Universidad Jurez Autnoma de Tabasco

Secretara de Servicios Acadmicos

Direccin de Investigacin y PosgradoPrograma de Fomento a la Investigacin y Consolidacin de los Cuerpos Acadmicos

F1. GUA PARA PRESENTAR PROTOCOLO DE INVESTIGACIN

I. INTRODUCCIN

El objetivo de esta gua es orientar al investigador sobre los elementos a considerar, en el esquema bsico para presentar el protocolo de investigacin, que ser evaluado dentro de la convocatoria de Apoyo a Proyectos de Investigacin 2008.Esta gua no necesariamente debe ser aplicada de manera rgida, pues depender del tipo de estudio y del abordaje metodolgico que desarrolle cada investigador.

II. ASPECTOS DE FONDO Y FORMA DEL PROTOCOLO

El protocolo ser presentado de acuerdo con el formato indicado, utilizando tipo de letra Arial, tamao 12 y con interlineado sencillo. El protocolo deber tener una extensin mxima de diez cuartillas y deber entregarse engargolado.

El contenido del protocolo puede tener sus variaciones de acuerdo con la opcin de cada investigador; no obstante, la Comisin Institucional de Investigacin de la UJAT (CII-UJAT) ha convenido que toda propuesta debe contener, como mnimo, los siguientes apartados:

1. Resumen

2. Planteamiento del problema

3. Objetivos (general y especfico)

4. Metas

5. Hiptesis

6. Metodologa

7. Bibliografa

8. Cronograma de actividades9. Presupuesto

10. Grupo de trabajo y formacin de recursos humanos

11. Infraestructura y apoyo Tcnico

12. Anexos

Como gua general, a continuacin se brinda una orientacin sobre lo que se espera que los investigadores desarrollen en cada uno de los puntos del esquema:

1. RESUMEN

Deber dar una idea clara al lector sobre cul es la pregunta central que la investigacin pretende responder y su justificacin. Debe explicitar las hiptesis (si aplica) y los objetivos de la investigacin. Asimismo, el resumen debe contener un breve recuento de los mtodos y procedimientos contenidos en el apartado de metodologa. 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En este apartado se incluirn los siguientes elementos:

2.1 Antecedentes

Estudios previos sobre el estado del arte del tema de investigacin y, en su caso, detallar la experiencia previa del investigador en el tema.

2.2 Justificacin

Se describir en forma genrica el problema a resolver, cuantificando el alcance del mismo y acotndolo sectorial y geogrficamente en funcin de los sectores usuarios comprometidos.

Se describir el tipo de conocimiento que se pretende obtener y la finalidad que se persigue en trminos de su aplicacin. Se indicar la estrategia de divulgacin y utilizacin de los hallazgos de la investigacin, de acuerdo con los potenciales usuarios del conocimiento producido. En la justificacin se responde a lo siguiente.

Cmo se relaciona la investigacin con las prioridades de la regin y del pas?

Qu conocimiento e informacin se obtendr?

Cul es la finalidad que se persigue con el conocimiento que brindar el estudio?

Cmo se darn a conocer los resultados?

Cmo se utilizarn los resultados y quines sern los beneficiarios?

Cul ser el impacto acadmico Institucional?

La justificacin debe presentar un argumento, convincente, de que el conocimiento generado es til y de aplicabilidad generalizable para el contexto regional y/o institucional.

2. 3 Pregunta principal de investigacin

Requiere escribirse de manera tal que, adems de brindar los referentes empricos que describen la situacin, quede muy claro y explcito el vaco de conocimiento actual sobre el problema y/o la controversia existente y la evidencia no conclusiva. Mas aun, puede haber evidencias muy conclusivas de conocimientos que se consideran inmutables, y el investigador cuestiona el conocimiento acumulado por ciertos antecedentes que pretenden someter a verificacin. Es en este punto donde el investigador delimita el objeto de estudio y da a conocer las interrogantes o las grandes preguntas que orientan la investigacin.

El planteamiento del problema debe brindar un argumento convincente de que los conocimientos disponibles son insuficientes para dar cuenta del problema y sus posibles alternativas de solucin, o brindar un argumento convincente de la necesidad de someter a prueba si lo que se conoce y se da como un hecho verdadero, puede no ser tan cierto dados nuevos hallazgos o nuevas situaciones.3. OBJETIVOS (General y especficos)

Objetivo General: Debe explicitar lo que se espera lograr con el estudio en trminos de conocimiento. Debe dar una nocin clara de lo que se pretende describir, determinar, identificar, comparar y verificar. Deber ser expresado en infinitivo.

Objetivos Especficos: Son la descomposicin y secuencia lgica del objetivo general. Se expresarn con verbos en infinitivo que den direccin a las acciones, a travs de las cuales se pretende dar solucin al problema objeto del proyecto. 4. METAS

Son los resultados cuantitativos esperados en un periodo determinado.5. HIPTESIS

Respuesta tentativa a la pregunta principal de la investigacin (opcional).6. METODOLOGA

Se explicarn los procedimientos de manera ordenada, sistemtica y coherente que se aplicarn para alcanzar los objetivos. Se informar cul es el diseo del estudio, las tcnicas y los procedimientos que se utilizarn para alcanzar los objetivos propuestos. Asimismo, en este apartado se debe escribir con detalle la definicin operacional de las variables, el tipo y la forma de medirlas, incluyendo el plan de anlisis de resultados.

7. BIBLIOGRAFA Y FUENTES DE INFORMACIN

En este apartado se incluirn las fuentes de informacin en las que se sustenta el proyecto de investigacin, en cualquier formato reconocido internacionalmente.

9. CRONOGRAMA

Se debern especificar las actividades que se desarrollarn para el cumplimento especfico de cada meta planteada en el proyecto de investigacin. Presentar de acuerdo con el formato correspondiente (disponible en la Web UJAT).

9. PRESUPUESTO

En este apartado se debern especificar los montos mensuales solicitados, para el desarrollo de las actividades del proyecto.

10. GRUPO DE TRABAJO Y FORMACIN DE RECURSOS HUMANOS

Especificar claramente la participacin de cada uno de los integrantes dentro del proyecto de investigacin. Presentar de acuerdo con el formato correspondiente (disponible en la Web UJAT).

11. INFRAESTRUCTURA, EQUIPAMIENTO Y APOYO TCNICO

Indicar la infraestructura, equipamiento y apoyo tcnico con el que se cuenta para el desarrollo del proyecto de investigacin.

PRESENTACIN DEL PROTOCOLO DE INVESTIGACIN

Clave UJAT:

*Para ser llenado por la DIP

Datos de identificacin Divisin Acadmica:

Ingeniera y Arquitectura

Profesor Investigador:

Responsable:

Dra. Ebelia del Angel Meraz

Corresponsable:

M.I. Mara Juana Garca Marn

Programa Educativo:

Licenciatura en Ingeniera Qumica

Cuerpo Acadmico:

Ciencias de Ingeniera y Materiales

LGAC:

LGAC 1 : Desarrollo de materiales, LGAC 2.: Evaluacin de materiales

rea de conocimiento en el cual se inserta la propuesta:Ciencias de la Ingeniera

1. ResumenTtulo del Proyecto de InvestigacinSupercapacitores preparados con materiales carbonosos basados en granos de caf y bagazo de caa de azcar

Nombre del Investigador ResponsableDra. Ebelia del Angel Meraz

Objetivo de la InvestigacinSintetizar y Caracterizar supercondensadores elctricos de doble capa preparados a partir de carbn activado proveniente de la carbonizacin de granos de caf usados y bagazo de caa de azcar.

Duracin del proyecto Inicio: 15/03/2013Fin: 15/03/2014

Presupuesto anual$200,000.00

Presupuesto total$200,000.00

2. Planteamiento del problema

Algunos cultivos agrcolas generan grandes cantidades de residuos orgnicos los cuales contaminan el medio ambiente en las zonas productoras. A pesar de su valor econmico y energtico, estos residuos son muy poco aprovechados hasta la fecha. Las pocas alternativas desde el punto econmico, social y nutricional que en la actualidad representan para el aprovechamiento de los residuos agroindustriales aunado a la falta de conciencia en la proteccin del medio ambiente provocan que sean mal manejados y se conviertan en fuentes de contaminacin de los recursos naturales. En el caso del cultivo, produccin y refinacin de la caa de azcar se generan grandes cantidades de residuos orgnicos los cuales contaminan el medio ambiente, diariamente se procesan de 600 a 700 toneladas de producto refinado, de acuerdo informacin publicada se desechan diariamente de 1200 a 1400 toneladas de bagazo de caa de azcar [5, 6], de los cuales una parte se utilizan para calentar las calderas, otra parte se vende a la industria papelera y la parte sobrante se desecha, esto provoca un alto ndice de contaminacin y a su vez cuando el bagazo de caa de azcar es quemado genera emisiones de gases de efecto invernadero. Para el caso de la industria del caf, solamente se utiliza el 9.5% del peso en fruto fresco en la preparacin de la bebida, el 90.5% queda en residuo que contiene compuestos como la cafena, los taninos y los polifenoles, lo que impide su uso intensivo en la alimentacin animal por sus caractersticas antinutricionales y antifisiolgicas. Por lo tanto, la gran generacin de residuos de caf representan un serio problema de contaminacin en las regiones procesadoras del fruto, por lo que se considera el mayor agente daino para ros y lagos localizados en esos lugares [4]. Debido a este problema se han iniciado a nivel internacional investigaciones acerca de los diferentes usos que pueden tener estos residuos generados de la caa de azcar y los granos de caf, con el fin de darles un valor agregado y proteger el medio ambiente, la propuesta que este trabajo plantea utilizar los residuos de granos de caf y bagazo de caa de azcar para la fabricacin de supercapacitores.Antecedentes

El primer supercapacitor fue elaborado por la compaa Standard Ol of Ohio (SOHIO) en 1969, con una interfaz de carbono y solucin electroltica de sal de tetralquilamonio [7]. Al final de los aos ochenta se desarroll el primer supercapacitor de un faradio. Algunas compaas rusas a principios de los noventa presentaron el primer supe capacitor que superaba los cien faradios, los principales productores fueron Panasonic y Maxwell Tecnologies [7].Los condensadores modernos han evolucionado considerablemente a partir de la botella original de Leyden. Se ocupan actualmente para diseo de sistemas de potencia para la estabilizacin de voltaje, por lo que encontramos supercapacitores de 1500 y 3000 faradios, con un peso que va del kilo y medio a los tres kilogramos [7]. En nuestro pas no han sido estudiados, aunque a nivel internacional se han desarrollado durante los ltimos 15 aos. Aunque los supercapacitores llevan en circulacin desde la dcada de 1960, son relativamente caros y solo hace poco que han empezado a ser fabricados en cantidades lo suficientemente apreciables como para que se hagan competitivos. Hoy en da se pueden encontrar supercapacitores en todo un abanico de dispositivos electrnicos, desde las computadoras hasta los coches lo que ha llevado a los pases desarrolados a implemetar bsqueda de nuevas alternativas econmicas y sustentables en su fabricacin [8].Justificacin

Mxico tiene una superficie destinada a la produccin de caa de azcar que representan el 89.5% del total Nacional. Tabasco es una de las entidades que entra en esta representacin con una superficie de 28000 mil hectreas anuales y 2 ingenios azucareros. Por otro lado Mxico ocupa el cuarto lugar en el sector cafetalero, la mayor parte del caf mexicano, generando contaminantes nocivos para el medio ambiente. Como alternativa de tratamiento y aprovechamiento, la pulpa de caf es utilizada en la produccin de biofertilizantes, complementos alimenticios para ganado o como combustible para hornos de secado, pero pocas de estas tcnicas se aplican realmente en nuestro pas, por lo que la pulpa de caf sigue siendo un problema de contaminacin muy grande [6,7]. Las investigaciones sobre nuevas fuentes de energa utilizando desechos orgnicos realizadas por otros pases como Australia, China, Colombia y Espaa, orientadas al aprovechamiento de residuos de bagazo de caa de azcar y de granos de caf, que mediante procesos de pirolisis utilizando hornos tubulares con flujo de nitrgeno a altas temperaturas, lo transforman en carbn activado que se utiliza para la fabricacin de supercapacitores.El carbn activado se encuentra entre los adsorbentes ms empleados, como consecuencia de sus cualidades entre las que destaca una alta porosidad y una gran superficie interna. En el presente trabajo se propone producir carbn activado utilizando como materia prima el residuo hmedo del caf molido y el bagazo de caa de azcar dada su gran disponibilidad y su reducido costo para la elaboracin de un supercapacitor altamente recomendable en la produccin de energas renovables y no contaminantes, aumentando la sustentabilidad de los procesos involucrados en las diversas actividades humanas. En los ltimos aos, los supercapacitores han surgido como una alternativa o complemento importante para otros dispositivos de produccin o almacenamiento de energa como las pilas combustible o las bateras. La principal virtud del primero frente a los dos ltimos es la mayor potencia que es capaz de desarrollar, acumulando cantidades de energa considerables.

Pregunta principal de investigacin

El cuarpo Academico ha trabjado en la elaboracin de carbn activado de baga

Los materiales carbonosos tratados por mtodos qumicos so excelentes para la produccin de supercapacitores. 3. Objetivos ( General y especficos)Objetivo General

Sintetizar y Caracterizar supercondensadores elctricos de doble capa preparados a partir de carbn activado proveniente de la carbonizacin de granos de caf usados y bagazo de caa de azcar.Objetivos Especficos

Preparar carbn activado con granos de caf usados y bagazo de caa de azcar por el mtodo qumico con precursores de H3PO4 y ZnCl2 a diferentes concentraciones.

Caracterizar del rea superficial de los carbones activados obtenidos por el Mtodo Brunauer- Emmett - Teller (BET). Caracterizar la morfologa de los carbones activados por el Mtodo de Microscopa Electrnica de Barrido (SEM). Construir el supercapacitor tipo sndwich.

Caracterizar el supercapacitor por Voltamperometria cclica e Impedancia Electroqumica.4. Metas 5. HiptesisLos materiales carbonosos provenientes de granos de caf y bagazo de caa de azcar fabricados por mtodos qumicos son ideales para la fabricacin de supercapacitores.

6. Metodologa Preparacin de Carbn Activado

Se adquieren residuos de caf ya que hayan sido utilizados domsticamente, estos residuos son secados por 24 horas a una temperatura de 100C.Teniendo los residuos de caf ya seco se muele y se mezcla a razn de 1:1 con una solucin de ZnCl2 , H3PO4, a 1M disolvindose en agua destilada. Despus esta mezcla es secada a una temperatura de entre 450 a 900C y es carbonizado en un horno con flujo de N2 con un sistema de calefaccin de 5 K min-1 con temperatura de 899.85 C misma que debe ser constante durante 1 hora en la Figura 1 se muestra el procedimiento. La carbonizacin obtenida a partir de los residuos de caf es lavada con una solucin de HCl a una molaridad de 0.6 para remover los residuos de ZnCl2, despus se utiliza agua destilada nuevamente para enjaguar la carbonizacin y ser secada nuevamente. Se realizara nuevamente la preparacin en las mismas condiciones, pero usando como precursor qumico el H3PO4.

Caracterizacin del Carbn

La textura y porosidad del carbn sern examinadas por adsorcin de N2 a -196.15 C y adsorcin de CO2. El rea especfica es calculada a partir de las isotermas de adsorcin de N2 usando el mtodo Brunnauer, Emmett y Teller (BET), para estudiar la estructura de los carbones activados se realizan Microscopas Electrnicas de Barrido (SEM), los volmenes de los microporos a partir de la adsorcin de CO2 con la ecuacin Dubinin-Radushkevich.

Figura 1. Diagrama de Activacin Qumica del Carbn de Residuos de Caf y del bagazo de caa de azcar Mediciones ElectroqumicasLas mediciones electroqumicas sern evaluadas electrodos preparados tipo sndwich con el carbn activado de granos de caf como se describe a continuacin: Los electrodos son preparados con un 90% en peso del carbn de caf, 5% en peso de carbn Mitsubishi y 5% en peso de 1-metil-2-pirrolidinona. Con todo esto se preparara una pasta con la cual se van a pintar tiras de Titanio de 1 cm2 de rea. Los electrodos se colocarn de forma tipo sndwich teniendo el mismo espesor cada una de ellas, tendr aproximadamente 2 mg de la mezcla de carbn as mismo los electrodos deben estar separados por papel de fibra vtrea. Las celdas van a ser humedecidas con una solucin de H2SO4 a vaco para reducir los efectos contaminantes al aire as como mejorar la humectabilidad de los electrodos. Se medir mediante Voltamperometra cclica las capacitancias de los electrodos para comparar su rendimiento. Las densidades de energa se utilizarn de la teora de Ratone Plot referida a rendimientos de dispositivos de almacenamiento de energas. Las pruebas de impedancia servirn para la determinacin de la capacidad que tienen los conductores elctricos de poder admitir cargas cuando son sometidos a un potencial y establecer las cantidades de faradios que el supercapacitor alcanzar.Costos

7. Bibliografa y fuentes de informacin8. Cronograma de actividadesPresentar de acuerdo con el formato Cronograma.9. Presupuesto10. Grupo de trabajo y formacin de recursos humanos

Presentar de acuerdo con el formato correspondiente.

11. Infraestructura y apoyo tcnico existente para el desarrollo del proyecto.12. Anexos

RESPONSABLE DEL PROYECTO

NOMBRE Y FIRMADirector de la Divisin AcadmicaNOMBRE Y FIRMA

Grupo de trabajo y Formacin de Recursos HumanosA. Equipo de investigadores que apoyan al proyecto

FuncinNombreIESDivisin AcadmicaCALGACPEDescripcin especfica de participacin

Responsable Dra. Ebelia del Angel Meraz

CorresponsableM.I. Mara Juana Garca MarnParte analtica de la fase experimental, coasesor de tesis de licenciatura

ColaboradoresDr. German Prez HernndezEvaluacin de la capacitancia con tcnicas electroqumicas

Dra. Cecilia Cuevas ArteagaEvaluacion de los supercapacitores con impedanica electroquimica

B. Participacin y formacin de alumnos

Nombre del alumnoIESDivisin AcadmicaPESituacin escolarMatrculaBECADescripcin especfica de la participacin del estudiante o egresado**

SNO

Angela Maldonado ColoradoUJATDAIAIng. Qumica082D7022Sntesis supercapacitor preparado del carbn activado con granos de cafe

Brisa Alejandra Lpez Lpez082D7034

** Cuando el alumno est propuesto para ser becado, se deber escribir, en la celda de DESCRIPCIN, el ttulo posible y el nombre del director de tesis.

Para que un alumno pueda considerarse candidato para ser becado, deber cubrir los requisitos establecidos en el apartado 6. Apoyo Financiero, inciso e) y f) de la presente Convocatoria. Cronograma de actividades para el proyecto de InvestigacinMes y ao de inicio_____________________ Mes y ao de trmino______________________

Instruccin: Numerar y describir las Metas/Actividades; sealar con una x el mes en el que se realizarn las actividades correspondientes.

Metas/ActividadesMes

123456789101112

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

n

Nota: En caso necesario, agregar hojas.

Secado de residuos de caf y del bagazo de caa de azucar

Impregnacin del precursor

Tratamiento Trmico con flujo de nitrgeno

Lavado

Recuperacin del agente activante

Secado

PAGE 2F1 Presentacin de protocolo de investigacin que solicita ser evaluado dentro de la convocatoria UJAT 2008