En el CTBE, un equipo de prueba para bujías de encendido y estudio de la combustión del etanol en motores

Quien conducía vehículos impulsados por alcohol en la década de 1980, seguramente se acuerda del cebador, un botón o palanca del que debía tirarse para inyectar más combustible en el motor al momento del arranque, para que éste se calentara y funcionase de manera adecuada. La evolución tecnológica condujo a la automatización del cebador e impulsó el sistema flex, al comienzo de los años 2000, y desde entonces, la gasolina y el etanol conviven en el mismo motor con cualquier porcentaje de uno u otro. Esta configuración se transformó en un éxito de ventas, pero todavía requiere avances, principalmente con respecto al consumo de alcohol, mayor en un 30% al de gasolina, una desventaja que está empezando a ser mejor estudiada en varios trabajos conjuntos entre instituciones de investigación y las industrias automovilísticas y de autopartes.

“El conocimiento sobre la combustión del etanol dentro del motor aún es escaso”, dice el ingeniero Jayr de Amorim Filho, investigador del Laboratorio Nacional de Ciencia y Tecnología del Bioetanol (CTBE), instalado en la ciudad de Campinas, en São Paulo. “Desde 2009 venimos realizando estudios fundamentales en el plasma que se forma entre la chispa emitida por la bujía y la combustión del etanol dentro del motor”, comenta. “Hemos logrado proponer algunas nuevas técnicas para comprender mejor lo que sucede en el instante de la descarga, cuando la combustión del etanol se propaga en el espacio, provoca reacciones químicas y libera energía para impulsar al vehículo”.

Los investigadores descubrieron y lograron visualizar lo que sucede en el interior del motor por medio de una fibra óptica acoplada a la bujía y que ingresa en las entrañas del motor. “Es similar a un endoscopio”, comenta Amorim. La fibra capta la luz emitida por la chispa. Después se la analiza para detectar los gases que se formaron antes, durante y después de la combustión. “En nuestro estudio, la bujía emite chispas cada 10 milisegundos –100 pulsos por segundo– y la luz nos suministra información sobre los gases que se forman con la explosión dentro de esos lapsos. Así es como pretendemos, amén de contribuir a la reducción del consumo de etanol, también disminuir la emisión de gases nocivos para el ambiente, que ya es menor en relación con los motores de gasolina”.

El trabajo del equipo de Amorim se financió mediante un convenio entre la FAPESP y la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Minas Gerais (Fapemig) en un proyecto vinculado con el Programa FAPESP de Investigaciones en Bioenergía (Bioen) y cuenta con investigadores de la Universidad Federal de Juiz de Fora (UFJF) y del Departamento de Física del Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), donde el investigador del CTBE comenzó los estudios con motores impulsados con alcohol. Desde el comienzo de la investigación, Bosch, una empresa fabricante de bujías y sistemas de combustión automovilística –pionera en el desarrollo del sistema flex–, contribuyó con la provisión del material y ahora está estudiando un convenio para el montaje de un laboratorio en el CTBE con el objetivo de estudiar la combustión del etanol. El grupo también cuenta con un convenio en el área de combustión con la empresa Mahle, fabricante de piezas de motores con sede en la localidad de Jundiaí (São Paulo).

Una mejor comprensión de los motores que funcionan con etanol también requiere un mejor entendimiento del desgaste y el rozamiento de las piezas que lo componen. “Aunque han evolucionado, los motores flex que utilizan etanol presentan mayor desgaste en sus partes porque el alcohol tiene una menor capacidad de lubricación que la gasolina”, dice el profesor Amilton Sinatora, docente de la Escuela Politécnica (Poli) de la Universidad de São Paulo (USP). “Hace algunos años empezamos a estudiar el problema en trabajos académicos. Lo que nos motivó fueron los informes, en revistas como 4 Rodas, de problemas de desgaste en válvulas y aros de pistón de los motores, por ejemplo”, comenta Sinatora. A partir de ahí, él comenzó a diagramar un proyecto conjunto con el centro tecnológico de Mahle.

El spray de la explosión
El proyecto, en gestación desde 2009, fue aprobado por la FAPESP en 2011 con otros socios: Fiat, Volkswagen, Renault y Petrobras, que contribuirá en los estudios tendientes a obtener nuevos aceites lubricantes para combatir en forma más específica el efecto del uso simultáneo de lubricantes distintos en los motores flex. “La tendencia de los últimos años es la fabricación de motores más livianos, comprimidos, potentes y que emiten menos contaminantes. Ahora proyectamos motores que tengan menor desgaste a lo largo del tiempo con el etanol”. La importancia de estos estudios reside también en el hecho de que no existen todavía estudios muy extensos de motores flex con etanol fuera de Brasil. “Los estudios en el exterior comenzaron hace tres años”, informa. Él coordina el proyecto con la colaboración de equipos en las empresas y en otras dos universidades, la Universidad Federal del ABC, junto con el profesor Humberto Yoshimura, y en la Unicamp, con el profesor Francisco Marques.

La medición del tamaño de las gotas del spray en la combustión de etanol mediante técnicas que utilizan láser forma parte del inicio de otro proyecto relacionado con los motores de alcohol cuyo objetivo es analizar nuevas posibilidades de combustión del biocombustible. “Se trata de una investigación básica para el estudio de la combustión del etanol”, dice el profesor Guenther Carlos Krieger Filho, de la Poli-USP. El proyecto que él coordina forma parte del Bioen y se apoya en un convenio de cooperación para el desarrollo tecnológico entre la FAPESP, la empresa Vale S.A., la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Pará (Fapespa) y la Fapemig. El proyecto concluirá en 2015.

“Estos estudios resultan muy importantes porque el motor flex se encuentra a medio camino entre el motor de gasolina y el impulsado con alcohol en términos de regulación”, apunta el ingeniero Waldemar Christofoletti, del comité de vehículos livianos de SAE Brasil, una entidad que agrupa a los ingenieros automovilísticos y aeroespaciales. En su opinión, el sistema flex es muy bueno, aunque está lejos de ser un motor de alcohol eficiente. “Creo que la relación puede mejorar del 30% de diferencia en el consumo hasta un 15% a lo sumo; pero, para ello, se necesita incluir también software y hardware, o los componentes físicos y electrónicos que conforman el sistema de inyección de combustible”, dice Christofoletti.

Otro factor que alimentó el interés de las empresas en los avances para los motores de alcohol es el programa del gobierno federal presentado en abril de este año, denominado Programa de Incentivo a la Innovación Tecnológica y Consolidación de la Cadena Productiva de Vehículos Automotores (Inovar-Auto). El mismo concederá descuentos en el Impuesto sobre Productos Industrializados (IPI), a partir de enero de 2013, a los fabricantes de vehículos y autopartes que demuestren inversiones en desarrollo tecnológico y eficiencia energética.

Los Proyectos
1. Etanol – Utilización del etanol como combustible: ignición por plasma en motores vehiculares – nº 2008/ 58195-3
2. Desafíos tribológicos en los motores flex-fuel – nº 2009/ 54891-8
3. Estudio experimental y computarizado de spray turbulentos de etanol para aplicaciones en motores de combustión interna – nº 2010/ 51310-1
Modalidad
1. y 3. Programa FAPESP de Investigación en Bioenergía (Bioen)
2. Programa de Apoyo a la Investigación Cooperativa para Innovación Tecnológica (Pite)
Coordinadores
1. Jayr de Amorim Filho – CTBE
2. Amilton Sinatora – USP
3. Guenther Carlos Krieger Filho – USP
Inversión
1. R$ 174.962,34 y US$ 149.501,85 (FAPESP)
2. R$ 975.435,65 y US$ 690.091,30 (FAPESP)
3. R$ 123.551,15 y US$ 293.241,32 (FAPESP); R$ 285.274,15 y US$ 293.241,32 (Vale)

“Según muestran recientes investigaciones, este fruto cuenta con propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y analgésicas, entre otras con interés en bioaplicaciones”, explica Maciel, coordinador del Instituto de Biofabricación (Biofabris), uno de los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología (INCT), instalado en la Facultad de Ingeniería Química (FEQ), de la Unicamp. Las investigaciones comenzaron en 2009 y el nuevo polímero, que generó un pedido de patente, es el resultado de una tesina de maestría y luego de la tesis doctoral de la investigadora Laís Gabriel, ambos trabajos bajo la dirección de Maciel.

El ingeniero mecánico André Jardini, investigador en Biofabris, dice que el poliuretano es un material muy utilizado para la fabricación de prótesis ortopédicas, dado que presenta compatibilidad con los tejidos vivos. “Además, no libera sustancias tóxicas cuando se lo implanta”, agrega. “Al utilizar un sustituto de origen vegetal, se contará con otra ventaja: el bajo costo de la materia prima. Puede compararse mediante una prótesis craneana de biocerámica, que cuesta, en promedio, 120 mil reales. Esperamos construir una similar a base de asaí, con un costo aproximadamente cinco veces menor”.

El proceso de producción del nuevo material comienza con la extracción de la pulpa del fruto en una máquina que sirve para ello. El consumo de asaí en la ciudad de Belém genera 350 toneladas diarias de descascarados (semillas y bagazo). “Lo que queda es una biomasa húmeda, carozos recubiertos por fibras y partículas no solubles”, explica la profesora Carmen Gilda Tavares Dias, del laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Universidad Federal de Pará (UFPA), quien aportó las muestras de descascarados utilizadas por los investigadores de Biofabris. “Esa biomasa se coloca en una máquina de secado para la extracción de las semillas secas”.

Prótesis rígida y en forma entrelazada, producidas con semillas del fruto de la palmera de asaí

A partir de esa fase comienza, la producción propiamente dicha del poliuretano, fabricado a partir de una sustancia denominada poliol, extraída de las semillas. Se le agrega un componente químico con isocianato (un líquido viscoso) e hidrógeno, dentro de un reactor. El paso siguiente consiste en agregar nanopartículas de hidroxiapatita, una sustancia conformada principalmente por fosfato de calcio, el principal componente de los huesos, que es absorbible por el organismo. El producto resultante es el polímero de asaí, una espuma rígida y porosa, que facilita el crecimiento óseo. Según los investigadores, éste es el más indicado para implantes y prótesis en regiones del cuerpo que no exigen gran esfuerzo mecánico, tales como el cráneo y el rostro. “En el caso de una prótesis para la cabeza del fémur, por ejemplo, existen otros materiales más resistentes, tales como el titanio”, analiza Jardini.

De ser aprobado en los ensayos clínicos, que todavía se están llevando a cabo, el biopoliuretrano, desarrollado en Biofabris con financiación de la FAPESP y del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), podrá constituir una alternativa precisa y rápida para elaborar prótesis o implantes óseos. El tratamiento podrá ser personalizado, según las necesidades de cada paciente. A partir de una imagen tomográfica de la región lesionada, procesada mediante el software InVesalius (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 148), desarrollado por el Centro de Tecnología de la Información Renato Archer (CTI), de Campinas, se podrá producir una prótesis a la medida. Jardini explica que el primer paso para su personalización es hacer la segmentación, separando tejidos blandos (piel, músculos, arterias) de tejidos duros (hueso). “El paso siguiente consiste en generar una imagen tridimensional del tejido duro, mostrando la porción faltante. Luego, mediante espejado, nosotros ‘dibujamos’ la prótesis. El último paso es enviar esa información a un equipo de prototipado rápido, que construirá una réplica anatómica fiel, capa por capa, del hueso faltante”.

El área de biomateriales y biofabricación es un campo en el que las investigaciones están expandiéndose en todo el mundo. “El área de los biopolímeros o biomateriales poliméricos es bastante extensa, debido a la amplia variedad de plásticos que pueden utilizarse, tales como, por ejemplo, acrílico, polietileno, polipropileno y PVC”, dice Luis Alberto dos Santos, docente del Laboratorio de Biomateriales de la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS). “Las investigaciones están enfocadas en dos tipos de polímeros: los de alta resistencia mecánica, para uso en sitios de alta movilidad (columna, placas, tornillos) y los absorbibles, que no requieren cirugía para extraérselos y pueden utilizarse para la liberación de drogas y antibióticos”.

Según Santos, el término biopolímero posee dos amplios significados. “Puede ser un biomaterial para uso biomédico o un polímero obtenido a partir de materiales biológicos que no necesariamente se utiliza en humanos”, explica. En relación con sus propias investigaciones, Santos dice que desarrolla un plástico derivado del ácido láctico, hallado, por ejemplo, en la carne o en la leche, que se utiliza para hilos de sutura e implantes absorbibles. “Otro biopolímero con el que trabajamos es el alginato de sodio, derivado de algas”, comenta. “El material es un hidrogel, que absorbe gran cantidad de agua, que puede utilizarse para cubrir heridas ocasionadas por quemaduras y en diabéticos, en pañales y toallas íntimas, aparte de también puede emplearse como soporte para el cultivo de células”. Ambos trabajos generaron un pedido de patente.

El Proyecto
Biofabris – Instituto de Biofabricación – nº 2008/ 57860-3
Modalidad
Proyecto Temático – INCT
Coordinador
Rubens Maciel Filho – Unicamp
Inversión
R$ 427.794,75 y US$ 766.420,83 (FAPESP)

En la UFRJ: boya fabricada para Petrobras

El desarrollo de dos boyas de monitoreo meteorológico y de las condiciones del mar le permitirá a Brasil contar con la tecnología necesaria para realizar estudios y operaciones oceanográficas en aguas profundas. Dichos aparatos se fabricarán por primera en el país. Ambos proyectos se llevan adelante en la empresa Ambidados – Soluções em Monitoramento Ambiental, con sede en Río de Janeiro; uno mediante un convenio con la Universidad Federal de dicho estado brasileño (UFRJ), con financiamiento de Petrobras, y el otro en asociación con la Universidad de São Paulo (USP), en este caso, con el apoyo de la FAPESP. El lanzamiento al mar de la boya de la USP, que se concretará este mismo año, constituirá una de las primeras misiones del buque oceanográfico Alpha Crucis, adquirido recientemente por la institución académica.

Wilsa Atella, una de las socias de Ambidados, explica que esas boyas oceanográficas servirán para recopilar datos meteorológicos importantes y monitorear el ambiente marino en alta mar. Están equipadas con sensores que miden la velocidad de los vientos, la cantidad de lluvia, la humedad relativa del ambiente, la radiación solar, la presión atmosférica, la concentración de dióxido de carbono (CO₂), la temperatura del aire y del agua del mar, la salinidad, las corrientes y las olas, por ejemplo. A tal efecto, quedan fondeadas en un punto específico del océano, desde donde envían la información recolectada a un satélite, que a su vez se la retransmite a un sistema computacional que luego sube los datos a internet. “Esta información es utilizada en puertos y empresas offshore [en alta mar], y también la emplean los investigadores en sus proyectos científicos”, dice Wilsa.

Plataformas de petróleo
La boya meteo-oceanográfica (BMO) tiene un formato cilíndrico, 2,5 metros de diámetro y 1,20 de altura, y pesa 400 kilos. Su desarrollo empezó en 2010, debido a una solicitud del Centro de Investigaciones y Desarrollo Leopoldo Américo Miguez de Mello (Cenpes), de  Petrobras. “Esta boya es importante para la monitorización meteo-oceanográfica de las regiones oceánicas en aguas profundas, hacia donde se están desplazando las plataformas de explotación de petróleo de Petrobras y de otras empresas”, dice Wilsa, quien informa asimismo que se fabricarán de entrada dos BMO. Una ya ha sido entregada Petrobras y será llevada al mar este mismo año, en tanto que la otra estará lista en septiembre.

Ambidados desarrolla otra boya, que se encuentra en proceso de finalización en la empresa, llamada Atlas-B, en asociación con el Instituto Oceanográfico (IO) de la USP. Según el profesor Edmo Campos, del Departamento de Oceanografía Física, Química y Geológica del IO, la idea de desarrollarla surgió en 2004, luego del huracán Catarina, que azotó al sur del país en marzo de ese año. Dicho episodio dejó claro que la meteorología brasileña no estaba preparada para pronosticar fenómenos de esa índole, que requieren conocimiento tanto de las condiciones del mar donde el huracán se forma como de la temperatura media de una capa de agua de 100 a 200 metros.

Según Campos, el desarrollo de la boya Atlas-B tiene dos objetivos principales. El primero es meteorológico, pues implica mejorar los pronósticos del tiempo y el conocimiento de las condiciones del mar en las regiones cercanas a aquélla donde la boya quedará fondeada. El segundo es establecer una serie temporal de esos pronósticos, a los efectos de hacer un seguimiento de posibles cambios climáticos. “Es un proyecto pionero en Brasil”, asegura el investigador de la USP. “Nuestro país siempre se ha destacado en la oceanografía costera. Y ahora hemos construido un sistema de monitorización de las condiciones oceánicas y atmosféricas en zonas de aguas profundas. Asimismo, por primera vez estamos llevando a cabo el proceso completo: proyectándola, construyéndola, lanzándola y haciendo el mantenimiento de la boya.”

La intención inicial era comprar boyas Atlas, las mismas que se emplean en el Proyecto Pirata, un programa de monitoreo de las aguas del océano Atlántico tropical, entre América y África, desde la latitud 20º Sur (más o menos a la altura de la ciudad de Vitória, capital de Espírito Santo) hasta la latitud 20º Norte (en la región del Caribe), desarrollado conjuntamente por Estados Unidos, Brasil y Francia. En ese espacio existen 16 boyas fabricadas por los norteamericanos para la National Oceanic & Atmospheric Administration (Noaa) o Administración Oceánica y Atmosférica Nacional. “En lugar de vendernos las boyas, los americanos nos sugirieron que fabricásemos otras, iguales a las Atlas”, comenta Campos. “Nos transfirieron la tecnología para hacer copias. Por eso a las que estamos fabricando acá las llamamos Atlas-B.”

A partir de entonces, Campos y su equipo empezaron a buscar una empresa de ingeniería que fuese capaz de construir la boya Atlas-B. Fue así como llegaron a Ambidados y sellaron el contrato en marzo de 2011. “Inmediatamente les suministramos todas las especificaciones de lo que pretendíamos, y ellos empezaron a desarrollar la boya”, comenta Campos. “Para este proyecto recibimos 500 mil reales en el marco del programa de cambios climáticos de la FAPESP, con un proyecto coordinado por el profesor Tércio Ambrizzi, del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG) de la USP, 500 mil reales del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología – Cambios Climáticos, y otros 500 mil reales del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico [CNPq].”

La boya Atlas-B, elaborada con los mismos materiales –fibra de vidrio, acero y aluminio– y de tamaño similar al de la BMO, tiene un formato un tanto distinto, llamado toroidal (parecido a una boya salvavidas o un neumático). En la parte que permanecerá arriba del agua va una pequeña torre, de casi dos metros de altura, donde se instalarán diferentes sensores: pluviómetros, que miden la cantidad de lluvia, anemómetros, cuya función consiste en apuntar la dirección y la velocidad del viento, un espectrorradiómetro, que verifica la radiación solar incidente, GPS y termómetros, aparte de medidores de la humedad relativa del ambiente y de concentración de CO₂.

La boya Atlas es una copia autorizada de un artefacto similar norteamericano

En la parte sumergida también habrá una torre, menor que la de arriba, pero invertida, cabeza abajo. De la parte más baja saldrá un cable de 4 mil metros de extensión, cuya punta quedará fijada al fondo del mar. La boya se ubicará en un punto específico de la superficie situado en la región donde se formó el huracán Catarina, a 600 kilómetros mar adentro del cabo de Santa Marta, en la costa de Santa Catarina. En los primeros 500 metros de cable partiendo desde la boya, también se instalarán sensores, entre los cuales se cuentan los fluorómetros, destinados a medir la concentración de flúor, y los espectrorradiómetros, para verificar la radiación solar que penetra en el agua, además de instrumentos que miden la salinidad y la temperatura del agua.

Vía satélite
Todos los datos recabados por los sensores instalados en la boya serán administrados por un sistema de computación llamado Datalogue, desarrollado por el equipo de Campos en el IO de la USP. “Luego de pasar por el Datalogue, la información pasará a un módulo de transmisión que la retransmitirá al sistema de satélites Argos, que reúne datos ambientales de plataformas autónomas de todo el mundo”, explica Campos. “Desde los satélites, los datos se envían a internet.”

Según el investigador de la USP, en un primer momento se construirán dos Atlas-B. La primera está casi lista y será lanzada al mar el día 1° de noviembre desde el buque Alpha Crucis. Para hacer ese lanzamiento, el proyecto percibió 200 mil reales provenientes del Núcleo de Apoyo a la Investigación en Cambios Climáticos de la USP. “La primera boya estará en actividad durante el lapso de un año”, dice Campos. “Luego será reemplazada por otra igual. Lo que se pretende es mantener esa alternancia durante mucho tiempo, a los efectos de producir series de tiempo ininterrumpidas y extensas, vinculadas con los estudios climáticos. Los recursos por valor de un millón y medio de reales que nos concedieron la FAPESP, el CNPq y el INCT se destinan a la construcción de esas dos primeras boyas. Ambas servirán para demostrar que somos capaces de fabricar, fondear y operar boyas iguales a las boyas Atlas, empleadas en el marco del Proyecto Pirata.”

Además de los modelos BMO y Atlas-B, Ambidados ha desarrollado un tercer producto, el Ondaleta, un instrumento destinado a la monitorización de la marea y las olas en los puertos. El mismo se compone de una unidad que posee una caja de PVC y que contiene los sistemas electrónicos y un sensor de presión, sumada a un tubo de cobre que va al agua. Este conjunto es capaz de medir la altura de la marea y la de las ondas, y el lapso entre ambas (el tiempo entre una y otra). Va conectado a otra unidad que puede instalarse en una empresa propietaria de buques, por ejemplo. “La comunicación entre ambas unidades podrá hacerse en tiempo real por radio o vía fibra óptica”, dice Wilsa. “Hemos desarrollado también un software específico, que permite que el cliente configure el sensor según sus necesidades.”

La patente del Ondaleta pertenece al Cenpes, de Petrobras, y le fue cedida a Ambidados en 2010, que le paga regalías a la compañía petrolífera. “Era solamente un prototipo”, dice Wilsa. “Con recursos propios y del Cenpes, hemos desarrollado el producto comercial y la interfaz online. Hasta ahora le hemos vendido cinco unidades a empresas”. Ambidados es una empresa de base tecnológica creada en 2006 por investigadores egresados del Programa de Ingeniería Oceánica de la Coppe, y fue instalada en 2007 en la incubadora de la propia institución. En abril de este año, la empresa se mudó al Parque Tecnológico de Río de Janeiro, situado dentro del campus de la UFRJ, en Ilha do Fundão, en Río. “Nuestros principales clientes son Petrobras y Vale”, dice Wilsa. “Actualmente la plantilla de personal asciende a 31 empleados. Este año facturaremos 3 millones de reales.”

El proyecto
Impact of the southwestern atlantic ocean on south american climate for the 20th and 21st centuries – nº 2008/ 58101-9

Modalidad
Proyecto Temático del Programa FAPESP de Investigaciones sobre Cambios Climáticos Globales (PFPMCG)

Coordinador
Tercio Ambrizzi – USP

Inversión
R$ 2.075.788,51 y US$ 583.427,37 (FAPESP)

A partir de la izquierda, Regina Bronstein, Sandoval Carneiro, Roberto Dal’Agnol, Cláudia Diniz, Luiz Eugênio Mello, José Oswaldo Siqueira y Hugo Resende, todos ligados al Instituto Tecnológico Vale

Durante el transcurso de siete décadas, Vale pasó de ser una pequeña minera de la localidad de Itabira, en Minas Gerais, al puesto de líder mundial en la producción de mineral de hierro, y además la segunda productora mundial de níquel. Con sucursales en 38 países de los cinco continentes, la minera se desempeña también en los sectores de logística, que abarca vías férreas, terminales portuarias y navegación de cabotaje, energía y fertilizantes. Esa posición destacada se basa en grandes inversiones destinadas a tecnologías de punta y en investigación e innovación. Las demandas inmediatas de los clientes son contempladas en tres centros de investigación y desarrollo (I&D), dos de ellos en Brasil y uno en Canadá. Otras investigaciones, con perspectivas de largo plazo en diversas áreas, se realizan por medio del Instituto Tecnológico Vale (ITV), creado en 2009.

Los primeros debates con miras a la creación de un instituto sin fines de lucro comenzaron en 2007, pero el proyecto recién tomó cuerpo a finales de 2008, con la contratación de Luiz Eugênio Mello, un neurofisiólogo que en aquella época ejercía el cargo de prorrector de Grado en la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp) y actualmente ocupa el cargo de director ejecutivo del ITV. “El año pasado Vale invirtió 1.700 millones de dólares en I&D. Tan sólo al ITV se destinaron casi 23 millones de reales”, dice Mello, ex coordinador adjunto de la dirección científica de la FAPESP. En 2011, las utilidades netas de la minera fueron de 22.800 millones de dólares, con una evolución del 32% con relación a 2010.

Desde su creación, el ITV firmó 87 convenios de I&D  y colaboró con 36 instituciones nacionales e internacionales, tales como Embrapa, el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y la Escuela Politécnica Federal de Lausana, en Suiza, entre otras. El instituto también cuenta con convenios con la FAPESP y las fundaciones de apoyo a la investigación científica de Minas Gerais y de Pará, por valor de 120 millones de reales, destinados a proyectos de investigación en las áreas de minería, energía y ecoeficiencia.

Dos divisiones de investigación con distintos enfoques, Desarrollo Sostenible, en Belém, estado de Pará, y Minería, en Ouro Preto, Minas Gerais, se encargan de llevar adelante las investigaciones en las áreas de cambio climático, gestión de aguas, sostenibilidad en la industria minera, biodiversidad, energía y tecnología para el monitoreo ambiental, definidas como prioritarias en el marco de workshops realizados por Vale en 2010, que contaron con la participación de investigadores provenientes de diversas instituciones y áreas del conocimiento.

Al frente de la división ITV Desarrollo Sostenible desde noviembre de 2010, con el cargo de director científico, se encuentra Luiz Carlos de Lima Silveira, médico de carrera y neurocientífico. Actualmente, 33 investigadores con las más diversas formaciones conducen investigaciones en seis áreas: biodiversidad, con hincapié en microbiología del suelo y biotecnología de plantas; cambio climático; manejo de aguas; bioenergía y fotosíntesis; sostenibilidad en la minería, y monitoreo ambiental. Dos áreas, –arquitectura y urbanismo sostenible en la Amazonia y sostenómica, definida como la ciencia del desarrollo sostenible– incumben a las otras seis.

Al lado y abajo, imágenes de computadora muestran los nuevos proyectos de extracción de mineral en Carajás. A la derecha, actual área de extracción en la misma mina

Silveira, creador del programa de posgrado en neurociencias y biología celular de la Universidad Federal de Pará (Ufpa), evalúa su actual trabajo como una especie de continuidad de la vivencia académica. “En el transcurso de mi carrera como investigador adquirí experiencia administrativa mediante la implementación de dos grupos de investigación, uno en ciencias básicas y otro en neurociencia de medicina tropical”, pondera. “Estas acreditaciones me condujeron a mi actual función”, dice este graduado en medicina de la Ufpa, con maestría y doctorado en biofísica por la Universidad de Río de Janeiro (UFRJ) y posdoctorado en neurociencias por la Universidad de Oxford, en Inglaterra.

Un fenómeno urbano
Según su criterio, la creación de un grupo de investigación en Brasil requiere de una serie de habilidades, en particular en la Amazonia, donde existen disparidades regionales y resulta necesario integrarse con el resto de Brasil. En el ITV de Belém, actualmente se están llevando a cabo más de 10 proyectos de investigación en colaboración con instituciones locales, tales como Ufpa y Embrapa Amazonia Oriental, e internacionales, tales como el Instituto de Biotecnología de Flandes, en Bélgica, y el Instituto Weizmann de Ciencias, de Israel.

La elección de Belém como uno de los ejes físicos de la red de investigación es estratégica. La capital del estado de Pará, estado donde Vale cuenta con grandes operaciones de extracción de hierro en Serra dos Carajás, cuenta con 2 millones de habitantes. Solamente las minas de Carajás aportan un 36% del mineral de hierro que Vale produce actualmente, que en 2011 llegó a 322,6 millones de toneladas. “Belém es una metrópolis ubicada geográfica y temporalmente sobre fuerzas que se equilibran en la frontera entre la Amazonia y el océano Atlántico, con una riqueza de biodiversidad que debe estudiarse”, dice Silvera. Hay dos investigaciones bastante avanzadas, una sobre urbanismo, denominada proyecto Urbis, que se ocupa del fenómeno urbano en la Amazonia oriental, y otra abocada a los impactos climáticos de las operaciones de Vale.

El Urbis es coordinado por Ana Cláudia Cardoso en compañía del ingeniero espacial Antonio Miguel Monteiro, del Instituto de Investigaciones Espaciales (Inpe). “Nuestra idea consiste en trabajar una visión multidisciplinaria del fenómeno urbano de Pará”, dice Cardoso, graduada en arquitectura y urbanismo en la Ufpa, con maestría en planificación urbana por la Universidad de Brasilia (UnB) y doctorado en arquitectura otorgado por la Universidad de Oxford Brookes, en Inglaterra. La propuesta consiste en comprender de qué modo las grandes actividades económicas, tales como la minería, la ganadería y la explotación maderera, están influyendo no sólo en la metrópolis, sino también en las ciudades medianas y en las pequeñas localidades situadas en las zonas de conversión de la selva, así como en los asentamientos ubicados al borde de las carreteras y a orillas de los ríos. En el proyecto participan economistas, urbanistas y ecólogos de instituciones tales como la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG), Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), Fundación Getúlio Vargas y otras, que analizarán mediante el empleo de herramientas específicas los patrones de ocupación del estado. “Los índices de migración de Pará son cuatro veces los del resto de Brasil en algunos municipios, debido a la dinámica de inversión de la propia Vale y también por la influencia agropecuaria”, dice Cardoso.

Playa de acopio del mineral de hierro en Carajás

En el grupo de investigación en cambios climáticos hay un físico y dos meteorólogos, coordinados por Luiz Gylvan Meira Filho, ex presidente de la Agencia Espacial Brasileña. Luís Antônio Lacerda Aímola forma parte de ese grupo desde que emigró desde Israel, donde trabajaba como investigador en el área de cambio climático y modelado, directamente hacia Belém. Graduado en física egresado de la Unicamp, realizó su doctorado en ciencias ambientales en la Universidad de São Paulo (USP) y el posdoctorado en el Instituto Weizmann. “Lo que me atrajo fue la visión innovadora de una empresa para crear un centro de excelencia sostenible con la posibilidad de desarrollar investigación de largo plazo”, comenta Aímola.

Eventos climáticos
Desde mayo del año pasado, él trabaja en un proyecto que intenta integrar los aspectos físicos –como posibles alteraciones en el régimen de precipitaciones en la región tropical, por causa del calentamiento global– con los económicos en el modulado climático. “De ocurrir modificaciones significativas, puede cambiar incluso la dinámica de la selva amazónica”, dice. Como la minería depende de los regímenes de lluvias, las operaciones pueden perjudicarse a causa de eventos climáticos extremos. “Trabajo tanto en los aspectos físicos del clima como en los posibles impactos climáticos futuros para la economía de las regiones tropicales”. Uno de los meteorólogos del grupo estudia los impactos de los cambios climáticos en las operaciones de Vale en la Amazonia oriental y otro elabora un modelo climático para la Amazonia.

ITV Minería se encuentra en proceso de instalación en la ciudad de Ouro Preto, en Minas Gerais. Las áreas definidas como prioritarias son: infraestructura, metalurgia, procesamiento mineral, minería y explotación, prospección y geología y recursos hídricos. Uno de los proyectos, coordinado por el ingeniero agrónomo y profesor jubilado de la Universidad Federal de Lavras (Ufla), José Oswaldo Siqueira, contratado por el ITV hace un año, posee como tema la tecnología de producción de fertilizantes. “La agricultura comienza con la minería”, afirma Sequeira. Las materias primas que se extraen de la roca son la base para la producción de fertilizantes. “Nuestro gran reto consiste en captar la demanda de la agricultura y de la producción de alimentos y llevarla hacia dentro de una empresa minera”, dice Siqueira, graduado en la Escuela Superior de Agricultura de Lavras, la actual Ufla, con maestría y doctorado por la Universidad de Florida y posdoctorado por la Universidad de Míchigan, en Estados Unidos. Para ello hay que hallar nuevos procesos tecnológicos con miras a aumentar la eficiencia de extracción de materias primas y obtener productos con calidad y ambientalmente correctos.

“Casi toda la tecnología que se utiliza actualmente para la producción de fertilizantes se desarrolló entre 1950 y 1970”, relata. El estancamiento se debe al escaso interés de los países desarrollados en las consecuencias de las políticas agrícolas y en el bajo precio histórico de esta commodity química. Pero este escenario se ha modificado en los últimos cinco años. Y la única perspectiva para Brasil consiste en aumentar la competencia tecnológica en toda la cadena de producción.

La frontera mineral
“Se trata de una cuestión estratégica, ya que el país importa alrededor de las dos terceras partes de la cantidad de fertilizantes que consume”. El fosfato, por ejemplo, resulta esencial para la producción agrícola en los trópicos, pero las reservas de este mineral son extremadamente limitadas a nivel mundial. Vale ya produce fertilizantes como el fosfato y el potasio, pero su estrategia consiste en erigirse como una gran productora de materia prima para fertilizantes en escala global. Para ello ha realizado grandes inversiones en Brasil y en el exterior, como por ejemplo en África, Perú, Argentina y Canadá, mediante la adquisición de nuevos yacimientos y empresas. Más allá de la tecnología para producir fertilizantes, ITV Minería trabaja a la par con otras 11 líneas de investigación, entre las cuales se encuentra la frontera mineral del lecho oceánico. Las investigaciones se están llevando a cabo en forma conjunta con la Ufla, con la USP y con universidades tales como, por ejemplo, la de Queensland, en Australia.

Luego de 25 años en Embraer, el ingeniero aeronáutico Hugo Resende aceptó, en octubre del año pasado, la invitación para estructurar un área enfocada en la incubación de nuevos negocios con base tecnológica, ligada al ITV. “El desafío consiste en detectar oportunidades de start-up de nuevos negocios con base tecnológica a partir de investigaciones realizadas no sólo en el ITV, sino también en otros centros de investigación pertenecientes a Vale.”, comenta Resende, graduado en el Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), con maestría y doctorado por la Universidad Stanford. En Embraer, se desempeñó en el desarrollo de aeronaves, de software aeronáuticos y como gerente de desarrollo tecnológico, hasta asumir el cargo de científico en jefe, responsable del establecimiento de asociaciones con universidades y de la detección de proyectos de interés para la empresa.

Experimentos en el Centro de Desarrollo Mineral, en Minas Gerais

Aceptó la invitación de Vale como un nuevo desafío. “Era lo que le faltaba a mi trayectoria profesional. Identificar oportunidades para transformarlas efectivamente en negocios”, dice quien ya ocupó algunos cargos en el directorio de la Asociación Nacional de Investigación y Desarrollo de Empresas Innovadoras (Anpei), entre los cuales ostentó la presidencia en 2006. Se espera que en 2013 la incubadora de nuevos negocios comience a funcionar. La actividad está contemplada dentro del modelo escogido como referencia en el proceso fundacional del ITV, que es el del MIT. “El MIT se enfoca en la transferencia de tecnología para empresas y en la formación de emprendedores”, dice Mello.

Una respuesta inmediata
Tres grandes laboratorios son los responsables de encontrar las soluciones para las demandas tecnológicas que requieren respuestas inmediatas. El Centro de Desarrollo Mineral (CDM) y el Centro de Tecnología en Ferrosos (CTF) están instalados en Minas Gerais. El tercero, que se especializa en la tecnología del níquel y metales de base, se encuentra en Canadá. El CDM, fundado en 1965, es considerado el primer salto tecnológico de la empresa, merced al desarrollo de una tecnología propia de extracción de minerales con bajo tenor de hierro, en la misma década de 1960, lo cual permitió aumentar la vida útil de las minas de Vale. En tanto, el CTF, creado en 2007, desarrolla investigaciones en toda la cadena de utilización del mineral de hierro, desde la mina hasta el acero. “Trabajamos con la mira puesta en la industria siderúrgica”, dice el ingeniero metalúrgico Rogério Carneiro, gerente general del CTF, graduado y con maestría en la UFMG. “Varios laboratorios y modelos matemáticos que simulan los procesos siderúrgicos permiten desarrollar soluciones para nuestros clientes”, añade Carneiro, quien desde 2001 se desempeña en Vale. Previamente, trabajó durante 17 años en una industria siderúrgica brasileña, coordinando investigaciones enfocadas en el mineral de hierro, sinterizado y altos hornos. Dentro del total de 120 empleados y tercerizados del CTF, 30 son investigadores con maestría o doctorado, entre los cuales se cuentan ingenieros metalúrgicos, de minas y geólogos. En el centro, se pueden testear desde diferentes rutas de extracción hasta el comportamiento del mineral en las siderúrgicas. “En el CTF contamos con equipamientos que reproducen una siderúrgica”, relata Carneiro.

Las tecnologías innovadoras aplicadas en la producción del mineral de hierro son lo que distingue a Vale para garantizar su posición como líder en la escena mundial. Una de ellas es el transporte del mineral de hierro a través de una estructura compuesta por excavadoras y martillos neumáticos móviles, en lugar de los camiones, que forma parte del proyecto para Carajás denominado S11D. Éstos se ocuparán de la extracción y el transporte del mineral hasta la central de extracción. “El procesamiento del mineral de hierro a partir de la humedad natural, sin agregado de agua, constituye otra tecnología que minimizará el impacto ambiental”, dice el ingeniero de minas Stephen Potter, director de Planificación Integrada y Desarrollo Tecnológico de Vale, graduado en la Escuela Real de Minas en Londres, donde también hizo maestría “Más allá de la reducción en el consumo de agua, permitirá recuperar el material explotado en la mina”, dice Potter, de nacionalidad inglesa, quien trabaja desde hace 20 años en minería y desde 2009 lo hace en Vale. Las partículas más finas, eliminadas en el proceso convencional, se mezclarán con el producto final. Tampoco habrá necesidad de descartar los residuos del proceso en un vertedero construido para esa finalidad, tal como se hace actualmente.  “Habrá un menor impacto ambiental al evitar la circulación de los camiones cargados”. Vale obtuvo recientemente la licencia ambiental provisoria para la implementación del proyecto.

De izquierda a derecha: Márcio Lauria, Adriano Sales, Adão Mattos, Nádia Armelin (gerentes de I&D) y André Conde, quien comanda el área

Un equipo joven, con bastante experiencia y buena formación académica, dirige las principales líneas de investigación de la industria química Oxiteno, enfocadas en mercados tan diversos como los de cosméticos, productos para limpieza industrial y del hogar, pinturas y barnices, agroquímicos, petróleo y gas, entre otros. Al frente del área nacional de investigación y desarrollo (I&D) se encuentra André Conde, de 39 años y con 17 años en la empresa. “Comencé como pasante e inmediatamente me contrataron como investigador”, dice Conde, graduado en química en la Universidad de São Paulo (USP), magíster en química por la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) y con un MBA en gestión empresarial por la Fundación Getúlio Vargas (FGV). Entre los 1.600 empleados de Oxiteno, hay 100 que trabajan en I&D. La empresa destina anualmente alrededor del 1,5% de su facturación, que el año pasado fue de 2.500 millones de reales, para el sector.

Cerca de cumplir 40 años, la multinacional química brasileña con sede en São Paulo, perteneciente al grupo Ultra, está presente en ocho países de América, Europa y Asia y posee 11 filiales industriales distribuidas en Brasil, México, Estados Unidos y Venezuela, además de tres centros de I&D en el mundo. De la cartera de 400 productos de la empresa, 300 son tensioactivos, también denominados surfactantes. “Un tensioactivo es una molécula especial que posee la habilidad de compatibilizar materiales que no se mezclan”, dice Conde. Presentes en prácticamente todos los procesos industriales, se los utiliza para aplicaciones tan diversas como pueden ser champú, detergentes, en procesos de polimerización de pinturas y en la aplicación de plaguicidas agrícolas en el campo. “Somos los mayores productores de tensioactivos de Latinoamérica”, comenta. Oxiteno también elabora solventes, intermediarios químicos y precursores que se destinan a la fabricación de otros productos.

Para diferenciarse en el mercado, la empresa intenta ir más allá de la producción de compuestos químicos provenientes de fuentes petroquímicas. A tal fin ha invertido en la búsqueda de soluciones tecnológicas que utilicen fuentes renovables, tales como aceite de soja, de palma y derivados de la caña de azúcar. El año pasado, por ejemplo, Oxiteno anunció el lanzamiento de un aditivo que modifica las propiedades del etanol para permitir su utilización en motores gasoleros, sustituyendo al combustible derivado del petróleo. La solución innovadora y menos contaminante recibió el premio Kurt Politzer de Tecnología 2011 en la categoría empresa, otorgado por la Asociación Brasileña de Industrias Químicas (Abiquim).

El producto, que se encuentra en su fase final de validación, fue desarrollado por el área de petróleo y gas de la empresa, bajo la coordinación de Nádia Armelin, quien actualmente se desempeña como gerente de I&D en el área de pinturas y barnices. Graduada en ingeniería química en la Unicamp y con MBA en gestión empresarial por la FGV, Armelin, de 31 años, trabaja hace ocho años en Oxiteno, donde comenzó como pasante.

Otro lanzamiento que se concretó en mayo de este año en la misma línea de los renovables es un coalescente que se usa en pinturas decorativas con bajo tenor de compuestos orgánicos volátiles (COV), es decir, compuestos aromáticos que contribuyan a contaminar el aire. El coalescente es la materia prima que plastifica la superficie de partículas que componen las pinturas para paredes al látex y es lo que le confiere resistencia, duración y brillo a las mismas. Sustituyendo a la materia prima original de origen petroquímico se utilizó aceite de palma. “Estamos vendiendo el producto en Medio Oriente y en Sudáfrica, y se encuentra en proceso de homologación en Europa”, dice Armelin. Para determinar si el coalescente es o no volátil, los investigadores utilizan como referencia la regulación europea que establece que a todo compuesto con punto de ebullición por debajo de los 250 ºC se lo considera como alto COV. El cálculo del punto de ebullición se realiza considerando la volatilidad de las moléculas y la interacción entre los componentes del producto. “El coalescente que desarrollamos posee un punto de ebullición de 294 ºC”, dice Armelin.

El área de pinturas y barnices es uno de los principales mercados de Oxiteno, puesto que en la fórmula de una pintura intervienen tensioactivos, solventes y coalescentes, todos ellos producidos por la empresa. Tan sólo los pigmentos y las resinas no se encuentran en la cartera de la compañía, que produce tanto para el mercado decorativo como para el automovilístico de pinturas originales, además del de muebles. “Además del coalescente con bajo COV, elaboramos solventes provenientes de la caña de azúcar para diversas aplicaciones”.

Oxiteno ha atravesado un proceso de internacionalización y, recientemente, además de las filiales industriales de México y Venezuela, adquirió una unidad en Estados Unidos para producir tensioactivos y especialidades químicas para los mercados de agroquímicos, cosméticos y limpieza industrial y doméstica a partir de 2013. “Nuestro sector de I&D debe demostrar que genera innovaciones para diferenciarse tecnológicamente no sólo en Brasil, sino también en Europa y en los mercados mundiales”, dice Conde.

Ensayos de estabilidad térmica en agroquímicos

En el marco de su estrategia de innovación se ubica el desarrollo de nuevas tecnologías para químicas verdes, el refuerzo de la cooperación con universidades y centros de investigación y el aumento de la base de propiedad intelectual. “Varias ideas de nuevos productos surgen mediante la interacción técnica con nuestros clientes, pero muchas otras propuestas surgen en la propia Oxiteno, que se encuentra atenta a las tendencias y a las patentes, e interactúa con consultores de excelente nivel y experiencia profesional”, dice Márcio Tavares Lauria, de 44 años, gerente de desarrollo de procesos, quien dirige  un equipo de 17 personas. Lauria, un ingeniero químico graduado en la USP, trabaja en la empresa desde hace 21 años. “Oxiteno entiende que los convenios constituyen una forma de adquisición de tecnología en forma más rápida, correcta y efectiva”, sostiene el ingeniero, quien realizó un MBA en gestión empresarial en el Instituto Brasileño de Mercado de Capitales (IBmec), el actual Insper.

Convenios académicos
Entre sus colaboradores se cuentan universidades y centros de investigación, a los que se considera como elementos que potencian las nuevas tecnologías. Actualmente la empresa mantiene diversos proyectos en colaboración con instituciones de Brasil y del exterior, más allá de otros que concluyeron durante los últimos tres años. La FAPESP es una de las asociadas. Al final de 2006, la Fundación emitió junto a Oxiteno una convocatoria a la presentación de proyectos para lignocelulósicos, que tienen como objetivo la utilización de celulosa, paja y punta de la caña de azúcar para obtener, mediante procesos enzimáticos, productos que actualmente se producen por vía química y petroquímica. La convocatoria originó tres proyectos en colaboración con el Instituto de Investigaciones Tecnológicas, el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón y la USP.

En Venezuela, el centro de I&D cuenta con un proyecto innovador mediante un convenio con la Universidad de Los Andes para el desarrollo de tensioactivos extendidos. “Se los denomina extendidos porque se diferencian químicamente de las moléculas convencionales, lo cual permite una mayor eficiencia del tensioactivo en aplicaciones tales como cosméticos, detergentes y agroquímicos”, destaca Lauria.

“Dentro de nuestra estrategia de innovación, hay un trabajo volcado a captar tendencias”, dice Conde. Y cita como ejemplo el proyecto de tensioactivos verdes, en el cual se identificaron rutas de síntesis embrionarias en la literatura científica. Actualmente la empresa cuenta con una investigadora, Priscila Milani, quien realiza un posdoctorado en la Unicamp y posee una beca del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), completamente dedicada al proyecto. “La investigación involucra una ruta de síntesis genuinamente innovadora”.

Dentro de su estrategia, un soporte importante es el consejo de ciencia y tecnología, que se creó en 2004 y está compuesto por expertos externos. Son siete consejeros en el área de tensioactivos y tres en pinturas y solventes, que se reúnen anualmente para debatir tendencias y estrategias de innovación. Semestralmente se llevan a cabo encuentros en que se presentan los mejores casos en las cuatro áreas de I&D, que son: pinturas y barnices, limpieza doméstica e industrial, cosméticos y cuidados personales, y agroquímicos. En el marco de uno de esos encuentros se presentó el coalescente de pinturas con bajo COV, desarrollado por el equipo de Nádia Armelin.

El grupo de I&D de productos para limpieza del hogar e industrial, dirigido por Adão Mattos, resolvió extender la innovación a las ceras de autobrillo que se utilizan en las residencias. “Desarrollamos un coalescente con ventajas de aplicación en relación con los productos petroquímicos que se utilizan actualmente, tales como la baja emisión de COV y una materia prima de origen renovable”, dice Mattos, de 38 años, graduado y magíster en ingeniería química de la Unicamp, con MBA en gestión empresarial por la FGV, quien hace 14 años que trabaja en Oxiteno.

Menor consumo de energía
Entre las novedades lanzadas el año pasado se encuentra un espesante líquido, un producto que se utiliza para conferir consistencia al champú, por ejemplo. “Los productos que se encuentran en el mercado son sólidos y deben calentarse antes de utilizarse, lo cual representa un consumo de energía para el cliente”, señala Mattos. La fórmula desarrollada, al no provocar irritación y ser transparente, puede agregarse tanto a productos para niños como en jabones íntimos y otras aplicaciones.

En el sector de agroquímicos, también se lanzó este año un espesante líquido. “Se trata de un producto nuevo, que no necesita preparación previa. Basta con agregarlo a la fórmula para que esta adquiera la viscosidad deseada”, dice Adriano Sales, de 35 años y coordinador de I&D para agroquímicos. Sales, graduado en ingeniería química por la Escuela de Ingeniería de Mauá y con MBA en ingeniería de productos por la USP, se desempeña desde hace 16 años en Oxiteno, donde comenzó como pasante de nivel técnico en la fábrica. “Las fórmulas agroquímicas tienen como objetivo aumentar la productividad en el campo”, comenta. Dentro de los agroquímicos, los tensioactivos se destacan por contribuir al desarrollo de fórmulas más eficientes. Como gran parte de los ingredientes activos es insoluble en agua, Oxiteno también produjo solventes verdes para agroquímicos a partir del aceite de soja y de caña de azúcar, que se utilizan en reemplazo de algunos solventes derivados del petróleo.

Ramon de Paula
Ingeniero de misiones de la Nasa

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Desfile del estilista Ronaldo Fraga en la São Paulo Fashion Week de este año: modelos con cintas iluminadas

Lámparas flexibles en forma de cintas, capaces de ser pegadas en las paredes, en el techo e incluso en los frisos. La tecnología y la arquitectura de iluminación avanzan en esa dirección, y las nuevas formas de utilización de esas cintas flexibles, compuestas fundamentalmente por polímeros, encuentran utilidades insólitas, antes incluso de entrar en el circuito comercial. Ése fue el caso del desfile del estilista Ronaldo Fraga, en la São Paulo Fashion Week, que se realizó en junio de este año en la capital paulista. Las modelos desfilaban con cintas electroluminescentes llamadas de Lume y producidas por Csem Brasil, instalado en Minas Gerais, un centro privado de investigación aplicada especializado en el desarrollo y la transferencia de tecnología, fundamentalmente en las áreas de electrónica orgánica y microsistemas. Conectadas con pequeñas baterías sujetas a los cuerpos de las modelos, esas cintas hicieron su aparición por primera vez en público.

El desarrollo y la fabricación de las cintas Lume en Brasil catapultan al país al mismo nivel que Europa, Estados Unidos y China en el área, en un mercado global que ha sido muy poco explotado aún. Las cintas Lume generan luz en toda la superficie y se destinan fundamentalmente a la producción de pantallas de productos electrónicos, tales como relojes, interiores de aviones y automóviles, placas de publicidad y como piezas decorativas. Poseen una vida útil de 10 mil horas y su consumo de energía es bajo.

Para la confección de las cintas Lume, el Csem se valió de la tecnología de electrónica impresa en rollos utilizada para la fabricación de semiconductores orgánicos, aunque estas cintas iluminadas no usen específicamente polímeros orgánicos. Las Lumes se fabrican en una máquina de impresión llamada Roll to Roll, la primera de Sudamérica, que funciona de manera similar a la rotativa de un periódico. Básicamente, la Lume está compuesta por una capa de un material a base de fósforo ubicado entre dos electrodos, uno transparente, llamado ITO, de indium tin oxide, el óxido de indio dopado, con estaño, y el otro de pintura de plata. El campo eléctrico formado por ambos electrodos excita a los electrones de fósforo y, cuando éstos regresan al estado original, emiten luz roja, blanca, azul o verde, dependiendo del color de la pintura utilizada. Como sustrato, la lámpara flexible utiliza el polímero PET, el mismo de los envases de refresco y de agua mineral. La formación de la cinta se produce debido al paso por los rodillos de la máquina y al recibir las distintas capas.

Los polímeros orgánicos son los principales elementos de la fabricación de los organic light-emitting diodes (Oleds), que llevan fundamentalmente carbono en su composición y constituyen la próxima promesa en el campo de la iluminación y las pantallas después de los LEDs, que actualmente están presentes en lámparas especiales y en las pantallas de televisión. La ruta tecnológica de la producción de la Lume es la misma de la producción de los Oleds y abre el camino también para el desarrollo de dispositivos con polímeros orgánicos tales como células fotovoltaicas, por ejemplo, que pueden imprimirse y son flexibles, y se emplean en sistemas de generación de energía solar. El objetivo del Csem no es, en este primer momento, invertir en la producción a gran escala de Oleds ni tampoco de displays. Otros países se encuentran ya bastante cerca de dominar la confección de estos dispositivos. Por eso mismo, el ingeniero Tiago Maranhão Alves, director ejecutivo del centro, afirma que el primer producto orgánico fabricado para el consumo masivo será la célula fotovoltaica de semiconductores orgánicos.

Un reciclador de energía
“Aparte de que estamos en condiciones de conquistar espacios significativos, contamos con los recursos naturales para entrar, competir y ganar el partido”, dice. De acuerdo con lo planificado, las primeras células fotovoltaicas comerciales llegarán a las calles dentro un año. Con ellas será posible fabricar paneles solares livianos y flexibles a más bajo costo, alimentadores de teclados de computadoras, celulares y controles remotos. Estas células también serán capaces de captar la luz de la vivienda, como así también la luz solar, y de producir corriente eléctrica. Así, harán las veces de “reciclador de energía”. Otro mercado en que estarán presentes será el de la generación eléctrica en lugares remotos, donde aún no llega la red de distribución eléctrica.

La máquina de impresión y producción de las cintas en rollo

Para Maranhão, nadie hace una nueva cadena de valor por su cuenta. “Eso solamente es posible con mucha investigación asociada”. El Csem, para desarrollar sus proyectos, ha contado con el aporte económico de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Minas Gerais (Fapemig) y del Banco Nacional de Desarrollo Económico y Social (BNDES). En Minas Gerais, un acuerdo entre la Secretaría de Estado de Ciencia y Tecnología, la Fapemig y la iniciativa privada está estimulando el desarrollo de esa tecnología. “Lo importante en este proyecto es que el gobierno se erige en inductor de una asociación entre la universidad y la empresa para el desarrollo de tecnología de punta tendiente a generar riqueza, puestos de trabajo y desarrollo para el país”, explica Mario Neto Borges, presidente de la Fapemig. La fundación lleva invertidos 7 millones de reales en el instituto. En tanto, el BNDES aportó otros 15 millones de reales.

Intercambio conjugado
El Memorándum de Entendimiento en Cooperación Académica, Investigación y Desarrollo firmado entre las instituciones permite el intercambio de investigadores, magísteres, doctores y posdoctores de las universidades y empresas de Minas Gerais con el Centro de Electrónica Plástica del Imperial College, uno de los más importantes centros de electrónica orgánica a nivel mundial. El director del centro inglés, el físico Donal Bradley, es uno de los inventores de la electroluminescencia de polímeros conjugados. Diez investigadores brasileños ya han trabajado con él en el marco del convenio. A su regreso, algunos fueron a trabajar al Csem. Debido al acuerdo, las patentes registradas mediante el convenio le pertenecerán a los asociados, la Fapemig inclusive.

Los primeros pasos hacia el surgimiento y el desarrollo de la electrónica orgánica e impresa se dieron por casualidad, en 1976. Ese año, Hideki Shirakawa, un investigador japonés del Instituto de Tecnología de Tokio, intentaba sintetizar un tipo de plástico, o poliacetileno, un polímero sencillo formado tan sólo por átomos de carbono e hidrógeno. En forma errónea, al agregarle al compuesto una cantidad mayor de un catalizador, Hideki produjo un filme brillante como una hoja de aluminio. Poco después se asoció a dos científicos estadounidenses, el químico Alan MacDiarmid y el físico Alan Heeger, de la Universidad de Pensilvania. Trabajando sobre el filme brillante del investigador japonés, éstos se percataron de que, al dopar al carbono con iodo, éste se convertía en una hoja metálica dorada, con conductividad eléctrica. Así descubrieron el primer semiconductor orgánico, formado por un polímero. Este descubrimiento le significó el Nobel de Química a los tres científicos, en 2000. Casi 40 años después, se han estudiado muchas aplicaciones prácticas para esos semiconductores. La carrera actual entre científicos, instituciones privadas y gubernamentales apunta a cómo fabricar estos productos que se basan en la electrónica orgánica e impresa con eficiencia, a bajo costo y en gran escala.

La carrera por sacar el Oled al mercado mueve a las grandes fábricas de materiales de iluminación, como en el caso de la alemana Osram, que está invirtiendo en los Oleds elaborados a partir de semiconductores orgánicos. La principal ventaja de estos materiales radica en que no están formados por una unión de puntos emisores individuales, sino por una superficie flexible que genera iluminación de manera uniforme, y así puede moldearse más fácilmente a diferentes formas y ambientes. La empresa cuenta instalaciones en la ciudad de Regensburg, Alemania, que están preparadas para erigirse en la primera línea piloto de producción a gran escala de Oleds a nivel mundial. Los primeros productos de uso comercial para iluminación de oficinas y para el mercado minorista ya se han testeado en las ciudades alemanas de Múnich y Berlín, y pronto estarán también en Brasil. Según Joyce Calil, gerente de ventas de Osram en el país, se espera que “las primeras aplicaciones en el mercado apunten a la luz funcional a partir de 2015”.

El Aris con la batería brasileña en una calle de la Ciudad Universitaria, en São Paulo

Las baterías de litio están por todas partes, en celulares y notebooks, los aparatos más comunes que cuentan con este tipo de dispositivos. Al acumular y liberar energía eléctrica en estos artefactos electrónicos, hacen más fácil y divertida la vida de todos. En formatos mayores y con más potencia, dichas baterías constituyen el principal componente de los más recientes automóviles eléctricos ‒tales como el Leaf, de Nissan‒ que están siendo sometidos a pruebas en como taxis en la ciudad de São Paulo, o híbridos con motor de gasolina, tal como es el caso del Volt, de General Motors. Son vehículos que casi no emiten contaminantes y, por eso mismo, tienen una fuerte invocación ambiental, pues se convierten en una fuente de energía limpia con relación a los motores impulsados con derivados de petróleo.

Estas baterías son fabricadas por más de diez empresas en el mundo, pero el primer prototipo hecho en Brasil vio la luz en julio de este año. Su elaboración corrió por cuenta de Electrocell, una pequeña empresa instalada en el Centro de Innovación, Emprendedorismo y Tecnología (Cietec), con sede en la Ciudad Universitaria de la USP, en São Paulo. Y enseguida lo instalaron en una pequeña camioneta que lleva el nombre de Aris, capaz de transportar 350 kilos de carga. Esta camioneta, que es silenciosa, forma parte de un proyecto de CPFL, la empresa distribuidora de energía del interior paulista, y su ejecución estuvo a cargo de Edra, una industria de automóviles especiales con sede en la ciudad paulista de Rio Claro. El vehículo, que primeramente contaba con baterías chinas, ahora anda con equivalentes brasileñas, y adquirirá estatus inherente a su factibilidad comercial para nichos específicos. Para la propia CPFL, por ejemplo, o en la entrega de correspondencias, en el transporte de aparatos electrónicos o en la distribución de ingredientes de restaurantes.

“Hemos identificados a los aliados de toda la cadena de tecnología automovilística”, dice Flávio Eduardo Lopes, director de Edra. La construcción de una fábrica de camionetas eléctricas requerirá una inversión de 10 millones de reales para producir mil unidades por año. “Con esa producción y teniendo en cuenta que la batería cuesta la mitad del precio del vehículo, es posible decir que cada Aris saldrá por unos 60 mil reales”, dice Lopes. “Es factible, si bien es más caro que los vehículos flex similares, pues cada batería durará 10 años, el equivalente a rodar alrededor de 300 mil kilómetros”. El Aris es capaz de alcanzar una velocidad máxima de 80 kilómetros por hora, con una autonomía sin necesidad reabastecerse de 100 kilómetros. La recarga tarda hasta siete horas en un tomacorriente común de 220 voltios.

Se espera que haya una cantidad mayor de vehículos eléctricos en el total del parque automotor planetario, de manera lenta, pero progresiva. En Estados Unidos, de acuerdo con un estudio sobre la industrialización de la batería de iones de litio del Center on Globalization, Governance & Competitiveness de la Universidad Duke, publicado en octubre de 2010, más de la mitad de las ventas de vehículos nuevos en el mercado estadounidense corresponderá en 2020 a coches y utilitarios híbridos o eléctricos. En la conclusión del documento, los investigadores encabezados por Marcy Lowe afirman que la industria automovilística está abandonando los motores de gasolina para invertir en la motorización eléctrica, y que la clave de esta migración está en las baterías avanzadas de litio. “Estados Unidos debe ser capaz de producir baterías de iones de litio para mantenerse competitivo”, advierte el documento.

El mercado mundial de baterías se agitará en breve, según apuntan las proyecciones de la consultora alemana Roland Berger. De acuerdo con el informe de comienzos de este año, el mercado de baterías de iones de litio para uso automotor superará los 9 mil millones de dólares en 2015. En el área específica de las baterías avanzadas, propias para uso en sistemas y aparatos eléctricos, el mercado treparía a 7.600 millones de dólares en 2017, de acuerdo con la consultora estadounidense Pike Research.

El mercado destinado al uso de esas baterías en sistemas eléctricos es otro foco de Electrocell. En esos sistemas, denominados redes eléctricas inteligentes, más conocidas como smart-grids, los consumidores, fundamentalmente las empresas, desempeñarán un rol importante en el monitoreo y la gestión de la energía eléctrica consumida. Cada consumidor podrá generar y distribuir la propia energía con sistemas solares o eólicos, por ejemplo, y la electricidad podrá acumularse en baterías de litio. Las baterías también podrán cargarse en horarios de menor consumo, durante la madrugada, por ejemplo, para contar con la electricidad más barata durante los horarios pico, entre las 19 y las 22, cuando la tarifa es más cara. Para funcionar a pleno, los smart-grids todavía dependen de una legislación específica en Brasil.

Instalación en una camioneta de la batería de Electrocell formada por módulos

Según el Centro de Gestión y Estudios Estratégicos (CGEE), dependiente del Ministerio de Ciencia y Tecnología (MCT), que presentó en diciembre de 2011 el estudio intitulado Las redes eléctricas inteligentes: el contexto nacional, ya se han catalogado 178 proyectos de smart-grids en Brasil, en el marco de programas de investigación y desarrollo coordinados por la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (Aneel). Los mismos abarcan desde sistemas de medición inteligente de energía eléctrica hasta la generación y distribución de electricidad en microrredes, circunscritas por ejemplo a una empresa que cuente con sistemas eólicos o solares. Los 178 proyectos totalizan inversiones por valor de 411 millones de reales. En datos recabados y analizados por el CGEE, China, Corea del Sur, el Reino Unido y Estados Unidos encabezan las proyecciones económicas estimadas para los proyectos de modernización de las respectivas redes de energía. En total, hasta 2030, se invertirán 178 mil millones de dólares en esas redes inteligentes.

Para tomar parte en el mercado de smart-grids y de coches eléctricos nacionales, Electrocell está proyectando construir una fábrica en 2013 para producir las baterías de iones de litio. “Estamos negociando las inversiones con empresas de capital de riesgo y bancos de inversión”, revela Gilberto Janólio, ingeniero y socio de Electrocell. La empresa inició sus actividades en 2000, con un proyecto sobre células de combustible, un tipo de batería que produce electricidad con hidrógeno, financiado por el Programa Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe) de la FAPESP (lea en Pesquisa FAPESP nº 92 y nº 173).

El desarrollo de la batería en Brasil constituyó todo un reto para Electrocell, que tardó un año y medio para tenerla lista. “Fue un desarrollo de ingeniería de integración en el que definimos el control y el equilibrio de la carga eléctrica de cada elemento de la batería y la disposición de todo el conjunto, todo en sintonía con el software de control del coche, además del desarrollo de ingeniería de choque y vibración”, dice Janólio. “Otro factor importante fue el desarrollo de un sistema de ventilación propio para el clima cálido del país”, dice Volkmar Ett, otro socio de Electrocell. Para producir las baterías, la empresa se alió a Cegasa, una empresa española fabricante de pilas y baterías que actúa en Brasil desde hace dos años. En España, Cegasa desarrolla baterías experimentalmente para la fábrica española de automóviles Seat, cuya controlante es Volkswagen. “Ellos nos suministran las pastillas de litio y nosotros construimos la batería”, dice Janólio.

El mercado de esas baterías también abarca a los ómnibus híbridos, con motores eléctricos y convencionales, pequeños camiones, centro de procesamiento de datos de empresas y hasta vehículos aéreos no tripulados (vants). “Hemos recibido muchos pedidos y lo que falta ahora es producirlas en serie”, dice Ett. En el plan de negocios de la empresa, diseñado por el consultor Luiz Carlos Rocha Paes, está prevista la producción, en 2014, de 213 baterías para camionetas, autobuses e incluso pequeñas motocicletas. Se prevé una facturación de 25 millones de reales. “Pero la previsión potencial de la demanda en 2014 asciende a 966 baterías, cifra que sería cubierta con importaciones”, dice Paes. “Creemos que Electrocell puede hacerse con un 22% del mercado”, dice.

Para la CPFL, que empezó a construir estos coches eléctricos en 2009, las baterías nacionalizadas aseguran la continuidad y el avance del proyecto. “Los coches eléctricos constituyen para CPFL un ejercicio de demostración de la tecnología, para verificar como funciona en el día a día. No es un proyecto de investigación y desarrollo; nosotros pretendemos demostrar que es posible hacer coches eléctricos en Brasil, por eso ya le hemos compramos cuatro a Edra”, dice el ingeniero Marcelo Rodrigues Soares, coordinador del proyecto en CPFL, empresa que ha destinado alrededor de 3 millones de reales a la compra de los autos y las baterías. “En nuestros ensayos verificamos que el costo de rodar con ese vehículo eléctrico corresponde a un cuarta parte (1/4) del costo del kilómetro rodado con gasolina”, dice Soares. El Aris está homologado en el Departamento Nacional de Tránsito (Denatran) desde marzo de 2010 y está apto para circular en todo el país.

Pese a las buenas perspectivas para este nuevo mercado, el precio de las baterías puede asustar a algunos
consumidores. “En Brasil tenemos que ver cuánto el consumidor está dispuesto a pagar por encima, con relación a un vehículo con motor de gasolina, por ejemplo, para contar con algo más eficiente en la reducción de emisiones de CO₂”, dice Francisco Nigro, docente de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (USP) y asesor técnico de la Secretaría de Desarrollo Económico, Ciencia y Tecnología del Estado de São Paulo. “Es de esperarse que, en el transcurso de los próximos años, el precio de las batería caigas y se vuelvan más factibles para el mercado automovilístico”, explica Nigro.

El descubrimiento del más prometedor de esos superconductores se anunció en junio de este año en un artículo publicado en el Journal of Applied Physics. En él, los investigadores de Lorena, en colaboración con el ingeniero de materiales Ausdinir Bortolozo, de la Universidad Federal de Itajubá, y los físicos Renato Jardim, de la USP, y Flávio Gandra, de la Universidad Estadual de Campinas, describen qué sucede cuando se agrega una pizca de átomos de carbono durante el proceso de fabricación de un compuesto metálico muy conocido, elaborado con niobio y germanio, el Nb₅Ge₃, que desde 1977 poco interesaba a la ciencia de los materiales porque se transformaba en superconductor a una temperatura extremadamente baja, inferior a -272 grados Celsius (ºC). “El comportamiento eléctrico del material dopado cambió por completo”, informa Machado, quien ya cuenta con resultados preliminares de otros dopajes exitosos del Nb₅Ge₃, utilizando otros seis elementos químicos.

El material dopado con carbono es superconductor a una temperatura de -258ºC, la más alta obtenida por los brasileños y que se considera interesante para la industria. A pesar de ser gélida, esta temperatura se ubica 11 grados por encima del punto de ebullición del helio líquido (-269,15ºC), que normalmente se utiliza para refrigerar los metales superconductores en sus aplicaciones tecnológicas, por ejemplo, en los equipamientos que realizan imágenes por resonancia magnética.

Nula resistencia
Un material superconductor es aquél en el que la resistencia eléctrica desaparece por debajo de cierta temperatura. Eso significa que una corriente eléctrica puede fluir por el material sin perder energía disipando calor. La superconductividad fue observada el físico holandés Heike Onnes, por primera vez, en 1911, y desde entonces se han descubierto varios materiales superconductores, la mayoría de ellos metálicos, funcionando a temperaturas bajísimas, de pocas decenas de grados por encima del cero absoluto (-273,15ºC).

Pese a ser relativamente alta, la temperatura alcanzada por los brasileños no llega cerca del récord mundial, establecido para otra clase de materiales, basados en óxidos de cobre, que surgió en los laboratorios a partir de 1987, con temperaturas superconductoras superiores a -196ºC. Esos materiales de naturaleza cerámica, sin embargo, son quebradizos y heterogéneos, lo cual impide su producción en gran escala. Por eso, todavía se busca un material superconductor a temperaturas más altas, aunque maleable y homogéneo tal como los metales.

Según el físico Zachary Fisk, de la Universidad de California, en Irvine, el descubrimiento de los brasileños abre la posibilidad de utilizar un dopaje intersticial para buscar las tan soñadas aleaciones metálicas superconductoras a temperaturas más altas. “Es un desarrollo que entusiasma”, comenta.

Artículo científico
BORTOLOZO, A. D. et al. Interstitial doping induced superconductivity at 15.3K in Nb5Ge3 compound. Journal of Applied Physics. 2012.

El carbonato de calcio es utilizado por los productores de tubos y conexiones como material agregado para componer los polímeros. Este carbonato que utiliza la industria se extrae de yacimientos. El paso siguiente para los investigadores consiste en verificar la factibilidad económica de la producción, que estará a cargo de los productores de mariscos.

Aplicación de gel de mandioca en frutillas

La modificación de los hábitos alimentarios y la falta de tiempo en el día a día de quienes residen en las grandes ciudades, sumadas a la búsqueda de un consumo sin desperdicios, han provocado una multiplicación de los estudios sobre alimentos frescos que pueden durar más tiempo en la alacena o en la heladera. Las novedades están apareciendo bajo la forma de envases dotados de biofilmes biodegradables y coberturas comestibles que van tomando cuerpo en la Facultad de Ingeniería de los Alimentos de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). En los grupos de investigación de las profesoras Miriam Dupas Hubinger y Florência Cecilia Menegalli, el desafío pasa por obtener envases baratos, prácticos y no contaminantes, además de fáciles de producir.

Desde el año 2000, el grupo de Menegalli está abocado al desarrollo de envases biodegradables y coberturas comestibles para frutos secos. Hubinger y sus discípulas se especializaron en coberturas para frutas frescas y hortalizas, los denominados productos mínimamente procesados. “Nuestras coberturas conjugan dos beneficios: la practicidad para quien los consume, puesto que la fruta está lista, pelada y cortada, así como el saludable aspecto del alimento”, comenta Hubinger. Ella explica que sus coberturas funcionan como una barrera, conservando el agua y las sales minerales de la fruta, protegiéndola de los microorganismos y del contacto con el aire.

La simplicidad fue una de las razones que condujeron a Hubinger a trabajar con coberturas en base a harina de fécula de mandioca en forma de gel. La concentración de ese material para formar una cobertura es menor que la utilizada para fabricar una película sólida, similar al plástico, que necesita la adición de agentes plastificantes para adquirir flexibilidad. “Privilegiamos el costo, la disponibilidad y la facilidad para preparar la cobertura, en una harina que se gelifica en bajas concentraciones y no altera el sabor de los alimentos”, explica Hubinger.

“Las coberturas deben poseer resistencia al oxígeno del aire, el vapor de agua y los microorganismos, sin olvidar lo principal: la aceptación sensitiva del consumidor”. Sumada a los polisacáridos de la harina, que constituye la base de la cobertura, la profesora utiliza una mezcla de dos componentes naturales, el ácido cítrico, que se encuentra en la naranja, por ejemplo, y el ácido ascórbico (vitamina C). Éstos se agregan antes de sumergir la fruta en la cobertura, inhibiendo la actividad enzimática, uno de los factores que causan el oscurecimiento del alimento al contacto con el aire. Luego, se deja que el alimento escurra el líquido a temperatura ambiente.

La solución de cobertura de fécula de mandioca crea una barrera con baja permeabilidad del oxígeno del aire, aunque no protege al producto del vapor de agua, presente en la atmósfera. El recurso que se encontró para proteger al alimento fue la producción de coberturas emulsionadas o en doble capa, que mezclan la harina de mandioca con lípidos, como por ejemplo, cera de carnaúba [obtenida de las hojas de la palmera Copernicia prunifera] o de abeja. Los resultados obtenidos mediante esa estrategia fueron alentadores.

Una actividad correcta
Las fresas cubiertas con harina de mandioca, sin ningún agente antimicrobiano, duraron 12 días, cuando lo normal son cinco. En el caso del ananá sin cáscara, que normalmente posee una vida en el anaquel de cuatro días, la duración también fue de alrededor de 12 días. El mango cortado, recubierto con la cobertura de mandioca, llegó a resistir 15 días. Lo normal es que en tan sólo dos días se oscurezca. Marcela Chiumarelli, una alumna que colaboró en el estudio de las coberturas, explica que “el manejo de los productos mínimamente procesados todavía es reciente en el país, y muchos mercados y distribuidoras no realizan la actividad correctamente”.

Menegalli y su grupo están probando con varios compuestos para la producción en laboratorio de biofilmes eficientes para diferentes funciones, tales como resistencia, flexibilidad y comestibilidad. Entre los ingredientes utilizados se encuentran fuentes no convencionales para la producción de harina y almidón de cereales, tales como el amaranto, originario de la región andina, en América del Sur, y, más recientemente, de la banana, en un filme reforzado con nanofibras de celulosa extraídas de la cáscara de la propia fruta, además del uso de nanocompuestos en base a montmorilonita, una arcilla mineral presente en el subsuelo de algunas regiones de Minas Gerais. Con el almidón de la quínoa, otra planta nativa de los Andes, se produjeron filmes incoloros con reducida solubilidad en agua.

La profesora aclara que los experimentos con nanocompuestos son los más recientes y complejos. “Utilizamos la propia harina de la banana y de la achira, que es una planta ornamental. Aislamos los biopolímeros produciendo una fibra celulósica con los residuos. La microfibra hecha con nanopartículas le aporta impermeabilidad al filme, siendo por ende menos soluble”, dice Menegalli. Este producto, sin embargo, tardará más tiempo en llegar al consumidor. “No podemos buscar acuerdos comerciales porque primero necesitamos observar cuál es el efecto en el hombre de la ingestión de nanopartículas”. Otro estudio del grupo es en el área de coberturas de frutos secos con biopolímeros que se aplican antes del secado. Ya se los ha testeado en carambola, higo y caqui.

En el ámbito comercial, en Estados Unidos, la empresa Nature Seal produce coberturas comestibles que, al aplicarse sobre la superficie de frutas y hortalizas, mantiene, por ejemplo, trozos de manzana con su color claro, sin perder sabor ni vitaminas durante más de 10 días. Los trabajos del grupo de grupo de Hubinger, específicamente la investigación con fresas, llamaron la atención de una importante cadena de fast food de Estados Unidos y de una gran empresa de Bélgica que comercializa cerezas, frambuesas y arándanos. Se está formando un mercado multimillonario, pues cadenas tales como McDonald’s, Burger King, Wendy’s y Jack in the Box introdujeron más productos verdes en sus cartas, agregando ensaladas y frutas frescas al menú. Lo cual las posiciona como potenciales consumidores de biofilmes.

El laboratorio del confort, tal como se lo conoce, cuenta con alrededor de 300 metros cuadrados y reproduce una sala de embarque con finger (la pasarela por la que se accede al avión) montado en la Escuela Politécnica de la USP, en São Paulo, en el Laboratorio de Ingeniería Térmica y Ambiental (Lete). La parte principal de la estructura representa la cabina de un jet modelo 170 ó 190, con 30 plazas, instalada en el interior de una cámara presurizada que reproduce las condiciones de vuelo. Es único en Brasil, y uno de los pocos en el mundo, similar al del Institute for Building Physics, que forma parte del Fraunhofer Institutes, cerca de Múnich, en Alemania. “Realizaremos ensayos integrados en su interior, para verificar cómo influyen en la percepción de confort del pasajero los parámetros de la presión de aire a bordo, de ruido, vibración, ergonomía, temperatura e iluminación”, explica Jurandir Itizo Yanagihara, coordinador del Lete y del proyecto “Confort en vuelo”. “El objetivo consiste en perfeccionar el interior de las aeronaves y proporcionar niveles superiores de bienestar a los pasajeros”, dice Jorge Ramos, director de Desarrollo Tecnológico de Embraer.

La comodidad a bordo se transformó en una de las prioridades de las compañías aéreas hace ya algunos años. En los comienzos de la aviación comercial, lo importante era que el avión no se cayera, y las aeronaves no se destacaban por el confort. Posteriormente, el interés recayó en la economía. En los últimos 10 años se ha tornado relevantes otros atributos. El confort se reconoce como una diferencia en el mercado de la aviación civil y, actualmente, agrega competitividad al sector. Embraer, tercer fabricante de jets comerciales a nivel mundial, con ingresos netos por 5.800 millones de dólares en 2011, no podía dejar de invertir en este aspecto. Airbus (con ingresos netos por 140.500 millones de dólares) y Boeing (68 mil millones de dólares) encabezan la lista. “Todas las grandes compañías del sector están enfocadas en el mismo aspecto, dentro de las particularidades de cada segmento”, recuerda Jorge Ramos. “En Brasil, la encuesta con pasajeros de vuelo de diversas aeronaves, realizada en 2009 por la UFSCar, en conjunto con la Agencia Nacional de Aviación Civil, indicó que los principales reclamos relativos a la cabina de pasajeros se refirieron al espacio personal, apoyos para pies y brazos, inclinación de la butaca, ruido, vibraciones y espacio para equipaje”, dice André Gasparotti, gerente responsable del proyecto en la empresa. Aunque recién ahora el nuevo laboratorio se encuentra completamente listo, los investigadores de las tres universidades ya venían colaborando con Embraer desde hace varios años sobre esos puntos señalados en la investigación de la UFSCar y también en otros, acaso, más importantes. Jurandir Yanagihara, de la USP, por ejemplo, trabajó como colaborador de la empresa en 2003 y 2004, en el desarrollo de un modelo computarizado del sistema respiratorio para estudiar el efecto de la descompresión, a grandes alturas, sobre el cuerpo humano. “El éxito de ese software, sumado a otro proyecto referido a la previsión del estrés térmico utilizando un modelo de sistema térmico humano, ayudó a profundizar la cooperación con Embraer, culminando en el actual proyecto”, informa el coordinador. Miembros de aquel equipo, tales como Mauricio Silva Ferreira, docente de la Poli/ USP, también participan del “Confort en vuelo”.

Cuando la compañía decidió diagramar un gran proyecto sobre el confort, se consultó a los equipos de la USP, UFSCar y UFSC, quienes aceptaron participar en el trabajo conjunto multidisciplinario y se repartieron entre sí las tareas de investigación –en líneas generales, presión de cabina, ergonomía, vibroacústica y ambiente térmico– según las especialidades de cada grupo. Embraer y la USP, por intermedio de Yanagihara, solicitaron entonces financiación a la FAPESP, en el marco del Programa de Apoyo a la Investigación Asociada para la Innovación Tecnológica (Pite, en portugués), concedido en 2008. Posteriormente, hicieron lo propio ante la Finep (vea los valores en la ficha de la página 23).

Estudios aislados
En la primera fase del proyecto, los diversos factores que componen el confort del avión fueron estudiados en forma aislada. En la segunda fase, que comienza en mayo, el nuevo laboratorio con la cabina dentro de la cámara presurizada –denominada mock-up– será utilizado para la realización de ensayos que integrarán todos los subproyectos a los efectos de obtener mejores parámetros que los actuales. Un buen ejemplo de ello es el modelo para evaluar el confort de presión. Actualmente, se sabe que, para la seguridad de los pasajeros, las aeronaves civiles en operación mantienen una altura de vuelo de hasta 8 mil pies (2.400 metros) sobre el nivel del mar. Como los aviones pueden alcanzar fácilmente más de 40 mil pies (12.100 metros), el aire dentro de la cabina se encuentra presurizado. El modelo construido por el equipo de Yanagihara tiene en cuenta el intercambio de gases que ocurre en el oído medio (la parte interior, que se conecta con el laberinto) y permite prever a qué índices de variación de altura (presión) dentro de la cabina el pasajero percibe o no malestar. “Hay un trabajo experimental que estamos haciendo en ese sentido, para cambiar algunos de esos parámetros”, dice el investigador de la Poli. Los modelos utilizados hoy en día por la industria aeronáutica datan de 1937, 1958 y 1967, y son conservadores. “En nuestros estudios, aún en curso, alcanzamos umbrales muy diferentes de los que se encuentran en la bibliografía científica”.

Visión externa de la cámara presurizada que integra el laboratorio de confort

Los trabajos sobre vibración y ruido dentro de la aeronave, normalmente realizados en forma separada, se llevaron a cabo de manera asociada. El investigador responsable del subproyecto de vibroacústica es Samir Gerges, un ingeniero aeronáutico egipcio naturalizado brasileño, docente en la UFSC. Gerges es uno de los más antiguos colaboradores de Embraer. Incluso antes de la privatización de la empresa ya impartía cursos y consultoría para el personal de la empresa. La participación en el proyecto “Confort en vuelo” con la USP y la UFSCar resulta una continuación de sus investigaciones, que tienen por objeto atenuar el ruido hasta un nivel aceptable para el pasajero. “La reducción excesiva del ruido y las vibraciones no es algo recomendable, incluso desde el punto de vista de la seguridad”, expresa. “La gente debe percibir que se encuentra en un ámbito distinto al de la cama de su casa”.

El equipo liderado por Gerges trabaja para medir la cantidad real de ruido y vibraciones en la cabina y elabora un modelo computacional de predicción. Con esa herramienta será posible lograr resultados más rápidos y baratos para evitar ruidos y vibraciones molestas. El modelo puede usarse para realizar modificaciones en el proyecto de futuras cabinas y señalar nuevos materiales y dispositivos que mitiguen el problema. Las mayores fuentes de ruido se encuentran en las turbinas, en el flujo de aire por el fuselaje y en los sistemas de aire acondicionado, hidráulico y neumático.

El subproyecto relacionado con la ergonomía partió, tal como los otros, de un modelo conceptual. Para comprender cuáles eran los principales problemas, el equipo de Nilton Menegon, del departamento de ingeniería de producción del Centro de Ciencias Exactas y Tecnología de la UFSCar, realizó entrevistas en 36 aeropuertos brasileños. Se elaboró un cuestionario para analizar lo que los investigadores denominan prevuelo, con preguntas referentes al grado de confort dentro del avión, respondido por 377 pasajeros. “Si ellos tienen problemas antes de embarcar, tales como overbooking o largas colas, eso acaba por influir en la percepción del confort que se sentirá en la aeronave”, explica Menegon. En una segunda etapa se realizaron otras 291 entrevistas durante el vuelo para conocer, entre otras cosas, cuál es el grado de dificultad para la realización de actividades en vuelo, tales como leer, escribir, interactuar con los comisarios, alimentarse, descansar e ir al retrete.

Los investigadores también observaron cómo actúaban los pasajeros, primero realizando anotaciones digitales y luego filmando. “El objetivo fue establecer un itinerario de las actividades realizadas durante las fases de embarque, vuelo, y desembarque, identificar la distribución de esas actividades en el curso del vuelo, además de cuantificar de esas tareas”, explica Marina Greghi, del equipo de Menegon, una psicóloga especializada en ergonomía que se doctoró este año con una tesis sobre el confort de los pasajeros en los aviones. “Las observaciones sistemáticas también apuntaron a identificar los comportamientos visibles de los pasajeros, tales como gestos, posturas, acciones sobre los dispositivos y comunicaciones, por ejemplo”.

El material filmado se archivó en un sitio web para que lo vieran los pasajeros que aceptaron participar del proceso de reconstitución de los datos, que consistió en una entrevista telefónica o vía internet para profundizar los análisis contrastando el enfoque del investigador con el del pasajero. Con todo ese material fue posible crear un banco de imágenes y estadísticas, y desarrollar un software para analizar las actividades de la gente en un ámbito restringido a partir del registro y el análisis postural basado en un protocolo de observación. Con ese software, se pueden reconstruir, de manera digital, las acciones del pasajero y, con esa información, generar aquello que los investigadores denominan sobres de posturas, que ayudan a determinar la superficie y el volumen ocupado por el individuo al realizar sus actividades. “Los sobres pueden utilizarse en el marco del proyecto para analizar el espacio en la cabina y la actividad de sus ocupantes, de manera tal que pueda detectarse si es posible o no realizar determinada actividad en ese sitio”, dice Marina. Bautizado con el nombre de Ilios Pose, el software en cuestión obtuvo una patente. Nilton Menegon comenta que el próximo paso tendrá lugar en el mock-up del laboratorio del confort, donde se repetirán los procedimientos realizados, ahora en un ámbito controlado e integrado con los otros subproyectos.

La cereza del pastel
Lo mismo ocurrirá con todos los subproyectos. Los estudios relacionados con la psicofisiología permitirán esclarecer la relación entre la percepción de bienestar mental y fisiológico del pasajero y el malestar en vuelo, explica Renato Ramos, psiquiatra del Instituto de Psiquiatría del Hospital de Clínicas de la Facultad de Medicina de la USP y docente del programa de posgrado en psicología de la salud de la Universidad Metodista de São Paulo. Entretenerse con una actividad mental puede disminuir la sensación de malestar e incluso afectar la percepción del paso del tiempo durante el viaje, y la medición objetiva de este efecto es una de las finalidades del proyecto. “Resulta como si el pasajero se hallara tan entretenido con un libro que al arribar a destino dijera: ‘No me percaté del tiempo’”, dice el investigador. Una parte del proyecto se realizó con voluntarios utilizando realidad virtual para evaluar el grado de abstracción del individuo con determinada tarea. En los test realizados, se lo monitorea, por ejemplo, en relación con la frecuencia cardíaca y la forma en que explora visualmente el entorno. En la segunda fase, los experimentos también se realizarán en el mock-up para ver qué puede aprovecharse para mejorar el confort.

En cuanto al subproyecto microclima, el pasajero contará con opciones para buscar la mejor sensación térmica dentro de la cabina. Los dispositivos individuales de provisión de aire, que actualmente se ubican sobre la butaca, deberán multiplicarse y se perfeccionará su control, aunque sin afectar al pasajero contiguo. Además, las butacas podrán contar con sistemas de refrigeración o calefacción interna. En la primera parte de los estudios, realizados por el equipo de Arlindo Tribess, docente de la Poli/ USP, se utilizaron maniquíes con sensores de temperatura y flujo del calor. Un modelo de sistema térmico humano integrado al software de mecánica de los fluidos computacionales permitirá trazar previsiones de la reacción del cuerpo humano ante cambios en el ambiente térmico sin necesidad de probarlo con personas reales. Según Mauricio Silva Ferreira, de la Poli/ USP, quien desarrolló la herramienta, la iniciativa es inédita en el mundo.

El control de la iluminación en la cabina será investigado a los efectos de conocer la real influencia del color en lo relativo al confort. “Existen relatos en la bibliografía científica que indican que la luz cálida, cercana al rojo, sería la adecuada para actividades tales como alimentarse, mientras que la luz fría aportaría un efecto relajante, bueno para descansar”, dice Yanagihara. Sólo será posible saber si las luces tonalizadas realmente funcionan luego de los ensayos en el mock-up. “De comprobarse esa hipótesis, incluso podremos sugerir nuevos colores dependiendo de las actividades en el interior de la cabina”.

La cereza del pastel del proyecto está en la repetición de los estudios detallados anteriormente que se realizarán en el laboratorio de confort. En este caso, los test se realizarán de manera integrada con alrededor de mil voluntarios en los ensayos que comenzarán en mayo. El requisito consiste en estar sano, haber viajado en avión al menos una vez y residir en São Paulo o alrededores. Para inscribirse, basta acceder a la página www.lete.poli.usp.br/confortodecabine. Un piloto, representado por un investigador, brindará la bienvenida e instrucciones, tal como ocurre en la realidad, y se contratará a un comisario de a bordo para trabajar en la cabina. En tres ocasiones durante el simulacro de vuelo, los voluntarios-pasajeros realizarán evaluaciones sobre el confort local.

La construcción del laboratorio fue necesaria debido a que no es posible realizar los experimentos utilizando los aviones de Embraer. “Una aeronave real presentaría las restricciones de su propio proyecto, el costo sería muy alto y la disponibilidad limitada”, dice André Gasparotti. Es probable que la nueva generación de jets ya exhiba alteraciones en su cabina de pasajeros que tornen más agradable la experiencia de volar.

El horno del siglo XIX, que recibía la leña para la quema

En el Brasil de 1885, “todo el mundo” sabía hilar, dijo un funcionario consular extranjero de la época, de acuerdo con un ensayo de 1976 del historiador y brasileñista estadounidense Warren Dean. Esta práctica venía de un tiempo en que había pocas hilanderías y tejedurías en el país, y la mayoría de las familias necesitaba conocer este arte para confeccionar sus propias ropas. En Inglaterra, las fábricas textiles existentes en el siglo XVIII utilizaban energía hidráulica y cobraron mayor impulso en 1785, cuando fueron las primeras en usar motores movidos  por vapor, las estrellas de la Revolución Industrial. En Brasil, una de las más exitosas aplicaciones de la máquina de vapor se concretó en los telares São Luiz, en 1869. Esta fábrica de tejidos, con sede en la localidad de Itu, en el interior paulista, fue la primera industria que podría caracterizarse como moderna del estado de São Paulo, y se convirtió en modelo de otros emprendimientos similares. El más importante aporte de São Luiz fue la utilización de un motor de vapor que hacía funcionar máquinas de despepitar algodón, de hilado y de tejido. “Por no depender de la energía hidráulica, las fábricas que se valían de esta nueva técnica podían construirse en cualquier lugar y ya no necesariamente a orillas de los ríos”, dice la historiadora especializada en arqueología industrial Anicleide Zequini, del Museo Republicano Convenção de Itu, una extensión del Museo Paulista de la Universidad de São Paulo. “Otra consecuencia importante consistió en mostrar que el trabajo libre y remunerado funcionaba bien y que la mano de obra esclava no era fundamental en esa industria que empezaba a erigirse.”

La instalación de fábricas textiles en las regiones de Itu y Sorocaba –la mayoría utilizaba energía hidráulica– ocurrió debido a la necesidad de fabricar telas y costales, pero también fue consecuencia de la guerra civil estadounidense (1861-1865), que impidió la exportación de algodón bruto a Europa. Los ingleses del São Paulo Railway, el ferrocarril que unía la meseta paulista con el puerto de Santos, vieron en Brasil una alternativa de importación del producto y por eso impulsaron el cultivo del algodón.

La tejeduría São Luiz tuvo cinco fundadores. El mayor accionista, Luiz Antonio de Anhaia, fue el mentor del proyecto. Todo se adquirió en Estados Unidos, en la compañía Lidgerwood: el proyecto de la planta, las maquinarias, la planificación y la capacitación de los trabajadores. La fábrica, con su chimenea de 15 metros, empezó con 62 máquinas, entre las cuales había 24 telares. La caldera generaba el vapor que hacía funcionar el eje del sistema de transmisión, que atravesaba el salón en donde se ubicaban los telares. Cada telar estaba unido a ese eje mediante una correa. Al girar, el eje movía la correa, que a su vez accionaba el telar a cargo de las obreras. “En 1873 trabajaban allí 24 mujeres, 10 varones y 18 chicos”, comenta Anicleide. La producción se destinaba a ropas de esclavos y trabajadores rurales y al embolsado de sal y café.

En 1903, la fábrica enpezó a funcionar también con energía eléctrica. Se mantuvo en actividad hasta 1982 y fue declarada patrimonio histórico. En la actualidad es propiedad de la familia Pacheco Jordão, y se realizan allí eventos culturales o de moda. Importante para São Paulo, São Luiz no fue la primera fábrica brasileña en usar motor de vapor. Según sostienen los historiadores Francisco Foot Hardman y Victor Leonardi, en el libro Historia da indústria e do trabalho no Brasil: das origens aos anos 20 (Global Editora, 1982), en Río de Janeiro, la fábrica São Pedro de Alcântara utilizaba vapor desde 1852. En Bahía, Conceição dos Mares funcionó con energía hidráulica y de vapor durante la década de 1840.