27 October, 2020 Revista Digital sobre Patentes, Marcas y Propiedad Intelectual

Dispositivo a bajo costo para detectar gases tóxicos

Por Karla Navarro

Ensenada, Baja California.  (Agencia Informativa Conacyt).- Un calentador que funciona por medio de gas LP genera dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua si se encuentra en un sitio con la ventilación apropiada.

Sin embargo, si la ventilación es escasa o está en un lugar cerrado, no solo produce dióxido de carbono, sino que también genera importantes cantidades de monóxido de carbono (CO) y absorbe el oxígeno gaseoso (O2).

La disminución de oxígeno en combinación con el aumento del monóxido de carbono es una combinación letal, advierte el artículo “Toxicidades por oxígeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono”, publicado en 2008 por la revista Jano.

330Dr.-Ulises-Tamayo-Pérez.jpgDoctor Ulises Tamayo Pérez.“Los calentadores de gas en mal estado y los vehículos a motor encendidos en sitios cerrados han sido los causantes de la mayoría de casos de intoxicación por CO”, advierte la publicación.

Investigadores de la Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Diseño (FIAD) de la Universidad Autónoma de Baja California (UABC), desarrollaron un dispositivo nanoestructurado capaz de detectar dióxido y monóxido de carbono.

Aunque este tipo de dispositivos ya es accesible comercialmente, los investigadores de la UABC lograron obtener mejoras: desarrollaron un dispositivo con sensibilidad a bajas concentraciones de los gases tóxicos y producido a bajo costo.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Ulises Jesús Tamayo Pérez, profesor de la carrera de ingeniería en nanotecnología de la UABC, expuso que el dispositivo ya fue probado y está en proceso de ser patentado.

Subrayó que el dispositivo se desarrolló desde la síntesis de los materiales y el diseño del sensor, hasta llegar a la aplicación electrónica funcional; el objetivo es llevar el dispositivo al mercado, a través de una transferencia tecnológica.

Efectividad de sensores

En laboratorio, estudiantes y profesores de la UABC fabricaron nanotubos de carbono con nanopartículas metálicas que al exponerse a niveles específicos de monóxido de carbono o de dióxido de carbono, cambian su resistencia eléctrica, comportamiento utilizado para encender una alarma y alertar al usuario que el nivel de gases es peligroso.

El doctor Ulises Tamayo indicó que en el laboratorio, combinando vinagre y bicarbonato, introdujeron el gas tóxico en una cámara para probar los sensores.

“Lo vamos inyectando de una manera muy sencilla, para que el alumno vea que no se requiere de tanta tecnología ni aparatos tan caros para hacer un buen desarrollo tecnológico”.

Describió que en las pruebas observaron cómo el comportamiento eléctrico del sensor va cambiando conforme se introduce el dióxido de carbono dentro de la cámara; una vez obtenido ese resultado, el desarrollo del dispositivo continuó con su diseño electrónico.

Obtención de materiales

Pero no solo las pruebas de los sensores incentivaron el ingenio de los colaboradores del proyecto. La síntesis de los materiales requirió el desarrollo de infraestructura de bajo costo, a partir de materiales comerciales que fueron modificados.

Chip_1805_4.jpgSensores de gases tóxicos.Así obtuvieron los nanotubos de carbono y sintetizaron nanopartículas de oro y de la combinación de ácido clorhídrico con citrato de sodio, que presentan desde el color amarillo como el oro a nivel macro, hasta el color vino cuando se trata de partículas de apenas unos nanómetros.

“Así como se ven de diferentes las propiedades físicas, así tienen sus propiedades fisicoquímicas distintas también; así como cambió el color, cambiaron sus propiedades. Las del oro ya las conocemos, pero las demás todavía las estamos investigando”.

Innovación accesible

Las primeras estimaciones respecto a los costos de producción del dispositivo conformado por los sensores y su estructura electrónica, indican que podría fabricarse a un costo menor a 100 pesos por unidad.

El doctor Ulises Tamayo aclaró que las estimaciones se hicieron contemplando un dispositivo funcional, capaz de detectar los gases tóxicos y enviar una alerta; sin embargo, con las adiciones del diseño industrial el costo podría variar.

“El sensor es muy barato y cada vez lo estamos haciendo más pequeño para que tenga las mismas propiedades pero cueste mucho menos: entre menor cantidad de material, mucho más barato va a ser el dispositivo, hasta llegar a costos menores a 20 pesos, entonces ya se vende comercialmente y lo aplicas en diferentes áreas”.

Para el doctor José de Jesús Zamarripa Topete, profesor investigador de la UABC y colaborador en el proyecto, el desarrollo del dispositivo representa innovaciones en la disponibilidad, costos y sensibilidad de una tecnología ya existente.

“Este tipo de detectores existe comercialmente, pero el trabajo de la nanotecnología va en varias direcciones: hacer un sensor mucho más sensible, que pueda medir niveles más bajos que los sensores comerciales”.

250Producción-de-CO2-mediante-bicarbonato-y-vinagre.-Imagen-Cortesía.jpgProducción de CO2 mediante bicarbonato y vinagre.Destacó que otro aspecto importante de innovación ha sido implementar procesos de producción más económicos, que incidan en el costo final del dispositivo y con ello hacerlo más accesible para los potenciales consumidores.

Otra característica con la que los investigadores buscaron innovar, es que el dispositivo está diseñado para fabricarse con procedimientos más limpios y amigables con el medio ambiente, ya que los procesos industriales detrás de los sensores actuales son contaminantes.

Paralelo al procedimiento para el registro de patente, los investigadores de la UABC desarrollarán nuevas etapas para afinar el comportamiento del dispositivo, mediante el uso de microcontroladores de bajo costo.

Equipo multidisciplinario

El desarrollo del dispositivo para la detección de gases tóxicos surge como proyecto del estudiante de ingeniería en nanotecnología de la UABC, Luis Fernando Colín Zavala, en colaboración con los doctores Ulises Tamayo Pérez, como coordinador del proyecto, José de Jesús Zamarripa Topete, a cargo de la instrumentación, y Jorge Octavio Mata Ramírez, como especialista en fisicoquímica.

También colaboran el maestro Julián Israel Aguilar, como encargado de procesos industriales, y Guillermo Amaya Parra, como asesor en materia de propiedad intelectual.

Por parte del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (Cnyn) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), campus Ensenada, el doctor Gabriel Alonso Núñez colabora en los procesos de síntesis de materiales.

 

Gases de niveles tóxicos

El dióxido de carbono (CO2) es un gas más pesado que el aire, incoloro e inodoro, no conduce la electricidad y no es inflamable.

Se puede considerar un gas asfixiante a partir de concentraciones superiores a dos por ciento en espacios cerrados; el grado de concentración que sería mortal para el hombre oscila entre 10 y 25 por ciento.

El monóxido de carbono (CO) tiene una masa molecular de 28, es un gas incoloro, inodoro, insípido, explosivo, que se forma durante las combustiones incompletas de leña, carbón, gas natural, gasolina, queroseno y también en casos de algunos productos que lo producen, como pinturas, humo del tabaco, entre otros.

Fuente: Toxicidades por oxígeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono.

 

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