Grupo de Investigación de Materiales Compuestos cuenta con nueva patente

Con una amplia trayectoria y una copiosa producción intelectual, el Grupo de Investigación de Materiales Compuestos de la Escuela de Ingeniería de Materiales ha obtenido este año una nueva patente para la Universidad del Valle.

La profesora Ruby Mejía de Gutiérrez, directora del grupo y Erich Rodríguez Martínez, investigador graduado en  la universidad y uno de los responsables del desarrollo, nos cuentan sobre esta investigación, sus alcances e impactos y nos hablaban a cerca de los retos del proceso y el largo recorrido que desde nuestra Facultad de Ingeniería se ha hecho en esta área del conocimiento.

De acuerdo con los investigadores, la patente desarrollada involucra la reutilización y aprovechamiento de miles de toneladas de desechos y sub-productos industriales que son producidos a nivel nacional, como materia prima en la producción de nuevos cementos.

Esta invención contribuye con el alcance de un desarrollo sostenible en la industria de la construcción, donde es posible producir materiales técnica, económica y ambientalmente más competitivos frente a los materiales tradicionales.


¿Cuál es el nombre de la Patente que recientemente fue obtenida por el Grupo de Materiales Compuestos de la Escuela de Ingeniería de Materiales?

Esta patente fue obtenida en Colombia y se denomina Cementos inorgánicos no-Pórtland en sistemas binarios y/o ternarios obtenidos a partir de desechos y sub-productos industriales para usos estructurales y no estructurales.  Esta registrada ante la Superintendencia de Industria y Comercio, Registro No. 10-013707-00000-0000 (Universidad del Valle) y fue otorgada en marzo 18 del 2013 bajo la resolución 10585.

¿En qué consiste el desarrollo patentado?

El desarrollo patentado hace referencia a las condiciones óptimas de diseño, dosificación y procesos de producción de nuevos conglomerantes libres de cemento Pórtland. Estos cementos no convencionales desarrollados en la patente se obtienen a partir de la activación alcalina de un material inorgánico (generalmente sub-productos o desechos industriales) de naturaleza amorfa (silicoaluminato) con un elevado o bajo contenido en Calcio, el cual es mezclado con un agente químico (activador alcalino) para obtener un material de características cementantes.

Al llevar a cabo una mezcla de dichos componentes el material obtenido exhibe una manejabilidad apropiada para ser colocado en moldes de diferente geometría. Posteriormente, se inicia una serie de reacciones que son desarrolladas incluso a temperatura ambiente. Dichas reacciones conducen al endurecimiento del material y el incremento significativo de las resistencias mecánicas.

Los resultados obtenidos en el laboratorio revelan que es posible obtener materiales con desempeños mecánicos similares y en algunos casos superiores a los concretos o morteros tradicionales basados en cemento Pórtland. Así mismo, el análisis detallado de la microestructura de estos nuevos cementos ha permitido identificar compuestos más densos y estables químicamente, lo que le confiere mejores propiedades de durabilidad y prolongada vida útil, especialmente cuando son sometidos a ambientes agresivos.

¿Qué es el cemento Pórtland?

El cemento Pórtland es el material más ampliamente utilizado en la producción de concretos y morteros en la industria de la construcción con un importante impacto ambiental como consecuencia de la emisión de significativos volúmenes de gases invernadero. Diferentes estudios científicos reconocidos internacionalmente, estiman que la industria del cemento es el responsable de entre un 5-8% de la emisión de CO2 a nivel mundial como consecuencia de la quema de combustibles fósiles y descarbonatación de la cal durante el proceso de clinkerización.

La sustitución del cemento Pórtland mediante la utilización de nuevos conglomerantes activados alcalinamente (como los desarrollados en la patente) tienen un efecto positivo al medio ambiente.

¿Cuáles son las principales aplicaciones de este desarrollo y en qué áreas tiene impactos?

El producto desarrollado puede ser utilizado eficazmente tanto para la fabricación de elementos estructurales y no estructurales en prefabricados o la producción de concreto in-situ. Este tipo de materiales tienen un impacto positivo a nivel ambiental y económico debido a la potencial utilización de desechos y sub-productos industriales como materia prima, así como un menor consumo energético durante su fabricación.

El ajuste en las condiciones de producción (selección de materias primas y el proporcionamiento de las materias primas) permite obtener materiales de elevadas resistencias mecánicas, incluso a tempranas edades de curado, así como excelentes propiedades de durabilidad.

Estas características le confieren una gran variedad de ventajas para ser potencialmente utilizados en diferentes proyectos de infraestructuras civiles y urbanísticas. La gran versatilidad de llevar a cabo ajustes en el diseño y proporción de las materias primas permite obtener concretos con resistencias normales (<30mpa alto="" as="" como="" de="" desempe="" o="" ultra="">100MPa). Esto brinda una ventaja al material, el cual se puede adaptar según las especificaciones y propiedades exigidas en proyecto.

¿Qué sectores o industrias pueden verse beneficiados por este desarrollo?

El material desarrollado en la patente pude ser utilizado en el sector de la construcción para la producción de concreto o mortero. No obstante, existen desafíos a nivel técnico para transferir todas las experiencias desarrolladas en el laboratorio y producir este tipo de materiales a escala industrial. De igual manera, la potencial inclusión de este nuevo conglomerante al sector la construcción requiere la consolidación de una cadena sólida de abastecimiento de materias primas, así como la generación de protocolos y normas que regulen y especifiquen procedimientos para su fabricación.

 La validación y verificación del material a escala real brinda la confianza necesaria para su inclusión en el mercado. En la actualidad el grupo de investigación continúa con el desarrollo y análisis de estos materiales y hace parte de los comités técnicos internacionales que buscan validar diferentes pruebas y ensayos.

¿Quiénes son los responsables de este desarrollo patentado?

El desarrollo de la patente se logró mediante la participación de la Dra. Ruby Mejía de Gutiérrez y el Dr. Silvio Delvasto Arjona, docentes de la Escuela de Ingeniería de Materiales en la Universidad del Valle, así como con la Dra. Susan Andrea Bernal López y el Dr. Erich Rodríguez Martínez, estudiantes del programa de posgrado de la misma unidad académica, durante los años 2006 a 2010. La patente fue obtenida después del desarrollo de diferentes proyectos de investigación financiados por la Universidad del Valle (mediante convocatorias de investigación interna), Colciencias y el Centro de Excelencia en Nuevos Materiales (CENM).

¿En qué línea de investigación del grupo se inscribe la patente?


El Grupo de investigación cuenta con cuatro líneas de investigación activas y en las cuales se están desarrollando diferentes proyectos. El desarrollo de la patente inicia con la línea de investigación “Nuevos materiales compuestos y materiales alternativos, así como la línea “Valorización y utilización de desechos en la producción de materiales”. Los resultados obtenidos, la ejecución de diferentes proyectos de investigación y la variedad de publicaciones realizadas por el grupo conduce a la creación de una nueva línea de investigación en el 2010 enmarcada específicamente en el desarrollo de este tipo de materiales y en la cual se encuentra la patente. Dicha línea corresponde a “Activación alcalina y Geopolimerización” donde se han desarrollado seis proyectos de investigación y formado nueve estudiantes de posgrado. Actualmente es la línea de mayor desarrollo en el grupo de investigación gracias a la financiación de diferentes proyectos de investigación, el trabajo desarrollado por estudiantes de posgrado, así como la colaboración con grupos de investigación internacionalmente reconocidos.

¿Durante cuánto tiempo se ha trabajado en este desarrollo?


El desarrollo de estos materiales inicia a nivel nacional en el año 2001 a través de la cooperación existente con la Dra. Francisca Puertas del Instituto de Ciencias de la Construcción, Eduardo Torroja.

En el año 2006 inicia el primer proyecto de investigación relacionado con el desarrollo de este tipo de materiales, “Geoconcrete” financiado  por Colciencias. Un año más tarde la Universidad del Valle aprueba el proyecto de convocatoria interna GEOCERAM. Paralelamente, el CENM (Centro de Excelencia en Nuevos Materiales) de la Universidad del Valle contribuye con el financiamiento de proyectos de investigación al grupo.

Estos proyectos de investigación además de contribuir con el desarrollo de la patente, permitieron la finalización satisfactoria de la tesis de doctorado de la Dra. Susan Bernal y la tesis de Máster del Dr. Erich Rodríguez.  De esta manera, el grupo de investigación tiene una experiencia en el desarrollo de este tipo de materiales de aproximadamente 12 años, donde se ha ejecutado en total seis proyectos de investigación, formación de cuatro doctores y cinco estudiantes de máster, así como la publicación de un gran número de artículos revistas en científicas de elevado impacto.

¿Cuáles han sido los principales desafíos en este proceso de la patente, desde el momento en que se comenzó a trabajar en su desarrollo?
La ejecución satisfactoria de proyectos de investigación requiere un apoyo financiero importante para la compra de equipos especializados, el pago de servicios técnicos y la vinculación de personal capacitado que pueda contribuir al alcance de los objetivos propuestos. Hace más de 10 años el apoyo a la investigación por parte del gobierno era considerablemente limitado y era el principal obstáculo para el desarrollo científico del país.

No obstante, la creación y crecimiento de Colciencias mediante las diferentes convocatorias de apoyo a la investigación, brindó la oportunidad perfecta para el financiamiento de diferentes proyectos innovadores que en la actualidad pueden verse reflejados en la formación de doctores, publicación de artículos científicos en las más importantes revistas, creación de convenios de colaboración a nivel internacional y patentes.

La preparación de propuestas y posterior ejecución satisfactoria de proyectos de investigación en los tiempos establecidos y objetivos alcanzados ha sido un reto al cual el grupo se ha enfrentado durante estos últimos 15 años y en el cual ha obtenido los mejores productos. En general, otro gran inconveniente es el acercamiento de la industria y la academia mediante el apoyo a la investigación.

El patentamiento de un producto o desarrollo es un proceso arduo el cual requiere un sólido conocimiento de las leyes de propiedad intelectual a nivel nacional. La innovación desarrollada por el grupo de investigación hace parte de las primeras patentes aprobadas para la Universidad del Valle y tal vez la falta de conocimiento en estos procesos por todos los involucrados, incluidos los investigadores, fue el principal obstáculo a enfrentar.

No obstante, hoy la Vicerrectoría de Investigaciones de la Universidad del Valle cuenta con un personal de apoyo experto en patentamiento, el cual es interlocutor y representante de los investigadores con la Súper Intendencia de Industria y Comercio, esto facilita los trámites y hace más ágil el proceso. El proceso de patentamiento de esta invención tardó aproximadamente tres años, lo cual es un tiempo relativamente record en el país, ya que en algunos casos se alcanzan hasta más de 5 años.

¿Cuál es la importancia de la obtención de patentes, tanto para el grupo como para la Universidad misma?

Las Patentes hacen parte de los productos de generación de nuevo conocimiento que aporta significativamente en el estado del arte según el área del conocimiento y es una fuente importante para la innovación de la ciencia y la tecnología. Por otra parte, el nuevo modelo de medición de grupos de investigación hecho por Colciencias, categoriza la concesión de patentes de innovación, donde su concesión o adjudicación le otorga al grupo una calificación más elevada y con ello la oportunidad de ser más competitivos en la búsqueda de fuentes de financiación para la ejecución de nuevos proyectos.

La adjudicación de patentes es un mecanismo que permite la adaptación tecnológica a partir de un desarrollo científico obtenido en una institución académica. Esta transferencia de conocimiento hacia el sector productivo contribuye significativamente con el avance en el desarrollo tecnológico y el papel de la Universidad del Valle para construir un mejor futuro.

¿Qué sigue ahora en términos de la investigación que llevan a cabo ustedes en el grupo de materiales compuestos?


En la actualidad continuamos con el desarrollo de este tipo de materiales mediante la evaluación de ciertas condiciones para su producción y utilización de diferentes materias primas provenientes de desechos industriales de la región.

 El grupo de investigación cuenta con estrechas relaciones internacionales con diferentes centros en Reino Unido, España, Brasil y Estados Unidos en las cuales se están llevando a cabo colaboraciones conjuntas. Actualmente se están ejecutando dos proyectos de investigación donde se cuenta con la participación de seis estudiantes de doctorado. Recientemente se ha aprobado un proyecto de investigación en el desarrollo de estos materiales para la utilización de  minerales naturales para el desarrollo de nuevos cementantes ecosostenibles y el cual cuenta con el apoyo de una de las empresas cementeras y de concreto más grandes del país.

Si desea conocer mas sobre el grupo de investigación, puede visitar
http://investigaciongmc.univalle.edu.co/index.html

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