Los sensores est\u00e1n en todas partes. Puede encontr\u00e1rselos en las m\u00e1s diversas formas y \u00e1reas de aplicaci\u00f3n. En los dispositivos utilizados para contar la gente que entra o sale de los comercios, en el an\u00e1lisis qu\u00edmico de las bebidas y en la identificaci\u00f3n de algunas mol\u00e9culas de gas en medio de un mill\u00f3n de otras mol\u00e9culas que componen el aire. En la industria sider\u00fargica, por ejemplo, la tarea de controlar el proceso de producci\u00f3n del acero se efect\u00faa con el auxilio de un sensor descartable. Dispuesto en un vag\u00f3n que carga 200 toneladas de acero a una temperatura de 1.600\u00b0 Celsius, este dispositivo, antes de derretirse, tiene unos 4 \u00f3 5 segundos para medir el nivel de ox\u00edgeno en el metal, una magnitud fundamental para la determinaci\u00f3n de las caracter\u00edsticas finales del producto.<\/p>\n
Este sensor est\u00e1 compuesto por m\u00e1s de diez componentes, pero, tan solo uno de \u00e9stos, precisamente el m\u00e1s importante, elaborado en material cer\u00e1mico y caracterizado como el coraz\u00f3n del sensor, no se fabrica en Brasil. Con todo, y a juzgar por los resultados que se desprenden de un estudio llevado a cabo por dos grupos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) y uno del Instituto de Investigaciones Energ\u00e9ticas y Nucleares (Ipen, sigla en portugu\u00e9s) con \u00f3xidos cer\u00e1micos, tal dependencia del producto importado podr\u00e1 terminar, con el aporte de tecnolog\u00eda nacional.<\/p>\n
“Estamos en condiciones no solamente de desarrollar un material igual, sino incluso mejor, porque actuamos precisamente en el punto m\u00e1s problem\u00e1tico del sensor: el fen\u00f3meno intergranular”, dice el profesor Reginaldo Muccillo, del Ipen, coordinador del proyecto tem\u00e1tico sobre materiales cer\u00e1micos financiado por la FAPESP. El grupo del Ipen forma parte del Centro Multidisciplinario para el Desarrollo de Materiales Cer\u00e1micos (CMDMC), uno de los Centros de Investigaci\u00f3n, Innovaci\u00f3n y Difusi\u00f3n (Cepid, sigla en portugu\u00e9s) de la Fundaci\u00f3n, en los que se promueve la interacci\u00f3n con las industrias.<\/p>\n
El fen\u00f3meno intergranular se relaciona con el proceso de fabricaci\u00f3n de los materiales cer\u00e1micos, que tiene como punto de partida un polvo que puede tener varios componentes. Para transformar este polvo tanto en un recipiente como en un sensor, se debe colocar el material dentro de un horno a altas temperaturas, en un proceso conocido como sinterizaci\u00f3n. El producto final es un material s\u00f3lido constituido por peque\u00f1os granos. La zona de contacto que existe entre \u00e9stos, llamada zona intergranular, es cr\u00edtica para el paso del ox\u00edgeno y de calor, y la para conducci\u00f3n de electrones y, al margen de determinar las propiedades mec\u00e1nicas.<\/p>\n
“En el proyecto tem\u00e1tico el \u00e9nfasis recae en el estudio de las propiedades el\u00e9ctricas”, relata Muccillo. Tal elecci\u00f3n obedece al hecho de que en la mayor\u00eda de los sensores es necesario utilizar una se\u00f1al el\u00e9ctrica para efectuar las mediciones deseadas. “Si el contorno del grano no es bien elaborado, el material se vuelve resistente al paso de iones de ox\u00edgeno”, explica el profesor Douglas Gouv\u00eaa, del Departamento de Ingenier\u00eda Metal\u00fargica y de Materiales de la Escuela Polit\u00e9cnica de la USP, que elabora la estructura interna (microestructura) de las cer\u00e1micas.<\/p>\n
“Estudiamos la forma de procesar estos materiales para obtener un grano mayor o menor, y porosidad m\u00ednima o m\u00e1xima, dependiendo de cada aplicaci\u00f3n”, informa. Al tercer grupo que participa en el proyecto lo encabeza el profesor Renato Jardim, del Instituto de F\u00edsica de la USP, experto en los fen\u00f3menos de transporte el\u00e9ctrico a bajas temperaturas de los materiales superconductores. “Un grupo complementa al otro”, dice Muccillo.<\/p>\n
Amplia aplicaci\u00f3n Muccillo estudia el \u00f3xido de circonio desde 1979. Tama\u00f1a dedicaci\u00f3n ha resultado en una solicitud de patente de la preparaci\u00f3n de una masa cer\u00e1mica hecha a base de \u00f3xido de circonio y \u00f3xido de magnesio, que se usar\u00e1 en sensores de ox\u00edgeno descartables que tienen una vida \u00fatil de 10 segundos antes de desintegrarse dentro de los vagones que transportan acero caliente. El investigador informa que Brasil, aun cuando tiene la materia prima para la producci\u00f3n de \u00f3xido de circonio y sus laboratorios de investigaci\u00f3n tienen capacidad para desarrollar materiales apropiados para los sensores, importa el componente cer\u00e1mico. “Un kilo de \u00f3xido ser\u00eda suficiente para hacer unos mil sensores. Una peque\u00f1a planta que produjera 500 kilos por mes podr\u00eda cubrir la demanda actual del pa\u00eds”, afirma el coordinador.<\/p>\n Tratamiento t\u00e9rmico Los investigadores han dado muestras ya de la posibilidad de lograr mejoras energ\u00e9ticas en el proceso de fabricaci\u00f3n, con la reducci\u00f3n de la temperatura y del tiempo de sinterizaci\u00f3n. De ahora en adelante trabajar\u00e1n en la caracterizaci\u00f3n del material, para tener la seguridad de que todas las propiedades de la cer\u00e1mica se mantendr\u00e1n y que \u00e9sta podr\u00e1 usarse para la producci\u00f3n industrial de sensores.<\/p>\n
\n<\/strong>Este proyecto, que se inici\u00f3 en septiembre de 2000 y se prev\u00e9 que est\u00e9 concluido en agosto del a\u00f1o venidero, comprende el estudio de varios \u00f3xidos cer\u00e1micos, tales como los \u00f3xidos de circonio, esta\u00f1o y aluminio, manganitas de lantanio y superconductores cer\u00e1micos. Estas sustancias tienen amplias aplicaciones en dispositivos, sensores, bater\u00edas y c\u00e9lulas de combustible. Como ejemplo de aplicaci\u00f3n del \u00f3xido de circonio, Muccillo menciona el sensor de ox\u00edgeno, que puede usarse tanto en la industria sider\u00fargica, en el proceso de producci\u00f3n de acero, como en la producci\u00f3n automotriz, para determinar en tiempo real el tenor de ox\u00edgeno en el motor y en el ca\u00f1o de escape de los veh\u00edculos. Estos sensores hacen posible un mayor rendimiento y un mejor control del equilibrio entre aire y combustible. Tambi\u00e9n se usan en las calderas de hospitales, donde permiten ahorrar combustible.<\/p>\n
\n<\/strong>Douglas recuerda que una de las ideas discutidas en el marco del proyecto tem\u00e1tico consiste en la reactivaci\u00f3n de la producci\u00f3n de \u00f3xido de circonio en Brasil, abandonada luego de que el Ipen desactiv\u00f3 su planta piloto. El investigador enfatiza que el grupo puede brindar una interesante contribuci\u00f3n en las etapas de conformaci\u00f3n y quema de las cer\u00e1micas, partes del proceso dominadas plenamente tan solo por las empresas que en el exterior poseen la tecnolog\u00eda de fabricaci\u00f3n del coraz\u00f3n del sensor. En la fase de quema, por ejemplo, su grupo logr\u00f3 reducir la temperatura de sinterizaci\u00f3n del \u00f3xido de circonio de 1.550\u00baC durante dos horas a 1.350\u00baC por diez segundos. “Es realmente una condici\u00f3n especial de fabricaci\u00f3n. Pero si la industria logra bajar la temperatura a 1.350\u00baC durante media hora conseguir\u00e1 una mejora energ\u00e9tica enorme”, dice Muccillo.<\/p>\n