Durante cerca de 30 años, investigadores y alumnos de los cuatro departamentos del Instituto de Física Gleb Wataghin de la Unicamp enfrentaron serias dificultades de trabajo. La falta de inversiones en el mantenimiento de los laboratorios hizo que se acumularan una serie de problemas, como la obsolescencia de la red eléctrica. “La Infraestructura de los laboratorios no había acompañado la evolución tecnológica de las últimas décadas”, afirma Carlos Rettori, coordinador del Grupo de Propiedades Ópticas y Magnéticas de los Sólidos, del Departamento de Electrónica Cuántica.
Era necesario garantizar, como mínimo, condiciones adecuadas de funcionamiento de los equipos computarizados, propiciando una conveniente estabilidad de la temperatura y de la energía. La actualización de los laboratorios exigió una alta inversión y contó con el apoyo del Programa de Infraestructura de la FAPESP. Durante el período de obras, todo tuvo que ser desconectado, acarreando perjuicios para la marcha de las investigaciones y la conclusión de las tesis de los alumnos. Pero, según Rettori, valió la pena esperar. “Hoy tenemos instalaciones adecuadas, tanto desde el punto de vista de la cantidad de energía como de la seguridad, con buena conexión a tierra y protección contra rayos”, dice.
Fue el fin del caos que adueñaba de todo en los días de tempestad, cuando los rayos llegaban a quemar varias máquinas y computadoras. El sistema de nobreak acabó con los frecuentes apagones, que desconectaban equipamientos y destruían el trabajo de varias semanas. En la fase de preparación de muestras, por ejemplo, los materiales generalmente necesitan pasar por un tratamiento térmico de una semana. “Cuando este proceso es interrumpido, hay que volver a empezar, a partir de cero”, explica Rettori. Ya en la etapa de análisis, la medición de las propiedades físicas de los materiales es hecha en equipos automatizados, previamente programados de acuerdo con el tipo de experimento y que deben funcionar 24 horas por día.
“Si el equipo entre en colapso, nosotros perdemos todas las mediciones.” Los recursos del programa también permitieron la instalación de un sistema de aire acondicionado central que garantizó el buen funcionamiento y la conservación adecuada de los equipamientos. “Contamos con máquinas muy sofisticadas y sensibles a las variaciones de temperatura”, dice Rettori. Es ese el caso del espectrómetro de resonancia paramagnética electrónica para mediciones por microondas, un equipamiento que cuesta 1 millón de dólares, recientemente adquirido en un proyecto temático financiado por la FAPESP. “Un equipamiento de ese porte no podría ser instalado si no tuviéramos una buena Infraestructura.”
Actualmente, los laboratorios operan a todo vapor, desarrollando investigaciones, tanto en el análisis como en el desarrollo de nuevos materiales semiconductores, que tienen diversas aplicaciones en tecnología electrónica y óptica, ysuperconductores.
Alianzas
El intercambio con instituciones del exterior es cada vez más fuerte. El grupo desarrolla proyectos en conjunto con equipos importantes, como el de Los Álamos National Laboratory, en Nuevo México; Florida State University, en Tallahassee, Florida; San Diego State University, en San Diego, California; Rattgers University, Nueva Jersey; Ames Laboratory, de Iwoa; Universidad Del País Vasco, Bilbao, España; y el Instituto Balseiro, en Bariloche, Argentina.La competitividad del grupo en el ámbito internacional, según Rettori, se debe en gran medida a los recursos del Programa y a los sucesivos proyectos temáticos que garantizaron la continuidad y el financiamiento de las investigaciones en los últimos 12 años.
Taller de Criogenia
El año pasado, el Instituto de Física de la Unicamp consumió más de 28 mil litros de gas helio líquido. Buena parte de las investigaciones exigen bajísimas temperaturas. En el caso de los superconductores, por ejemplo, la temperatura mínima necesaria es de 130 grados Kelvin, el equivalente a cerca de 140°C bajo cero. Así, el líquido refrigerante (criogénico) es usado para mantener esos materiales suficientemente fríos, condición fundamental para que muestren superconductividad.
“Siempre que algún grupo adquiere un sistema que requiere refrigeración con helio líquido, nuestro consumo aumenta considerablemente”, explica Maria José Pompeu Brasil, coordinadora del Centro de Criogenia. Los registros del centro muestran que el consumo va aumentando año tras año. El apoyo del centro es crucial para la marcha de las investigaciones en laboratorios, como los de Heteroestructuras de Semiconductores, de Materiales Magnéticos y de Superconductores. Para reducir los gastos con la compra de gas helio, el Centro de Criogenia reaprovecha el gas utilizado por los laboratorios.
Para satisfacer la demanda, el taller tuvo que pasar por una gran refacción, que permitió ampliar el área y readecuar las redes eléctricas e hidráulicas. Fue necesario también adquirir nuevos equipos, como una licuadora de helio. Según la coordinadora, la aprobación de los proyectos en el marco del Programa de Infraestructura fue fundamental para mantener el sector en actividad y expandir la producción de líquidos criogénicos.
La tecnología del plasma
El Laboratorio de Plasma Industrial desarrolla aplicaciones industriales del plasma térmico. El plasma es obtenido con el calentamiento de gases a más de 3.000 grados centígrados. Experiencias en temperaturas tan elevadas constituían una tarea imposible en el antiguo laboratorio, instalado en uno de los edificios del Instituto de Física Gleb Wataghin, de la Unicamp. “Nosotros necesitábamos un local más adecuado”, dice Aruy Marotta.
En los experimentos con plasma, la potencia mínima requerida en los experimentos es de 10 kilowatts (kW), mientras que los demás laboratorios consumen como máximo 1 kW. Asimismo, el laboratorio tiene un alto consumo de agua y de gases, lo que requiere un sistema de ventilación adecuado para evitar riesgos de intoxicación”. Sin instalaciones especiales no podríamos proseguir el trabajo, dice Marotta.
La Unicamp solucionó parte del problema cediendo el predio y los recursos para la construcción de un nuevo edificio. La otra parte quedó a cargo del Programa de Infraestructura, que financió la construcción de un circuito cerrado de agua para la refrigeración del laboratorio, con una capacidad para 55 metros cúbicos por hora, un sistema de gases criogénicos y de aire comprimido, la central de gases de escape y hasta un sistema de seguridad con cámaras, ya que el nuevo laboratorio está ubicado en un local aislado y sujeto a robos.
Fueron instalados dos transformadores, entre loo cuales, uno de 500 kVA y 440 volts solamente para el encendedor de plasma. Marotta desarrolla actualmente un proyecto en asociación con Villares Metais S.A. para la aplicación de un encendedor de plasma en la producción de acero. El sistema actualmente usado en Villares Metais genera una variación muy grande en la temperatura del metal, lo que compromete la calidad del producto.
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