éste último grupo ninguna pertenece a algún departamento relacionado directamente a

manufactura esbelta.

Figura 3 Horas que los practicantes dedican actividades de prácticas en las empresas. Fuente:

Elaboración propia (Bacre D; Leal N & Martínez M. 2019).

En la Figura 4 se presenta que al analizar la población se encontró que un 86 % del total de los practicantes están integrados a una empresa grande, donde el 51 % son mujeres y el 49 % son hombres, es en este tipo de empresa el único parámetro en donde predominan las mujeres. Del total de los practicantes el 7.5 % están en una empresa mediana, el 2.9 % en una pequeña empresa, y 2.9 % a una micro empresa.

Cabe puntualizar que de acuerdo al Instituto Nacional de Estadística y Geografía una empresa

del giro industrial se considera micro cuando tiene un número de empleados de entre 0 a 10, pequeña cuando se tienen entre 11 a 50 empleados, mediana si tiene entre 51 y 250

empleados, y si la empresa cuenta con más de 251 empleados es llamada empresa grande [9].

183

Figura 4. Distribución de los practicantes por tamaño de empresa en la que se encuentran.

Fuente: Elaboración propia (Bacre D; Leal N & Martínez M. 2019).

De acuerdo a lo presentado en el punto anterior se puede ver que las empresas en la Zona Metropolitana de Monterrey se otorga un trato equitativo a los alumnos de IIA que realizan prácticas profesionales en cuanto a la duración de la jornada y beca otorgada, ya que la diferencia entre los montos es dada directamente por la empresa que las proporciona; en el punto del departamento en que incorporan los alumnos se presenta un sesgo hacia actividades “femeninas” y “masculinas”, pero en general se entiende que este panorama de equidad es derivado de la descripción de lo que es una posición de practicante, esto es, posiciones transitorias donde se busca que el estudiante aplique en las empresas los conocimientos, habilidades y destrezas adquiridas a lo largo de su formación profesional, donde se tienen responsabilidades en un nivel bajo, el apoyo económico es en su mayoría establecidos por tabuladores de acuerdo a las horas en que se permanece en la empresa y los convenios son por lo general por 6 meses, por lo que se presenta como un análisis para un posterior estudio, si el mismo escenario se presenta con ingenieros ya egresados, en un puesto de nivel medio alto y alto, a tiempo completo, en una etapa de formación de familia, o ya con hijos, en cuanto al ofrecimiento de trabajos de planta y/o directivos, equidad de sueldos, etcétera. De todos los practicantes analizados sólo el 0.76 % indico pertenecer a un departamento específicamente llamado Lean Manufacturing, por lo cual a futuro se podría desarrollar una investigación referente a saber si las empresas que no cuentan con un departamento específico de manufactura esbelta la ponen en práctica en el resto de la compañía o sólo unas cuantas lo hacen.

CONCLUSIONES

En este trabajo de investigación se encontró que en las empresas grandes la presencia de

practicantes es ligeramente mayor en mujeres que hombres, de igual manera fue posible ver el escenario que se les presenta a los practicantes de Ingeniería Industrial y Administración en

diversos parámetros lo cual permitió ver que debido a la formación integral que se les

proporciona en la IES a la que pertenecen y a las características propias de un practicante el panorama se presenta de una manera equitativa con respecto al género. Además fue posible

observar que los departamentos relacionados al campo de la manufactura esbelta son los que

más solicitan practicantes de IIA, por tanto se esperaría un ambiente bastante favorable a los

Grande:H-49%M-51%

Mediana:H-61%M-39%

Pequeña:H-57%M-43%

Micro:H-61%M-39%

184

futuros profesionistas formados en esta IES, especialmente a quienes sigan una formación en

calidad, mejora continua, etcétera; sin importar su género, a pesar de lo que las estadísticas

indican a nivel nacional.

REFERENCIAS

[1] Instituto Nacional de Estadística y Geografía (México). (2018). Mujeres y hombres en México 2018 / Instituto Nacional de Estadística y Geografía. Recuperado de http://cedoc.inmujeres.gob.mx/documentos_download/MHM_2018.pdf

[2] Barrera, M. E. (2018, 11 julio). Industria 4.0 requiere de mujeres en la ingeniería: ANUIES. Recuperado 22 marzo, 2019, de http://www.anuies.mx/noticias_ies/industria-40-requiere-de-mujeres-en-la-ingeniera-mara-elena-barrera

[3] Guzmán Velázquez, B. P. (2018, 11 julio). Sólo 14 por ciento de profesionales de la ingeniería son mujeres - ANUIES. Recuperado 22 marzo, 2019, de http://www.anuies.mx/noticias_ies/slo-14-por-ciento-

de-profesionales-de-la-ingeniera-son-mujeres. [4] Medina Mejía, V. (2010). La Situación Laboral y la Equidad de Género en los Egresados de la Carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales de la Escuela Superior de Cómputo del Instituto Politécnico Nacional. RISCE Revista Internacional de Sistemas Computacionales y Electrónicos, 2(6), 65–71.

[5] Díaz, F. M.I. (2009). La manufactura esbelta. Recuperado de http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria/mecanica/mat/mat_mec/m4/manufactura%20esbelta.pdf

[6] Sampieri, H. (2014). Metodología de la Investigación. 6ta Edición MrGraw-Hill.

[7] QuestionPro. (s.f.). Qué es SPSS y cómo utilizarlo. Recuperado 9 abril, 2019, de https://www.questionpro.com/es/que-es-spss.html

[8] UANL. (s.f.). Ingeniero Industrial Administrador | Facultad de Ciencias Químicas. Recuperado 10 abril, 2019, de http://www.fcq.uanl.mx/oferta-educativa/licenciatura/ingeniero-industrial-administrador-2/

[9] Instituto Nacional de Estadística y Gografía. (2010). Micro, pequeña, mediana y gran empresa.

Recuperado 6 junio, 2019, de https://www.inegi.org.mx/contenidos/programas/ce/2009/doc/minimonografias/m_pymes.pdf

185

186

EJE TEMÁTICO 10 NEGOCIOS

SUSTENTABLES

DIFERENCIAS ENTRE MILLENNIALS Y CENTENNIALS CON RESPECTO ALDESEO, LOS MOTIVOS Y LAS DIFICULTADES PARA EMPRENDER, LA ACTITUD

EMPRENDEDORA Y LAS CARACTERISTICAS DEL EMPRENDEDOR DE LOS ESTUDIANTES EN NUEVO LEÓN

DIFFERENCES BETWEEN MILLENNIALS AND CENTENNIALS WITH RESPECT TO DESIRE, REASONS AND DIFFICULTIES FOR ENTREPRENEURSHIP,

ENTREPRENEURIAL ATTITUDE AND THE ENTREPRENEUR´S CHARACTERISTICS OF STUDENTS IN NUEVO LEON

María del Carmen Catache Mendoza1*, Elí Samuel González Trejo1, Zita Mirthala Huerta Cerda1, Ruth Isela Martínez Valdez 1, Gloria Pedroza Cantú1, María Alejandra García González1

1 Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Ave. Universidad S/N, Cd.

Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L. México, C.P. 66455.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: armen_fcq@hotmail.com

RESUMEN. El emprendimiento empresarial realizado por jóvenes se ha vuelto relevante puesto que contribuye a la generación de empleos y al desarrollo de la economía. Las generaciones centennials ymillennials serán las encargadas de emprender y gestionar las empresas del futuro. Por esta razón, esrelevante entender las diferencias y similitudes entre ambas generaciones. El objetivo del presente estudio es identificar y analizar las diferencias en las generaciones millennials y centennials con respecto al Deseo, los Motivos y las Dificultades para emprender, la Actitud emprendedora y las Características del emprendedor de los estudiantes en México. Para lograr lo anterior, en este estudio se aplicó una encuesta a 341 estudiantes de licenciatura de una universidad pública de Nuevo León. Los resultados encontraron que la generación centennials muestra un mayor deseo y urgencia de emprender encomparación con los millennials, y que estos últimos consideran que la falta de conocimiento en gestiónempresarial es una dificultad para arrancar su propio negocio. Sin embargo, ambas generaciones perciben lo mismo sobre las características que debe tener un buen emprendedor para tener éxito en su negocio.

Palabras clave: Emprendimiento, millennials, centennials, actitud emprendedora.

ABSTRACT. Entrepreneurship undertaken by young people has become relevant since it contributes to the generation of jobs and the development of the economy. Centennials and millennials generations will be responsible for undertaking and managing the companies of the future. For this reason, it is important to understand the differences and similarities between both generations. The objective of this study is to identify and analyze the differences between millennials and centennials regarding the Desire, the Motives and Difficulties to start a business, the entrepreneurial Attitude and the Characteristics of the entrepreneur of the students in Mexico. To achieve the above, in this study a survey was applied to 341 undergraduate students from a public university in Nuevo Leon. The results found that centennials generation shows a greater desire and urgency to undertake compared to millennials, and that the latter consider that the lack of knowledge in business management is a difficulty to start their own business. However, both generations perceive the same about the characteristics that a good entrepreneur must have in order to be successful in his business.

Keywords: Entrepreneurship, millennials, centennials, entrepreneurial attitude.

187

INTRODUCCIÓN

El emprendimiento es visto por la sociedad como una alternativa para el crecimiento profesional, cuando esa sociedad considera que los emprendedores tienen un alto estatus social y se presenta una contribución al desarrollo de la cultura emprendedora [1]. Ensociedades desarrolladas, generar una economía emprendedora se ha convertido en un motor del crecimiento económico, apoyado en un entorno con políticas macroeconómicas oportunas enfocadas en el buen funcionamiento de los mercados, protegiendo los derechos de propiedad, e incentivando a la continua innovación [2].En México particularmente, el emprendimiento empresarial realizado por jóvenes se ha vuelto relevante puesto que, al incursionar en la incubación de empresas, contribuye a la generación de empleos; y desde un enfoque gubernamental, a disminuir las cifras de desempleo e informalidad juvenil. Sin embargo, no son del todo conocidos los programas de apoyo de organizaciones públicas y privadas orientados a fomentar el emprendimiento, o los jóvenes consideran que son de difícil acceso o limitados [3].La entrada al mercado laboral de millennials y centennials se verá reflejada en la economía ylas empresas. Los centennials a través de la innovación en áreas que impactarán a la ciencia ola economía donde el conocimiento técnico será indispensable [4]; y por otro lado losmillennials emprendiendo en negocios en línea por medio del comercio electrónico, tendencia ala alza debido a la baja inversión requerida y a un mercado amplio y de fácil conexión lo que permitirá obtener ingresos de manera no tradicional [5].Los resultados muestran que los jóvenes de la generación centennials tienen un mayor deseo yurgencia de emprender en comparación con los jóvenes millennials, y que estos últimos ven lafalta de conocimiento en gestión empresarial como una dificultad de peso para arrancar su propio negocio. Ambas generaciones tienen la misma percepción sobre las características que debe tener un buen emprendedor para tener éxito en su negocio. El objetivo del presente estudio es identificar y analizar las diferencias en las generaciones millennials y centennials con respecto al Deseo, los Motivos y las Dificultades para emprender, la Actitud emprendedora y las Características del emprendedor de los estudiantes en Nuevo León.Contexto del emprendimiento De acuerdo con un estudio realizado en España sobre el impacto que tienen las nuevas empresas en el desarrollo y el crecimiento económico, los resultados demostraron que las pequeñas empresas son las que más contribuyen en las funciones de producción [6]. En elcaso de América Latina se está promoviendo la generación de nuevos emprendimientos, el impulso y la valorización del espíritu empresarial como objetivos de política para el desarrollo de pequeñas y medianas empresas en ocasiones con apoyo público [7].La mayoría de las empresas en México inician su emprendimiento sin suficientes conocimientos del marco legal, algunos no cuentan con formación académica profesional o no han recibido algún tipo de formación sobre cómo llevar a cabo la formulación y evaluación del negocio o el plan de financiamiento para el crecimiento de la empresa por lo que aprenden a través de ensayo y error. Incluso muchas de las microempresas no llevan la contabilidad de manera regular por lo que desconocen cómo mejorar su rendimiento operativo y competitividad [8].La situación en México respecto al emprendimiento empresarial llevado a cabo por jóvenes se ha vuelto relevante ya que contribuye a la generación de empleos, y desde un enfoque gubernamental, disminuye las cifras de desempleo e informalidad juvenil. Sin embargo, los programas de organizaciones -tanto públicas como privadas- que lo impulsan no son del todo conocidos, o los jóvenes consideran que son de difícil acceso o limitados [3].

188

Desarrollo de hipótesis de investigación Diferencias generacionales en relación al emprendimiento El diccionario de la Real Academia Española [9] define generación al cúmulo de personas quenacieron en fechas próximas y absorbieron una semejanza en cuanto a la educación y la cultura y, por lo tanto, adoptan una actitud hasta cierto punto igual en cuanto a la manera de pensar. La teoría de las generaciones de Strauss y Howe [10] denomina Millennials a los jóvenesnacidos entre 1980 y 2000 y los presenta como una generación saturada de actividades desde la infancia, en busca de la satisfacción inmediata, optimista y muy colaboradora. Han sido quienes mayor acceso a la educación han tenido en la historia, así como mayores posibilidades de consumo; muestran una mezcla entre responsabilidad social, sensibilidad, creatividad, capacidad de emprendimiento y deseo por demostrar resultados. La teoría de las generaciones [10] a los nacidos entre 2001 y 2020 los identifica comogeneración Z o centennials. Lo que caracteriza a estos jóvenes es el uso intensivo de lasherramientas digitales para cuestiones sociales, laborales y personales, creatividad y facilidad para adaptarse a entornos laborales emergentes, formas de aprendizaje diferentes al tradicional -más centrados en las experiencias- pero peor informada que los millennials a pesar de la saturación de fuentes de información con gran facilidad de acceso [4].Deseos de emprender

Tanto millennials como centennials desean conducir su actividad laboral hacia elemprendimiento y la innovación debido a que no piensan permanecer en un mismo trabajo toda la vida, los millennials no duran más de dos años en sus empleos. Una de las razones deldeseo de emprender de los millennials es buscar su felicidad además de poder tener horariosflexibles para dedicarse a sus hobbies, por ello no les gusta quedarse estancados [11]. Por suparte, los centennials poseen un espíritu emprendedor que desarrollan auto empleándose enactividades como dando clases de piano o vendiendo productos en diferentes plataformas. Estos jóvenes ya no buscan ocupar puestos de trabajo en locales de comida rápida, cinemas o cafeterías ya que ahora desean establecer su propia empresa [12].

En una y otra generación el espíritu emprendedor cobra cada vez más fuerza. Una gran proporción de la generación centennials desea ser su propio jefe y/o lanzar su propio startup.Mientras esto no suceda, ambas generaciones valoran el coaching por parte de sus empleadores para guiarles en el desarrollo de sus carreras profesionales. Para que decidan permanecer con los empleadores y no auto emplearse, necesitan encontrar en las empresas un feedback permanente y que éstas les brinden planes de aprendizaje interpersonal y constante desarrollo [13].

PricewaterhouseCoopers [14] realizó una encuesta a casi 4,500 millennials graduados de 44países, encontrando que solo el 18 % de los encuestados planeaban permanecer en su trabajo actual a largo plazo, y solo uno de cada cinco dijeron que les gustaría permanecer en el mismo campo y seguir con un empleador, esto porque muchos de esta generación deseaban establecer sus propios negocios y las tecnologías digitales representan una oportunidad para la creatividad y el emprendimiento. Los argumentos anteriores demuestran que la generación a la cual pertenecen las personas tiene un efecto importante en el Deseo de emprender, lo cual permite establecer la siguiente hipótesis de investigación: H1. En Nuevo León, existen diferencias significativas en el Deseo de emprender de las personas pertenecientes a la generación millennials en comparación con los centennials.

189

Motivaciones para emprender Según la revista P&M [15] los millennials se ven motivados por el goce, el manejo de variosidiomas, les gustan los desafíos y algo fundamental es el equilibrio entre la vida personal y la profesional, aunque son impacientes. Los centennials en comparación, son más pragmáticos,independientes, les interesa el cuidado del planeta, son nativos digitales, apenas se están insertando al mercado laboral y apuestan a la necesidad de la educación universitaria y post-universitaria para su inserción en él y para poder competir con sus antecesores. Los millennialstienen espíritu emprendedor, y con más características de liderazgo que los centennials. Dentrode lo que comparten definitivamente ambas generaciones, es que la tecnología y las redes sociales son omnipresentes, sin embargo, la forma en que cada generación las aborda difiere, pues mientras los millennials consumen lo último que les ofrece el mercado, los centennialsabordan la tecnología de un modo mucho más pragmático.

Tener autonomía dentro del entorno laboral ha motivado que los millennials opten por seremprendedores antes incluso de tener su primer trabajo, por lo tanto, se espera que el número de nuevas empresas creadas por esta generación se multiplique debido a lo interesante que resulta para ellos trabajar por cuenta propia en lugar de tener un empleo asalariado. Entre los motivos para emprender en los centennials se encuentra ganar mucho dinero, ser su propio jefey contribuir a mejorar el entorno. Ambas generaciones serán protagonistas de la llamada gig economy, trabajadores autónomos vinculados a proyectos más que a empleadores, sin embargo, esto lo llevarán a cabo en ambientes de incertidumbre y precariedad laboral [4].Basado en lo anterior, se puede observar que existen diferencias entre los millennials ycentennials con respecto a sus motivaciones para emprender, esto hace factible establecer losiguiente: H2. En Nuevo León, existen diferencias significativas en los Motivos para emprender de personas pertenecientes a la generación millennials en comparación con los centennials. Dificultades para emprender

El emprendimiento juvenil contribuye al desarrollo económico y a la creación de empleo, aunque en ocasiones la idea de auto emplearse surge porque no encuentran otro trabajo, el emprendimiento les aporta competencias que quizá la educación en el aula no proporciona. Observando el potencial del emprendimiento juvenil, la labor de instituciones y gobierno es estar conscientes de las barreras que afrontan los jóvenes para crear y desarrollar con éxito pequeñas empresas, y fomentar políticas y programas públicos que impulsen el potencial emprendedor de los jóvenes [16].Tomando en consideración que estas generaciones son digitales y gustan de realizar emprendimiento a través de la modalidad del comercio electrónico, ha sido posible crear empresas en línea que optimizan tiempo y costo. Sin embargo, este emprendimiento presenta barreras a las que se enfrentan los jóvenes tales como la falta de innovación que permita integrar el emprendimiento con la tecnología. Los millennials han emprendido en esta tendenciadebido a que la inversión de realizarlo no es alta y el mercado es muy amplio al conectarse en línea lo que permite tener una interacción más activa y obtener ingresos de manera no tradicional [5].

Estos argumentos indican que las dos generaciones presentan distintas dificultades para emprender, lo cual nos da pie a construir la siguiente hipótesis: H3. En Nuevo León, existen diferencias significativas en las Dificultades percibidas para emprender de personas pertenecientes a la generación millennials en comparación con los centennials.

190

Actitud emprendedora

Para estimular la cultura del emprendimiento, los gobiernos se apoyan en organismos internacionales de desarrollo, en el sector productivo y en las universidades. Estas últimas, para favorecer el espíritu emprendedor presentan una oferta de asesorías, tecnologías con simuladores computarizados y consultas con profesionales que orientan en la concreción de una idea de negocio [17]. Es oportuno analizar las actitudes que los universitarios tienen frenteal emprendimiento de una empresa como medio para introducirse en el mercado laboral. El Monitor Global de Emprendimiento (GEM) plantea que el emprendimiento se integra tanto por las actitudes, las actividades, así como las aspiraciones emprendedoras. Entre las actitudes se incluye la consideración hacia las oportunidades para comenzar un negocio, la asignación del estatus a los emprendedores, la tolerancia al riesgo y la percepción de sus propias habilidades y los conocimientos en la generación de un negocio [18].En el estudio de Rodríguez [19] se señala que la actitud más sobresaliente que debe estarpresente en un emprendedor es la responsabilidad, aunado de confianza en sí mismo, honestidad, respeto, afán de logro, motivación, constancia, tenacidad, entusiasmo, además de ser realista y optimista. Menor calificada pero también necesaria se encontraba la tolerancia al riesgo, y el temor al fracaso. Se consideraba más relevante saber tomar decisiones, la capacidad para negociar, la innovación y la creatividad que los conocimientos, el manejo de tecnologías de información, o la experiencia en trabajos anteriores. Los argumentos que se presentan en los párrafos anteriores señalan que los centennials ymillennials difieren de manera importante en su Actitud emprendedora, lo cual da lugar a lasiguiente hipótesis de investigación: H4. En el noreste de México, existen diferencias significativas en la Actitud emprendedora de personas pertenecientes a la generación millennials en comparación con los centennials.

Características del emprendedor

Estudios realizados [20] han encontrado que iniciar como emprendedor no depende de la edadni de la experiencia laboral, sino que está más relacionado con factores como la motivación, determinación o características individuales innatas de ser emprendedor, y que la porción de autoempleados en la fuerza laboral va en aumento conforme se va adquiriendo más edad. La incorporación de millennials y centennials al mercado laboral tendrá un fuerte impacto en lasociedad y las empresas. Los centennials generando ideas innovadoras que pueden estarrelacionadas a sectores diferentes de la ciencia o la economía; donde el conocimiento técnico será indispensable, desarrollado por profesionales que sean polímatas y puedan hibridar conocimientos de ámbitos diferentes [4].Los centennials para cuidar la privacidad de sus datos hacen uso moderado de las redescomunicándose más a través de mensajes instantáneos, por su parte los millennials prefierenlas redes sociales. En cuanto a creatividad se refiere los centennials se muestran másinnovadores buscando propiciar cambios significativos a través de esa innovación, mientras que los millennials son menos creativos. Los centennials consideran a la negociaciónfundamental, así como las prácticas sustentables. En cambio, los millennials no están tancomprometidos con el cuidado al medio ambiente [21].Los argumentos preliminares expresan que la generación a la cual pertenecen los jóvenes tiene un impacto significativo en su percepción sobre las Características del emprendedor, lo cual permite constituir la última hipótesis de investigación:

191

H5. En el noreste de México, existen diferencias significativas en las Características que debe tener el emprendedor consideradas por personas pertenecientes a la generación millennials en comparación con los centennials.

METODOLOGÍA La Figura 1 muestra el modelo de investigación que se desea comprobar. Como se puedeobservar, la variable independiente Generación tiene un impacto sobre las variables dependientes, en este caso, el Deseo de emprender, Motivos para emprender, Dificultades para emprender, Actitud emprendedora y las Características que debe tener el emprendedor.

Millennials

Generación

Centennials

Actitud

emprendedora

AE1

AE10 AE9 AE8 AE7

AE6

Dificultades para

emprender

D1

D7

D6

D4

D2

Motivaciones para

emprender

M1

M4

M3

M2

Deseo de

emprender

H4

H3

H2

H1

H5

DE2 DE1

D3

D5

AE2 AE3

AE4

AE5

CE2 CE1

192

Figura 1. Modelo de investigación.Fuente: elaboración propia basada en la relación entre la variable independiente (Género) y las variables dependientes (Deseo de emprender, Motivos para emprender, Dificultades para emprender, Actitud Emprendedora y Características del emprendedor)

En la Tabla I se muestra la operacionalización de las variables que involucra el modelode investigación propuesto. Tabla I. Operacionalización de las variables.VARIABLE DEFINICIÓN INSTRUMENTACIÓN OPERACIONALIZACIÓN

Generación Cúmulo de personas que nacieron en fechas próximas y absorbieron una semejanza en cuanto a la educación, la cultura y adoptan una actitud hasta cierto punto igual en cuanto a la manera de pensar.

Indicadores de Generación

1. Millennials.

2. Centennials.

Pregunta categórica de edad.

Deseo de

Emprender

Las necesidades humanas se transforman en deseos conforme a la cultura y a la manera en la que los individuos procesan estas necesidades, es entonces la sociedad quien va dando forma a los deseos al transformarlos en objetos que satisfarán esas necesidades.

Ha pensado seriamente en crear o fundar una empresa propia.

1. No, nunca.

2. Sí, tengo el firme.propósito de fundar una empresa.

Se utilizó una prueba no paramétrica U de Mann-Whitney debido al tipo de datos o variables que se incluyen en el estudio, una variable independiente de tipo dicotómica y una o más variables dependientes de tipo ordinal. Este análisis fue realizado utilizando la versión 21 del software estadístico SPSS.

Motivos

para Emprender

La motivación es un proceso concerniente con el logro de una meta que lleve a un individuo a mantener o mejora su vida.

¿Cuáles son o serían los motivos para crear una empresa propia?

1. Independenciaeconómica.

2. Ganar más dinero quetrabajando por un sueldo.

3. Invertir en un patrimoniopersonal.

4. Tradición familiar.

5. Otras.

Se utilizó una prueba no paramétrica U de Mann-Whitney debido al tipo de datos o variables que se incluyen en el estudio, una variable independiente de tipo dicotómica y una o más variables dependientes de tipo ordinal. Este análisis fue realizado utilizando la versión 21 del software estadístico SPSS.

Características del

emprendedor

CE10

CE9

CE8 CE7 CE6 CE5

CE4

CE3

193

Dificultades para

Emprender

Obstáculos para llevar a cabo una actividad emprendedora.

¿Cuáles son o serían las dificultades en la creación de una nueva empresa?

1. Riesgo demasiadoelevado.

2. Falta de capital inicial.

3. Cargas fiscales altas.

4. Falta de sueldo mínimoasegurado.

5. Temor al fracaso.

6.-Ingresos irregulares.

7. Falta de conocimientosen la gestión de la empresa.

8. Otros.

Se utilizó una prueba no paramétrica U de Mann-Whitney debido al tipo de datos o variables que se incluyen en el estudio, una variable independiente de tipo dicotómica y una o más variables dependientes de tipo ordinal. Este análisis fue realizado utilizando la versión 21 del software estadístico SPSS.

Actitud Emprende-dora

Capacidad de crear o iniciar un proyecto, una empresa o un nuevo sistema de vida teniendo como base la confianza en uno mismo.

Actitudes que debe tener un emprendedor.

1. Considero importantedisponer de autonomía en el trabajo.

2. Tengo facilidad paracomunicarme con otras personas.

3. Me considero unapersona creativa en la solución de los problemas.

4. Me enfrento adificultades de forma animada y optimista.

5. Me considero unapersona perseverante.

6. Me considero unapersona entusiasta a la hora de iniciar nuevos proyectos.

7. Tolero bien los fracasosy los utilizo para aprender.

8. Me gusta sentirmeindependiente.

9. Me estimula enfrentarmea nuevos retos.

10. Asumo laresponsabilidad de mis decisiones ya sean acertadas o erróneas.

Se utilizó una prueba no paramétrica U de Mann-Whitney debido al tipo de datos o variables que se incluyen en el estudio, una variable independiente de tipo dicotómica y una o más variables dependientes de tipo ordinal. Este análisis fue realizado utilizando la versión 21 del software estadístico SPSS.

Características

del Emprendedor

Cualidades que permiten identificar alguien como emprendedor distinguiéndolo de sus semejantes

Características que debe tener un emprendedor.

1. Son personas dinámicasque asumen riesgos.

2. Tienen gran capacidad

Se utilizó una prueba no paramétrica U de Mann-Whitney debido al tipo de datos o variables que se incluyen en el estudio, una variable independiente de tipo

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de organización.

3. Tienen grandes dotesfinancieras y de gestión.

4. Su mentalidad esinnovadora.

5. Son personas muypreparadas profesionalmente.

6. Tienen una gran visiónde futuro.

7. Invierten dinero.

8. Ganan mucho dinero.

9. Tienen habilidad para eldiálogo.

10. Son personas moralesy honradas.

dicotómica y una o más variables dependientes de tipo ordinal como las que se incluyeron en este estudio.

Fuente: elaboración propia.

En este estudio, se manejó el instrumento de medición propuesto por el Consejo Social Universidad de Córdoba (UCO) [22] para calcular el efecto que tiene la Generación en lasvariables relacionadas al emprendimiento de las personas en Nuevo León. Se aplicó la encuesta a 341 estudiantes de licenciatura de una universidad pública de Nuevo León cuyos rangos de edad fluctuaban de los 17 a los 23 años, siendo 165 millennials y 176 centennials.La encuesta utilizada estuvo conformada con reactivos de diversas características, entre estos hubo varios de respuesta dicotómica donde las opciones de respuesta fueron sí o no; otras solicitaban a los participantes escoger entre los principales motivadores o dificultades para emprender o los atributos que debe tener un emprendedor, en dichos reactivos se daba una lista de respuestas para seleccionar todas las que aplicaran según el caso. El instrumento final estuvo constituido de 9 preguntas en su totalidad. Un reactivo cuestionando sobre la edad del participante (para poder clasificarlo en millennials o centennials) y las 8preguntas adicionales enfocadas a medir las variables dependientes vinculadas al emprendimiento. El instrumento utilizado fue validado en una investigación anterior del UCO, [22] por lo cual se procedió a utilizarla haciendo una adaptación para esta investigación.RESULTADOS Y DISCUSIÓN Para demostrar las hipótesis de investigación, se utilizó la prueba U de Mann-Whitney [23]debido al tipo de variables que contiene la investigación, una variable independiente de tipo dicotómica y una o más variables dependientes de tipo ordinal tal como las utilizadas en este estudio. Esta prueba de Mann-Whitney permite establecer si existen diferencias significativas relacionadas al Deseo de emprender, los Motivos para emprender, las Dificultades para emprender, la Actitud emprendedora y las Características del emprendedor con base en la edad o la generación. El análisis de los datos fue llevado a cabo utilizando la versión 21 del softwareestadístico SPSS. El estadístico de Mann-Whitney permite encontrar diferencias entre dos grupos independientes sin presumir una distribución establecida. En la Tabla II se muestran los resultados del rango medio de millennials y centennials, asícomo el valor p que reveló el análisis de la prueba Mann-Whitney para las diferencias en elDeseo de emprender, los Motivos para emprender, las Dificultades para emprender, la Actitud emprendedora y las Características o percepción del emprendedor con respecto a la edad o

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generación. En prácticamente todos los ítems, los valores de rango medio mostraron diferencias entre millennials y centennials, en las preguntas que integran las variables relacionadas al emprendimiento. En la Tabla II se incluyen los valores del rango medio para los ítems que forman las variablesenfocadas al emprendimiento, los cuales muestran resultados no concluyentes, ya que algunos de estos resultados muestran valores mayores a favor de los centennials y otros ítems tienen unvalor más elevado para los millennials. Sobre la variable Deseo de emprender, en el ítem DE1,se le pregunta al entrevistado si piensa fundar su propia empresa, el resultado indica que una mayor proporción de centennials tienen pensado fundar su empresa en comparación con losmillennials, además esta diferencia es significativa de acuerdo con el estadístico Mann-Whitney.Lo mismo ocurre en la pregunta DE2 donde se le pregunta en cuánto tiempo piensa fundar su propia empresa, en este ítem los centennials indican en mayor proporción que lo piensan haceren menos de 5 años en comparación con los millennials, esta diferencia también es significativa.Ya que los dos indicadores (DE1, Rm= 161.47 - 179.4, p<0.05) y (DE2, Rm= 159.33 - 181.94, p<0.01) de la variable Deseo de emprender muestran diferencias significativas, se acepta la hipótesis de investigación H1 y se concluye que una mayor proporción de centennials piensan fundar su empresa y en más corto tiempo en comparación con los millennials. Tabla II. Resultados de rangos medios y valor p del estadístico de la Prueba U de Mann-Whitney para las diferencias en el Deseo, Motivos, Dificultad, Actitud Emprendedora y Características o percepción del emprendedor entre millennials y centennials.

Característica Rango medio

Valor p Característica Rango medio

Valor p Millennials Centennials Millennials Centennials Deseo de emprender Actitud emprendedora

DE1 161.47 179.94 0.016 * AE4 170.83 171.16 0.966 DE2 159.33 181.94 0.008 ** AE5 163.67 177.88 0.014 *

Motivaciones para emprender AE6 166.2 175.5 0.118

M1 178.37 164.09 0.119 AE7 171.13 170.88 0.974 M2 173.47 168.69 0.602 AE8 168.57 173.28 0.3 M3 170.1 171.84 0.849 AE9 164.6 177 0.044 * M4 172.8 169.31 0.358 AE10 166.1 175.59 0.012 *

Dificultades para emprender Características del emprendedor

D1 166.2 175.5 0.288 CE1 168.23 173.59 0.101 D2 163.93 177.63 0.117 CE2 170.17 171.78 0.704 D3 169.63 172.28 0.663 CE3 175.13 167.13 0.262 D4 170.17 171.78 0.793 CE4 171.17 170.84 0.942 D5 177.43 164.97 0.178 CE5 179.37 163.16 0.077 D6 172 170.06 0.813 CE6 168.1 173.72 0.186 D7 182.1 160.59 0.012 * CE7 172.2 169.88 0.727

Actitud emprendedora CE8 173.93 168.25 0.529

AE1 163.23 178.28 0.005 ** CE9 169.13 172.75 0.394 AE2 163.33 178.19 0.031 * CE10 170.33 171.63 0.863 AE3 172.07 170 0.769

Nota: Fuente elaboración propia con base en resultados del reporte de SPSS versión 21.

(*) significativo a un valor p<.05

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En relación con las preguntas enfocadas a la variable Motivos para emprender, los dos grupos muestran diferencias poco importantes. Los millennials y centennials no muestran diferenciassignificativas respecto a que la independencia económica, la tradición familiar, ganar más dinero emprendiendo que trabajando para otra empresa, emprender para poder invertir y formar un patrimonio personal sean motivadores que los lleven a emprender. En resumen (M1, M2, M3, M4, p>0.05), las cuatro preguntas de la variable Motivos para emprender no muestran diferencias significativas, por lo tanto, se rechaza la hipótesis de investigación H2. Con respecto a las preguntas vinculadas a la variable Dificultad para emprender, ninguno de los dos grupos presenta diferencias significativas en cuanto al riesgo elevado que supone el emprender, el no tener un sueldo asegurado, el temor a fracasar, tener ingresos irregulares, no tener capital suficiente, ni las altas cargas fiscales que pueden tener al iniciar su propia empresa. Sin embargo, a los millennials les preocupa más el que no tengan suficienteconocimiento sobre cómo gestionar una empresa en comparación con los centennials, (D7, Rm = 182.10 - 160.59, p<0.05), esta diferencia si es significativa y por lo tanto y debido a estos resultados mixtos, se acepta parcialmente la hipótesis H3. En conexión a los reactivos que miden la Actitud a emprender se indica en los resultados que solo en cuatro de estas preguntas hay diferencias significativas, y en estos cinco ítems dichas diferencias son a favor de los centennialls. De este modo, una mayor proporción de centennialsindican que poseen gran facilidad de comunicación con otras personas, (AE2,Rm= 163.33 -178.19, p<0.05), se consideran más autónomos en el trabajo (AE1,Rm=163.26-178.28, p<0.01), son personas muy preparadas profesionalmente (AE5, Rm= 163.67-177.88, p<0.05), les estimula más enfrentarse a nuevos retos (AE9, Rm= 164.60-177.00, p<0.05) y tienden a asumir más la responsabilidad de sus decisiones (AE10, Rm= 166.10 - 175.59, p<0.05) en comparación con los millennials. Debido a que en 5 de los 10 ítems se presentan diferenciassignificativas entre los dos grupos, la hipótesis H4 es aceptada parcialmente. En la pregunta que se enfoca en las características o atributos que debe tener un emprendedor, (C1 a C10, p> 0.05), en ninguna de las características aparecen diferencias significativas en los grupos. En las diez características del emprendedor los valores no reflejaron diferencias importantes, lo cual quiere decir que tanto millennials como centennials ponderan igualmenteimportantes a todas las características que debe de poseer cualquier emprendedor. Debido a estos resultados entre los dos grupos se rechaza la hipótesis de investigación H5.

CONCLUSIONES Los resultados del estudio contribuyen con datos relevantes acerca de la orientación y posiblemente al comportamiento que pueden mostrar los estudiantes millennials y centennialscon respecto al emprendimiento. Esta información indica que en general, los jóvenes de la generación centennials tienen un mayor deseo y urgencia de emprender en comparación conlos jóvenes millennials. Además, los datos implican que los dos grupos consideran igual deimportante el tener independencia económica y el seguir con la tradición familiar a la hora de emprender un negocio. Ambas generaciones están interesadas en ganar más dinero y en poder tener un patrimonio personal. Estos resultados recalcan la importancia que tiene la educación financiera y de negocios en los jóvenes. Ya no es suficiente con el ejemplo emprendedor de los padres de familia para que los hijos quieran también emprender. Por otra parte, es importante crear las condiciones para que los jóvenes centennials cristalicen sus deseos de emprender enel corto y mediano plazo para contribuir al crecimiento de la economía y el desarrollo de la sociedad. Otro antecedente importante de esta investigación es que los millennials ven la faltade conocimiento en gestión empresarial como una dificultad de peso para arrancar su propio

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negocio. Estos datos tienen aportes e implicaciones importantes tanto para empresarios del sector financiero, como para servidores públicos y administradores universitarios. Es crítico que estos actores faciliten y promuevan productos financieros enfocados a apoyar a jóvenes con deseos de emprender y cuyos proyectos estén basados en el uso de tecnologías exponenciales. Del mismo modo, las universidades deben fortalecer en todos sus programas los temas relacionados a la educación financiera y la formación gerencial para desarrollar las habilidades de gestión necesarias para administrar las empresas del futuro. En cuanto a políticas públicas se refiere, es necesario un mayor impulso al emprendimiento mediante la creación de condiciones apropiadas para que las pequeñas empresas se puedan desarrollar y mantenerse competitivas en el mediano y largo plazo. Por último, los resultados muestran que los jóvenes centennials tienen, desde su punto devista, una mayor facilidad de comunicación, además que les gusta ser más autónomos al realizar su trabajo, se sienten más cómodos el enfrentar nuevos retos y son más responsables de sus decisiones en comparación a los millennials. Por otra parte, los centennials y millennialstienen la misma percepción sobre las características que debe tener un buen emprendedor para tener éxito en su negocio. Estos pueden indicar que a medida que los centennials seintegren al campo laboral, habrá un mayor surgimiento de nuevas empresas impulsadas por estos jóvenes con iniciativa emprendedora por lo cual será crítico que se les apoye para poder concretar sus proyectos. El objetivo de este estudio fue el de entender las diferencias que existen entre los jóvenes millennials y centennials con respecto al Deseo, los Motivos y las Dificultades para emprender,la Actitud emprendedora y las Características del emprendedor de los jóvenes estudiantes en Nuevo León. Los resultados muestran que existen algunas diferencias importantes entre estas dos generaciones con relación al emprendimiento.

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TENDENCIA VERDE: UTILIDAD SANA Y A LA VANGUARDIA

GREEN TREND: HEALTHY AND AVANT-GARDE UTILITY

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias de la Tierra, Carr. a Cerro Prieto Km. 8. Ex

– Hacienda de Guadalupe. Linares, N.L. México, C.P. 67700.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: emma.garciag@uanl.mx

RESUMEN. Para que un producto sea considerado “verde”, debe cumplir unos requisitos medioambientales: ser socialmente responsable, ecológico y económico El objetivo del presente trabajo es conocer cuáles son los productos verdes, las características del consumidor verde, distinguir cuáles son las marcas más verdes internacionalmente, y comprender cuáles son las ventajas de su consumo en nuestra salud y en el medio ambiente. La metodología utilizada ha sido la investigación que se llevó a cabo a nivel nacional e internacional, sobre los productos “verdes” alimenticios más comprados, pero además mostrar los nuevos productos “verdes” disponibles en el mercado, caso de productos cosméticos verdes, materiales textiles ecológicos, y aromaterapia natural. Los resultados obtenidos muestran datos en relación a la preocupación por el medio ambiente, propiedades curativas, corporaciones más sustentables a nivel mundial, y estadísticas vinculadas al precio de tales artículos así como al alcance al que están para nosotros. Como conclusión, se añade que se debe de crear conciencia de que los productos verdes son la mejor opción para preservar el medio ambiente y ahorrar recursos, por lo que es necesario fomentar el comercio justo y solidario, así como el consumo responsable y sustentable de productos cuyos procesos minimicen el impacto al medio ambiente.

Palabras clave: Productos verdes, consumidores ecológicos.

ABSTRACT. For a product be considered "green", it must meet environmental requirements: be socially responsible, ecological and economic The objective of this work is know what green products are, the characteristics of the green consumer, distinguish which are the greenest brands internationally, and understand what are the advantages of its consumption in our health and in the environment. The methodology used has been the research, that was carried out nationally and internationally, on the most purchased "green" food products, but also show the new "green" products available in the market, green cosmetics products, ecological textiles, and natural aromatherapy. The results obtained, show data about the environment, healing properties, more sustainable corporations worldwide, and statistics linked to the price of such items as well as the scope they are for us. In conclusion, it is added that we must create awareness that green products are the best option to preserve the environment and save resources, so it is necessary to promote fair trade and solidarity, as well as responsible and sustainable consumption of products whose processes minimize the impact on the environment.

Keywords: Green products, ecological consumers.

Emma Gema García González1*

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INTRODUCCIÓN

Los productos verdes han existido desde la década de 1970, pero es solo en los últimos años que se han puesto de moda, creando tendencia. Para que un producto sea verde, es necesario cumplir con ciertos requisitos medioambientales: ser socialmente responsable (quienes lo produjeron deben recibir el pago justo por su trabajo, y contar con las condiciones laborales adecuadas), ecológico (debe ser producto reciclable, que esté hecho con materiales reciclados y que durante su manufactura se haga un uso racional de los recursos, desde energía y agua, hasta materias primas) y económico (su producción debe ser factible para la empresa y su precio accesible para los consumidores). Por ello, se define un producto verde como un producto respetuoso con el medio ambiente, eficiente, que no derrocha, no genera desperdicios, ahorra materias primas y energía y abarata costes, además este tipo de producto produce un daño mínimo en el entorno natural en todas y cada una de las fases de su existencia. El objetivo del presente trabajo es conocer cuáles son los productos verdes (y los más utilizados), cuáles son las características del consumidos verde, distinguir cuáles son las marcas más verdes del mundo, y comprender cuáles son las ventajas de su consumo en nuestra salud, a nivel regional y en el medio ambiente.

METODOLOGIA

El 91 % de la población mexicana muestra hoy algún grado de preocupación por el medio ambiente, un notable aumento en comparación con el año 2011, cuando solamente el 53 % mostraba inquietud por este tema, por lo que las compras verdes ya son una tendencia en la actualidad. Uno de los factores que mayor incidencia tiene en nuestra salud y bienestar es la alimentación, debido a esto se encuentran alternativas que han comenzado a perfilarse en los últimos años, como es el caso de las tiendas ecológicas, lugares especializados en la venta de productos elaborados de forma natural y cuyos productores se muestran respetuosos con los ecosistemas y el equilibrio medioambiental. No sólo estamos hablando de fruterías, o tiendas variadas de alimentación. Las tiendas ecológicas pueden acoger la venta de productos de cualquier tipo: bebidas, cosméticos, ropa, complementos alimenticios, productos para diabéticos, tratamientos faciales, aseo personal, aromaterapia o artículos de bazar, entre muchos otros. Se pueden citar algunas razones para comprar productos ecológicos: 1) Tienen un nivel de antioxidantes mayor y presentan menores niveles de metales tóxicos y de pesticidas que los que se obtienen a través de métodos convencionales y con la ayuda de fertilizantes químicos. 2) Cuidan el medio ambiente: Tanto si son alimentos como si no lo son, en sus procesos de elaboración se ponen de manifiesto prácticas respetuosas con el entorno y el equilibrio ecológico. 3) Fomentan el reciclaje y otras prácticas sostenibles: En algunos casos, los productos se realizan tomando como materias primas artículos que han sido desechados con anterioridad. Es el caso, por ejemplo, de tiendas de muebles elaborados con madera u otros materiales de artículos usados o incluso otras de ropa de segunda mano. 4) Favorecen el comercio local: Se adquieren bienes y servicios que se producen de manera local, lo cual es un esfuerzo colaborativo para consolidar una economía basada en productos de la localidad. 5) Tienen altos niveles de calidad: Al controlar todas las etapas de su elaboración y cultivo, los productores saben con certeza cómo están hechos estos alimentos, lo cual aumenta su calidad nutricional. Los productos verdes, que se consumen en mayores

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cantidades, son los alimenticios (Figura 1); entre ellos podemos citar: 1) Vegetales, hortalizas,frutas, verduras… Los vegetales ecológicos respetan los ciclos naturales de los cultivos y evitan una degradación de los ecosistemas y como no agotan los suelos, no se necesita un abono químico que los contamine. Para conseguirlo se puede hacer una rotación de los cultivos, abono verde u otras prácticas poco invasivas para potenciar la fertilidad del suelo y la capacidad de producción del sistema agrario. 2) Carne: La mejor carne ecológica se obtiene dando al ganado una buena alimentación y cumpliendo la normativa sobre su cría. Los productos ecológicos de origen animal tienen mucha trascendencia, ya que cierran ciclos de producción y aportan estiércol para el abono. 3) Queso: El queso ecológico se obtiene siguiendo las prácticas de agricultura y ganadería ecológicas, desde el animal hasta la persona consumidora. Los animales deben proceder de ganadería ecológica y los métodos de la elaboración deben corresponder a agricultura de este tipo. 4) Vinos: Se utilizan abonos naturales para los viñedos, en lo posible generados por la propia biomasa de los cultivos, además las parcelas de cultivo no llevan agrotóxicos ni añadidos químicos. No se utiliza maquinaria durante las labores de siembra ni recolección (todo el proceso es manual) y durante la clarificación, los niveles de carbono deben ser mínimos. Por todo lo anteriormente citado, las etiquetas deben especificar de forma clara los ingredientes del vino y su proceso de elaboración. El consumo de estos productos muestra una serie de beneficios: 1) Para la salud: Cualquier fruta o verdura de origen ecológico contiene hasta un 50 % más de nutrientes, minerales, vitaminas y oligoelementos que los alimentos que no lo son; dichos alimentos presentan gran cantidad de antioxidantes, y también nos protegen de enfermedades degenerativas que se relacionan con el envejecimiento celular; además reducen el riesgo de enfermedades alérgicas ya que los pesticidas y antibióticos interfieren con el desarrollo del sistema inmunitario, y obesidad debido a que los pesticidas alteran el funcionamiento metabólico y endocrino; asimismo evitan las infecciones pues el uso excesivo de antibióticos en las granjas favorece la aparición de bacterias que pueden resistir la acción de los medicamentos y en la producción ecológica solamente se utilizan antibióticos cuando es imprescindible. 2) A nivel regional: Las tierras agrícolas se revalorizan y aprovechan gracias al apoyo de la comunidad a la hora de adquirirlos; de igual forma, se conserva el patrimonio local, tanto a nivel físico como cultural, se preserva el paisaje rural y, en el caso de que los cultivos además son bio, fomentan la biodiversidad de la zona; asimismo, la producción de dichos alimentos significa puestos de trabajo y sentimiento de pertenencia a una sociedad que crea lazos humanos, comerciales y de intercambio. 3) Para el medioambiente: Es un medio de producción agraria y ganadera sostenible, que hace un uso racional de los recursos naturales y no los compromete para generaciones futuras; de hecho, los alimentos ecológicos, al prescindir de sustancias químicas, evitan la contaminación del aire, suelo y agua y además, al emplear técnicas más respetuosas, generan un aumento de la actividad biológica del suelo. También, cada vez más, se encuentra a la venta en el mercado, productos cosméticos verdes (Figura 2) ya que son muchas las personas que buscan un producto natural cuide su piel o sucabello sin aditivos químicos. Se trata de productos cuyos ingredientes, de origen natural, no contienen sustancias artificiales (aluminios, parabenos o perfumes sintéticos) que se acumulan en el organismo, y mejoran las funciones dérmicas de una forma saludable. Por otra parte, sus principios activos,

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derivados de extractos de plantas, han sido obtenidos mediante sistemas de cultivo ecológico, libres de transgénicos y pesticidas, que buscan un impacto ambiental mínimo. De hecho, las empresas de productos de cosmética ecológica utilizan para la elaboración de sus cremas los mínimos procesos de transformación, y emplean materiales reciclables en los métodos de envasado. Estos cosméticos cuando se prueban por primera vez, llama la atención que son más líquidos y aceitosos que los convencionales, porque no contienen en sus fórmulas agentes derivados del petróleo, como las siliconas, ni otros espesantes. En cambio, sí se encuentra un gran número de extractos vegetales que proceden del uso tradicional de las plantas y aceites esenciales.

La industrial textil está cambiando para lograr satisfacer las necesidades de los nuevos consumidores exigen material de calidad y a la moda, así como aportar algo positivo al planeta. Muchas marcas emplean tejidos ecológicos en sus diseños con el fin de brindar a sus clientes una pieza única y que a la vez sea sostenible. El textil ecológico busca nuevas materias primas para elaborar prendas vegetales que no necesiten pesticidas, y materias fáciles de transformar al menor coste energético. En el algodón orgánico no se utilizan herbicidas o pesticidas, lo que permite a la tela un acabado más suave, similar al de la seda. En su versión orgánica, el algodón no solo contribuye a una producción menos contaminante y sostenible, sino que también resulta beneficiosa para la salud de las personas porque no produce alergias y minimiza la transpiración. En el caso del bambú, los tejidos que proceden del él son antibacterianos y biodegradables por lo que aporta beneficios tanto a la humanidad como al planeta. Desde el aspecto empresarial, estos tejidos resultan muy rentables porque la planta crece con rapidez y permite una producción suntuosa. Además, las prendas elaboradas tienen cualidades térmicas únicas, ya que regulan la temperatura del cuerpo y mantienen a las personas protegidas del frio durante el invierno, y más frescas en el verano. Es un tejido resistente, por lo que no perderá su calidad y brillo sin importar las lavadas. Por otro lado, el lino cuida la higiene personal al no retener olores, y además permite una ventilación que contrarresta el exceso de transpiración; es reciclable y sostenible, los desechos de este tipo de tejidos tienden a biodegradarse rápidamente. Asimismo, el tencel es un tejido natural, obra de la ingeniería ecológica mundial, ya que se obtiene de la celulosa de la madera lo que lo convierte en un tejido que fácilmente puede ser

verdesverdes

Figura 2. Productos cosméticos.Figura 1. Productos de alimentación.

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producido en masa de forma sostenible y responsable. Entre sus características se encuentra que la textura es muy similar a la del algodón orgánico, al igual que su resistencia y propiedades. También puede absorber la humedad y puede ser producido a través de materia prima reciclada. El tejido de leche se produce mediante este producto lácteo, elaborado a partir de la caseína (proteína de la leche), consiguiendo un tipo de tejido ecológico con una apariencia brillante y muy suave, con unas propiedades que hacen que sea un tejido muy absorbente que retiene la hidratación, antibacterial, antialergénico y biodegradable, que suele ser combinado con otros materiales orgánicos como la seda, la lana o el algodón, para aportar resistencia. La aromaterapia natural, es considerada un producto verde; es una rama particular de la medicina natural, derivada de la herbolaria, que utiliza aceites esenciales (Tabla I) para sanar elcuerpo de forma integral. Mediante la estimulación de los sentidos, olfato y tacto, los aceites esenciales naturales extraídos de flores, árboles, frutos, hierbas, semillas, raíces y especias, pueden mejorar la salud física y también la salud mental. En el primer caso se puede aplicar por el olfato mediante ebullición, inhalación, percepción directa o ambiental; el vapor lo receptan las células olfativas, y se estimula la región cerebral encargada de las emociones, la memoria y el comportamiento. Si la esencia se coloca en el cuerpo, ésta puede actuar a través de la impregnación de aceites en la piel. Las propiedades de los aceites esenciales también tienen efecto físico, para dolores, antisépticos, antivirales, cicatrizantes, antiinflamatorios, analgésicos, hidratantes, respiratorios, y antioxidantes. Como descripción de los consumidores ecológicos, éstos según [1], son aquellos que evitan los productos que implican un derroche innecesario, que atenten contra el medio ambiente con materia prima que ponga en peligro al planeta y que tengan que ver con la explotación de flora y fauna, siendo además conservadores en las cantidades que consumen de bienes y servicios tradicionales. Como señala [2], éstos tienden a ser conscientes de sus acciones en cuanto a sus hábitos de consumo frente a las repercusiones e impacto que pueden conllevar el desarrollo sostenible, en la calidad de vida del lugar donde habitan y en el entorno que los rodea, sin importar los costos más altos a los que deben incurrir para llevar a cabo esta forma de consumo. Aunque tienen en común su preocupación por el medioambiente, su grado de compromiso cambia sustancialmente: 1) Edad: En promedio, las personas que adquieren productos ecológicos tienen entre 25 y 35 años. 2) Clase social: Nueve de cada 10 consumidores pertenecen a la clase rica, económicamente hablando. 3) Productos: Los artículos con mayores ventas son las frutas y verduras orgánicas, carnes, lácteos y derivados de abarrotes. 4) Sexo: El 80 % de los consumidores verdes son mujeres. 5) Dónde compran: El 60 % lo adquieren en supermercados, 30 % en tiendas amigables con el medioambiente, y 10% en huertos especiales. Aunado a este tipo de consumidores, es lógico referirse a las marcas verdes ya que representan un compromiso social enfocado en el cuidado del medio ambiente, y en la optimización de los procesos de producción, almacenamiento y distribución de productos para reducir la huella ecológica de las empresas. Un estudio, realizado el 22 de Enero de 2018, arrojó resultados de las 10 corporaciones más sustentables del mundo (Tabla 2).

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La preocupación por el cuidado del medio ambiente ha generado que las empresas innoven con alternativas amigables. La oferta y la demanda de productos verdes han crecido de manera exponencial desde hace unos años, siendo esta nueva característica relevante para el consumidor mexicano. Se realizó una encuesta el 9 de Junio de 2017, a 500 hombres y mujeres de toda la República Mexicana de entre 18 y 50 años; los datos tienen un margen de error de +/- 10 %. A continuación, se presentan los resultados: 1) Respecto a la pregunta “¿Qué tan al alcance de ti consideras que están

curativas

Tabla II. Corporaciones más sustentables del mundo..mundo

Tabla I. Aceites esenciales y sus propiedades.

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los productos verdes?, se pone de manifiesto que existe un gran interés por comprar este tipo de artículos pero para algunos consumidores es complejo tenerlos a su alcance (Figura 3). 3)En relación a la pregunta formulada “Consideras que el precio de los productos verdes es…”, los encuestados expresan que los procesos de fabricación y comercialización de los productos verdes usualmente implican un precio más alto, aunque los compradores están dispuestos a realizar la compra de un producto verde; esto nos habla de una fuerte conciencia ambiental (Figura 4).

CONCLUSIONES

Es necesario exigir y fomentar el comercio justo y solidario, así como el consumo responsable y sustentable de productos cuyos procesos minimicen el impacto al medio ambiente. Al elegir esquemas de consumo local se implica también toda la cadena de producción, procesamiento, distribución y consumo; esto, tendrá un repercusión en la economía, el medio ambiente, la salud y las relaciones sociales. Adquirir un producto local reduce el consumo de combustibles fósiles asociados al transporte y, por lo tanto, contribuye a disminuir el calentamiento global, ya que se generan menos emisiones de CO2. Es importante instruir a las personas acerca de los sellos verdes o eco etiquetados, para crear conciencia de que los productos verdes son la mejor opción para preservar el medio ambiente y para ahorrar recursos.

REFERENCIAS

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[2] Prieto, AM. Consumidor ecológico. Las Megas tendencias actuales y su impacto en la identificación de oportunidades estratégicas de negocios 2006: 25-26.

Figura 3. 2 % de la población dice no conocer los productos verdes.

Figura 4. 4 % de la población considera que el precio de los productos verdes es más bajo, que el de los productos normales.

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EJE TEMÁTICO 11 INDUSTRIA 4.0

¿CONOCEN LOS JOVENES EL USO QUE LES DA A SUS DATOS EN REDES SOCIALES? CASO DE ESTUDIO EN EL NORESTE DE MÉXICO

DO YOUNG PEOPLE KNOW HOW THEIR DATA IS USED IN SOCIAL NETWORKS? CASE STUDY IN NORTHEAST MEXICO

Gloria Pedroza Cantú1*, Ruth Isela Martínez Valdez1, María Alejandra García González1,Elí Samuel González Trejo1, María del Carmen Catache Mendoza1, Zita Mirthala Huerta

Cerda1

1Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de

Ingeniería Industrial, Ave. Universidad S/N, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L. México, C.P. 66455.

*e-mail del autor de correspondencia/ e-mail correspondence autor: gpedrozacn13@hotmail.com

RESUMEN. En la actualidad estamos inmersos en un entorno en el cual las redes sociales estánpresentes en cada momento de la vida cotidiana. Las redes sociales como Facebook, Instagram, WhatsApp y Twitter piden a los usuarios sus datos personales de forma recurrente. Sin embargo, el uso que estas redes sociales le dan a estos datos es un tema relevante en la actualidad. El presente estudio analiza si los jóvenes cibernautas conocen el uso que se les da a los datos que proporcionan en las redes sociales. Los participantes fueron 173 estudiantes cuyas edades oscilan entre los 17 y 24 años al momento del estudio, estas encuestas se realizaron en una universidad pública situada en el noreste de México. Los resultados indican que un porcentaje importante de los encuestados no conocen el uso que se les da a sus datos personales. Los hallazgos encontrados en ésta investigación resultan muy interesantes y pertinentes para los interesados en esta línea de investigación.

Palabras clave: Seguridad de datos, privacidad de datos, redes sociales, ciberseguridad.

ABSTRACT. Currently we are immersed in an environment in which social networks are presentin every moment of today’s life. Social networks such as Facebook, Instagram, WhatsApp and Twitter, ask users for their personal data on a recurring basis. However, the use that these social networks give to the data is a relevant issue at present. The present study analyze if young cybernauts know the use given to the data they provide in social networks. The participants were 173 students whose ages range between 17 and 24 years at the time of the study, these surveys were conducted at a public university located in the northeast part of Mexico. The results indicate that an important percentage of the respondents do not know the use given to their personal data. The findings found in this research are very interesting and relevant for those interested in this stream of research.

Keywords: Data security, data privacy, social networks, cybersecurity.

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El tema de protección de datos personales tomó gran importancia a partir del año 2015 cuando la Unión Europea y Estados Unidos establecieron la importancia de estandarizar las políticas de protección de datos entre países. Este Acuerdo de La Comisión Europea avala la transferencia de datos y la protección de estos [1]. Es la razón por la cual este tema está muy presente sobre todo debido a Internet y al crecimiento del uso de redes para innumerables actividades, aunque se han establecido normas y políticas de uso de información, estas son muy cuestionables, ya que hoy en día hay una guerra por cuidar la privacidad de datos y el impacto que tiene actualmente en la sociedad al no estar debidamente regulado. Esto debido a que Internet es un eje central en la vida cotidiana, desde que iniciamos el día y contestamos el teléfono o contestamos un mensaje, al llegar al trabajo se inicia la jornada en la computadora mientras se revisan diversas páginas, se realizan transacciones de todo tipo y nuestros datos están vulnerables [2]. La era digital en la que estamos actualmente trae consecuencias que llevan a que se pierdan o se compartan datos personales [3]. Hoy en día, esto es una realidad que se complica debido a que no existe una normatividad que ayude a proteger los datos de cibernautas [1]. El excesivo uso de las redes sociales, páginas Web, tiendas virtuales y otros medios digitales son un riesgo a la privacidad de datos, ya que el uso frecuente y constante para hacer compras y transacciones las convierten en una fuente de búsqueda de datos de sus usuarios. Existe la tecnología de la privacidad, por ejemplo, PET (Privacy Enhancing Technologies) sin embargo, su poca regulación no lo hace del todo efectiva. Es debido a la importancia económica del uso de redes que crece el interés en los datos personales y por ese motivo también crecen las herramientas para analizar los datos de los usuarios, lo cual aumenta el riesgo, pues además de los motores de búsqueda, el riesgo para la protección de datos está en la captura de la información de los usuarios que navegan en la red [4]. En un estudio realizado se concluyó que es muy fácil determinar el nombre del 72 % de los usuarios y en un 30 % conocer el nombre completo de un usuario por los datos que suben en la red en diferentes páginas [5].

El presente estudio tiene como objetivo analizar el nivel de conocimiento que tienen los jóvenes cibernautas sobre el uso que se les da a sus datos personales que encuentran alojados en las redes sociales.

Revisión Literaria ¿Qué es el Ciberespacio? El ciberespacio se define como el ámbito que determina el espacio virtual de quienes utilizan Internet y las redes de información electrónicas [6]. Existe una diferencia entre los términos Internet y Ciberespacio, la estructura es Internet y los contenidos es lo que conocemos como ciberespacio, y es en esta parte donde los usuarios (cibernautas) forman parte del contenido a través de la red, páginas Web, correos electrónicos, los grupos de navegación, etc. [7]. Estamos en un entorno digital que ha evolucionado de lo analógico a lo digital, actualmente estamos en una sociedad de la información que sigue creciendo debido a la conectividad que influye en el aspecto individual y grupal de los usuarios de la red, que pasan gran parte de su tiempo navegando en el ciberespacio donde se realizan diversas actividades como compras y transacciones que involucran el uso de los datos personales [8].

INTRODUCCIÓN

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Redes Sociales Una red son nodos interconectados que conforman un conjunto de datos y recursos compartidos, cuya relación depende de los objetivos que se establecen en esa red en particular y la interacción con otros nodos de la red. Las redes son el enlace de una sociedad de información que permite a los cibernautas conectarse y comunicarse en la red por medio de Internet, a través de las redes, los usuarios pueden crear un perfil que les permita interrelacionarse con más personas [9]. Según el portal Brandwatch señala que para abril de 2018 la población mundial era de 7.6 mil millones de personas de los cuales 4.4 mil millones son usuarios de Internet, en redes sociales hay 3.3 mil millones de usuarios, es decir, en promedio las personas tienen 5.54 cuentas de redes sociales. Este mismo portal señala que son 60 mil millones de mensajes a través de Facebook, Messenger y WhatsApp. El número de usuarios en Facebook son 2,072 mil millones, Google+ 111 millones (ahora desaparecido), Instagram 800 millones, Linkedln 500 millones y Twitter 330 millones y WhatsApp 900 millones [10]. Concepto del derecho a la privacidad El derecho a la privacidad se define como aquello que está fuera del interés público, ajeno al Estado y a la sociedad en general. Es aquello que no debe ser divulgado de forma masiva [11]. Lo privado es lo propio de la persona, lo íntimo lo que se llama datos sensibles que afectan a las personas de diferentes formas, estos datos pueden ser solo revelados por las personas [12]. Convenios e instrumentos internacionales de datos personales El derecho a la vida privada ha sido consagrado como un derecho humano tanto en el Sistema Universal de Derechos Humanos como en los sistemas regionales, establecido en la Declaración de los Derechos Humanos de 1948 artículo 12, caso muy distinto en lo referente a la protección de datos personales, ya que no hay todavía instrumentos internacionales que regulen el uso de los datos personales. La Asamblea Parlamentaria del Consejo de Europa trató de concretar políticas al respecto y no se concretó nada [1]. Es en Europa donde más se ha trabajado en este aspecto con el Convenio 108 del Consejo de Europa y posteriormente la Directiva 95/46/CE de la Unión Europea que junto con la Carta de Derechos Fundamentales de la Unión Europea es un principio y aunque no han reconocido del todo que tratamiento que dan a los datos personales el no manejarlos adecuadamente ya se considera una intervención a la privacidad [13]. La importancia de la protección de datos personales El anonimato de los datos personales era una garantía para protegerlos, al ser anónimos no tienen carácter personal y pierden su protección. Hoy en día esto tiene mayor impacto debido a la facilidad para recopilar información, existen dispositivos digitales, teléfonos inteligentes, tabletas en las cuales se usan aplicaciones que facilitan el acceso a los datos obteniendo así información valiosa para conocer a sus usuarios y saber cómo atender a sus necesidades [14]. Ciberseguridad La ciberseguridad permite que los ciudadanos, las empresas y otros organismos puedan obtener beneficios al usar el ciberespacio para tener opción de que los usuarios se puedan relacionar a través de la red más rápidamente que de otras formas [15]. Según el estudio de la UIT la tendencia a navegar por el ciberespacio aumenta el número de usuarios en aproximadamente un 40 % de la población y quienes usan banda ancha son 3,500 millones de personas, lo que conlleva a nuevos retos tales como el uso de los datos personales [16]

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Protección de datos en redes sociales. Los internautas cambiaron su forma de navegar en la red, compartiendo su información en páginas Web, en las diferentes redes sociales, con conocidos y desconocidos, en comunidades virtuales, la identidad pública pasa a ser identidad digital que se queda en su historial de navegación en una pantalla que deja al descubierto preferencias, hábitos, religión, domicilio y demás datos que se usan de formas distintas para los que se crearon [17]. Los cibernautas y el conocimiento del uso de los datos personales. Los cibernautas de redes sociales y tecnología ofrecen sus datos en el comercio electrónico, la banca electrónica, con el fin de aprovechar promociones de productos y servicios, la mayoría de los usuarios no tiene conocimiento de la forma que se usa su información, en muchas ocasiones se venden o los ceden a otras empresas sin autorización para fines diferentes para los que se otorgaron [18]. En esta era de gran conectividad se vive una fase con alto volumen de información y datos que son de interés en diferentes sectores por lo rentable que pueden llegar a ser. Por ejemplo, una de las divisiones de MasterCard tiene un departamento que se encarga de analizar 65 millones de transacciones de más de 1,500 millones de tarjetahabientes, información que luego venden a otras empresas [19]. En estudios realizados en 2010 se demostró que los jóvenes muestran intranquilidad por saber que sucede con la información que suben en redes sociales, específicamente Facebook ya que desconocen el uso que se le da a los datos que publican [20]. La mayoría de los internautas no conoce los usos posteriores que se da a su información, las organizaciones compran o venden la información con lo que se violentan los derechos a la confidencialidad [15].

METODOLOGÍA

La investigación realizada se define como cuantitativa, descriptiva, no experimental y transversal ya que los datos se recolectaron en un solo momento.

Para realizar el presente estudio y lograr el objetivo de esta investigación, se utilizó un instrumento desarrollado por Lawler & Molluzzo [21] que permitió determinar el grado de conocimiento que tienen los estudiantes en relación con la privacidad y seguridad de sus datos en las redes sociales que utilizan en Internet.

Esta encuesta consta de 12 reactivos con 3 opciones de respuesta cada una. Estas opciones de respuesta fueron: 1) si, 2) no, 3) no sé. Esta encuesta fue utilizada por Lawler & Molluzzo [21] para determinar la percepción de los estudiantes acerca de la privacidad y seguridad que tienen al utilizar las redes sociales en Internet. Por lo tanto, se decidió usar esta misma encuesta, sin modificación alguna, ya que el objetivo de esta investigación está alineado al propósito de este estudio anterior. El instrumento contiene preguntas que cuestionan a los estudiantes sobre si saben qué información personal recopila su sitio de redes sociales, si el sitio de su red social les dice explícitamente cómo usarán sus datos, si el sitio de red social les dice si su información será compartida con otros departamentos, personas o empresas, si es posible que puedan elegir la cantidad de información que su sitio de redes sociales reúne sobre ellos, si conocen cómo se salvaguardará su información, si su perfil es público o no, y si han leído la política de privacidad de la red social que usan. Esta información permitirá entender el nivel de conocimiento que los estudiantes tienen sobre la privacidad de sus datos en las redes sociales. La muestra no fue aleatoria, fue de conveniencia puesto que se necesitó

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encuestar específicamente a estudiantes universitarios. Con este propósito, se encuestó en forma personal a un total de 170 estudiantes, siendo 90 hombres y 80 mujeres cuyas edades oscilan entre los 17 y los 24 años al momento del estudio, específicamente en el programa de Ingeniero Industrial Administrador de una universidad pública del noreste de México.

RESULTADOS

En cuanto a la técnica de análisis de los resultados, primeramente, se capturaron los datos en el software Microsoft Excel versión 365, se transpuso la matriz y finalmente se obtuvieron las tablas dinámicas con base en porcentajes. De acuerdo a la Tabla I, solo el67 % de los estudiantes encuestados conocen que información recopila su red social, esto quiere decir que el 33 % de los estudiantes no tiene idea al respecto. Por otra parte, los resultados muestran que solo el 52 % de los encuestados mencionan que su red social estipula claramente como usará sus datos personales. Además, menos del 50 % de los estudiantes saben si su red social compartirá o no sus datos personales con otras entidades o personas. Asimismo, solo el 61 % pueden elegir la cantidad de información que su red social reúne sobre ellos y solo el 37 % indica que su red social les da la opción para que ellos puedan dar autorización sobre el uso de sus datos por parte de dicha red social. Igualmente, menos del 50 % de los encuestados manifiestan que en su red social existe un método conveniente y fácil para ponerse en contacto con el sitio para corregir la información recopilada sobre ellos. Al mismo tiempo, el 75 % de las personas declaran que su red social les da la opción de revisar y corregir la información recopilada y menos del 50 % sabe si su perfil es público o no. Finalmente, menos del 20 % saben cómo se salvaguarda su información en las redes sociales y sorpresivamente solo el 27 % de los estudiantes encuestados expresan que han leído la política de privacidad de su red social.

Tabla I. Resultados del estudio sobre el nivel de conocimiento que tienen los estudiantes sobre la privacidad y seguridad de sus datos en redes sociales.Pregunta Sí No No sé

1. ¿Sabes qué información personalrecopila tu sitio de redes sociales?

67% 33% --

2. ¿El sitio de tu red social te diceexplícitamente cómo usará tus datos el sitio?

52% 25% 23%

3. ¿Tu sitio de red social te dice si tuinformación será compartida con otros departamentos internos y personal de la empresa de este sitio?

48% 25% 27%

4. ¿Tu sitio de red social te dice si tuinformación será compartida con otras empresas externas u organizaciones asociadas con el negocio de este sitio?

32% 32% 36%

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5. ¿Puedes elegir la cantidad deinformación que tu sitio de redes sociales reúne sobre ti?

61% 17% 22%

6. ¿Tienes una opción sobre cómo seutilizará la información recopilada sobre ti?

37% 32% 31%

7. ¿Tienes un método conveniente yfácil para ponerte en contacto con el sitio para corregir la información recopilada sobre ti?

47% 26% 26%

8. ¿Tienes la capacidad de revisar ycorregir la información recopilada sobre ti?

75% 12% 13%

9. ¿Sabes cómo se salvaguardará tuinformación? 21% 79% --

10. ¿Sabes lo que hará el sitio si hayuna violación en la seguridad de la página Web?

21% 79% --

11. ¿Tu perfil es público? Es decir,¿puede algún otro usuario acceder a tu perfil, ya sea tu amigo o desconocido?

47% 49% 4%

12. ¿Has leído la política deprivacidad de tu sitio de redes sociales?

27% 73% -

Fuente: elaboración propia.

DISCUSIÓN

Los resultados indican que la mayoría de los estudiantes desconocen sobre la privacidad y seguridad que tienen sus datos personales recopilados en las redes sociales. Lo anterior, pone a los usuarios, en este caso, a los estudiantes en un peligro latente ya que sus datos personales pueden ser usados a discreción del sitio de red social sin el consentimiento del individuo. Esta falta de conocimiento en relación con la seguridad de los datos puede traer nuevos episodios como el acontecido el año pasado en donde el CEO de Facebook, Mark Zuckenberg, tuvo que presentarse ante las autoridades de los E.U.A. para transparentar la forma en que utiliza los datos de los usuarios. Esta opacidad en el uso de los datos y el desconocimiento por parte del usuario pone de manifiesto la urgente necesidad de regular a estas redes sociales para que se proteja la información de sus usuarios. Sin embargo, en relación a los usuarios de estas redes sociales, es crucial que cada usuario se responsabilice y al menos se dé el tiempo de leer la política de privacidad de la red social de su preferencia, antes de ingresar o registrarse a esta, para que conozca y comprenda como se van a proteger y utilizar sus datos.

CONCLUSIÓN

En el presente estudio, se investigó el nivel de conocimiento que tienen los estudiantes en México sobre la privacidad y seguridad que tienen los datos que proporcionan en las

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redes sociales. Los resultados nos muestran que la mayoría de los estudiantes no conocen como son usados sus datos por el sitio de su red social preferida.

Lo anterior tiene implicaciones importantes ya que pone al descubierto la falta de interés e involucramiento de los usuarios en relación al uso de su información personal. De igual forma, esta falta de conocimiento por parte de los usuarios puede traer como consecuencia abusos en el uso y manejo de dicha información por parte de las empresas de red social.

Para generalizar los resultados y entender más sobre este controvertido tema, será necesario extender este estudio a otras universidades, regiones, países e incluir personas de edades distintas que también utilicen las redes sociales para examinar si su conocimiento sobre el tema es igual o diferente al de la población utilizada en este estudio.

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