Automatizacion de espectroscopias fototérmicas aplicadas en la medición del tiempo de vida y calidad de materiales diversos SS/2024-2025-I/243/INT (Interno)

Objetivo General

El estudiante obtendrá un programar aplicando el modelo educativo de la UACM de “aprender a aprender” utilizando el programa computacional LabView 2014 generando la comunicación a través de los puertos RS232 o USB o GPIB de los equipos disponibles con la computadora para obtener medidas de voltajes y/o corrientes que le permitan hacer análisis térmicos de materiales orgánicos e inorgánicos.
Las técnica experimentales que serán automatizadas son las dos de espectroscopias fototérmicas principales, la fotoacústica y la fotopiroeléctrica; estas usan varios elementos de medición o caracterización en común. Con alguna de estas técnicas será capaz de hacer pruebas en materiales conocidos que permitan obtener parámetros térmicos fiables como son la difusividad térmica, los tiempos de relajación no-radiativo y el de difusión térmica dentro de una longitud de adsorción óptica; esto permitirá inferir sobre la calidad y el tiempo de vida de los materiales. El estudiante tendrá que realizar un programa en función de la frecuencia de modulación y en función de la longitud de onda. También se obtendrá un programa que sea en función del tiempo y/o de temperatura cuando la longitud de onda de la radiación adsorbida sea constante; ambos debén tener la posibilidad de modificarse según sea el caso, la necesidad del material y del tipo de caracterización necesitada.
El estudiante aprenderá a superar desafíos y dificultades experimentales reales que puedan ser extrapoladas fácilmente a la vida real en su medio laboral actual o futuro. Deberá controlar eficientemente desde una computadora utilizando LabView equipos como Amplificadores Sintonizados, monitores de termopares, fuentes de voltaje DC, monocromador, laser modulado con TTL, entre otros.

Justificación

Los estudiantes que deseen trabajar y resolver problemas técnicos y tecnológicos se encontrarán con gran frecuencia en medios que les exijan resolver problemas de forma remota y utilizando monitores para sensores de muy diversos tipos y naturalezas. El desarrollo de este proyecto le permitirá al estudiante, tanto en centros de trabajos públicos, como de la iniciativa privada, desarrollar habilidades de prevención y le permitirá hacer inferencias para proponer soluciones a problemas que le encomienden o surjan en su vida laboral cotidiana.
El estudiante que deseen trabajar y resolver problemas técnicos y tecnológicos se encontrará frecuentemente en medios hostiles que le exigirán resolver problemas de forma remota utilizando monitores de sensores diversos. El desarrollo de este proyecto le permitirá al estudiante, tanto en centros de trabajos públicos, como de la iniciativa privada, desarrollar habilidades de prevención y le permitirá hacer inferencias para proponer soluciones a problemas que le encomienden o que surjan en su vida laboral cotidiana.
En realidad, en México hay pocos grupos que utilizan esta clase de técnica de espectroscópicas experimentales de análisis. Es importante decir que el desarrollo de la automatización de los equipos para la aplicación de la fotoacústica nos podrá ayudar a estudiar el proceso fotosintético de las plantas, podríamos estudiar el cambio de las propiedades físico y químicas de grasas y de aceites tanto comestibles como industriales, podemos estudiar sistemas vegetales compuestos utilizando la técnica de separación de fases y analizar la destrucción o la generación debida a agentes químicos o por interacción física con el sistema.
En este contexto es importante mencionar que la automatización de los equipos para la aplicación de la espectroscopia fotoacústica es de gran utilidad dado que se obtienen resultados cualitativos y cuantitativos de los datos obtenidos por la degradación o la descomposición de materiales orgánicos o inorgánicos. Por ejemplo, el estudio fotoacústico de frutas y verduras que comemos a diario nos permite conocer su estado de maduración, podemos estudiar como los herbicidas destruyen las plantas vistas desde la observancia en los voltajes adsorbidos de radiación luminosa como desde un microscopio. Así otro infinidad de muestras podríamos estudiar ya que es una excelente técnica aplicada in sito y/o in vitro, y es no destructiva.
Es importante remarcar que en la Universidad Autónoma de la Ciudad de México no existe, actualmente, ningún grupo ni laboratorio instalado donde se usen las técnicas fototérmicas ni fotopiroeléctricas. Soy el primer investigador en esta institución que está instalando un laboratorio de investigación de materiales por estas técnicas.
Por ejemplo, como impacto social podría ser evidente que la fotoacústica se puede aplicar en el estudio de la composición de alimentos dado que cada una de las substancias contenidas en estos adsorben energía electromagnética en un rango o en una longitud de onda, solo por dar un ejemplo. El análisis térmico de materiales viejos y nuevos siempre es una necesidad para la vida de los seres humanos. Además que esta técnica experimental es complementaria a varias otras trabajadas en los laboratorios avanzados tanto de la Ciudad de México como del país y hasta en el extranjero. La ciencia fototérmica es utilizada en todos los niveles de educación, desde una carrera técnica, pasando por las licenciaturas y cubriendo estudios de posgrado y hasta de posdoctorados; en este último siempre se buscará la optimización de las técnicas experimentales, su aplicación en materiales nuevos, desarrollo de nuevas teorías para el análisis de datos, etc.

Desarrollo

Se montará un experimento de espectroscopía fotoacústica, desarrollado inicialmente por ROSENCWAIG-GERSHO. Se harán ensayos con muestras de referencia para verificar el buen funcionamiento del programa para la obtención de datos que permitan determinar algunos parámetros térmicos para materiales térmicamente gruesos y ópticamente opacos.
Desarrollará un programa computacional construyendo diagramas a bloques, generando archivos VI, con el programa de LabView 2014, de National Instruments, que permitirá el control y manejo, en tiempo real, de equipos experimentales utilizados en laboratorios de investigación avanzados dedicados a la obtención de propuestas de soluciones de problemáticas que afectan la calidad de vida de las personas.
Este programa computacional también ayudará al estudiante a desarrollar su intelecto y capacidades cognitivas para la resolución de problemas. Por otra parte le ayudará a ser propositivo y generar propuestas en la optimización de herramientas que generen soluciones.

Recursos

Se cuenta con una variedad de profesores investigadores que permitirán una vida colegiada necesaria para que el estudiante lleve a cabo de forma integral un buen proyecto de servicio social que le permita, aprender a aprender y hacer para ser, en toda la extensión de la palabra, un ingeniero completo y no solo un técnico.
El equipamiento disponible en el Laboratorio de Fototérmica y Materiales del Plantel Centro Histórico de la Universidad Autónoma de la Ciudad de México donde se desarrollara el programa de servicio social aquí expuesto. Se utilizará algún equipamiento, en calidad de préstamo, de la Universidad Autónoma Metropolitana. Por lo tanto los recursos disponibles actualmente son:

1. Acondicionador de voltaje trifásico INDUSTRONIC
2. Monitor de voltaje trifásico INDUSTRONIC
3. Lock in amplificador SR850 DSP de Stanford Research Systems
4. Generador de Funciones DS335 Stanford Research Systems
5. Monitor de Termopares SR630 Stanford Research Systems
6. Termopares con Teflón y fibra de vidrio
7. Laser Modulado con acoplamiento de fibra óptica BWF1-785-0.45-1 de BWTEK
8. Monocromador Science Tech (200-1100nm)
9. Micrófono y acondicionador Bruel and Kjaer de campo presión.
10. Cortador óptico de 4Hz a 5kHz
11. Laser estabilizado en frecuencia e intensidad de HeNe 632.8 nm de 1mW
12. Tarjeta de adquisición de datos PCI-GPIB, NI-488 de National Instruments
Mientras
Mientras que en la UACM a groso modo se podría contar con alrededor de:
1. 50 Computadoras PC’s y 10 impresoras aproximadamente para el uso del personal docente y dicente distribuidas en cinco planteles.
2. 10 Copiadoras aproximadamente para toda la institución distribuidas en todos los cinco planteles.
3. Biblioteca con aproximadamente 16,600 títulos y del orden de 10 suscripciones a revistas. Todos distribuidos en los 3 planteles más grandes básicamente.

Evaluación

Mensualmente se evaluarán los objetivos y metas planteadas y cumplidas por el(los) estudiante(s) del servicio social.
Se realizará una evaluación intermedia a los 3 meses y una evaluación final al término del servicio social. El programa de servicio social no podrá ser considerado terminado si el (los) estudiante(s) no ha(n) cumplido con un mínimo 480 horas de dedicación total al menos, respectivamente, como lo establece la normatividad vigente.
Se entregará un breve informe final de las actividades realizadas durante la prestación del servicio social realizado por el(los) estudiantes en el programa.

Resultados

Entregará un programa en diagrama a bloques y el ejecutable al final del desarrollo de su proyecto de servicio social elaborado en el software computacional de National Instruments, LabView 2014. Demostrará que el programa lee y envía comandos a los equipamientos a través de los puertos de comunicación llamados RS232 o USB o GPIB, según sea el caso, en tiempo real.

Actividades	Licenciatura	Solicitados
El candidato que realice su servicio social deberá realizar búsquedas bibliográficas sobre los tópicos relacionados con este proyecto de servicio social; como es sobre la aplicación y la programación de un programa desarrollado por National Instruments llamado LabView, estudiará las bases en que sustenta las técnicas experimentales de fotoacústica y fotopiroeléctrico básicamente. El candidato deberá desarrollar un programa ejecutable a partir de la compilación de programas realizados en diagramas a bloques generándolos en el software LabView, el cual permite el control y la obtención de medidas de voltajes y corrientes sintonizados en tiempo real de instrumentos especializados de laboratorios avanzados para el estudio térmico de materiales, como son Lockin amplificador, monocromador, laser modulado, etc, algunos funcionando simultáneamente. Los programas serán basados en la automatización de los equipos que se tienen en el Laboratorio de Ciencias Fototérmicas y Materiales para el desarrollo de las técnicas de espectroscopia fotoacústica y fotopiroeléctrica mencionados. El programa obtenido permitirá la obtención de parámetros térmicos derivados de la aplicación de las técnicas basadas en las ciencias fototérmica y fotopiroeléctrica sobre diversas muestras conocidas para verificar su eficacia en la obtención de datos reales y reproducibles; se obtendrán términos como tiempos de relajación no radiativos, tiempos de difusión térmica, parámetros como son la efusividad y la difusividad térmicas respectivamente. El trabajo del estudiante será evaluado sistemáticamente y con una periodicidad regular con tiempos cortos. El estudiante debe realizar actividades propias de un laboratorio de investigación siguiendo a cabalidad las normas de seguridad e higiene necesarias para evitar accidentes. Cada uno de los candidatos a servicio social tendrá como responsabilidad obtener un programa ejecutable con LabView para realizar medidas de espectroscopia fotoacústica abierta, cerrada, fotopiroeléctrico frontal y trasera respectivamente. Entre otras actividades que se irán definiendo durante la ejecución del programa del servicio social.	Ingeniería en Sistemas Energéticos, Ingeniería en Sistemas Electrónicos y de Telecomunicaciones, Ingeniería en Sistemas Electrónicos Industriales, Ingeniería en Sistemas de Transporte Urbano	4
1. Apoyará y elaborará instrumentos cualitativos de los usuarios de planteamientos teóricos y experimentales, en la vida cotidiana y en el mejoramiento del estilo de vida de la espectroscopia tanto fotoacústica como piroeléctrica. El alumno también realizará experimentos teóricos o experimentales de ambas espectroscopias. La fotoacústica y la fotopiroeléctrica será realizada sobre sustancias o en materia orgánica e inorgánica y evaluará cualitativamente los resultados obtenidos midiendo el impacto en de las mismas en el estilo de vida de las personas y buscara los aspectos donde la vida sea mas saludable en todos los aspectos generando condiciones ideales para mejorar su calidad de vida y su salud. 2. Apoyará y realizará búsquedas bibliográficas, tanto impresa como digital, y elaborará un cronograma de trabajo que les permita tener claridad en sus objetivos a perseguir y sus metas a alcanzar; el tiempo de trabajo no será menor a las 960 horas en total. 3. Cada candidato realizará un estudio estadístico en una muestra significativa de personas o individuos considerando dos grupos. Uno de control y otro de muestra; en este último se analizará la influencia de la aplicación de la ciencia fototérmica en el dia a dia de las gente. 4. El candidato estudiara y dentro de sus capacidades desarrollará un programa ejecutable a partir de la compilación de programas realizados en diagramas a bloques generándolos en el software LabView, el cual permite el control y la obtención de medidas de voltajes y corrientes sintonizados en tiempo real de instrumentos especializados de laboratorios avanzados para el estudio térmico de materiales, como son Lockin amplificador, monocromador, laser modulado, etc, algunos funcionando simultáneamente.	Ingenieria de Promoción de la salud	3