Construcción|03 may 2013, 12:00 AM|1|POR Patricia Leonor

Investigan para producir cemento reforzado a bajo costo

El proyecto se lleva a cabo en la PUCMM, con fondos de la MESCYT.
Producir cemento reforzado a más bajo costo permitiría construir edificaciones más seguras.
Uno de los objetivos principales es desarrollar tres máquinas prototipos para producir filamentos de acero que permitan reforzar el concreto, y luego determinar en la práctica cual sería la más eficiente, patentable y comercializable.

Con el nombre de Deformación Severa por Extrusión y Maquinado Simultáneos se realiza un proyecto de investigación en la Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra (PUCMM), con fondos del Ministerio de Educación Superior, Ciencia y Tecnología (MESCYT), que busca desarrollar un proceso para producir de manera económica y sostenible filamentos nanoestructurados súper resistentes para reforzar concreto.

La investigación, llevada a cabo por un equipo liderado por el doctor en ingeniería de fabricación Wilfredo Moscoso, es uno de los proyectos aprobados en diciembre del año pasado por el Fondo Nacional de Innovación y Desarrollo Científico y Tecnológico de la MESCYT, al cual se le otorgaron para su desarrollo 11 millones 952 mil 357 pesos con 20 centavos.

Moscoso, ingeniero industrial egresado de la PUCMM, con dos maestrías, una en ingeniería industrial y otra en ingeniería electromecánica, y doctorado en ingeniería de fabricación de la Universidad de Purdue, en Indiana, Estados Unidos, considera que para un país como la República Dominicana, amenazado con la posibilidad constante de sufrir terremotos a gran escala, puede resultar muy beneficioso producir un material que le permita construir edificaciones más resistentes a un menor costo.

"Si podemos producir filamentos de acero de manera más económica y con un costo energético más bajo, como creemos nosotros que se puede, utilizando el proceso Extrusión y Maquinado Simultáneo, contaríamos con una industria en el área del cemento reforzado más asequible para la República Dominicana y para otros países. Ese es el motivo general que impulsa este proyecto", sostuvo el investigador.

ANTECEDENTES DEL PROYECTO

Moscoso cuenta con 12 años de experiencia en la investigación de esta área de la ciencia, la cual inició cuando viajó en 2001 a realizar estudios de postgrado a la Universidad de Purdue, en Indiana, como becario LASPAU-Fulbright, donde formó parte de un equipo que hacía estudios sobre la Extrusión y Maquinado Simultáneo, tema que se convirtió posteriormente en su tesis doctoral.

Al graduarse, permaneció un tiempo más en Indiana para continuar las investigaciones, y luego en el país, como profesor e investigador del Departamento de Ingeniería Electromecánica de la PUCMM se le presentó la oportunidad de participar junto a un equipo en el programa de Fondos Concursables de Investigación de esa universidad, y recibió recursos para continuar trabajando por un año en el proyecto.

Moscoso explicó que en el desarrollo del proyecto financiando por la PUCMM el equipo mantuvo el contacto con la Universidad de Purdue, donde acudió para observar en un microscopio eléctrico la microestructura de los filamentos de acero que se produjeron mediante el método de Extrusión y Maquinado Simultáneo, y así lograr sus caracterizaciones, lo cual era uno de los objetivos de ese proyecto.

Indicó que fue necesario viajar hasta Indiana porque en el país no existen microscopios electrónicos, y el proceso de maquinado impone una deformación permanente en el material, cambiando su microestructura interna, por lo que lo recomendable es que se observe antes y después del proceso.

"En Purdue el año pasado hicimos algunas mediciones y aquí también tenemos planificado en este semestre hacer más, porque aquí sí tenemos equipo para hacer mediciones de cuestiones como de resistencia mecánica, que es una variable que cambia mucho con la microestructura y si podemos conseguir cierta microestructura interna en el material, en los cristales, podemos también conseguir determinados niveles de resistencias mecánica", apuntó.

El profesor investigador expuso que para realizar el proceso de Extrusión y Maquinado Simultáneo se pone a girar una rueda metálica que posee una cuchilla de corte por un lado y un troquel de extrusión por el otro, "y cuando hay contacto entre rueda y herramienta se empieza a remover material, como si fuera torneado, pero va saliendo de una manera controlada, no en forma de virutas, que es típico del torneado o maquinado, sale con una forma geométrica determinada porque el troquel es diseñado para que haga extrusión también, no sólo desprendimiento del material".

Dijo que el proyecto realizado con fondos de la PUCMM también tuvo como objetivo diseñar un sistema para ponerle tensión a este proceso, porque el filamento que sale con una geometría determinada puede salir aun más definido si se le pone tensión. "Al salir de la cavidad de la herramienta se sujeta con una pieza mecánica y se hala, y sale aún más derecho. Eso lo hemos observado aplicando esa tensión manualmente".

Sostiene que lo que sale es una hoja, una tira, la cual se trituraría en fragmentos de 60 milímetro de largo por un milímetro de sección, formando los filamentos, los que luego se mezclarían con cemento para lograr el concreto reforzado.

A su juicio, si puede poner tensión, el filamento sale más derecho, lo que considera importante para poder lograr que el proceso se comercialice a nivel industrial, porque una tira que no tenga una rectitud razonable sería difícil de acumular, de embobinar para guardar y someterlo luego a los procesos posteriores.

EL PROYECTO CON FONDOS DE LA MESCYT

Con el proyecto aprobado por el Fondo Nacional de Innovación y Desarrollo Científico y Tecnológico de la MESCYT, el doctor Moscoso y su equipo pretenden llevar a la práctica el diseño en el que han estado trabajando para producir el filamento adecuado, ponerle tensión y hacerlo más recto. "Ese es uno de los propósitos del nuevo proyecto, dejar una maquinaria que se podría replicar y comercializar de manera fácil, y hacer el producto ya más real".

La idea, según Moscoso, es hacer tres prototipos para ver cual es más eficiente y cual sería patentable, "y hay uno en particular en el que tenemos mucha esperanza de que será verdaderamente comercializable".

El proyecto, pautado para realizarse en cuatro años, también tiene como objetivo tomar los filamentos de acero producidos por este método y combinarlos con cemento para hacer probetas de concreto reforzado y ponerlas en el laboratorio para hacer las mediciones de su tenacidad y evaluar sus cualidades en general.

Si todo esto se logra, asegura Moscoso, tendrán un proceso capaz de producir filamentos de una manera automatizada, una maquinaria auto dirigida. "Si ese filamento lo investigamos y vemos cuál es su microestructura, cuáles son sus propiedades físicas, y además lo mezclamos con cemento, estaremos a un paso de la comercialización".

Asegura que se han logrado ya filamentos de acero con microestructuras muy refinadas, que son muy resistentes mecánicamente y están en el proceso de evaluarlas. "Hemos hecho algunas mediciones, hemos encontrado elevación en la resistencia mecánica, en el esfuerzo de fluencia, pero tenemos que hacer más, porque no hemos completado todas las condiciones de trabajo posibles".

BENEFICIOS PROYECTADOS

El profesor de ingeniería electromecánica recordó que la República Dominicana está sometida a la amenaza constante de terremotos, por lo que considera importante que las estructuras sean sísmico resistentes, y a su juicio una buena manera de obtener este tipo de edificaciones es utilizando cemento reforzado.

Indicó que hay varias maneras de hacer cemento reforzado, y una de ella es utilizando filamentos de acero, lo que regularmente sale muy caro porque requiere de muchos pasos y supone un gasto energético elevado.

Generalmente, dice, se trabaja con un lingote de acero grueso, al que se somete a un proceso de afinamiento progresivo, al hacerlo pasar una y otra vez por una concavidad, una especie de embudo, que va reduciéndolo, lo que implica el empleo de mucha fuerza, y por ende de mucha energía, debido a que es un material de una gran dureza.

"Con el método nuestro, el lingote se corta, por lo que el proceso se simplifica, porque en vez de hacer la producción de filamentos paso a paso, de un grosor de varias pulgadas hacia uno milimétrico, y hacerlo como en 20 pasos y en 20 troqueles diferentes, sólo necesitamos un troquel, que según va dando vueltas va removiendo porciones; es como sacarle punta a un lápiz, capa por capa, pero es un solo paso", precisa Moscoso.

Además, asegura que en el proceso tradicional hay que hacer calentamiento tras cada reducción, porque una vez que el material se deforma se endurece un poco y para seguirlo deformando hay que retornarlo a su microestructura original porque de lo contrario se agrieta, lo que implica también mucha energía.

"El tiempo de proceso es largo, la cantidad de fuerza, el número de troqueles es demasiado grande, además hay mucha energía térmica envuelta para poder lograr el objetivo, es por eso que considero que nuestro proyecto sería sostenible, tanto económicamente como energéticamente", afirma.

EL DERECHO INTELECTUAL

La Universidad de Purdue tiene una patente del USPTO que proteje al proceso de Extrusión y Maquinado Simultáneos. La esperanza del doctor Moscoso es que la investigación llevada a cabo en la PUCMM termine con la generación de más patentes, ahora propiedad de la PUCMM, sobre el proceso y la maquinaria necesaria para lograr su aplicación para que inversionistas potenciales tengan opciones al llevar la tecnología al mercado. Precisó que esta forma gradual de generación de propiedad intelectual, por parte de más de una institución, es normal. Los investigadores profundizan en sus ramas de conocimiento en el tiempo. Ellos generan propiedad intelectual que las instituciones que los patrocinan explotan mediante licencias a inversionistas, quienes seleccionan las invenciones que les ayudan a alcanzar sus metas corporativas.

POR QUÉ EL ACERO

El doctor Moscoso explicó que en el proceso que están tratando de desarrollar para obtener los filamentos podrían utilizar otros materiales, pero eligieron el acero por su rigidez, ya que otros metales, como el aluminio y el magnesio, son muy flexibles.

Consideró que el acero es idóneo para producir un buen concreto reforzado, porque en ese proceso es primordial contar con un material de alta dureza; además, señaló que tiene la ventaja de ser relativamente económico y abundante, en comparación con otros materiales.
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