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Ingeniería química

Una nariz artificial que detecta gases

El sector petrolífero invierte en un sensor portátil para áreas de riesgo

Investigadores del estado de Pernambuco (nordeste de Brasil) consiguieron hace dos años analizar electrónicamente e identificar, con el auxilio de una computadora, los aromas y las cosechas de diferentes tipos de vinos. Esta tecnología, totalmente brasileña, ya ha sido perfeccionada y dominada en todas sus fases, y actualmente está siendo adaptada para la detección de gases tóxicos y explosivos en plataformas y refinerías de petróleo.

Con recursos de un millón de reales, girados en 2001, esta “nariz electrónica”, fruto de una asociación entre la Universidad Católica de Pernambuco (Unicap) y la Universidad Federal de Pernambuco (UFPE), se destaca entre los principales proyectos aprobados por el fondo sectorial del petróleo, el CTPetro.

La unión entre electrónica y “olfato” se da mediante la utilización de polímeros conductores de electricidad, materiales que alteran la resistencia eléctrica en presencia de gases. El equipo del Laboratorio de Polímeros de la Unicap utiliza el polipirrol, dopado con reactivos que le confieren propiedades eléctricas a temperatura ambiente. El material es depositado sobre láminas de vidrio conductor – los sensores de la nariz electrónica.

“La innovación consiste en proyectar la mejor fórmula de esos reactivos”, afirma el ingeniero químico Edson Gomes de Souza, de la Unicap. Cada lámina es conectada a través de cables a un medidor de corriente eléctrica, conectado a su vez una computadora que almacena las mediciones. El sistema para recabar datos fue desarrollado en la citada universidad pernambucana, con la ayuda de un software de lenguaje gráfico: el LabView.

Las alteraciones en la conductividad eléctrica generadas por los gases son transformadas en patrones, almacenados a su vez en un banco de datos. Las informaciones son interpretadas por sistemas de redes neurales, “entrenadas” por el equipo de inteligencia artificial de la UFPE para reconocer olores correspondientes a diversos gráficos de conductividad.

Una diferencia imperceptible
El proyecto comenzó con la detección de los aromas de productos más sencillos en términos moleculares, como los solventes orgánicos etanol y metanol. “Son sustancias con diferencias imperceptibles para el olfato humano, pero una de ellas, el metanol, puede llegar a matar”, destaca el físico Francisco Luiz dos Santos, de la Unicap.

Debido al éxito de esta experiencia, el grupo empezó a distinguir electrónicamente diferentes tipos de vinos: blanco, tinto y rosado. La nariz artificial logró también diferenciar vino y whisky, entonces que los científicos decidieron intentar identificar vinos tintos nacionales de las cosechas 1995, 1996 y 1997. Los más recientes tienen un mayor tenor de dióxido de azufre, detectado por el sensor.

“El desafío tecnológico consistió en formar patrones nítidos para las diferentes cosechas”, dice Santos. El sistema logró un 90% de aciertos. Los resultados, que ya rindieron una disertación de maestría y dos tesis doctorales, fueron publicados en la revista científica Synthetic Metals. La tecnología de las narices electrónicas es una de las que más crece en el mundo, siguiendo la efervescencia científica que bulle en el sector de polímeros. Las propiedades eléctricas de estos materiales dieron el Premio Nobel de Química a científicos japoneses y estadounidenses en 2000.

Desde las industrias alimenticias hasta el auxilio en el diagnóstico de enfermedades asociadas a olores exhalados por el organismo, son innumerables las aplicaciones de esta tecnología. En Brasil, el foco se encuentra actualmente en el sector petrolífero. Una central de gas con panel de control fue instalada en noviembre del año pasado en la Unicap, con un costo de 30 mil reales, para verificar la sensibilidad de los sensores al metano, etano, butano, propano y monóxido de carbono.

Son gases explosivos y tóxicos, algunos de ellos inodoros para el ser humano. Ingenieros químicos están perfeccionando la estructura de los tubos de pruebas y utilizando nuevos reactivos. El objetivo es aumentar de ocho a treinta el número de sensores contenidos en la nariz artificial, que en el futuro será usada para detectar con rapidez y precisión.

Un nuevo modelo
Al mismo tiempo, los investigadores pernambucanos desarrollan la tercera generación de narices artificiales. Se trata de un prototipo portátil, capaz de ser transportado en áreas industriales de riesgo. El programa de miniaturización de la “nariz” cuenta con 500 mil reales del CTPetro. Todos los programas de inteligencia artificial están siendo adaptados al nuevo modelo. El prototipo anterior funcionaba dentro de un maletín tipo ejecutivo, con una computadora laptop y un aparato colector de gases con los sensores.

En la nueva versión, la pantalla de la laptop ha sido sustituida por un minidisplay de cristal líquido, y el procesador de la computadora, por un chip microcontrolador. El objetivo es procesar datos online para la identificación inmediata de los gases. “Ya tenemos la tecnología. Nuestro atraso es solamente comercial”, dice Santos. El proceso fue desarrollado de punta a punta en el país.

Todo comenzó hace siete años, cuando la mujer del físico, la analista de sistemas Marizete Silva Santos, de la UFPE, concluía su disertación de maestría sobre centrales multimedia de atención al público. “Estos aparatos empezaban a reproducir sentidos humanos, como la visión, la audición y el tacto, pero faltaba el olfato”, cuenta Santos. “Como físico, asumí el compromiso de encontrar una solución”. El tema se encontraba en estudio en Estados Unidos y en Europa, pero la literatura era escasa. El descubrimiento se dio por casualidad.

Como trabajaba con polímeros conductores de electricidad, el físico decidió con rociar algunos de éstos con alcohol, para saber qué sucedía. Verificó una alteración en la resistencia eléctrica. Y empezó a armar el primero y rudimentario prototipo, fijando el material en agujas de jeringas de inyecciones. Como sucedía en Japón en la era de lostransistores, pacientes y cuidadosas pasantes juntaban las puntas de las agujas en el microscopio. Pero nada de esto era novedad. “Supimos que ya existían prototipos de esa índole en Inglaterra”, subraya Santos. Fue mejor así. “Aislados en el nordeste, empezamos el trabajo de cero y hoy estamos a la vanguardia.”

Una fuente de recursos para las universidades

Pernambuco no produce petróleo, pero se encuentra a la delantera en las investigaciones con ese combustible y sus derivados. La UFPE tiene 20 proyectos aprobados por la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep) y por el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), con recursos por 5 millones de reales de CTPetro. Otros seis son proyectos cooperativos, llevados adelante en varios estados del norte y del nordeste, bajo la coordinación de la universidad pernambucana.

Como sucede con la nariz electrónica, varios grupos están orientando las investigaciones hacia el sector de petróleo y gas natural, una de las mayores fuentes de recursos para las universidades. “Nunca recibimos tanto dinero”, celebra el ingeniero químico César Abreu, coordinador del Laboratorio de Proceso Catalítico de la UFPE. Tan solo el Departamento de Ingeniería Química, responsable por el laboratorio, desarrolla 13 proyectos, por valor de 3,7 millones de reales.

Uno de los más importantes es la reforma catalítica del gas natural, tecnología basada en reacciones químicas para transformar el producto en sustancias de mayor valor agregado. Actualmente, el gas natural es utilizado solamente en procesos de quema, en la combustión de automóviles o en la generación de calor y energía. Pero tiene utilidades más nobles. Asociado al dióxido de carbono – contaminante eliminado por las chimeneas de las refinerías de alcohol -, genera monóxido de carbono e hidrógeno.

Éstos constituyen la materia prima para la producción de combustibles líquidos, tales como la gasolina sintética, el metanol, hidrocarburos pesados e hidrógeno. “En su forma líquida, los combustibles generan menos riesgos de transporte y almacenamiento”, dice Abreu.

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