Responsable: ANTONIO MERCADO CABRERA

Objetivos:

1. Estudio de la interacción de plasma fuera de equilibrio térmico con microorganismos, cultivos biológicos y epidermis.

2. Efectuar el estudio teórico y experimental del proceso de eliminación, mediante plasma de descarga de barrera dieléctrica y corona, de sulfuro de hidrógeno de las mezclas de sedimentos y líquido recolectadas en el río Lerma.

Antecedentes:

Introducción

Uno de los problemas a los que se le ha dado muy poca atención es la presencia de olores desprendidos en tiraderos, ríos contaminados por líquidos de desecho municipal o industrial y desechos de animales en granjas, sobre todo del ganado porcino. El olor es generado por la presencia de compuestos característicos o por la descomposición de materia orgánica. El aroma puede ser diverso, desde frutal, floral o dulce, hasta desagradable como los aromas químicos, medicinales y huevo o col podridos. En las emanaciones con olor a huevo podrido es característica la presencia de compuestos a base de azufre, como el sulfuro de hidrógeno y otros mercaptanos. En el caso de la vida animal se tiene que el ganado y otros animales domésticos de granja son una fuente importante de emisiones de amoníaco. En las actividades industriales, hay varios procesos que generan corrientes de aguas residuales que contienen compuestos orgánicos. Por lo general estos efluentes son recolectados y sometidos a un tratamiento primario.

En cuanto al proceso de desactivación o destrucción de microorganismos, este no es determinístico, de tal forma que no se puede establecer con exactitud el hecho de que todos los microorganismos en una muestra tratada han sido destruidos, ni tampoco es posible establecer el momento en el cual esto llega a suceder.  Además, resulta difícil proveer las condiciones ideales para desactivar todos los microorganismos en un determinado medio.  Incluso, existen microorganismos que pueden sobrevivir bajo condiciones que serían letales para otros. Estudios efectuados por otros autores han demostrado que la radiación UV afecta las células de los microorganismos atacando el ADN, lo cual inhibe la capacidad que tiene el microorganismo para reproducirse.

Soluciones actuales

Para reducir el olor existe la adición de aditivos, agentes de ocultamiento, desodorizantes y perfumes, agentes balanceadores, oxidantes e inhibidores de bacterias y, por último, enzimas, la biofiltración, la incineración. Por otro lado, la práctica más común para la eliminación de microorganismos es la esterilización a altas temperaturas y el equipo de uso más extenso es la autoclave, que en términos comunes es un recipiente que opera a alta presión y elevada temperatura. Este dispositivo se emplea cotidianamente en la industria alimentaria para la esterilización de conservas y alimentos enlatados. Dependiendo del tamaño y características, existe la autoclave para uso médico, que se emplea, por ejemplo en hospitales, donde se requiere de la esterilización de todos los instrumentales empleados. Existe la autoclave de laboratorio, que se emplea para la esterilización de material de laboratorio.

Existen otras técnicas menos convencionales que se basan en el uso del plasma frío o también llamado no-térmico. El plasma frío permite la generación de electrones y radicales libres altamente reactivos, los cuales pueden reaccionar con los compuestos químicos responsables del olor, como sulfuro de hidrógeno, mercaptanos, fenol y compuestos tóxicos desprendidos por las diferentes fuentes emisoras. El plasma frío desactiva el gas cambiando las características de los compuestos. Una de las mayores ventajas es que el plasma frío es más eficiente que cualquiera de las técnicas mencionadas anteriormente para el control del olor y no provoca otras formas de contaminación de aire. El plasma frío es también una fuente importante de radiación ultravioleta UV, dada la gran cantidad de especies excitadas generadas y que se desexcitan emitiendo una luz característica en el rango de 200 - 300 nm. Esta luz ultravioleta es de gran utilidad para la aniquilación de microorganismos, modificación de superficies y materiales sin inducir daños colaterales.

El plasma frío de descarga de barrera dieléctrica generado en el Laboratorio de Física de Plasmas fue aplicado exitosamente a desechos líquidos contaminados con fenol, el cual genera olores desagradables. La aplicación del plasma frío produjo muy buenos resultados obteniéndose eficiencias superiores al 90% de eliminación del fenol en la fase líquida. Finalmente, el plasma frio de radio frecuencia (RF) también está siendo aplicado con mucho éxito en la eliminación de la bacteria E. Coli.

Beneficios:

El beneficio más importante es la contribución de nuevas técnicas al mejoramiento del medio ambiente ya que, con los dispositivos de que se dispone, se han podido tratar desechos en fase líquida. Esto podría se un nuevo campo en el tratamiento de desechos líquidos generados en la industria o en la agricultura.

Logros Obtenidos:

Artículos publicados en revistas internacionales:

• Rosendo Peña-Eguiluz, José Arturo Pérez-Martínez, Josué Solis-Pacheco, Blanca Aguilar-Uscanga, Régulo López-Callejas, Antonio Mercado-Cabrera, Raúl Valencia-Alvarado, A. E. Muñoz-Castro, Samuel Roberto Barocio, Anibal de la Piedad-Beneitez, “Instrumentation for a plasma needle applied to E. coli bacteria elimination”, European Physical Journal Applied Physics 49, 13109 (2010) 1-5.
• Allan Antonio Flores-Fuentes, Iván Osvaldo Rossano-Díaz, Rosendo Peña-Eguiluz, Régulo López-Callejas, Antonio Mercado-Cabrera, Anibal de la Piedad-Beneitez, Samuel Roberto Barocio, Raúl Valencia-Alvarado, “DSP-based control of a high frequency three cell flying capacitor inverter” International Journal of Electronics 97, 3 (2010) 327-337.
• R. Peña-Eguiluz, J. A. Pérez-Martínez, R. López-Callejas, A. Mercado-Cabrera, J. Solís-Pacheco, B. Aguilar-Uscanga, A. E. Muñoz-Castro, R. Valencia-Alvarado, S. R. Barocio, B. Rodríguez-Méndez, A. de la Piedad-Beneitez, “Analysis and application of a parallel E-class amplifier as RF plasma source” IEEE Transactions on Plasma Science 38, 10 (2010) 2840-2847.

Trabajos presentados en congresos en el extranjero:

• “Physico-chemical characterisation of a multi-electrode source of atmospheric pressure non-thermal plasma” V.H. Pérez-Ruiz, R. Peña-Eguiluz, R. López-Callejas,  A. Mercado-Cabrera, A. E. Muñoz-Castro, S. R. Barocio, R. Valencia-Alvarado and,  A. de la Piedad Beneitez. Presentado en el 3rd International Conference on Plasma Medicine (ICPM-3), Greifswald, Germany, 19th - 24th September, 2010.

 Libros publicados:

• Durante 2010 se publicó el libro: “Commande algorithmique d'un système mono-onduleur bimachine asynchrone: Avec application en traction ferroviaire”, R. Peña-Eguiluz, Éditions Universitaires Européennes, Sarrebruck, DE, 2010. ISBN: 978-613-1-50848-6.
• Se escribió un capítulo para el libro: “Contribuciones del Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares al Avance de la Ciencia y la Tecnología en México, Edición conmemorativa 2010”, con el tema: “Aplicaciones de los plasmas en la modificación de materiales en medio ambiente y en medicina”, por: Régulo López-Callejas, Raúl Valencia-Alvarado, Antonio Mercado-Cabrera, Rosendo Peña-Eguiluz, Arturo E. Muñoz-Castro, Samuel R. Barocio, Benjamín G. Rodríguez-Méndez y Aníbal de la Piedad-Beneitez. ISBN: 978-607-8120-00-0.

 Tesis de licenciatura:

• El 29 de octubre de 2010 en el Instituto Tecnológico de Toluca, se llevó a cabo el examen de recepción en Ingeniería Electrónica del C. José Alberto López Fernández, quién presentó su trabajo de tesis de licenciatura titulado “Implementación de la etapa de potencia de un inversor multicelular”. El dictamen fue “aprobado”.
• El 6 de diciembre de 2010 se llevó a cabo el examen profesional de licenciatura en el Instituto Tecnológico de Toluca del C. Juan Nabor Balderas Gutiérrez con el trabajo de tesis titulado "Instrumentación eléctrica y electrónica de un inversor aplicado a descargas de barrera dieléctrica" para obtener el título en Ingeniería electrónica. El dictamen fue “aprobado”.

Tesis de doctorado:

El 27 de agosto de 2010 se llevó a cabo en  el Instituto Tecnológico de Toluca el examen de posgrado del C. José Arturo Pérez Martínez, quién presentó su trabajo de tesis doctoral titulado “Instrumentación electrónica para aplicaciones médicas mediante plasmas”. El resultado final fue “aprobado”.