El Perú es un país megadiverso, cuenta con una gran cantidad de especies maderables que actualmente no son adecuadamente explotadas ni aprovechadas. Por otro lado, el carburo de silicio es un material cerámico avanzado descubierto y fabricado por primera vez hace más de cien años, aunque es recientemente que se está explorando su enorme potencial en varias aplicaciones industriales, principalmente en aquellas que requieran una buena resistencia química y mecánica a altas temperaturas, como por ejemplo en filtros de alta temperatura, porta-catalizadores, reforzantes estructurales, resistencias eléctricas, entre otras. El limitado aprovechamiento de la madera en el Perú se debe a la falta de conocimiento en técnicas de preservación/protección y de procesos de transformación para la obtención de nuevos materiales como el SiC biomórfico. Por lo tanto, la fabricación de SiC biomórfico a partir de maderas peruanas tiene la ventaja de aprovechar la gran diversidad de especies que existen en nuestro país, lo que puede permitir obtener SiC biomórfico con una amplia gama de aplicaciones industriales y mediante un proceso sencillo, relativamente barato y que da valor a un recurso natural (la madera) poco aprovechado. En el caso del presente proyecto se plantea el uso de SiC biomórfico como agente de reforzamiento del hormigón tradicional de cemento Portland.

El carburo de silicio es un material cerámico avanzado muy importante para la ingeniería contemporánea, tiene un excelente comportamiento mecánico y estabilidad frente a ambientes corrosivos, tanto a temperatura ambiente como a alta temperatura; lo cual permite que sea empleado en varias industrias. Sin embargo, la obtención convencional del SiC (típicamente por sintetización de polvos) tiene varias desventajas, entre ellas las siguientes: un alto consumo de energía, proceso complejo y relativamente costoso, etc. Por lo tanto, la obtención de cerámicas de SiC derivadas de precursores naturales (madera) se presenta como una buena oportunidad para obtener una cerámica de importantes propiedades y además que brindará un mayor valor agregado a un material renovable de la naturaleza, como la madera. La importancia del SiC biomórfico, usando madera como precursor, se basa en que el producto (bioSiC) hereda la microestructura porosa e interconectada y la buena relación entre resistencia y densidad de la madera; ello permite obtener materiales avanzados con un amplio rango de densidades y, en consecuencia, un gran campo de aplicaciones industriales. Por su parte, el Perú cuenta con una gran cantidad de especies maderables que no son adecuadamente explotadas ni aprovechadas, las cuales, con la ejecución de la presente propuesta de investigación, podrán tener mayor valor agregado. Creemos que, entre otras razones, el limitado aprovechamiento de la madera en el Perú se debe a la falta de conocimiento en técnicas de preservación/protección y de procesos de transformación para la obtención de nuevos materiales como el SiC biomórfico; sumado a lo anterior, tampoco se gestionan adecuadamente los residuos generados en los miles de aserraderos existentes en nuestro país, lo que impacta negativamente al medio ambiente.

La fabricación de SiC biomórfico, usando maderas peruanas, tiene una ventaja adicional que se basa en el aprovechamiento de la gran diversidad de especies que existen en nuestro país, lo que nos permitirá obtener SiC biomórfico con una amplia gama de aplicaciones industriales. En nuestro caso, planteamos el uso de SiC biomórfico, derivado de maderas peruanas, como agente de reforzamiento del hormigón tradicional de cemento Portland.

El carburo de silicio es un material cerámico avanzado de muy altas prestaciones mecánicas y de buena estabilidad frente a ambientes de gases corrosivos, tanto a temperatura ambiente como a alta temperatura, por lo que es un material de suma importancia para la industria automotriz, aeronáutica y aeroespacial. Entre las principales aplicaciones del SiC, encontradas en la literatura, podemos mencionar a los inyectores de chorro de arena, los sellos automotores de bomba de agua, cojinetes, dados de extrusión, gargantas de inyector de cohetes, rodillos de hornos, intercambiadores de calor, juntas mecánicas, ventiladores cerámicos, elementos de calentamiento (resistencias), filtros de alta temperatura, portacatalizadores y como substrato biocerámico para implantes óseos. Sin embargo, la obtención tradicional de SiC (por métodos de sinterización de polvos, moldeo o SPS) involucra el consumo de gran cantidad de energía (poco sustentable ambientalmente) y las etapas del proceso de obtención son, por lo general, complejas y relativamente costosas. De forma que la obtención de cerámicas de SiC derivadas de precursores naturales, como la madera, posee gran interés para la comunidad científica, que desde hace aproximadamente 20 años viene desarrollando y mejorando el método para obtener SiC biomórfico usando como precursores plantillas de carbón derivados de la madera. El SiC biomórfico derivado de madera es interesante, porque hereda la microestructura porosa e interconectada (optimizada por la naturaleza por millones de años) y la buena relación resistencia-densidad de la madera, lo que permite obtener materiales avanzados con un amplio abanico de aplicaciones industriales. Además, el grupo de investigación de materiales biomiméticos y multifuncionales de la Universidad de Sevilla (España), donde el IP de la presente propuesta ha sido investigador en formación durante sus estudios de doctorado, ha publicado varios papers, reviews y tesis (de pre y posgrado) sobre el método para obtener SiC biomórfico a partir de la madera y sus productos derivados (madera compactada, residuos de madera, etc), éstos documentos servirán de punto de partida del presente proyecto.

El Perú tiene una gran biodiversidad maderable que no es adecuadamente explotada ni aprovechada, y que, con la ejecución de la presente propuesta de investigación, podría generar mayor valor agregado. Creemos que, entre otras razones, el limitado aprovechamiento de la madera en el Perú se debe a la falta de conocimiento en técnicas de preservación/protección y de procesos de transformación para la obtención de nuevos materiales como el SiC biomórfico; sumado a lo anterior, tampoco se gestiona adecuadamente los residuos generados en los miles de aserraderos existentes en nuestro país, lo que impacta negativamente al medio ambiente. Mientras que la madera es un material de muchas ventajas: es renovable, de fácil trabajo, tiene una amplia gama de microestructuras y densidades, posee una amplia variedad de propiedades mecánicas (por la diversidad de especies) y es relativamente barata.

La fabricación de SiC biomórfico, usando maderas peruanas, tiene una ventaja adicional que consiste en aprovechar la gran diversidad de especies que existen en nuestro país (de elevadas densidades y otras de muy baja), lo que nos permitirá obtener SiC biomórfico con un amplio potencial de aplicación industrial. En nuestro caso, planteamos el uso de SiC biomórfico derivado de maderas peruanas como agentes de reforzamiento del hormigón tradicional de cemento Portland.

Modalidad de Proyecto: Proyecto de investigación avanzado

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

• Un investigador principal
• Un coinvestigador
• Un tesista de posgrado
• Un gestor tecnológico
• Un coordinador administrativo

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Subsector: Manufactura avanzada

Sector: Estratégico

Lugar de ejecución del proyecto: Arequipa

Fecha de inicio:  03/12/2018

Fecha de cierre:  03/12/2020

Plazo de ejecución (meses): 24

Objetivo Principal

El objetivo principal de la propuesta es determinar, implementar y validar una metodología adecuada para la fabricación de carburo de silicio biomórfico a partir de precursores madereros comercialmente disponibles en Perú y con posible aplicación como agentes de reforzamiento mecánico en hormigones tradicionales de cemento Portland.

Objetivo específico 1

Identificación y caracterización físico-mecánica y microestructural de dos tipos de maderas (una de alta y otra de baja densidad) comercialmente disponibles en Perú.

Objetivo específico 2

Determinación y optimización de los parámetros del proceso de obtención de carburo de silicio biomórfico a partir de dos maderas peruanas previamente identificadas y su caracterización microestructural.

Objetivo específico 3

Caracterización de la respuesta mecánica y termomecánica (con y sin atmósfera controlada) de SiC biomórfico obtenido de precursores madereros disponibles en Perú, y la caracterización microestructural de las probetas ensayadas.

Objetivo específico 4

Aplicación de la metodología de fabricación de SiC biomórfico usando maderas peruanas, para obtener agentes de reforzamiento mecánico de hormigones tradicionales de cemento Portland y su validación mediante métodos computacionales aplicados a la transferencia de carga entre el reforzante y la matriz (cemento + agregado) del hormigón tradicional.

Institución responsable del proyecto

Universidad Católica San Pablo

RUC: 20327998413

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Privado

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Arequipa

Provincia: Arequipa

Distrito: Arequipa

Dependencia: Grupo de Investigación en Ciencia y Tecnología de Materiales

Instituciones asociadas

Universidad Nacional de Ingeniería

RUC: 20169004359

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

País: Perú

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: Rímac

Universidad Nacional de San Agustín

RUC: 20163646499

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

País: Perú

Departamento: Arequipa

Provincia: Arequipa

Distrito: Arequipa

Investigador principal

Nombres: Fredy Alberto

Apellido paterno: Huamán

Apellido materno: Mamani

Grado académico: Doctorado

Nombre del grado académico: Ingeniero de Materiales

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Dependencia: Grupo de Investigación en Ciencia y Tecnología de Materiales

Coinvestigadores

Nombres: Artemia

Apellido paterno: Loayza

Apellido materno: Arguelles

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Dependencia: Grupo de Investigación en Ciencia y Tecnología de Materiales

Nombres: José Luis

Apellido paterno: Mantari

Apellido materno: Laureano

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Dependencia: Facultad de Ingeniería Mecánica

Nombres: Gerhard Paul

Apellido paterno: Rodríguez

Apellido materno: Guillen

Grado académico: Magister

Entidad: Universidad Nacional de San Agustín

Dependencia: Facultad de Ingeniería Civil

Tesistas

Nombres: Tesista no identificado 3

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Título profesional

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Nombres: Tesista no identificado 3

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Gestor tecnológico

Nombres: Johana Flavia

Apellido paterno: Cabel

Apellido materno: –

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Coordinador administrativo

Nombres: Jesús Martín

Apellido paterno Del Carpio

Apellido materno Pacheco

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Técnico

Nombres: Denis Leonardo

Apellidos: Mayta Ponce

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.