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ANALES

DE LA

SOCIEDAD CIENTIFICA

ARGENTINA

Director : Dr. ANDRES O. M. STOPPANI

JULIO-SEPTIEMBRE 1974 — Entregas I-XXI — TOMO CXCYXXX

SUMARIO

SERIE II. CIENCIAS APLICADAS, N« 37

Pág

Emilio-L. Díaz, Lluvias y temperaturas relacionadas con los ciclos undecenales

del sol clasificados según polaridad de las manchas 3 .

Edilbkrto C. J. Talenti y Leonor R. de Vqttero, Estudio relacionado con la presencia de cariofileno y humuleno en el aceite esencial de Pluchea sagittalis (Lam.) Cabr 13

A, E. Charola y H. A. de Alderuccio, Estudio de la corrosión y pasivación del hierro empotrado en probetas de morteros de cemento portland puros y adicionados con. escorias granuladas de altos hornos . 23

E. A. Marinelli, S. Tomicich y M. A. Cardozo, Registrador analógico de

campo construido en la Universidad Nacional del Sur.. 33

Betty Kerllbñevich y Andrk Coche, Relajación de la difusión dinámica de la

luz en cristales líquidos nemáticós 41

BUENOS AIRES ' Avda. Santa Fe 1145

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SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Dr. Luis F. Leí oír Dr. Selman Waksman Dr. Florentino Ameghino f Dr. Valentín Balbín f Ing. Santiago E. Barabino f Dr. Carlos Berg f Dr. Germán Burmeister f Ing. Enrique Butty \

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Impreso en Imprenta Coni S.A.C.I.F.I., Perú 684, Buenos Aires, República Argentina

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TOMO CXC VIII

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YACIMIENTOS PETROLIFEROS FISCALES

SERIE II. CIENCIAS APLICADAS. N° 37

LLUVIAS Y TEMPERATURAS RELACIONADAS CON LOS CICLOS UNDECENALES DEL SOL CLASIFICADOS SEGUN POLARIDAD DE LAS MANCHAS

Por EMILIO L. DIAZ

RESUMEN

Los ciclos, clasificados en función de la distinta distribución de la polaridad de las man- chas, se denominaron A y B. Se definió como año cero aquel de mínimo número de manchas. Las precipitaciones y las temperaturas anuales del aire en superficie se promediaron, para cada año, y se computaron las anomalías relativas. Resultados: las precipitaciones medias anuales y las temperaturas, presentan diferencias, para cada lugar, segíin el ciclo de que se trate; ambas variables tienden a mostrar una evolución inversa en cada tipo de ciclo aun- que no de manera simétrica; las cifras de los Acumulativos son más demostrativas. En la Argentina, al oriente de los Andes, los ciclos A son entre 4°/0 y 8°/0 más lluviosos que los B, y unos 0,3 °C más frios en ol oeste argentino; los efectos relacionados con los ciclos A y B se asocian, al menos en Sud América, con la estacionalidad de las lluvias (en Río de Janeiro, por ejemplo, de diciembre a abril llueve un 18% menos durante los ciclos A que durante los B); las verificaciones efectuadas fraccionando en dos épocas los datos de estaciones europeas con largos registros, muestran que las oscilaciones en oposición, y también las diferencias de las medias entre tipos de ciclos se mantienen.

ABSTRACT

Eleven year solar cycles are designated A and B accordingly to their spots polarity. Year of minimun spot number was defined as year zero. Precipitation and temperature were averaged for eacli successive year and relative anomalies computed. Results: annual mean precipitation and temperature show diflerences, depending on place and cycle; both variables show a reversed evolution for cycles A and B, although uot necessarily symme- trical; in Argentina, cycles A are between 4°/0 and 8°/0 rainier than B, and also around 0,3 °C cooler in the west; efíects related to cycles A and B are associated, at least in South America, with precipitation seasonality (in Rio de Janeiro, from december to abril, cycle A rains are 18°/0 less than those of B) ; verifications based ou fractioning in two epochs the data of some european stations of long enough records show persistence, both that of rever- sed evolution of rain and temperature and that of difference of means also.

El trabajo tuvo por objeto investigar las relaciones entre las precipitaciones y las temperaturas del aire en superficie, y los ciclos undecenales del Sol, en función de la distribución de la polaridad magnética en los grupos de manchas. Dicha polaridad se mantiene, en cada hemisferio solar, durante cada ciclo.

4

anales de la sociedad científica argentina

invirtiéndose al siguiente (Bosler, Jean, Cours cTAstronomie , t. III, Astrophy- sique , 1928, pág. 280) , con lo cual los ciclos, considerados alternadamente, resul- tan similares en cuanto a polaridad de las manchas.

El análisis que sigue se refiere principalmente a Sudamériea. si bien se dan datos para otros lugares del mundo.

1. Aclaraciones y método de trabajo

1.1.

1.2.

1.3.

1.4.

1.5.

1.6.

1.7.

1.8.

1.9.

Los ciclos solares fueron denominados A y B. Se definieron como ciclos A aquellos con polaridad norte, en los grupos de manchas, ubi- cada hacia el oeste en el hemisferio norte del Sol; los ciclos B se vinculan a polaridad norte hacia el este (ver Abetti. Giorgio, “El Sol", págs. 157 a 159).

Como año 0 de cada ciclo se tomó aquel de mínima actividad en cuanto a manchas. Corresponden al ciclo A los períodos que comenzaron (año 0) en 1755, 1775, 1798, 1823, 1843, 1867, 1889, 1913, 1933 y 1954; se clasificaron como B los iniciados en 1766, 1784, 1810, 1833, 1856, 1878, 1901, 1923, 1944 y 1964.

Bajo el término “lluvias” deben entenderse las precipitaciones.

Tanto en cuanto a la lluvia como en cuanto a las temperaturas, para cada estación utilizada se promediaron los valores correspondientes a cada uno de los años del ciclo solar, desde el año 0 hasta el 11°. La media de cada conjunto de ciclos A, o B. se tomó entre los años 0 y 10° inclusive, a fin de no repetir observaciones entre conjuntos de ciclos. Las anomalías (An.) correspondientes a cada uno de los años, se com- putaron haciendo la diferencia entre el promedio de cada año y la media general, calculada en base al total de años de observación (es decir incluyendo ambos ciclos).

Con el objeto de hacer comparables las cifras, se determinaron las anomalías relativas (An. reí.), esto es las anomalías expresadas en función del desvío aritmético medio (D) de los valores anuales indivi- duales. Es decir que An. reí. : An./D.

Los porcentajes de las precipitaciones lian sido calculados en base a

las precipitaciones de los ciclos B, mediante la expresión 100

Para las estaciones sudamericanas (23 en total, Cuadro 1) se determi- naron, asimismo, los coeficientes de correlación entre ciclos A y B, correspondientes a las An. reí. y a los Acumulativos de dichas anoma- lías relativas (Acumul. An. reí.), tanto para las lluvias como para las temperaturas. Para otras estaciones del mundo (18 en total, no se acom- paña cuadro) sólo se calcularon las correlaciones de los Acumul. An. reí. Las correlaciones entre An. reí. fueron computadas en base a los desvíos respecto de la media general, en cambio, para los Acumulativos el coeficiente se obtuvo de manera directa, utilizando sus valores. El cálculo efectuado tomando los apartamientos de los Acumulativos, refe- ridos a la media de los mismos en cada conjunto de ciclos (A o B), coincide con los anteriores en general, aún cuando con magnitudes lógicamente algo menores.

CUADRO 1. — Lluvias y temperaturas anuales relacionadas con los ciclos undecenales del sol clasificados segdn la polaridad de las manchas (ciclos A y B)

Sud América

LLUVIAS Y TEMPERATURAS RELACIONADAS CON LOS CICLOS UNDECENALES

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(1) Datos dudosos en las temperaturas.

6

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

1.10. El disponer de varias estaciones europeas con registros largos (algunas desde 1764) permitió fraccionar sus datos en dos épocas y comparar los resultados obtenidos en cada una de ellas (ver 2.1.8. y 2.2.8.).

2. Resultados

2.1. Lluvias

2.1.1. Las precipitaciones anuales medias suelen diferir, en cada lugar, según el tipo de ciclo de que se trate. Así, por ejemplo (ciclos A/ciclos B. mm), las cifras son: para Roma (It.) : 814/784; Omaha (E.U.) : 680/ 743; Djakarta (Indonesia) : 1819/1746; Sydney (Australia) : 1255 1143; Lagos (Nigeria) : 1827/1706.

2.1.2. En algunos lugares los desvíos de las lluvias respecto de la media ge- neral, para ciertos años correlativos de los ciclos solares, tienden a ser inversos entre sí. Por ejemplo, Córdoba (Ar.) (promedios de cinco ciclos cada uno): años 69: ciclos A, An. : 4-128 mm; ciclos B, An. : — 102 mm.

2.1.3. Si bien las lluvias frecuentemente oscilan de manera opuesta en los ciclos A y B (fig. 1), ello no implica que las oscilaciones sean necesa- riamente simétricas. Esto se refleja en los valores de los coeficientes de correlación, según se los compute fundados en las An. reí. o en los Acumulativos de dichas anomalías (incidencia aditiva de la diferencia entre las medias de los ciclos y la media general) ; así Bahía Blanca arroja coeficientes de -0,46 y -0,88 respectivamente.

2.1.4. El análisis de los porcentajes de exceso o defecto de las precipitaciones anuales de los ciclos A, respecto de los B, indica (fig. 2) sugiriendo algún efecto de la Cordillera, que al oriente de los Andes, en la Ar- gentina, los primeros son entre 4 % y 8 % más lluviosos que los se- gundos, en tanto la costa chilena, por el contrario, presenta defectos

LLUVIAS Y TEMPERATURAS RELACIONADAS CON LOS CICLOS UNDECENALES

del orden del 5 %, defectos que llegan a más del 8 % en el altiplano boliviano. En la zona de San Pablo-Río de Janeiro los ciclos A son entre 8% y 10% menos lluviosos que los ciclos B.

2.1.5. El cómputo de los Acumulativos de las An. reí. y su representación sinóptica, tienden a mostrar, en diversas áreas geográficas, una evolu- ción inversa en los ciclos A y B, con núcleos en las zonas Río de Ja- neiro-San Pablo, altiplano boliviano, centro-oeste argentino, y al oriente de Santa Cruz.

2.1.6. En el Cuadro 2 se ofrece un análisis por áreas geográficas (San Pablo- Río de Janeiro, Córdoba-Buenos Aires-Bahía Blanca, y Santiago-Co- quimbo), tanto del promedio de las An. reí. como de la marcha de los Acumulativos a través de los años, en ambos ciclos. En la fig. 3 se han volcado, para más fácil interpretación, los valores sin reducir del área Córdoba-Buenos Aires-Bahía Blanca.

2.1.7. El estudio de las lluvias mensuales, practicado para la pampa húmeda argentina, Río de Janeiro, Santiago y Punta Arenas (cuadro no inclui- do) acusa vinculación del efecto de los ciclos solares con la estado- nalidad de las lluvias. Así, en Río de Janeiro, fig. 4, de diciembre a abril llueve un 18 % menos durante los ciclos A que durante los ciclos B (— 133 nuil en los cinco meses); en la pampa húmeda (promedio de Córdoba 1, Buenos Aires y Concordia) , de enero a abril la evolución es opuesta, en los A llueve un 13 % más que en los ciclos B ( -|- 49 mm) . En Santiago, con un régimen invernal de precipitaciones, de junio a agosto los ciclos A son un 12 % menos lluviosos que los B ; Punta Arenas, con estacionalidad menos marcada, acusa de marzo a junio una escasez del 14 % en los A con relación a los B. En Viena (Austria) (1843-1960), de junio a octubre (verano y otoño) llueve un 9 % más en los ciclos A que en los B.

2.1.8. Las comprobaciones realizadas fraccionando los datos de estaciones dotadas de largos registros de precipitaciones (Edimburgo, Milán y Roma), muestran que las oscilaciones en oposición (acumulativos), y también las diferencias de precipitación media entre tipos de ciclos, se mantienen (p. ej. Edimburgo 1770-1867, r — - 0,99 y A — B — —48 mm; 1867-1960, r = - 0,89 y A — B — — 30; Roma 1782-1867, r = - 0,63 y A - B =+ 15, 1867-1960, r = - 0,83 y A — B i +41). Las correlaciones entre los Acumulativos de los ciclos homónimos de ambos períodos tienden a ser positivas pero no de gran magnitud.

2.2. Temperaturas

2.2.1. Las temperaturas anuales medias del aire en superficie también suelen anotar diferencias para cada lugar, según el ciclo de que se trate. Tal los casos (ciclos A/ciclos B, °C) de Sydney (Australia) : 17.52/17.32 (102 años de observaciones) ; Wellington (N. Z.) : 12,89/12.62 (97 años) ; Stikkisholmur (Islandia) : 3.83/3.66 (115 años) ; San Francisco (E.U.) : 13.21/12.99 (110 años); Roma (Italia): 15.39/15.53 (150 años).

En ubicación externa.

CUADRO 2. — Lluvias y temperaturas anuales relacionadas con los ciclos solares A y B, analizadas por áreas geográficas

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LLUVIAS Y TEMPERATURAS RELACIONADAS CON LOS CICLOS UNDECENALAES 9

2.2.2. Como en las lluvias (2.1.2.) los desvíos de la temperatura respecto de la media general, para determinados lugares y para ciertos años correlativos de los ciclos solares, tienden a ser inversos entre sí. En Buenos Aires, para el año 99 (promedios de cinco ciclos), en los A la An. temp. = — 0.18° C, en los B, + 0,20° C.

2.2.3. Vale también la acotación (2.1.3.) hecha para las lluvias. Las osci- laciones de sentido opuesto de la temperatura, en los ciclos A y B, no implican, necesariamente, simetría. Si se toma a Goya a título de muestra, resultan coeficientes de correlación de -0,18 para las An. reí. y de -0,87 para los Acumulativos de las mismas (incidencia aditiva de la diferencia entre las medias correspondientes a los ciclos y la media general) .

2.2.4. Del estudio de las temperaturas surge (fig. 5) que al oriente de los Andes los ciclos A son unos 0,3° C más fríos que los B en el centro, oeste y noroeste argentinos, en tanto son más cálidos en la región sub- antártica (+ 0,36° C).

2.2.5. Los Acumulativos de las An. reí. de las temperaturas señalan una mar- cha inversa en los ciclos A y B, con núcleos en el centro-oeste argentino (entre Mendoza y Salta) , Misiones y en el Pasaje de Drake.

2.2.6. En el Cuadro 2 podrán encontrarse las An. reí. promedio y sus Acumu- lativos, correspondientes a las áreas geográficas Río de Janeiro-San Pablo, Córdoba-Buenos Aires-Bahía Blanca y Santiago-Coquimbo. En la fig. 6 se han trazado los Acumulativos de las anomalías, sin reducir, del área Colonia Sarmiento-Punta Arenas.

2.2.7. El análisis de las temperaturas mensuales de Córdoba y Buenos Aires, en cuanto a la ubicación del defecto de los ciclos A respecto de los B, no mostró esquemas definidos, salvo un pico positivo en mayo y una marcha paralela. En Punta Arenas, donde los ciclos A son 0,21° C más calientes que los B, las diferencias más significativas aparecen en invierno y primavera (+0,43°C promedio de junio a septiembre).

10

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

En Río de Janeiro (A — B: — 0,04° C) los ciclos A son más cálidos que los B en verano y otoño y más frescos de junio a diciembre. En Oreadas, las temperaturas de junio y julio de los ciclos A son supe- riores en más de 1° C a las de los B, siendo en los A el mes más frío el de agosto en lugar de julio. Todo ello sugiere, dada la época del año, algún grado de influencia de fenómenos conexos que ocurri- rían en el continente antártico o mar de Weddell.

2.2.8. En cuanto a la comparación de resultados obtenidos en distintas épocas, las estaciones de Edimburgo, Roma y Viena, que disponen de registros prolongados, indicaron que las oscilaciones en oposición (acumulati- vos), y también las diferencias de temperaturas medias entre ciclos, tienden a mantenerse a través del tiempo. En cuanto a la similitud del curso de la temperatura en los ciclos homónimos de distintas épocas, si bien para Edimbcrgo (1764-1867 con 1867-1960) la constatación fue positiva (r = + 0,92 y -j- 0,91, para A y B, respectivamente) no re- sultó así para Roma (1811-1878 con 1878-1960) ni para Viena (1775- 1867 con 1867-1960) cuyos coeficientes son negativos.

2.2.9. Un estudio adicional, eliminando la variación de la temperatura regis- trada desde fines del siglo pasado, confirma en signo y orden de mag- nitud lo expresado en este trabajo, al menos en Sudamérica y en particular en el centro, oeste y noroeste argentino y en la región sub- antártica.

Nota: Podrán encontrarse referencias vinculadas al tema en un trabajo de Newman, James E., «Climatic Changes: some evidence and implications», Weatherwise, Bos- ton, April 1971.

SERIE II. CIENCIAS APLICADAS, N° 37

ESTUDIO RELACIONADO CON LA PRESENCIA DE CARIOFILENO Y HUMULENO EN EL ACEITE ESENCIAL DE «PLUCHEA SAGITTALIS » (LAM.) CABR. *

Por EDILBERTO C. J. TALENTI * Y LEONOR R. de VOTTERO *

RESUMEN

El aceite esencial de Pluchea saggitalis (Lara.) Cabr. ; («Lusera»), fue extraído por solvente volátil inerte (éter de petróleo) y comparado con el obtenido anteriormente usando la destilación por arrastre con vapor de agua. Ambas esencias, son prácticamente semejantes.

Se emplearon como técnicas de reconocimiento las siguientes : cromatografía de adsorción sobre alúmina (Oxido de aluminio), cromatografía en fase gaseosa analítica y preparativa y también la espectrometría en el infrarrojo.

Del estudio realizado, parecería surgir que en el caso del aceite esencial de la Pluchea saggitalis , el cariofileno y el humulento, posiblemente se encontrarían como tales en la planta y no provendrían de degradaciones de moléculas más complejas.

SUMMARY

The essential oil of Pluchea saggitalis (Lam.) Cabr., («Lusera»), was extracted with an inert volatile solvent (petroleum ether) and compared with the one obtained by water stean distillation. Both essences are practically similar.

The following determination techniques were used : Adsorption chromatography on alumina (Aluminium oxide), analytical and preparative gas-liqnid chromatography and I. R, spectrometry.

The conclusión seems to be that in the case of the essential oil of Pluchea saggitalis, caryophyllene and humulene are actually present in the plant and they are not derived from degradation of more complex molecules.

* Trabajo presentado en el « XI Congreso Latinoamericano de Química » celebrado en Santiago de Chile del 5 al 11 de enero de 1972.

1 Investigador Adjunto de la Universidad Nacional del Litoral. Laboratorio de Investi- gaciones « Dr. Gustavo Anselmo Fester». Departamento de Química Orgánica. Facultad de Ingeniería Química. Santiago del Estero 2829, Santa Fe, Argentina.

2 Ayudante de Investigación del Departamento de Química Orgánica de la Universidad Nacional del Litoral.

Trabajo finalizado en noviembre de 1971.

Entregado a la revista Anales de la Sociedad Científica Argentina en octubre de 1972.

12

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

INTRODUCCION

La Pluchea sagittalis (Lam.) Cabr. es una planta herbácea perteneciente a la familia de las compuestas, con una altura comprendida entre 0,60 m y 1,80 m, aunque se suelen encontrar plantas de mayor desarrollo. Crece en lugares hú- medos y bajos, en bañados y esteros, principalmente en el noreste argentino, pero también se la conoce en Uruguay, Paraguay y Brasil.

En la provincia de Entre Ríos es muy abundante y su empleo popular muy difundido, ya que la infusión de sus hojas y tallos tiernos presenta propiedades medicinales para los desarreglos intestinales, digestiones lentas y/o pesadas, etc.

Esta hierba también es conocida con los siguientes nombres científicos: Gnaphalium suaveolens (Velloso), Conyza sagittalis (Lamarck), Louchanthera sagittalis (Lessing), Pluchea quitoc (De Candolle), Pluchea ticediana (Hoo- ker), Pluchea suaveolens (Velloso), etc. Los nombres comunes son, entre otros, los siguientes: “Lusera”, “Lucero”, “Quitoque”, “Quitoco”, “Quitoc”, “Hierba Lusera”, “Lucerilla”, “Yerba del Lucero”, “Yerba Lucera”, etc.

Cabe aclarar que con los últimos nombres no se la debe confundir con la labiada Hyptis verticillata (Jacq.), la que también es conocida como “Yerba del toro”, ni tampoco con la gramínea Cenchrus carolinianus muy extendida en Córdoba y en San Luis y cuyos otros nombres vulgares son también “Lucero”, “Lucerilla”, “Flechilla”, “Roseta”, “Rosetilla”, etc.

Las características botánicas de la Pluchea sagittalis (f 2, 3, 4, 5) y la com- posición de su aceite esencial (6*7) lian sido también estudiados por otros inves. tigadores. Asimismo, en un trabajo anterior (8) uno de los autores y sus cola- boradores habían estudiado los aspectos ecológicos, taxo-morfológicos y anáto- mo-bistológicos relativos al vegetal, como así también la investigación de la composición química del aceite esencial de la Pluchea sagittalis.

En dicho estudio se habían encontrado entre otros compuestos dos hidro- carburos sesquiterpénicos, cuya presencia natural en los vegetales y/o sus aceites esenciales, aún no está bien dilucidada. Estos hidrocarburos sesquiterpénicos son el cariofileno y el humuleno.

Glichitch R. y Naves Y. R. (9) señalan en sus trabajos sobre el aceite esen- cial de las flores del ylang-ylang, que cuando dicho vegetal es sometido a una extracción por solvente volátil inerte, rinde menor cantidad de esencia que cuando se lo somete a una destilación por arrastre con vapor de agua. Esto indicaría, señalan los mismos autores, que no todos los componentes volátiles preexisten, sino por el contrario, que muchos de ellos se formarían por degra- daciones de otras substancias más complejas durante la destilación por arrastre.

W. Treibs (10) encontró en la esencia de clavo de olor el epoxi-dihidroca- riofileno y supuso que el hidrocarburo sería el que engendraría al óxido, por lo cual le otorgó al cariofileno origen biológico. El mismo Y. R. Naves P1) se opuso a Treibs, señalando que en el aceite esencial de clavo, el óxido de cariofileno es un producto biológico, pero no así el cariofileno, el que se for- maría de este precursor, durante la destilación por arrastre.

También Glichitch y Naves (12> 13) extienden la aseveración de que el cario- fileno no es un producto natural, y sí lo es de degradaciones de moléculas más complejas para sus estudios sobre la lavanda. De la misma manera, Hassels-

ESTUDIO RELACIONADO CON LA PRESENCIA DE C ARIO FILEN O Y HUMULENO 13

tron, Hewitt, Konigsbacher y Ritte (14, 15) establecieron para la esencia de pimienta negra que el cariofileno no es nn producto natural. En 1960, Na- ves (1&) confirmó que el cariofileno no es un producto biológico en las esencias de ylang-ylang, clavo de olor y lavanda. Más recientemente, en 1964, Naves y Ardizio (17) confirmaron nuevamente que para la esencia de ylang-ylang, el cariofileno se produce por degradaciones de substancias complejas y que lo mismo sería para las esencias de clavo y pimienta negra.

Fig. 1. — Fórmulas del cariofileno y liumuleno

El objetivo de este trabajo es el de tratar de determinar en lo posible, si en la esencia de Pluchea sagittalis (Lusera), el cariofileno y el humuleno po- drían ser considerados productos biológicamente naturales o si provendrían de substancias más complejas, las que se degradacían por efecto del calor y del vapor de agua en la destilación por arrastre como lo sostienen Y. R. Naves y otros investigadores.

En el trabajo anterior (op. cit. 8), el aceite esencial se había obtenido em- pleando la destilación por arrastre con vapor de agua y se encontraron los si- guientes componentes principales: d-alfa-pineno, canfeno, cineol, p-cimeno, lina- lol, e-alcanfor, alfa-terpineol, borneol, cariofileno, humuleno, y la muy posi- ble presencia de acetato de geranilo y geraniol, los que fueron identificados en base a los índices de retención de Kováts para cromatografía en fase gaseosa.

Para que las substancias supuestamente generadoras de los terpenos no pu- dieran contar ahora con los efectos del calor y del vapor de agua para posibles hidrólisis degradativas u otras posibles transformaciones facilitadas por los mismos, se utilizó para extraer la esencia, el método del solvente volátil inerte, eligiéndose el éter de petróleo 60-80°, según lo aconsejado por E. Guenther (1®) .

PARTE EXPERIMENTAL

Obtención del aceite esencial: El material vegetal fue recolectado por per- sonal perteneciente a la Dirección General de Recursos Naturales del Ministerio de Agricultura y Ganadería de la provincia de Santa Fe, en la zona de la Estación Experimental “Lorenzo Parodi”, en la cuña boscosa santafecina, Dis- trito de Fortín Olmos, Departamento Vera de la provincia de Santa Fe, Ar- gentina, en los primeros días del mes de marzo de 1971. El vegetal se encon- traba en completo estado de floración y llegó a nuestro laboratorio unos 5-7

14

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

días después de su recolección, dejándoselo secar a la sombra, en capas del- gadas, durante 18-20 días. Fueron tratados 6,96 kgs de material vegetal seco, por el método del lecho sólido estacionario. Cada kilogramo del mismo se sometió a la acción de 10 litros de éter de petróleo, usando el solvente fresco en el material más agotado. El éter de petróleo 60-80° se eliminó por desti- lación a presión reducida. Para ello se empleó una columna de fracciona- miento tipo “Rechenberg”, de vidrio “Pyrex” de 50 cm de longitud por 3,2 cm de diámetro interno, rellena con anillos de vidrio tipo Raschig de 5 por 5 mm. En la parte superior se colocó un deflegmador para condensar el reflujo con un largo útil de 12,5 cm y en el brazo lateral superior de la columna se encon- traban el termómetro y la conexión para el manómetro. Para regularizar la ebullición en el balón se empleó un tubo capilar por el que se hacía pasar una corriente continua de anhídrido carbónico a fin de evitar posibles oxidaciones.

Se comenzó con una presión de 190 torr. y una temperatura de 22° C. Los últimos restos del solvente se eliminaron a 20 torr. con una temperatura de 26°. Las características del residuo son:

Aspecto pastoso, color pardo oscuro, olor alcanforáceo, intervalo de fusión 23-28°, n 4°° = 0,9536, d J,0? = 1,5116, rendimiento respecto al material vege- tal seco 1,83 %. Este resinoide se destiló al vacío con corriente de anhídrido carbónico obteniéndose dos fracciones, las que fueron analizadas por cromato- grafía en fase gaseosa, comprobándose que la primera era más rica en produc- tos livianos y la segunda en productos pesados. Posteriormente se aumentó el vacío obteniéndose 1,024 g más de aceite esencial, el que también fue analizado por cromatografía gaseosa mostrando un mayor enriquecimiento en productos pesados. Las propiedades halladas fueron las siguientes:

Fracción 1: 23 torr., 44-58°, color amarillento, olor alcanforáceo, df° = 0,9276, n 2¿° = 1,4790, [a] T = + 10,4°

Fracción 2: 1 torr., 28-72°, color amarillento, olor alcanforáceo, d f° = 0,9382, n = 1,4874, [«] f = + 12,6°

Fracción 3: 3 x 10-1 torr., 62-66°, color amarillo oscuro, olor fuertemente alcanforado, d f0 = 0,9478, n 2D°° = 1,4996, [a] J° = -f- 15,2°

El total de la esencia obtenida fue de 8,250 g y como en los análisis por cromatografía gaseosa no mostraron diferenciaciones apreciables se unieron las tres fracciones en una sola. Después de eliminar ácidos y fenoles por lavado con solución acuosa de hidróxido de sodio al 5 %, la esencia fue nuevamente analizada por cromatografía gaseosa. Los datos del cromatograma obtenido se presentan en la tabla 1, mientras que la tabla 2 presenta el mismo análisis para la esencia obtenida empleando la destilación por arrastre con vapor de agua del trabajo anterior ( op . cit. 8).

Cromatografía en fase gaseosa: Aparato: Cromatógrafo para gases Perkin Elmer modelo 116 T, con detector de conductividad térmica. Gas de arrastre: Nitrógeno puro y seco, “4 bandas”, caudal 30 ml/min a temperatura de colum- na, temperatura de trabajo 175° (isotérmico). Columnas analíticas: Tubos de aluminio de 200 cm de longitud por 0,62 cm de diámetro exterior, doblados en “W”. Se emplearon columnas colocadas en serie, totalizando 400 cm de longitud.

ESTUDIO RELACIONADO CON LA PRESENCIA DE C ARIOFILEN O Y HUMULENO 15

Rellenos utilizados en las columnas cromato gráficas analíticas:

a ) Carbowax 20 M, Cario Erba al 15 % en peso sobre Chromosorb 44P” silanizado, de Cario Erba, malla 70-80.

b) Grasa Apiezón 44L” de la A.B.I. Metropolitan Vickers & Co., al 15 % en peso sobre 44Celite” B.D.H., 545, malla 70-80.

c) “Emulphor O.U.” de BASF A.G. al 15 °/o en peso sobre “Celite” 545, B.D.H., malla 70-80.

d ) 44Hyprose S.P. 80”, de Cario Erba, al 15 % en peso sobre Chromosorb 44P” malla 70-80. La preparación de los distintos rellenos se efectuó siguiendo la misma técnica descripta en un trabajo anterior (19).

TABLA 1

Cromatograma de la esencia completa de « Pluchea sagittalis* (Lam.) Cabr.

(Solvente inerte)

Cromatógrafo para gases Perkin Elmer 116 T, Detector a termistores Gas portador : Nitrógeno 4 bandas a 30 ml/min.

Temperatura de trabajo : 175° (Isotérmico)

Longitud de columna : 400 cm. Diámetro de la columna : 0,6 cm.

Relleno : « Carbowax 20 M », al 15 °/0 en peso sobre Chromosorb « P » Atenuación : x 1

Pico

Esencia de Pluchea sagittalis completa

Sustancias patrones cromotografiadas en iguales condiciones experimentales

registrado

tR mm

tR min

reí

tR

tR mm

tR min

.reí

*R

1

34,0

0,5

0,200

a-Pineno

34,0

8,5

0,200

2

40,0

10,0

0,236

Canfeno

40,0

10,0

0,236

3

46,4

11,7

0,276

—

—

—

—

4

53,2

13,3

0,314

—

—

—

—

5

60,0

15,0

0,354

Cineol

60,4

15,1

0 , 356

6

67,2

16,8

0,396

p-Cimeno

67,2

16,8

0,397

7

90,0

22,5

0,530

— -

—

¡ — |

—

8

107,6

26,9

0,634

—

—

—

—

9

130,0

32,5

0,766

Linalol

130,0

32,5

0,768

10

169,6

42,4

1,000

Alcanfor

169,4

42,3

1,000

11

186,0

46,5

1,096

—

—

—

—

12 .

224,0

56,0

1,320

Cariofileno

224,4

56,1

1,326

13. . .

243,6

60,9

1,436

a-Terpineol

243,2

60,8

1,437

14

260,4

65,1

1 ,535

Borneol

260,4

65,1

1,539

15

276,6

69,9

1,627

Humuleno

274,4

68,6

1,621

16.

300,0

75,0

1,768

Acetato de

300,4

75,1

1,775

Geranilo

17

365,2

91,3

2,153

Geraniol

366,0

9 L , 5

2,163

Sustancia de referencia : Alcanfor.

16

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

TABLA 2

Cromatograma de la esencia completa de « pluchea sagittalis» (Lam.) Cabr . Extracción : Destilación por arrastre con vapor de agua

Idénticas condiciones que las indicadas en la Tabla 1

Pico

Esencia de Pluchea sagittalis completa

Sustancias patrones cromatogratiadas en iguales condiciones experimentales

registrado

t R mm

tu min

i. reí tR

tR mm

tR min

trel

lR

1

34,0

8,5

0,200

«-Pineno

34,0

8,5

0,200

2.

40,0

10,0

0,236

Canfeno

40,0

10,0

0,237

3

46,8

11,8

0,277

—

—

—

—

4

53,6

13,4

0,316

—

—

—

—

5

60,4

15,1

0,356

Cineol

60,4

15,1

0,358

6

67,2

16,8

0,396

p-Cimeno

67,2

16,8

0,398

7

90,4

22,6

0,536

—

—

—

—

8

107,6

26,9

0,634

—

—

—

—

9. . . , . . .

130,0

32,5

0,766

Liualol

130,4

32,6

0,769

10

169,5

42,4

1,000

Alcanfor

169,4

42,3

1,000

11

186,4

46,6

1,097

—

—

—

—

12

224,0

56,0

1,320

Cariofileno

224,4

56,1

1,325

13

243,6

60,9

1,436

a-Terpiueol

243,6

60,9

1,437

14

260,4

65,1

1,535

Borneol

260,4

65,1

1 , 539

15

276,0

69,0

1,627

Humuleno

276,0

69,0

1,625

16

300,0

75,0

1,768

Acetato de

300,4

75,1

1,775

Geranilo

17

365,2

91,3

2,153

Geraniol

365,0

91 ,5

2,163

Sustancia de referencia : Alcanfor.

En ambos cromatogramas, la comparación de los tiempos de retención de los diversos componentes de ambos aceites esenciales con el de otras substancias utilizadas como patrones y cromatografiadas en idénticas condiciones, permitió ubicar en un primer intento, a varios de dichos componentes.

Destilación por arrastre con vapor de agua del vegetal agotado: El material vegetal agotado que había sido extraído con éter de petróleo, se dejó secar al aire y luego se sometió a una destilación por arrastre con vapor de agua, no obteniéndose esencia en forma directa. Las aguas de arrastre se sometieron a una extracción con éter etílico libre de peróxidos, obteniéndose 0,148 g de esencia, la que fue sometida a un análisis por cromatografía gaseosa, mostrando los picos anteriores bastante disminuidos, lo que podría explicarse por las vola- tilizaciones conjuntas del solvente y pérdidas en la destilación por arrastre. Los picos correspondientes al cariofileno, alfa-terpineol, borneol y humuleno estaban apenas insinuados, mientras que no era posible ubicar los picos 3, 4, 7, 8, y 11 (ver tabla 1).

ESTUDIO RELACIONADO CON LA PRESENCIA DE CARIOFILENO Y HUMULENO 17

TABLA 3

Cromatografía de adsorción sobre alúmina del aceite esencial de «Pluchea saggittalis »

Fracción

Volumen (mi)

Eluente

Peso en gramos

Observaciones

1

180

E. P.

No dejó residuo

2

25

»

—

Vestigios

3

25

»

0,26

Residuo aceitoso

4 . . . . .

25

»

0,44

»

5

25

»

0,94

»

6

25

»

0,62

»

7

25

0,34

»

8

25

»

—

Vestigios

9

50

E. P. + B.

—

No dejó residuo

10 .

50

»

—

»

11

50

»

—

»

12

50

»

—

»

13.

50

B.

—

Vestigios

14

50

»

0,84

Residuo aceitoso

15

25

»

1,34

16

25

»

1,22

»

17

25

»

—

Vestigios

18

25

B. + Clor.

—

No dejó residuo

19

25

»

—

»

20

50

»

—

))

21

50

»

—

»

22

50

Clor.

—

Vestigios

23

50

»

0,26

Residuo aceitoso

24 .

25

»

0,40

»

25 . .

25

Clor. + A,

0,34

»

26

50

»

0,18

»

27

50

»

—

No dejó residuo

28

50

A.

—

»

29

50

»

—

»

30

50

A + MeOH

-

»

31

50

»

—

»

32

50

»

—

»

33

50

»

—

»

34

50

MeOH

—

»

35

50

»

-

»

36

50

»

—

»

37

150

»

»

E. P Eter de Petróleo

B Benceno

Clor Cloroformo

A Acetona

MeOH Metanol

18

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Destilación por arrastre con vapor de agua del residuo no destilable del resinoide: El pequeño residuo de la destilación al vacío del resinoide fue sometido a una destilación por arrastre con vapor de agua, no obteniéndose esencia en forma directa. De las aguas de arrastre, se obtuvo por extracción con éter etílico libre de piróxidos, una cantidad de substancia prácticamente despreciable y muy viscosa, de color pardo y casi sin olor. Analizada por cromatografía gaseosa, no mostró picos que podría pensarse sean debidos al cariofileno, humuleno, isocariofileno ni óxido de cariofileno. El espectro I.R. tampoco mostró estas substancias.

Cromatografía de adsorción. Fraccionamiento de la esencia en columna de alúmina: Habiéndose comprobado que la cromatografía de adsorción sobre alú- mina no produce, en las condiciones experimentales utilizadas, ninguna alte- ración sobre los compuestos en estudio (cariofileno, humuleno. isocariofileno y óxido de cariofileno) (20), y también ensayada por nosotros con el mismo fin arribando al mismo resultado, se empleó la misma para separar los distin- tos componentes del aceite esencial. Se usó para ello una columna de vidrio “Pyrex” de 17 mm de diámetro interno por 1.250 mm de longitud.

Como eluentes fueron empleados los siguientes solventes: éter de petróleo 60-80°, benceno, cloroformo, acetona y metanol. Se pasaron por dicha columna 8,140 g de esencia completa libre de ácidos y fenoles, disuelta en 50 mi de éter de petróleo (ver tabla 3).

Se recolectaron siete fracciones de 25 mi cada una, se les eliminó el solvente y se analizaron separadamente por cromatografía gaseosa. Al no observarse diferenciaciones muy apreciables, fueron reunidas en una única porción que también fue sometida al análisis por cromatografía gaseosa y cuyo cromato- grama se presenta en la tabla 4. De la misma manera, cada una de las frac- ciones de la cromatografía de adsorción sobre alúmina fue analizada por cro- matografía gaseosa. Como el principal objetivo de este estudio estaba centrado en la posible presencia natural del cariofileno y humuleno, se prestó especial atención a la fracción del cromatograma de la tabla 4, no tratando de indivi- dualizar nuevos componentes en las restantes fracciones, sobre todo teniendo en cuenta que en el trabajo anterior (op. cit. 8) habían sido individualizados los considerados como principales.

Cromatografía en fase gaseosa preparativa : Se empleó el mismo equipo cro- matográfico, pero se cambiaron las columnas analíticas por una columna pre- parativa, Perkin Elmer de 267 cm de longitud por 2,55 cm de diámetro exterior. El relleno era Carbowax 20 M al 20 % en peso sobre “Celite 545 B.D.H.”, malla 30-50. Para la recolección se usaron trampas de vidrio “Pyrex” en forma de “IT”, con un ensanchamiento en su parte inferior, con 52 mm de longitud cada rama, mientras que el diámetro interno de cada una es de 3 mm. Una de las ramas termina en un estrecho capilar doblado hacia abajo y la otra se une a la salida de la columna mediante un pico de jeringa hipodérmica. Como substancia refrigerante se utilizó una mezcla de nieve carbónica y ace- tona contenida en un termo. La porción cuyo cromatograma se presenta en tabla 4, es la que se sometió a la cromatografía gaseosa preparativa, recogién- dose solamente los picos que por sus tiempos de retención se supone sean cariofileno y humuleno (picos 4 y 5 de la tabla 4). Se efectuaron cinco inyec-

ESTUDIO RELACIONADO CON LA PRESENCIA DE CARIOFILENO Y HUMULENO 19

TABLA 4

Cromatograma gas-líquido de las fracciones 2 a 8 reunidas en una sola de la cromatografía sobre la columna de alúmina

Idénticas condiciones que las indicadas en Tabla 1

Sustancias patrones croma tografiadas en iguales

Pico

registrado

tR mm

tR, min

f reí tR

condiciones experimentales

tR mm

tR min

+ rel WR

1

34,0

8,5

0,200

a-Pineno

34,0

8,5

0,200

2

40,0

10,0

0,236

Canfeno

40,0

10,0

0,236

3

67,2

16,8

0,396

p-Cimeno

67,2

16,8

0,396

—

—

—

—

Alcanfor

169,6

42,4

1,000

4

224,4

56,1

1,326

Cariofileno

224,4

56,1

1,326

5

276,0

69,0

1,627

Humuleno

276,0

69,0

1,627

Sustancia de referencia : Alcanfor.

ciones de 0,5 mi cada una y los picos recolectados presentaron las siguientes propiedades físicas:

Cario fileno: d?0° = 0,9047; n*¡° = 1,4995; [«] J»° = - 9,1°

Humuleno : df0° = 0,8957; n T = 1,5018; [a] T = + 1,0°

Como prueba adicional, se efectuó un cromatograma gas-líquido inyectando una mezcla de la esencia completa (30 /J) con cariofileno “standard” (10 ¡A) pudiéndose observar el crecimiento del pico 12 del cromatograma tabulado en la tabla 1. Igualmente, inyectando una mezcla de 30 ,/J de esencia con 10 ¡A de humuleno “standard”, se pudo observar el crecimiento del pico 15. De la misma manera, se inyectaron mezclas de la porción del cromatograma de la tabla 4 con cariofileno y humuleno, observándose el crecimiento de los picos 4 y 5, respectivamente, del cromatograma de la tabla 4. Esto se efectuó con distintas fases estacionarias y a distintas temperaturas ( op . cit. 19) (21).

Fig. 2. — Espectro I.R. del Cariofileno de la esencia P. sagittalis

20

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

Fig. 3. — Espectro I.R. del Humuleno de la esencia P. sagittalis

Posteriormente, las dos fracciones recolectadas por .cromatografía gaseosa preparativa fueron sometidas a un análisis por espectrometría de infrarrojo, utilizando un espectrofotómetro Perkin Elmer Modelo 21. Los espectros obte- nidos se muestran en las figuras 2 y 3, los que comparados con los dados en la literatura (22, 23) y COn substancias tomadas como “standards”, confirman que dichas substancias son cariofileno y liumuleno, respectivamente, lo cual demostraría su muy posible existencia natural en la Pluchea sagittalis.

DISCUSION DE LOS RESULTADOS

Según algunos investigadores, para el caso de las esencias de clavo de olor, ylang-ylang y pimienta negra, el cariofileno se produciría por hidrólisis degra- dativa de substancias más complejas y ello se llevaría a cabo cuando se emplea para la extracción de la esencia la destilación por arrastre con vapor de agua.

En la esencia de Pluchea sagittalis, uno de los autores y sus colaboradores habían establecido entre otros compuestos, la presencia del cariofileno y humu- leno, de aquí que parecía conveniente tratar de determinar si ambos hidro- carburos sesquiterpénicos existen naturalmente como tales en la planta o bien se formarían a partir de substancias más complejas a semejanza de los casos citados anteriormente. Para ello, se empleó el método del solvente volátil inerte, eliminando el mismo cuidadosamente por evaporación al vacío.

La cantidad reducida de aceite esencial obtenida (unos 8,250 g) fue factor preponderante que tomó bastante difícil el presente estudio. No obstante, la combinación de las técnicas cromatográficas y espectrométricas descriptas per- mitieron la confirmación de componentes hallados anteriormente, a la vez que posibilitaron pensar en la muy posible presencia natural del cariofileno y humuleno en el vegetal estudiado. Asimismo se debe señalar que en ningún momento durante el presente estudio, los autores pudieron hallar el isocario- filenoni tampoco al óxido de cariofileno, siendo esta última substancia consi- derada por Naves como precursora del cariofileno.

De acuerdo al análisis por cromatografía en fase gaseosa de la esencia extraída por solvente volátil inerte (éter de petróleo) y de su comparación con el mismo análisis realizado para la esencia extraída empleando la desti-

ESTUDIO RELACIONADO CON LA PRESENCIA DE CARIOFILENO Y HUMULENO 21

lación por arrastre con vapor de agua del trabajo anterior ( op. cit. ®) , surge que ambas esencias poseen una composición química similar. Al no haberse obtenido cantidades realmente significativas de aceite esencial enriquecido en compuestos terpénicos al someter a una destilación por arrastre con vapor de agua el material vegetal agotado de la extracción por solvente, y al no haberse podido apreciar incrementos en los picos que se suponen corresponden al cario- fileno y humuleno en el análisis por cromatografía gaseosa, indicaría que la pequeña cantidad de esencia no es otra cosa que restos de la misma no extraída completamente del vegetal durante el tratamiento con éter de petróleo. Esto parecería más lógico que pensar que dicha esencia sea debida a productos de degradaciones de substancias más complejas, sobre todo por la presencia dis- minuida de los picos más importantes que se encuentran en el aceite esencial obtenido a partir del resinoide.

Por otro lado, los residuos del resinoide obtenidos después de destilada la esencia al vacío y analizados por cromatografía gaseosa y espectrometría en I.R., tampoco mostraron cariofileno, humuleno, isocariofileno ni óxido de cariofileno. Se podría pensar entonces que para la Píuchea sagittalis (Lam.) Cabr. y su aceite esencial, tanto el cariofileno como el humuleno no se forma- rían por hidrólisis degradativa de las substancias insolubles en éter de petróleo y que, muy posiblemente, dichos hidrocarburos sesquiterpénicos existirían naturalmente.

CONCLUSIONES

Comparando los aceites esenciales de la Pluchea sagittalis extraídos por destilación con arrastre de vapor de agua y con solvente volátil inerte (éter de petróleo), ambos resultaron prácticamente iguales desde el punto de vista cualitativo. La presencia en ambos aceites esenciales de los hidrocarburos sesquiterpénicos cariofileno y humuleno indicaría que los mismos se encon- trarían naturalmente como tales en la planta estudiada y su presencia en los aceites esenciales obtenidos de dicho vegetal no provendría de las probables degradaciones de moléculas más complejas.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al personal de la Dirección General de Recursos Naturales del Ministerio de Agricultura y Ganadería de la Provincia de Santa Pe, Argentina, la recolección, clasificación botánica y transporte del material Yegetal estudiado hasta nuestro laboratorio.

Al Ing. Juan A. Retamar, Director del Instituto de Química Orgánica de la Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia de la Universidad Nacional de Tucumán, Argentina, por el envío y obsequio de algunos patrones croma- tográficos.

Al personal del Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Litoral, Santa Fe, Argen- tina, Ing. Enrique Castelao y Lie. Argelia Lenardón de Casablanca por la realización de los espectros infrarrojos del presente estudio. A la Lie. Elena

o o

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

Aríngoli por su ayuda durante las extracciones de la esencia. Al Lie. Juan Bressan por la realización de algunos cromatogramas. Al técnico en vidrio señor Antonio Pareja, por la realización de las columnas de destilación, co- lumnas para la cromatografía de adsorción, trampas para recolección usadas en cromatografía gaseosa preparativa y otros dispositivos de vidrio utilizados en este trabajo.

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21. Yunes, R. A., Talenti, E. C. J. y Luisetti, R. U.; Rev. Fac. Ing. Qca., Santa Fe, Argentina, 37, 85-97, (1968) 1* Parte.

22. Pliva, J., Horak, M., Herout, V. y Sorm, F., Terpenspektren, S. 176.

23. — Terpenspektren, S. 30.

SERIE II. CIENCIAS APLICADAS, N° 37

ESTUDIO DE LA CORROSION Y PASIYACION DEL HIERRO EMPOTRADO EN PROBETAS DE MORTEROS DE CEMENTO PORTLAND PUROS Y ADICIONADOS CON ESCORIAS GRANULADAS DE ALTOS HORNOS

Por A. E. CHAROLA y H. A. de ALDERUCCIO

RESUMEN

Debido al interés creciente acerca del efecto que produce el agregado de escorias granu- ladas de alto horno al cemento portland y su posible incidencia sobre las armaduras empo- tradas en hormigones preparados a partir de estos cementos, fue realizado este trabajo.

Se prepararon diferentes tipos de probetas : con hierros tensados y sin tensar, con ce- mentos portland de diferentes marcas, puros o con agregados crecientes de escorias (prove- nientes de los altos hornos de Somisa o de Zapla). Las probetas se conservaron en cámara húmeda o en contacto con medios agresivos (solución de CJNa 1 °/0).

Las probetas se ensayaron a diferentes edades, midiendo sus potenciales de roposo, re- gistrando las curvas potenciocinéticas y los potenciales de retorno en función del tiempo y practicando observaciones visuales y microscópicas de los cambios de la superficie de los hierros empotrados.

Las curvas potenciocinéticas obtenidas fueron estudiadas y se midieron la extensión y la densidad de corriente de la zona de pasivación, así como las resistencias de polarización a fin de poder determinar las diferentes manifestaciones de pasivación obtenidas de los hie- rros empotrados en los diferentes medios.

SUMMARY

This paper obeys to the increasing interest in the eflect on embedded reinformecent, of addition of granulated blast furnace slags to portlannd cement.

Difterent types o specimens were prepared : with iron under tensión and with common steel ; with different portland cement brands, with and wihtout the addittion of blas fuma- os. The specimens were kept in constant humidity room or in an aggressive médium ^1 °/0 CINa solution.

The specimens were tested at different ages, measuring their poteutial, registering po- tentiokinetic curves and relaxation potentials with time.

The potenciokinetic curves were studied. The length and the current density of the pas- sivation range was measured. The polarization resistance was calculated so as to be able to determine the different stages of passivation attained by the embedded reinforcemet in each of the different media.

* Realizado en los laboratorios de Obras Sanitarias déla Nación, con la colaboración de: Calera Avellaneda, Corporación Cementera Argentina, Compañía Argentina de Cemento Portland, y Compañía Sudamericana de Cemento Portland, Juan Minetti e hijos.

24

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Debido al auge casi explosivo de la actividad constructiva en 1968, las industrias cementeras nacionales procuraron obtener el mayor rendimiento posible de sus instalaciones y fue entonces que algunas de ellas consideraron la posibilidad de un total aprovechamiento del plus de su capacidad de mo- lienda con relación a su capacidad de producción de clinker. Para cumplir dicha finalidad, la orientación estuvo dirigida hacia un producto que posee buenas condiciones de aglomerante hidráulico cuando se lo mezcla con clinker en proporciones adecuadas, como lo es la escoria granulada de alto homo. Los antecedentes mundiales existentes hacen ver que este producto es usado en dos condiciones diferentes: como una adición al cemento portland normal en proporción de hasta el 10 % o para la fabricación de los llamados cemen- tos siderúrgicos, en proporciones que llegan hasta el 65 %.

Favorecía esta posibilidad la circunstancia de la existencia de escoria en los altos hornos de Somisa en San Nicolás y de Fabricaciones Militares en Palpalá (Jujuy), que hasta la fecha tienen un uso muy restringido, resultando ser un sub-producto inaprovechado.

La consideración de la posibilidad de adicionar hasta un 10 % de escoria motivó, a pesar de la existencia de los antecedentes extranjeros, la necesidad de encarar una investigación que diera seguridad respecto a que la adición propuesta no desmejorara ninguna de las buenas cualidades de los cementos portland de fabricación nacional a los que iba a ser agregada. Hubo concenso en ese sentido entre todos los sectores involucrados en el problema.

Nos referiremos en este trabajo exclusivamente al problema de la pasi- vación o corrosión del hierro empotrado en morteros con escorias, desarro- llado en el Laboratorio de Obras Sanitarias de la Nación, con el apoyo económico de Calera Avellaneda, Compañía Argentina de Cemento Portland, Corporación Cementera Argentina y Compañía Sud-Ainericana de Cemento Portland, Juan Minetti e hijos.

El estudio referente a la corrosión y pasivación de hierros empotrados en probetas de mortero, con y sin escoria, se efectuó mediante el trazado de curvas potenciocinéticas, la ubicación de la zona de pasivación y la posición del po- tencial de reposo dentro de ella, comparándose los resultados obtenidos para morteros de cemento puro y para morteros de cemento con un agregado de hasta un 10 °/o de escoria. Para todas estas medidas se utilizó un potencios- tato Tacussel.

Se escogió para este trabajo, una velocidad de barrido de 10 mV/min, velocidad a la que se obtuvieron curvas semejantes a las obtenidas potencios- táticamente, y considerando que Báumel, en estudios similares, trabajó poten- ciostáticamente, pero con una relación de cambios de potencial promedio de 20 mV/min 11 .

Se realizaron varias series de ensayos, no sólo con diferentes marcas de cemento y distintas proporciones de escoria agregada, sino que también se variaron las formas de las probetas a fin de comprobar cuál de ellas daba mejores resultados en cuanto a repro ductibilidad.

La primer serie de ensayos se llevó a cabo utilizando probetas prismáticas (Figura 1). Estas probetas se prepararon de la siguiente manera: hierros de 7 mm de diámetro, previamente pulidos y protegidos sus extremos con pintura epoxi-bituminosa, fueron empotrados en probetas prismáticas (4 X 4 X 16 cm) de morteros preparados con los distintos cementos a ensayar y arena normal

ESTUDIO DE LA CORROSION Y PASIVACIÓN DEL HIERRO

25

(según norma IRAM 1633), con un dosaje de 1:3 y una relación agua-cemento de 0,5. La superficie en contacto con el mortero es de 26,4 cm2.

Se prepararon juegos de 8 probetas para cada muestra de los cementos remitidos por las cinco fábricas intervinientes en el estudio, correspondiendo 40 probetas a cementos sin escoria, 40 a cementos con 5 % de escoria y 40 a cementos con 10 % de escoria.

Las probetas fueron curadas 28 días en cámara húmeda. Cumplido ese lapso, de cada juego de 8 probetas, 4 se siguieron conservando en las mismas condiciones y 4 fueron sumergidas en solución de CINa 1 %.

12 c.

*

•'a

1

16 cm

cm

Fig. 1. — Probetas prismática y cúbica

Los potenciales de reposo fueron medidos todos los meses durante un año. Las variaciones y diferencias de potencial de reposo entre las probetas con diferente proporción de escoria, van disminuyendo al pasar el tiempo, ten- diendo en general a valores más nobles (menos negativos) y siendo el poten- cial de reposo promedio obtenido a los 12 meses de edad, de — 0,3 V (vs. E.C.S.), independientemente de sí las probetas contenían o no escoria. El valor promedio está comprendido entre ± 0,05 V para las medidas extremas.

En cuanto a las probetas sumergidas en solución de CINa, las variaciones del potencial de reposo con el tiempo, son semejantes a las anteriores, pero todos los valores se encuentran algo desplazados hacia potenciales más ne- gativos, pudiéndose considerar como potencial de reposo promedio obtenido a los 12 meses de edad — 0,45 V (vs. E.C.S.) no observándose diferencias entre probetas con o sin escoria.

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ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Para trazar las curvas potenciocinéticas se utilizó como electrodo de tra- bajo, la probeta preparada, haciendo la conexión por su extremo superior libre; como contíaelectrodo, una lámina de acero inoxidable, y como electrodo de referencia, un electrodo de calomel saturado. No se empleó un capilar para acercar el electrodo de referencia al electrodo en estudio, ya que de acuerdo con lo indicado por Koesche, no importa la posición del electrodo de referencia, siempre que la densidad de corriente de polarización no sobre- pase los 100 juA/cm2 2. No obstante, se hicieron ensayos para confirmar lo dicho, empotrando capilares, no encontrándose ninguna diferencia entre los resultados obtenidos con la probeta con capilar o sin él.

Los tres electrodos citados se sumergen en una solución saturada de cal.

Las curvas potenciocinéticas fueron trazadas a los 1, 3, 6 y 12 meses de edad de las probetas. Las curvas obtenidas son del tipo que se muestra en la figura 2, donde se puede observar: una primera zona catódica de fenó- menos de reducción, una pequeña zona anódica que supuestamente corres- ponde al hierro activo, una zona de pasivación que abarca desde los — 0,3 V a -f- 0,3 V y una última zona, pasando los 4- 0,6 V, que corresponde al des- prendimiento de oxígeno.

Cuanto menor sea la densidad de corriente en la zona de pasivación, más efectiva será la pasivación que presente el metal en ese medio.

Para las probetas conservadas en cámara húmeda, los potenciales de reposo medidos antes del trazado de la curva, se ubican en todos los casos en la parte inicial de la zona de pasivación o dentro de ella (sobre todo en ce- mentos sin escoria), observándose en general un corrimiento de los valores de los potenciales de reposo hacia la parte central de la zona de pasivación de la curva a medida que transcurre el tiempo.

Las curvas de las probetas conservadas en solución de CINa, difieren según el contenido de alúmina del cemento. Para los cementos con un contenido bajo de alúmina (A1203 3 %), los potenciales de reposo están inicialmente en la zona de corrosión y con el tiempo van subiendo hasta ubicarse dentro de la zona de pasivación.

Para los cementos con un contenido mayor de alúmina (A1203 6 %) el potencial de reposo se mantiene siempre dentro de la zona de pasivación. Esto se puede explicar debido a la formación de sales como la sal de Friedel (3 CaO. Al203.Cl2Ca. 10 H20) que distrae parte del cloruro, disminuyendo de esta manera su acción agresiva1.

En ningún caso se obtuvieron densidades de corriente mayores a 60 ¡x A/cm2 para valores de potencial de 0,5 V (es decir, en la parte superior de la zona de pasivación), valor que es considerado por Báumel un límite de seguridad para la posible aparición de corrosión h

A partir de las curvas potenciocinéticas se ha calculado la “resistencia de polarización”, definida como la relación A V,/A i, obteniéndose como re- sultado que para todas las probetas conservadas en cámara húmeda se obtiene una resistencia de 0,35 V/juA/cm2* valor que también es independiente del con- tenido de escoria. De ello se puede establecer que las probetas en cámara húmeda tienen una pasivación algo mayor, lo que está en relación con la agresividad de los medios a los que fuerons expuestas.

Probetas de referencia observadas visualmente después de un año de con- servadas en cámara húmeda, o en solución de CINa, mostraron una buena

ESTUDIO DE LA CORROSION Y PASIVACION DEL HIERRO

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capa de pasivación, indistintamente de sí el mortero en el cual habían estado empotradas contenía o no escoria.

La segunda serie de ensayos se realizó con el mismo tipo de probeta pris- mática, utilizando cementos preparados en el laboratorio a partir de clinker y escorias granuladas. Se realizó este ensayo a fin de poseer probetas en las que se conociera exactamente el agregado de escoria. Se prepararon con ce- mento normal puro y con cementos con 5, 10, 25 y 65 % de escoria. Se hicieron dos juegos paralelos: uno con escoria granulada del alto horno de Somisa y otro con escoria de los altos hornos de Zapla. Con cada una de las escorias se prepararon 30 probetas.

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ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Sobre las mismas se efectuó la medición de los potenciales de reposo mes por mes, hallándose que las diferencias entre las probetas con distinto por- centaje de escoria disminuyen con el tiempo. Las probetas preparadas con cementos con 65 °Jo de escoria, mantienen aún a los 18 meses de edad una diferencia de 0,10 Y (menos noble) con respecto a las probetas sin escoria. Las probetas sin escoria presentan a los 18 meses un potencial de — 0,30 V. lo que indicaría que la probeta termina de pasivarse alrededor de los 9 me- ses, no variando luego su potencial.

Se trazaron las curvas potenciocinéticas a los 6, 12, 15 y 18 meses de edad. Los potenciales de reposo medidos antes del trazado de la curva se man- tienen dentro de la zona de pasivación para las probetas preparadas con ce- mento con un agregado de hasta un 25 % de escoria, pero para las probetas con un 65 % de escoria, el potencial se mantiene al comienzo de esta zona indicando que las probetas con este contenido de escoria no se pueden con- siderar fuera del riesgo de corrosión.

No se obtuvieron densidades de corriente mayores a 60 /¿A/cm2 (medidos a 0,50 V), valor que correspondería según lo indicado por Baumel a un riesgo de corrosión.

Probetas testigo de este grupo, observadas visualmente mostraron una buena capa de pasivación. También se han observado a microscopio en corte trans- versal, con 600 aumentos, no encontrándose ninguna diferencia entre las pro- betas sin escoria y las probetas con un 65 °/o de escoria.

La tercer serie se llevó a cabo con probetas cúbicas (figura 1), preparadas de la siguiente manera: hierros de 7 min de diámetro previamente pulidos y protegidos sus extremos con pintura epoxi-bituminosa, sin dejar descubierto el extremo que sobresale del mortero, fueron empotrados en probetas cúbicas (7X7X7 cm) de morteros con cementos preparados en el laboratorio a partir de clinker y escoria molidas. Los morteros fueron preparados con estos cementos y arena normal (según norma IRAM 1633) con dosaje 1:3 y una relación agua-cemento de 0,5. La superficie en contacto con el mortero es de 4,4 cm2.

En paralelo se preparó un juego de probetas prismáticas de características semejantes a las de los ensayos de la primer serie.

Se prepararon probetas con cemento normal sin adición de escoria, con 10 % y con 65 % de escoria.

Los potenciales de reposo fueron medidos todos los meses observándose en las probetas cúbicas valores menos negativos en todos los casos que los medidos en las probetas prismáticas, encontrándose una diferencia de 0,10 V en el promedio de ambas series.

Se encontró además, que al igual que en las probetas prismáticas, las di- ferencias de potencial de reposo para probetas cúbicas sin escoria y con esco- ria, disminuyen con el tiempo, y que alrededor de los 9 meses, los potencia- les de reposo de las probetas cúbicas son prácticamente iguales, correspon- diendo a un valor de — 0,15 V, mientras que para las probetas prismáticas este valor se mantiene en — 0,30 V.

Los potenciales de reposo medidos en las probetas cúbicas muestran una dispersión mucho menor en los valores obtenidos que los correspondientes a las probetas prismáticas.

ESTUDIO DE LA CORROSIÓN Y PASIVACIÓN DEL HIERRO

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La cuarta serie de ensayos fue llevada a cabo sobre probetas cúbicas y probetas prismáticas, preparadas conjuntamente, con cemento sin escoria y con un 10 % de escoria y utilizando el mismo tipo de hierros redondos de 7 mm de los ensayos anteriores. La diferencia en la preparación respecto a las series anteriores fue que los hierros empotrados en las probetas prismá- ticas estaban totalmente pintados, dejando libre únicamente el área en con- tacto con el mortero.

Se observó en este caso en las medidas de los potenciales de reposo una menor diferencia entre ambos tipos de probetas. El promedio de los valores de la serie de las probetas prismáticas resultó únicamente 0,05 Y más nega- tivo que el promedio de los valores de la serie de las probtas cúbicas. Esa diferencia decrece al transcurrir el tiempo (entre 6 y 9 meses) . Además la dispersión entre los valores de los potenciales medidos en las probetas pris- máticas disminuyó notablemente, hecho que se puede atribuir a la elimina- ción de una posible pila de aereación diferencial entre la punta descubierta y el área libre empotrada.

La quinta serie de ensayos fue llevada a cabo con probetas prismáticas in- cluyendo hierros especiales tensados. Hierros especiales de 4 mm de diáme- tro, tensados en marcos apropiados a 96 kg/mm2 se incluyeron en probetas prismáticas (4 X 4 X 16 cm) de morteros preparados con los distintos cemen- tos remitidos por las fábricas y arena normal (según norma IRAM 1633) con un dosaje 1:3 y una relación agua-cemento 0,5. El área en contacto con el mortero es de 13,8 cm2.

Los cementos usados fueron: cemento normal sin agregados, con 5 % de escoria y con 10 °/o de escoria. Las probetas se dividieron en dos grupos : algunas se sacaron de los marcos a los 28 días de curadas en cámara hú- meda; las otras se dejaron tensadas en los marcos, en cámara húmeda hasta el momento del ensayo potenciocinético.

Para ambos tipos de probetas fueron trazadas las curvas potenciocinéticas a los 9 y 16 meses, y en algunos casos a los 3 y 6 meses. Antes del trazado de las curvas se midieron los potenciales espontáneos. Estos se ubican en general al comienzo de la zona de pasivación, independientemente de sí la probeta contenía o no escoria.

En cuanto a las curvas potenciocinéticas, se encontró que las densidades de corriente (medidas a los — 0,10 V) obtenidas para estas probetas son ma- yores que las obtenidas para las probetas prismáticas comunes. A su vez, las probetas sacadas de su marco de tensión a la fecha del ensayo, presentan densidades mayores que las probetas gemelas sacadas de tensión al mes de preparadas, y ensayadas a la misma fecha que las anteriores. Los valores

promedios serían:

— probeta prismática común : 1 /¿A/crn2

— „ „ tensada sacada al mes : 2 ¡xA/ cm2

„ „ „ „ en la fecha de ensayo: . 8/xA/cm2

En algunos casos se encontró que para probetas con un agregado de 10 °/o de escoria y mantenidas en tensión hasta la fecha de ensayo, se llega (para potenciales de 0,50 V) a densidades de 60 /*A/cm2 o mayores. Ello indicaría peligro de corrosión para el hierro empotrado.

30

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

Se midieron las resistencias de polarización de las curvas potenciocinéticas obtenidas para estas probetas, pero los resultados son dispersos, lo que indi- caría que la uperficie del hierro empotrado no se encuentra aún en un estado estacionario.

Para evitar tener que sacar la probeta del marco para trazar las curvas potenciocinéticas, se preparó un dispositivo especial en el cual el vaso en el que se coloca la solución saturada cal, se arma junto con la probeta en el marco. Los resultados obtenidos son similares a los obtenidos con probetas mantenidas en los marcos hasta la fecha de ensayo.

La sexta serie de ensayos fue llevada a cabo trazando curvas potenciocinéticas no ya de probetas, sino electrodos en una suspensión del cemento a ensayar. Se utilizó como electrodo de trabajo el mismo tipo de varilla de hierro redondo de 7 mm de diámetro que se utilizó en la preparación de las probetas. La varilla de hierro fue pulida y sus extremos se protegieron con cinta aisladora plástica. Durante el ensayo la suspensión se agita constantemente y se bur- bujea N2 todo el tiempo, a fin de eliminar el oxígeno.

Se obtuvieron de esa manera curvas similares a las obtenidas con probetas preparadas con el mismo cemento a la edad de 9-12 meses, es decir cuando la probeta llega a su estado de pasivación.

Este ensayo, cuyo estudio debe continuarse, tiene la ventaja de ser un método rápido para determinar la capacidad de pasivación de un cemento, evitándose todos los inconvenientes de la preparación y estacionamiento de probetas. Debe desarrollarse también su aplicación a hierros sometidos a tensiones.

Sobre la base de los ensayos realizados pueden extraerse las siguientes conclusiones :

a) Los hierros redondos comunes, empotrados en cementos portland nor- males sin agregado de escoria o con una adición de hasta un 10 %, pre- sentan un potencial de reposo de — 0,30 d= 0,03 V para el caso de probetas prismáticas con un extremo de la varilla de hierro sin proteger. Recubriendo éste y anulando la pila de aereación diferencial, ol potencial pasa a valores de — 0,15 ± 0,03 V, más nobles aún al transcurrir el tiempo, estando dentro de los límites de pasivación aceptados por la bibliografía 3.

Estos potenciales de reposo se ubican dentro de la zona de pasivación de las curvas potenciocinéticas trazadas sobre estas probetas.

Las densidades de corriente se mantienen siempre por debajo de los 60/xA/cm2 (a 0,50 V), lo que indica que las probetas se encuentran bien pasivadas, hecho que se confirma por observación visual y microscópica de la superficie de los hierros empotrados (ensayos hasta los 18 meses).

b) Con hierros tensados empotrados en cemento portland normal sin agrega- do de escorias y con una adición de hasta un 10 %, se obtienen potenciales de reposo más negativos: — 0,40 ± 0,04 V, que se ubican al comienzo de la zona de pasivación de las curvas potenciocinéticas correspondientes, trazadas con estas probetas. Las densidades de corriente obtenidas son mayores que las medida en el caso de hierros sin tensar, y se llegan a densidades de co- rrientes superiores a 60/xA/cm2 a 0,50 V, lo que podría significar un riesgo de corrosión.

ESTUDIO DE LA CORROSIÓN Y PASIVACIÓN DEL HIERRO

31

Todos los datos obtenidos hasta los 16 meses de edad de las probetas ten- sadas indican que éstas no se encuentran aún en un estado estacionario, independientemente de sí contienen o no escoria. Se coservan más probetas tensadas en sus marcos para ensayar a edades mayores a fin de establecer con certeza si aparecen con el tiempo diferencias derivadas de la presencia de escoria.

En cambio en el caso de aceros comunes, no tensados, se ha probado con los estudios realizados que no existen diferencias en el comportamiento de pasivación que confieren al hierro, cementos portland sin escoria o con agre- gado de ésta de hasta un 10 %.

BIBLIOGRAFIA

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rís, 1968.

SERIE II. CIENCIAS APLICADAS N« 37

REGISTRADOR ANALOGICO DE CAMPO CONSTRUIDO EN LA UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR

Por E. A. MARINELO1 2, S. TOMICICH 2 y M. A. CARDOZO *

SUMARIO

La resolución de algunos problemas en distintos campos de la ingeniería mediante analogías, resulta de gran utilidad.

Se describe aquí un «registrador analógico de campo» construido en el «Laboratorio de Análisis Experimental de Tensiones » del Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional del Sur.

Se presentan algunas aplicaciones prácticas y se destacan las numerosas posibilidades de este versátil instrumento.

INTRODUCCION

Sucede frecuentemente que dos fenómnos físicos distintos pueden ser expresados mediante idéntica forma matemática. En estos casos se dice que son sistemas análogos. La solución de uno de ellos es aplicable al otro. Las mejoras introducidas en la técnica de resolución en un campo, automáticamente mejora los análogos.

A menudo, la solución de las ecuaciones que representan un sistema físico determinado es, a veces, muy difícil de obtener. La aplicación de métodos numéricos puede ser lenta, o bien, la medición directa sobre el sistema o mo- delo no es factible o es muy dificultosa.

Entonces, puede resultar práctico efectuarlas sobre un sistema análogo, transformándose éste en un instrumento calculador.

Una analogía de este tipo, que resulta de suma utilidad para resolver pro- blemas en distintos campos, es la analogía eléctrica (1_7).

ANALOGIA ELECTRICA

Se basa fundamentalmente en lo siguiente: la distribución de potencial eléctrico en un medio conductor homogéneo e isótropo, de espesor constante, satisface en régimen estacionario la ecuación de Laplace:

1 Profesora Asociada del Departamento de Ingeniería.

2 Asistente de Docencia del Departamento de Ingeniería.

8 Profesor Adjunto del Departamento de Electrotecnia.

34

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

V2 v = o

(i)

Además, en el caso en que haya fuentes de corriente internas, la distribución del potencial está dada por la ecuación de Poisson

V2 V = - Ri (2)

donde R = - ; p, resistividad; h, espesor de las franjas en que se divide

el modelo e i, la densidad de la corriente aplicada a través de la superficie del modelo.

Vale decir, que todo problema cuya solución está dada por ecuaciones del tipo (1) y (2), que por otra parte tienen numerosas aplicaciones en la tecno- logía moderna, pueden resolverse mediante la analogía eléctrica. Esta provee una rápida solución experimental, de técnica simple, ya que con un modelo de papel conductor, geométricamente similar al prototipo, da la representación gráfica del campo que se estudia.

Entre éstos cabe mencionarse: elasticidad bidimensional. mecánica de los fluidos, aerodinámica, mecánica de los suelos, problemas de campos eléctricos y magnéticos, etc.

En elasticidad plana, regida por la ecuación:

para el estado plano de tensiones y:

/Ti2 i m

\^2 + W2I ■ + ■ ' (1 - v) \*x + 7>y)

(3a)

(4a)

para el estado plano de deformaciones, pueden presentarse los siguientes casos:

a) cuando las componentes de las fuerzas de masa X e Y son constantes o nulas, las ecuaciones se reducen a:

^2 *\2 \

s, + 5,)<«. + %>-°

ecuación del tipo (1).

b) si las mismas componentes tienen un potencial tal que

X

3F ^ 3F 7>x 6 7>y

las (3 a) y (4 a) se transforman en:

V2 fe + *„) = (1 + V) V2 F

A2 (9. + o») = V2 F

ecuaciones de Poisson.

(36)

(46)

Como ejemplo de la 3 b) puede mencionarse el caso en que el estado de tensiones es originado por la fuerza centrífuga, donde la función potencial F tiene la forma:

registrador analógico de campo

35

F — — y2 p (o2 {x2 -\- y2) m velocidad angular

p masa específica

Ésta introducida en la (3 b) da:

V2 fe d" Gy) — — 2 (1 + v) p w2

Considerando tensiones térmicas y en el caso en que la distribución de la tem- peratura no sea armónica (V2 T =j= 0), se tiene:

V2 fe + Cy) = - Ea V2 T

ecuación semejante a la (3 b).

En los casos vistos, la solución de la ecuación diferencial, da los valores de (o-* -f~ <*>) , (Iue pueden utilizarse:

a) para complementar el ensayo fotoelástico, ya que de éste se obtiene la diferencia de las tensiones principales, teniéndose así los elementos necesarios para la separación de las mismas; b) para el trazado de las líneas isopáqui- cas (fe puesto que en el estado plano de tensiones se cumple:

= •- ¿ + °v)

Otro problema elástico que puede ser resuelto mediante la analogía eléctrica, es el de torsión, cuya solución está dada por la ecuación de Poisson:

v20 = -2G0

Gr 0

o bien, haciendo i]y = 0 -f- — — (x2 -y2),, mediante la ecuación de Laplace

A

V2^ = o

Los problemas de transferencia de calor, en estado estacionario, se rigen por la ecuación de Laplace:

V2T = 0

Es decir que las isotermas del prototipo están representadas por las equipo- tenciales del modelo.

De esta manera se estudian flujos de calor en hornos, tuberías, depósitos aislados, motores, etc.

También puede tenerse en cuenta en los modelos, la distinta conductibili- dad térmica de los materiales de un prototipo compuesto.

En mecánica de los fluidos, el uso de la analogía es útil para la represen- tación gráfica de las trayectorias de corriente y las equipotenciales, incluyendo una fuente o un obstáculo. De igual manera, en aerodinámica.

En mecánica de suelos, es aplicable para la estimación de pérdidas por filtración, tal como las que ocurren a través de una represa o por debajo de ella.

En problemas de campos magnéticos y eléctricos, determinando propie- dades de capacitancia, impedancia e inductancia.

36

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

REGISTRADOR ANALOGICO DE CAMPO6 10

a) Descripción

La figura 1 muestra el registrador analógico de campo diseñado y cons- truido por personal del Laboratorio de Análisis Experimental de Tensiones y el Taller del Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional del Sur.

El mismo consta de: una fuente de alimentación, un circuito potencio- métrico con potenciómetro helicoidal y galvanómetro para las mediciones y divisores de tensión; es decir, todo lo necesario para efectuar estudios de campos.

La fuente de alimentación (fig. 2) es un simple circuito amplificador, tipo puente con filtro de zumbido de alterna, del tipo L C. Posee una llave selec- tora, que permite conmutar entre dos derivaciones del secundario, para obte- ner una tensión baja (12 v) y otra alta (120 v).

Fig. 1. — Registrador analógico de campo

Los divisores de tensión se emplean para crear los gradientes de tensión apropiados como condiciones de borde.

El potenciómetro helicoidal de precisión posee un vemier con 1000 divisiones.

El galvanómetro está protegido contra sobrecargas accidentales por un cir- cuito especial (constituido por diodos), que deriva el exceso de corriente sin desmedro de la sensibilidad en ese rango de operación.

Para las mediciones de los potenciales, se hizo uso de un osciloscopio Philips (GM 5606).

Completa el conjunto un tablero, en el que se fija el modelo. b ) Operación

Los modelos se construyeron en papel conductor, llamado comercialmente

O

“Teledeltos”, de conductividad específica de 2000 — Ellos son geométri-

1 cnr

registrador analógico de campo

37

camente semejantes al prototipo, debiendo ser lo suficientemente grandes para que la operación resulte más cómoda.

En el contorno se aplica un potencial proporcional a las condiciones de borde del problema a estudiar, las que pueden ser constantes o variables.

Las primeras son fáciles de materializar. Esto se consigue pintando el contorno con pintura conductora a base de plata (Dag Dispersión 915) y apli- cando en él el potencial adecuado.

En el segundo caso, se sueldan al contorno distintos electrodos en número que se estime conveniente y a una distancia que dependerá del gradiente de potencial entre dos consecutivos. Estos se conectan a los divisores de tensión y se aplica el valor que corresponde a cada uno. El ajuste se logra regulando cíclicamente los reóstatos; son suficientes tres o cuatro regulaciones.

Fig. 2. — Esquema del circuito

En estas condiciones se pueden obtener las líneas equipotenciales. Para lograrlo se define con el vernier el valor de la equipotencial que se desea trazar y con un trazador metálico se recorre el campo hasta obtener los puntos que indiquen lectura cero en el galvanómetro.

La precisión del método depende principalmente de la proximidad a una distribución continua del potencial del contorno.

APLICACIONES PRACTICAS

a) Análisis Bidimensional de Tensiones

Se trazaron las curvas isopáquicas de un anillo circular, cuyos valores son proporcionales a la suma de las tensiones principales.

El ejemplo considerado es el que corresponde a la figura 4-6, pág. 43, del libro “Applied Stress Analysis”, de A. J. Durelli (2) (fig. 3).

38

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

El modelo hecho en papel conductor “Teledeltos”, relativamente grande con el fin de que los electrodos aplicados a los bordes estuviesen suficiente- mente espaciados, dejando un borde de 3 mm. Dada la simetría de la figura y de la carga, se trabajó con un cuarto de anillo.

Se trata éste de un caso en que las condiciones de borde son variables. Dado que es imposible aplicar un número infinito de electrodos de manera que la variación se haga en forma continua, se aplicó un número discreto de electrodos.

En los problemas de elasticidad bidimensional, los valores de la suma de las tensiones en el borde, es igual a su diferencia, ya que una de ellas es nula. En nuestro caso, estos valores fueron obtenidos en la figura mencio- nada. Se soldaron los conductores mediante pintura a base de plata (Dag Dispersión 915) y se aplicaron potenciales proporcionales al número de iso- cromática del ensayo fotoelástico.

Esta operación se hizo mediante el osciloscopio previamente mencionado.

Fig. 3. — Isocromáticas (Kef. 1)

Además, dado que se contaba con valores positivos y negativos, se utili- zaron dos fuentes: positiva y negativa. En las secciones de simetría, los puntos situados a igual distancia a ambos lados del eje, la magnitud que se mide (en este caso (o-i ) , debe tener el mismo valor. Esto significa que en

el modelo no debe haber paso de corriente y por lo tanto, el potencial es nulo.

De esta manera se completaron las condiciones sobre los cuatro bordes de la figura.

Las curvas, equipotenciales en el modelo eléctrico, isopáquicas en el proto- tipo, se obtuvieron fijando en el potenciómetro con vernier, el porcentaje deseado y luego, explorando con el trazador el modelo, de manera de loca- lizar los puntos correspondientes a lectura nula del galvanómetro.

El pasaje de una a otra fuente se hizo mediante una llave selectora.

En la figura 4 se muestran los resultados obtenidos.

b) Aplicación a un Problema de Transferencia de Calor

Se trata de determinar las líneas isotérmicas en la sección transversal de un cohete de combustible sólido.

En este caso las condiciones de contorno son sencillas, ya que los bordes constituyen de por sí, una isoterma.

•registrador analógico de campo

39

Se pintaron los mismos con pintura conductora y se aplicaron potenciales distintos en cada contorno, proporcionales a las condiciones de borde.

Fig. 4. — Isopáquieas

En las secciones de simetría se procedió de la misma manera que en el ejemplo anterior. Cuando se trata de un prototipo que tenga un contorno aislado, en el modelo estará representado por potencial nulo.

Las isotermas, equipotenciales en el modelo, se determinaron de la misma forma que en el ejemplo anterior (ver. fig. 5).

Fig. 5. — Isotermas

Los resultados experimentales son comparados con aquellos obtenidos ana- líticamente, mediante la siguiente relación funcional (8) (ver fig. 6) .

rv = R(A¿ + B|-3 4- Cr7 + Dr11 + Er15 + F¿“19)

donde A = 0,7810; B = 0,2914; C = - 0,0779; D = 0,0082; E = - 0,0030;

F = 0,0002

40

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

Fig. 6. — Comparación de los resultados analíticos y experimentales

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo forma parte de un plan de investigaciones auspiciado por el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas y realizado en la Universidad Nacional del Sur.

Los autores agradecen al Dr. Patricio A. Laura, jefe del Laboratorio de Análisis Experimental de Tensiones,, por su continuo y valioso asesoramiento ; a los Ings. José Pombo y Mario Rodríguez por sus sugerencias y al señor Adriano Tondini por su inestimable colaboración en la preparación de los modelos y trazado de las líneas equipotenciales.

BIBLIOGRAFIA

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Moror, Developments in Theoretical and Applied Mechanics, vol. 3, págs. 623-633. 1967. Pergamon Press.

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SERIE II. CIENCIAS APLICADAS, N« 37

RELAJACION DE LA DIFUSION DINAMICA DE LA LUZ EN CRISTALES LIQUIDOS NEMATICOS

Por BETTY KERLLEÑEVICH 1 y ANDRE COCHE 1 2

RESUMEN

Se ha estudiado el decaimiento de la difusión dinámica de la luz al suprimirse el campo eléctrico continuo aplicado sobre un cristal líquido nemático en un rango de temperaturas comprendido entre 5 y 70°C. Este proceso de relajación puede definirse mediante una cons- tante de tiempo que lo caracteriza. Hemos analizado la variación de esta constante de tiempo en función de las siguientes variables: 1) temperaturas del cristal líquido (comprendidas entre 14 y 50°C), 2) espesor de las células (entre 13 y 50 //m) y la tensión continua Y aplicada a la célula.

La constante de tiempo decrece a medida que aumenta la temperatura lo que está rela- cionado con la viscosidad del cristal líquido, pero aumenta en función del espesor de la célula a una tensión determinada. Para tensiones superiores a 50 Volts, se produce también un aumento de la constante de tiempo.

ABSTRACT

The decay of dynamic scattering of light after the suppression of the de electric field has been investigated on a liquid crystal nematic in a temperature range of 5 to 70°C. It is possible to define a time constant characterizing this reJaxation process. We have studied the variation of this time constant with 1) the liquid crystal temperature (14 to 50°C) 2) the thickness of the cell (13 to 50 y.m) and the de voltage Y applied to the cell.

The time constant decreases when the temperature rises which seems related to the liquid crystal viscosity and increases with the cell thickness at a given voltage. For voltages above 50 volts, there is also an increase of the time constant.

INTRODUCCION

La posibilidad de aplicar los cristales líquidos nemáticos a sistemas de visualización y alfanuméricos, ha hecho despertar un gran interés en el estudio de los efectos de campos eléctricos y magnéticos sobre esas sustancias. Sin embargo pocos son los resultados publicados basta ahora sobre la disminución de la difusión dinámica de la luz producida por cristales líquidos nemáticos, cuando se suprime el campo eléctrico que la originó. Williams ha supuesto que la reorientación comienza en la superficie y se propaga a una velocidad

1 Departamento de Física, Universidad Nacional del Sur, Bahía Blanca.

* Centre de Recherches Nucléaires, Strasbourg, Francia,

42

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

controlada por la difusión; en tal situación la intensidad de la luz difundida I5 decrece en función del tiempo t siguiendo la ley

i

I, = I,

(■ - ’-n

(I)

donde IG es la intensidad inicial, D el coeficiente de difusión y L el espesor de la célula. El tiempo de decrecimiento td* que se define como el tiempo durante el cual la intensidad decae de 90 a 10 por ciento de su valor inicial, es entonces.

_ 0.8 L2 ” 4D

(2)

Este modelo concuerda con los resultados experimentales obtenido» por Heil- meier et al. í1) con películas de 6 jxm de espesor de para-aminofenilacetato de anisilideno. Creagh et al. (2) han estudiado el comportamiento en función del tiempo, de algunos cristales líquidos nemáticos incluyendo la variación del tiempo de decaimiento de la difusión dinámica, como también lo» tiempos de retardo y de crecimiento en función de los espesores y temperaturas de las células.

En el tiempo de disminución de la difusión dinámica, tal como lian ha- llado recientemente Jakeman y Raynes (3I, deben tenerse en cuenta vario*, tiempos de relajación, cuya importancia depende de la conductividad de la sustancia nemática: en compuestos de alta conductividad y que tienen buena.* propiedades en lo que se refiere a la difusión dinámica, el tiempo de rela- jación dieléctrico donde o- es la conductividad eléctrica v c la cons-

4 7r a

tante dieléctrica, es mucho menor que el tiempo de relajación del director

K q

donde rj es la viscosidad de la sustancia, q es el vector ríe onda que a

su vez es función del campo eléctrico, y K es una constante elástica. En estas condiciones la relajación del director será predominante en el proceso de disminución de la difusión dinámica.

En este trabajo hemos consagrado una atención especial a las variaciones del tiempo de disminución estudiando detalladamente su dependencia de la temperatura, del espesor y de la tensión continua aplicada, sobre un pro- ducto comercial (LCI: rango nemático 5 - 70° C) (4) de alta conductividad. Los resultados obtenidos se han comparado a los que se hallaron en un com- puesto de alta resistividad (Nematische Pilase Y) (5) .

MONTAJE EXPERIMENTAL

Las células utilizadas como muestras en nuestras experiencias consisten en una capa delgada de sustancia nemática situada entre dos electrodos trans- parentes (vidrio revestido de óxido de estaño u oxide de indio) mantenidos a una distancia dada por separadores de mylar de espesores que varían entre 13 y 50 /un. La distancia entre electrodos se mantiene uniforme mediante un marco de presión constante. Se logra una alineación homogénea del cristal líquido por frotamiento unidireccional de los electrodos sobre papel, siguien- do la técnica descrita por Chatelain (6l) .

RELAJACIÓN DE LA DIFUSION DINAMICA DE LA LUZ

43

La célula en estudio se coloca en un recinto en el que la temperatura, que se mantiene constante (con una precisión de ± 0,1° C) por circulación de agua, puede hacerse variar entre 10 y 50° C aproximadamente. Se la ilumina con una fuente de luz blanca y el haz que la atraviesa incide sobre un foto- multiplicador, cuya señal anódica se fotografía sobre la pantalla de un osci- loscopio o se traza mediante un registrador X-Y. La intensidad transmitida If y la intensidad difundidad I5 = IG — If donde I0 es la intensidad de la luz que es transmitida en ausencia de campo eléctrico, pueden en esta forma determinarse a cada instante cuando se aplica o se suprime el campo eléc- trico. Hemos estudiado la relajación de la difusión dinámica después de la supresión del campo, ya sea abriendo el circuito o cortocircuitando los electro- dos. Ambos resultados fueron prácticamente iguales, por lo que nos limi- tamos a las condiciones de circuito abierto. La forma de la curva que repre- senta la variación de la intensidad difundida en función del tiempo, se repre- senta en la figura 1 a.

Fig. 1- — Decaimiento de la difusión dinámica en función del tiempo al suprimirse el campo eléctrico continuo.

Además se representaron gráficamente las características corriente en fun- ción de la tensión, para cada una de las células analizadas y para las distintas temperaturas.

RESULTADOS

Se ha determinado experimentalmente para las diferentes células anali- zadas que la intensidad difundida Is varía en función del tiempo, cuando se suprime el campo, según la relación

lo ~ I,

L

= exp

(3)

44

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

o bien

To

1 -f exp

(4)

donde tQ es una constante.

Esta relación se verifica correctamente como puede verse en la figura 1 b aún

para variaciones en la relación --- — de más de 1000 veces, siempre que

b

el campo aplicado no sea demasiado elevado. En realidad, para tensiones de 80 volts (o mayores) aparece en la curva de decaimiento una componente lenta que se hace más importante para células de espesores superiores a 30 ¡un y a temperaturas que sobrepasan los 40° C aproximadamente.

Hemos analizado la variación de la constante de tiempo del producto LCI en función de las siguientes variables: 1? la temperatura T en (CK), 2* el espesor L de la película de cristal líquido y el campo continuo $ aplicado a la célula.

En cada caso hemos determinado también el tiempo de disminución ~d definido más arriba. Es fácil verificar a partir de la ecuación (4) que

td ^ 4.4 7

lo que concuerda bien con los resultados experimentales.

1. Para un espesor dado, cuando la temperatura aumenta, la constante de tiempo r decrece dentro del rango de temperaturas de 14 a 50° C en un factor de aproximadamente 5, pero entre 40 y 50° C su variación es pequeña. Estos resultados pueden verse en fig. 2 para una tensión continua aplicada de 20 volts.

En la figura 3 hemos representado la variación de Log r en función de 1/T para células de tres espesores diferentes y para campos eléctricos cons- tantes de 106 y 2 X 106 V m 1 (las curvas obtenidas para ambos campos son idénticas para las células de 13 y 18 ¡xm) . Aunque el intervalo de tempe- raturas en el que se hicieron las mediciones no cubre completamente el rango nemático, esta variación parece seguir una ley de la forma

x = A exp

(5)

donde K es la constante de Boltzmann y A una constante arbitraria.

Puede observarse que SE es prácticamente independiente del espesor y del campo eléctrico dentro del rango estudiado; su valor es 0,4 eV. En lo que se refiere al compuesto Merck Y que tiene una conductividad considerable- mente inferior, la variación de Log r es similar y tiene la misma pendiente.

Partimos de la suposición que la variación de r con la temperatura se debe exclusivamente a la de la viscosidad de la sustancia nemática 77. En efecto cualquiera sea la conductividad, t es proporcional a rj. Hemos analizado cómo varía la viscosidad de nuestros productos con la temperatura. El visco- símetro que hemos montado permite efectuar medidas sobre volúmenes infe- riores a 1 cm3. El principio reside en la ocultación sucesiva de dos orificios por una bolilla de acero que cae, en la sustancia estudiada. La luz que nor- malmente atraviesa los orificios para llegar al fotomultiplicador es interrum- pida durante el tiempo de pasaje. Resultan 2 pulsos sobre la señal de salida observada en el osciloscopio o por medio de un registrador X-Y. El tiempo

Fig. 2. -

Fig. 3. - eléctricos

RELAJACIÓN DE LA DIFUSION DINAMICA DE LA LUZ

</1

Variación de la constante de tiempo t en función de la temperatura para células de varios espesores (tensión aplicada: 20 Volts)

Variación de la constante de tiempo x en función de la temperatura con campos constantes (10- y 2 X 101 Vm"1) para células de tres espesores (13, 18 y 3o |im)

46

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

que separa los dos pulsos está ligado directamente a la viscosidad. El dispo- sitivo se pone en funcionamiento mediante un electroimán que deja caer la bolilla en condiciones reproductibles. El conjunto está situado en un recinto termostatizado en el que puede hacerse variar la temperatura. La calibración del viscosímetro se realiza utilizando líquidos de viscosidad conocida que per- mitieron trazar la curva que da la viscosidad en función del tiempo de pasaje entre los orificios. En la figura 4 se ha representado el resultado de nuestras observaciones. Está de acuerdo con los de Koelmans y Van Boxtel (7). quienes demostraron que en una mezcla de bases de Schiff el tiempo de crecimiento tr de la difusión dinámica es proporcional a 77. Determinaron que la varia- ción de r¡ (y de tr) con la temperatura es similar a la de la expresión (5), con prácticamente la misma pendiente. Nuestras mediciones muestran que r (o 77) varía siguiendo la misma ley.

Fig. 4. — Variación de la viscosidad y de la constante de tiempo en función de la temperatura.

para células de distintos productos

2. Para el compuesto de alta conductividad (LCI) la relajación del direc- tor debe, como se dijo más arriba, dominar el decaimiento de la difusión diná- mica. La constante de tiempo correspondiente en función del espesor L y del campo eléctrico (2 3 * *) . A fin de determinar la influencia de estos parámetros, hemos analizado la variación de r con el espesor L y con el campo £.

a) En la figura 5 puede verse t en función de L para dos temperaturas y para campos eléctricos constantes. Para campos de basta 106 V m 1 la cons-

tante de tiempo r es una función lineal de L entre 13 y 35 um por lo menos.

Obsérvese que r depende poco del campo para los espesores menores. Si se

aumenta el campo por ejemplo a 2 X Id6 V m'1, la representación gráfica de

RELAJACIÓN DE LA DIFUSION DINÁMICA DE LA LUZ

47

l/l

Pig. 5. — Variación de la constante de tiempo t en función del espesor, para varias temperaturas

y para campos eléctricos constantes

t/>

0 20 <0 60 80 100

Tensión Cvolls)

Fig. 6. — Variación de la constante de tiempo t en función de la tensión para varias temperaturas, en una célula de 13 ¡jun.

48

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

r en función de L muestra que r varía aproximadamente como L2. E*to está de acuerdo con los resultados obtenidos también por otros autores f1'2).

b ) En los casos en que la componente lenta puede despreciarse, la cons- tante de tiempo para el compuesto LCI es prácticamente independiente de la tensión continua aplicada siempre que ésta sea inferior a 50 volts aproxima- damente. Para tensiones mayores la constante de tiempo aumenta, lo que lia sido observado también por Nehring (8) ; esto se ha obtenido para las distin- tas temperaturas. En la figura 6 se da un ejemplo de esta variación para una célula de 13 jxm.

Si el espesor de la célula se aumenta lo suficiente, el efecto del campo debe hacerse más importante comparado con el de L y la constante de tiempo deberá disminuir a medida que el campo eléctrico aumenta. Una experiencia realizada con una célula de espesor de 75 /xin parece presentar una disminución de este tipo en la constante de tiempo.

En cambio en el producto Merck V, la influencia del campo eléctrico es reducida y puede llegar a despreciarse, lo que indica que el proceso predo- minante en el decaimiento es la relajación dieléctrica.

CONCLUSIONES

En el rango de espesores de células y de temperaturas en que se trabajó, hemos hallado que la constante de tiempo decrece con las temperaturas cre- cientes siguiendo una ley exponencial. Esta variación parece debida princi- palmente a cambios de la viscosidad. Para una temperatura dada la constante de tiempo aumenta con el espesor según una ley lineal, siempre que la inten- sidad de campo no supere un determinado valor; pero para campos más in- tensos r varía aproximadamente como L2. También se observa un incremento de la constante de tiempo para tensiones continuas superiores a 50 volts. Nuestros resultados prueban que si las células empleadas son suficientemente delgadas y las tensiones aplicadas son bajas, se pueden lograr fácilmente tiem- pos de decaimiento de la difusión dinámica de aproximadamente 10 ms.

AGRADECIMIENTO

Los autores agradecen la valiosa colaboración del Sr. A. Stampfler y la importante ayuda técnica del Sr. C. Koehl.

REFERENCIAS

1. Heilmeier, G. H., Zanoni, L. A. y Barton, L. A., Proc. IEEE, 56, 1162 (1968).

2. Creagh, L. T., Kmetz, A. R. y Reynolds, R. A., IEEE Trans. Electron Devices, ED 18,

672 (1971).

3. Jakeman, E. y Reynes, E. P., Phys. Letters 39A, 69 (1972).

4. Suministrado por Liquid Crystal Industries.

5. Suministrado por Merck.

6. Chatelain, F., Bull. Soc. Fr. Min. Crist., 66, 105 (1943).

7. Koelmaus, H. y Van Boxtel, A. M., Mol. Liquid Cryst., 12, 185 (1971).

8. Nehring, J., Comunicación presentada a la « Fourth International Liquid Crystal Con-

ference » Kent, Ohio, U. S. A. Agosto de 1972.

Recibido el 9 de abril de 1974

Comisión de Redacción de los ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Dr. Jorge A. L. Brieux

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FRANQUEO PAGADO Concesión N* 1186

TARIFA REDUCIDA Concesión N* 6247

ANALES

ISSN 0037-8437

DE LA

SOCIEDAD CIENTIFICA

ARGENTINA

Director : Dr. ANDRES O. M. STOPPANI

OCTUBRE-DICIEMBRE 1974 — Entregas IY-YI — TOMO CXCVIII

SUMARIO

Pág.

SERIE I. CIENCIAS, No 35

Elma A. A. Tenreyro, Carlos A. Leguizamón y Osvaldo O. Betti, Una nue-

va expresión del caudal cardíaco por radiocardiografía 51

Jorge A. Guala, La inercia de la energía en átomos hidrogenoides 63

SERIE II. CIENCIAS APLICADAS, N° 38

Patricio A. A. Laura, Ph.D., Un resumen de recientes investigaciones analíticas

j experimentales sobre cables oceanógraficos . 67

Ana María De La Horra de Villa e Ichiro Mizuno, Potasio en algunos sue- los argentinos 87

Indice General del Tomo CXCVIII 95

BUENOS AIRES Avda. Santa Fe 1145

19 7 4

SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Dr. Luis F. Leloir Dr, Selman Waksman Dr. Florentino Ameghino f Dr. Valentín Balbín f Ing. Santiago E. Barabino f Dr. Carlos Berg f Dr. Germán Burmeister f Ing. Enrique Butty f Ing. Vioente Castro f Ing. Enrique Chanourdie f Dr. Carlos Darwin f

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Impreso en Imprenta Coni S.A.C.I.F.I., Perú 684, Buenos Aires, Rep'ública Argentina

TENREYRO, ELMA A. A., LEGUIZAMON, CARLOS A. y BETTI, OSVALDO O.

Una nueva expresión del caudal cardíaco por radiocardiografía

The precordial record of the passage of a radiactive bolus through the cardiac chambers is analyzed by the employment of pulse functions.

Pulse trains expressions, which represent the circulating radioisotope concentraron, are stated. An equation, derived from those expressions, gives the cardiac output in terms of integráis of pulse functions, which are obtained from the radiocardiogram.

Anales Soc. Cient. Argentina, CXCVIII, Octubre-Diciembre, 1974, pgs. 51-61

GUALA, JORGE A.

La inercia de la energía en átomos hidrogenoides

The influence of the relativistic mass loss on the system nucleous-electron was studied. The mass los distribution is such that in all cases of experimental relevance only afi'ects the electrón mass. This effect was taken into acconnt in the theoretical evaluation of the energy levels for hydrogen-like ions. The resulta compare satisfactorily with the spectros- copíc measurements for the case of Li+2.

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Anales Soc. Cient. Argentina , CXCVIII, Octubre-Diciembre, 1974, pgs. 63-66

LAURA, PATRICIO A. A. Ph.D.

Un resumen de recientes investigaciones analíticas y experimentales sobre cables oceanográficos

Mechanical cables have long been used for towing, remóte control or for the supplying of communication or other Service links between two vehicles. Operational requirements now imposed by both commercial and military interests demand a deep understanding of the behavior of such fairly complex structural system.

Some of the research programa undertaken by the author and his associates and per- formed under the Themis Program (Defense Department, Washington D.C.) are described in the present paper.

Anales Soc. Cient. Argentina, CXCVIII, Octubre-Diciembre, 1974, pgs. 67-86

VILLA DE LA HORRA, ANA MARIA de y MIZUNO, ICHIRO

Potasio en algunos suelos argentinos

The potassium contení of soils from 9 Argentine profiles were determined using several methods. These were: total potassium; potassium extractable in 1.0 N ammonium acétate; 1.0 N nitric acid; 0.5 N hidrochlric acid; 0.5 N magnesium acétate and water soluble potassium.

The results indicate that the soils analysed were well supplied with potassium, and that the valúes obtained using ammonium acétate, hydrochlriccacid and magnesium acétate were correlated.

Valúes determined using nitric acid give rise to some speculation as to the long and short-term availability of potasium in these soils.

Anales Soc. Cient. Argentina , CXCVIÍI, Octubre-Diciembre, 1974, pgs. 87-93

CERVIGON, FERNANDO y BASTIDA, RICARDO

Contribución al conocimiento de la fauna ictiológica de la provincia de Buenos Aires (Argentina)

The present paper deais on the study of several ichthyological samples from Mar del Pla- ta coast (Argentina). Some of the studied species are mentioned for the first time for this geographical area, while other species -scarcely known- are redescribed in this opportunity. References of coloration, habitat and general behaviour of some of the especies are also given.

The species cc.isidered in the present contribntion are as follows: Odontaspis taurus, Das- yatis eentroura, Opisthonema oglinum, Caranx crysos, Hypleurochilus fissicornis, Ribeiroclinus eigenmanni and Gobiosoma parri.

Anales Soc. Cient. Argentina , CXCVII, Enero-Marzo, 1974, pgs. 3-20

MONTES, ADOLFO L. Y ZARAGOZA, GRACIELA O.

Actividad antibiótica de sueros lácticos obtenidos por cultivo de varias especies de bacterias lácticas

The autibiotic activity of milk whey from fonr lactic bacteria : Lactobacillus bulgarieus Lictobacillas asi/lophilus, Streptococcus thermophilus and Straptococcus lactis, used in the manufacture of yogourt, was assayed against several entherobacteria and other microorga- nisms (38 totalized). It was established that the strongest activity responds to the whey from L. bulgarieus and the weakest to that from Strep. thermophilus .

Anales Soc. Cient. Argentina , CXCVII, Enero-Marzo, 1974, pgs. 21-29

SUAREZ, MARIA ESTHER

La estadística x2 no centrada y un nuevo método para la deducción de su ley de prababilidad

In this article, the author presents a new form to arrive to the distribution of the statis- tic non-central x2, studied and trated before by P. B. Patnaik, R. A. Fisher and Tang.

Anales Soc. Cient. Argentina , CXCVII, Enero-Marzo, 1974, pgs. 31-34

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MARSICANO, F. R., INTROZZI, A. (h), SCHTEINGART, D. y PEREYRA, G. H.

Escurrimiento de líquidos en tubos elásticos. Reflexión e interacción de ondas en tubo cerrado

In a previons work (1) we have already indicated that there is an analogy between the flow of liquida in elastic tubes and that of compressible fluida in rigid tubea and that most of the rnathematical procedurea naed iu the theory ofthe dynamiea of gasea are aplicable to it.

A remarcable analogy which we whish to emphasize here, is the one that consista in the deformation of the speed and pressure waves considering non-linear efíects (2) and the im- posibility of detining propagation speed either measnring the distances from peak to peak.

The interaction of the wave reflected on the closed end of the tube has been studied by means of the grephic method of the characteriatica ; waves with greater raaxima and narro- wer bases being obtained as we draw near to the point where reflection takes place.

Anales Soc. Gient. Argentina , CXCVII, Enero-Marzo, 1974, pgs. 35-41

MERODIO, JULIO CESAR

La interferencia del estroncio en la determinación de litio por espectrometría de absorción atómica

The iuterfering efíects which appear when determining small amounts oflithium by atomic absorption, in strontium rich matrix, have been studied. The emission spectrum of the ra- diation source employed showed the existence of an auxiliary line, cióse to the resonance one of the analyte, which enables to correct for the error due to the absorption of the signal produced by the strontium oxide band.

The modification of the physical properties of the Solutions becanse of the presence of salts at relatrvely high concentrations, exerts a depressing effect on the analyte signal ( phy- sical interference ) which can be overeóme by applying the standard addition method. The technique developed and described allows, in principie, the evaluation of lithium in stron- tium minoráis as primary application in geochemistry.

Anales Soc. Cient. Argentina, CXCVII, Enero-Marzo, 1974, pgs. 43-48

ELIGES, HERMAN

Energía mutua y de transferencia en circuitos magnéticamente acoplados (Continuación)

In a semireal transformer, fed with a sine wave altérnate current, shown here is the role played in each winding, by mutual transference, field and Joule difíerential energies. Up to date this was not possible as the transference euergy valué was unknown. These studies are necessary to facilítate a more extensive aualysis in general case studies of transformers, such as those with pulsating current.

Anales Soc. Cient. Argentina, CXCVII, Abril-Junio, 1974, pgs. 51-55

ROIG, ANTONIO y GUERRERO, ARIEL H.

Determinación directa de antimonio

A new method has been developed for the direct estimation of antimony, combining ex- traction of Sb (III) as tetraiodo complex in benzene, witb tbe oxydation in aqueous pbase to Sb (V) and reextraction as HSbCl6 in tbe same solvent, where tbe reagent rbodamine B is added in benzenic solution. Positive signal is tbe charasteristic color of rbodamine B, colorless in tbis solvent. Selectivity is good : common ions do not interfere, and only gold does when its proportion exceeds 2000 : 1 antimony. Sensitivity is L.I. : l,«g L.C. : 1CT5, and Beer's law is followed between 5 and 25,ug. Interpretation suggests HSbI4 and HSbCl6, strong enougb as acids, protonize rbodamine B to its purpur acid form.

Anales Soc. Gient. Argentina, CXCVII, Abril-Jimio, 1974, pgs. 57-63

MARTINEZ, ANTONIO

Una nueva especie de Ateuchina. (Col. Scarabaeidae, Coprini)

A new species of Ateuchina (Col. Scarabaeidae, Coprini). By Antonio Martínez, in tbis work is described a new species of Ateuchine’s tribe thac provisionally is included in tbe genus Pedaridium Harold. Tbis new species is cióse to P. (?) qaadridens Arrow which charac- teristical difíerences are : body7s structure and number of anterior tibial bond teeth. The insects over tbis study was done, are from province of Misiones in tbe Argeutine Republic.

Anales Soc. Gient. Argentina , CXCVII, Abril-Junio, 1974, pgs. 65-68

DIEULEFAIT, CARLOS E.

Exposición simplificada de la regresión múltiple

Tbis paper gives a development of the fundamental formule of tbe múltiple regresión in tbe homosedastic case in a new direct and simple form.

Anales Soe. Gient. Argentina , CXCVII, Abril-Junio, 1974, pgs. 69-72

LANDOLFI, MARIA ROSA, MONTES, A. L., YAAMONDE, G. y ZARAGOZA, GRACIELA O.

Estudio microbiológico de materias primas y productos de la industria alimentaria nacional IV. Productos deshidratados y harinas

Forty eight different dehydrated food producís and flours from twelve industrial plants were microbiologically examinedfor mesophilic aerobio bacteria colony count, coliforme bac- teria, entherobacteria, fungí and yeasts, anaerobio bacteria and pathogenic staphilococci. Product from six industrial plants showed good microbiological quality but tbe samples from the other six plants showed high counts of mesophilic aerobio bacteria, coliforme bacteria, fungí and/or eutherococci and several samples aerobio bacteria also.

Anales Soc. Cient. Argentina, CXCVII, Abril-Junio, 1974, pgs. 73-78

LLAMBIAS, HORACIO

Sobre desilicificación de la alunita de camarones (Provincia de Chubut, República Argentina)

Many test, triáis to tint the alunite and its behaviour in different reagents, with object of the possibility of separation of silica and alunite, have been carried out.

By means of such triáis the crystalline forms of alunite, its behaviour with the colloidal arseuic trisulphide and the producís from it by treatment with acida, are described.

As conclusión the authpor relates the silica's precipitation with the pyroelectrical properties of alunite and he proposes several methods for its iudustrial use.

Adales Soc. Cient. Argentina , CXCVII, Abril-Junio, 1974, pgs. 79-84

SORARRAIN, OSCAR M., BENITEZ, JOSE D. y BOGGIO, RAFAEL R.

Algunas consideraciones sobre el problema de obtener distribuciones de aberraciones a partir de datos experimentales

Experience have shown than mutations or aberrations are generally Poisson processes, although sometimes the processes are clearly non-Poisson ones.

In this paper we assume the possibility of using a puré birth formalism to determine aberration rates from the experiment. A criterion to check the validity for the given as- sumptions is discussed.

As a generalization, the possibility to get aberration rates and the corresponding distri- butions directly from the Kolmogoroff-Feller equatious is also analysed.

Anales Soc. Cient. Argentina , CXCVII, Abril-Junio, 1974, pgs. 85-91

ANALES

v generad ^

DE LA

SOCIEDAD CIENTIFICA

ARGENTINA

Director : Dr. ANDRES O. M. STOPPANI

OCTUBRE-DICIEMBRE 1974 — Entregas IV-VI — TOMO CXOVIII

\

BUENOS AIRES Avda. Santa Fe 1145

1974

MIEMBROS PROTECTORES

DE LA

SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

COMISION NACIONAL DE ESTUDIOS GEO-HELIOFISICOS COMISION NACIONAL DE ENERGIA ATOMICA INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA INDUSTRIAL (INTI> SERVICIOS ELECTRICOS DEL GRAN BUENOS AIRES

YACIMIENTOS PETROLIFEROS FISCALES

SERIE I. CIENCIAS, No 35

ISSN 0037-8437

UNA NUEVA EXPRESION DEL CAUDAL CARDIACO POR RADIOCARDIOGRAFIA

Por ELMA A. A. TENREYRO \ CARLOS A. LEGUIZAMON 1 y OSVALDO O. BETTI1 2 *

RESUMEN

El registro precordial del pasaje de un bolo radiactivo por las cámaras cardíacas es analizado con el empleo de funciones de pulsos.

Se plantean expresiones de trenes de pulsos que representan concentraciones de acti- vidad del radionucleído en circulación. Una ecuación deducida de tales expresiones da el caudal cardíaco en términos de integrales de funciones de pulsos, las que se obtienen a partir del registro radiocardiográfico.

SUMMARY

The precordial record of the passage of a radiactive bolus through the cardiac chambers is analyzed by the employment of pulse functions.

Pulse trains expressions, which represent the circulating radioisotope concentration, are stated. An equation, derived from those expressions, gives the cardiac output in terms of integráis of pulse functions, which are obtained from the radiocardiogram.

1. INTRODUCCION

El pasaje por las cámaras cardíacas de un bolo de material radiactivo, in- yectado en una vena previa al corazón, registrado por un detector ubicado sobre el área precordial conduce a un registro como el presentado en la fi- gura 1, cuando el trazador es intravascular. Tal tipo de registro externo, ini- ciado casi simultáneamente por varios investigadores (19> 38,40,47), lia sido apli- cado por numerosos autores en el estudio de la hemodinámica cardíaca (8> 12> 13> 16, 2Ü, 22, 23, 25, 28, 31, 34, 30, 48, 40, 50, 51, 52) , bajo el nombre generalmente adop- tado de radiocardiografía. La curva de doble pico corresponde al pasaje del

1 Biomatemática: Instituto de Cálculo, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Uni- versidad Nacional de Buenos Aires, Argentina; Comisión Nacional de Energía Atómica, Buenos Aires, Argentina.

2 Instituto de Neurocirugía Costa Buero, Facultad de Ciencias Médicas, Universidad

Nacional de Buenos Aires y Comisión Nacional de Energía Atómica, Buenos Aires, Argentina.

52

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

bolo radiactivo por ambas partes del corazón, derecha e izquierda, sucesiva- mente.

Variaciones de las condiciones de inyección y de registro, y de la natura- leza del trazador radiactivo utilizado, permiten obtener registros radiocar- diográficos en los cuales se visualiza fundamentalmente un lado del corazón (ambas cavidades cardíacas izquierdas o derechas) ; esta técnica se suele de- nominar radiocardiografía selectiva (7, 51) (figura 2).

El interés en la obtención de parámetros cardíacos, tales como caudal y volúmenes de cámaras, se pone en evidencia por los numerosos métodos de- sarrollados. Aparte de las técnicas radiocardiográficas, se pueden mencionar

Fig. 1. — Radiocardiograma. Las líneas de trazos representan los registros que se obtendrían

independientemente sobre la región derecha del corazón ( ) y sobre la región izquierda (--)

uniendo puntos de fin de sístole ventricular.

las que emplean métodos de dilución de trazadores (radiactivos o colorante) con muestreo continuo de sangre, medición externa del pasaje de bolos ra- diactivos por arterias (periféricas o aorta), técnicas de termodilución, registro de variaciones de presión intracavitaria, estudio de imágenes radiográficas, medición anatómica sobre cadáveres para obtener volúmenes de cámaras en forma directa o bien relaciones entre éstos y superficie y peso de la masa car- díaca, etc. (37, 26, 15,33, 11, 3, 10,1, 4, 5, 9, 14,18, 30, 36, 41, 29, 17, 34, 35) .

En relación con las técnicas radiocardiográficas, algunos autores han ana- lizado diversos factores que las afectan, tales como mezcla incompleta del trazador en las cámaras cardíacas (21, 4*), forma general del radiocarcijiogra- ma ( 4®* 4,9 ), etc.

En cuanto a los enfoques matemáticos, el pasaje de un trazador por un sis- tema de cavidades en serie ha sido encarado por Kellershohn y colaborado- res (2'4) ; Cornfield y colaboradores (6) presentaron modelos para el estudio de experiencias con indicadores; otros autores han desarrollado expresiones

UNA NUEVA EXPRESIÓN DEL CAUDAL CARDÍACO

53

analíticas con el objeto de derivar parámetros cardíacos a partir de medidas anatómicas, presiones intracavitarias, etc., mediante el empleo de modelos idealizados del corazón (27, 42,43, 45,46) # Lc>s autores del presente trabajo han expuesto en otro, (32) un nuevo método de obtención de parámetros cardíacos a partir del análisis de la zona de mezclado total del radiocardiograma, y ade- más, mediante un nuevo tratamiento matemático del registro radiocardiográ- fico, han derivado expresiones cpie permiten obtener las eficiencias de medi- ción de las cámaras cardíacas (2) .

En el presente trabajo, se desarrolla un nuevo método de análisis del ra- diocardiograma con el empleo de funciones de pulsos.

Fig. 2. — Radiocardiografía selectiva derecha, normal (48)

2. Desarrollo general 2.a) Funciones de pulsos

Una función “escalón unitario u(ti-nAt)” definida a partir de un instante nAt cumple:

( = 0 para t < n A (t — n A t) .

f = 1 para t > n A t

(2.a. 1)

Para t = nAt se tendrá una indeterminación; para ese instante se adoptará el valor unitario que corresponde a t > nAt , tal como la sugiere la experiencia.

Cualquier función f(t) que tiene validez a partir de un tiempo t = nAt se escribirá:

/ (t) • u (t - n A t)

(2. a. 2)

y teniendo validez para:

te [«Ai,

n A t -f- U]

(2.a.3)

54

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

se tiene:

/ (t) . \u(t - n A t) — u [t — (n A t + ta)] j (2.a. 4)

Representada f(t) en función de t en un sistema de coordenadas cartesia- nas ortogonales, el área comprendida entre la función (2. a. 4) y el eje t será:

f n&+ta

f (t) \ u (t — n \ t) — n \t - {n A t + /„)] j dt (2.a. 5)

J nM

la que representa un pulso para f(t) entre dos valores de tiempo n\t y n\t + ta. Si fuera f(t) = k, constante, (2. a. 5) representaría el área de un rectángulo de altura k y base ta.

2.b) Análisis del radio cardiograma

Para realizar el tratamiento matemático, se considera que, una vez llegado el bolo radiactivo al corazón derecho, la concentración de actividad del radio- nucleído dentro del ventrículo se mantiene constante e idéntica en todos sus puntos, durante la sístole ventricular, siendo, además, la misma en un punto próximo a la salida del ventrículo. También se supone que la eficiencia de medición es constante durante toda la revolución cardíaca. Bajo esas condi- ciones, la figura 3daría una curva hipotética de la secuencia de pulsos, o trenes de ellos, que representan las concentraciones en un punto inmediato al ven- trículo derecho y dentro de la arteria pulmonar, a partir de ns = 1. Así, según (2. a. 5) se tendrá:

oo

X Ong Tg = n'S=1

00 f <nS~ ^ 1) TR+TS

= l (X'/VVd)»s |« \t - (»s - 1) "r| - (2.b.l)

«g = l J («S— 1)

— U (t — [(íis — 1) 'R + TS]) ! dt

En esta expresión nge s el número de sístole ventricular, siendo ng = 1 la primer sístole ventricular que se produce, cuando solamente hay actividad en el ventrículo. El tiempo t se mide desde el comienzo de esta sístole.

Se observa que durante la diástole ventricular no hay expulsión y no se considera en la fórmula.

Los valores X'%s„ son los que se obtienen desde la figura 1, al comienzo de cada sístole, y con las expresiones:

x (Í) = (2.b.2)

£VD

X'0 = 5Á (2.b.3)

SVD

UNA NUEVA EXPRESIÓN DEL CAUDAL CARDÍACO

55

2.c) Expresión del caudal cardíaco

El caudal sanguíneo se manifiesta durante el tiempo de la sístole ventri- cular y su magnitud para valores diferenciales en rs será:

® (í) = - — t e [fas - 1) (ns-l) te + ts] (2.C.1)

Para todo el tiempo de una sístole se tendrá un caudal resultante:

AY

n s

TS,

ns

(2.C.2)

CONCENTRACION DE RADIACTIVIDAD A LA SALIDA DEL VENTRÍCULO DERECHO

AREAS DE LAS FUNCIONES DE PULSOS REALES

Fig. 3. — Expresada a partir de la primer sístole ventricular que se produce, cuando solamente hay radiactividad en el ventrículo

El caudal < x es un caudal medio sistólico, que resulta de un tren de pulsos de distintos volúmenes expulsados en distintos t5. Durante cada sístole ventri- cular hay una salida de radiactividad:

Q»s — ®s„g • O* . ts„s

(2.C.3)

Para la salida total de radiactividad a partir del valor X'0, se tiene

l AQng = X'0 = l 9s • 0ns . ts (2.C.4)

ns=l ws = l WS S

Para obtener un caudal promedio se aplica:

«0 = 1

X * <^S • “S«s

©s

l

,ls=1

(2.C.5)

56

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Y, reemplazando por (2.c.4), se obtiene:

X'0

'S =

2 . TSn

ng=l °

Y, con las expresiones (2 . b . 1 ) y (2.b.2) se obtiene: — X'

— n

(2.C.6)

®s =

1 ~ f ^R+'S

£VD 7lg=l •> («g — 1) -:j>

(H'/Vvd),, ¡ u [t - (ns - 1 ) tr] -

X

(2.C.7)

- n{t - [í»s - 1)tr + ts])| dt

Sin embargo, el sistema de vasos que contiene a la sangre, reconoce en dis- tinta medida la conformación pulsátil de las transferencias anteriores, de for- ma tal, que en zonas alejadas del ventrículo se manifiesta un caudal sanguíneo no discontinuo donde interviene la totalidad del tiempo de revolución.

Para una dada revolución es:

;E = ©S • — nR ‘ nS TI

‘«K

(2.C.8)

con la (2.c.3) y sumando para la totalidad de las revoluciones se tiene:

V /r r -

ü -Vfcng — —0 — ¿J ®R„ • ^ng • -R,

«g=l riR=ng=l

v a q __ x' = y

U ~*V/?g — o — L 5=1 n

Análogamente a (2.C.5) se tiene:

(2.C.9)

— »R=«g

© =

= >lo = l J v

l °»S • '«»,

(2.C.10)

?lR=ng==1

Con (2.C.9) resulta ser:

X'f

V p

¿ * tR«R

?iR=ng=1

(2.C.11)

que expresada en términos de funciones de pulsos y con (2.b.2) es:

— X'

? = -y--.; — •

“ X (H'/YvD)ng ! [t — (ws — 1) Tr] — U [t — Ws • Tr] j dt (2.C.12)

£VD ng=l Jo

con (2.b.3) se obtiene:

H/

l í °° (H'/ VYD)?lg | u [t - (rs - 1) tr] -ie[í-ns.TR]idí (2<C* = 1 J o

13)

«g=l J o

UNA NUEVA EXPRESIÓN DEL CAUDAL CARDÍACO

57

Esta es la acuación fundamental para obtener el caudal cardíaco <p en tér- minos de funciones de pulsos que se obtienen del registro radiocardiográfico.

2.d) Sobre la aplicación experimental

Bajo ciertas condiciones experimentales (2!1) y (44) en las que se utilizan diluciones salinas, y colorantes y material radiopaco, se han demostrado dife- rencias de concentraciones para estos trazadores, entre los valores obtenidos fuera y dentro de la cámara ventricular, así como diferencias en la uniformidad.

Si esto mismo sucediera cuando se usa un trazador radiactivo, la expresión de la concentración, implícitamente dada en (2.b.l):

Cng = (X'/VYD)ns

debe modificarse en un valor «, quedando:

C„s = (X'/a . VyD)ng

donde a considera un defecto de concentración promedio a la salida, con res- pecto a la concentración promedio dentro del ventrículo. Ese defecto se debe a que en la figura 1 se toman los valores a partir de tm donde entra sangre sin radionucleído al ventrículo, a la que se agrega una anatomía ventricular donde la proximidad de las regiones de entrada y salida de sangre inhibe mezclados más uniformes.

Así:

y la ecuación (2.C.13) sería:

o = — — —

l I (H'/xYvD)ns í « [< — (»S — 1) Tk] — m [i — »s • Te] i dt (2-d-1) »S=1 J 0

3. Discusión

Los principales aspectos a señalar son:

a) La ecuación (2.C.13) y la (2 . d . 1) utilizan solamente una parte del radiocardiograma a partir de tQ.

Esta parte también es utilizada por otros autores, pero con la suposición de una salida exponencial del tipo:

y donde:

H'Wg = H\ . e~ns • *s ■ Ts

Te s = -

_l_ln Vyp — Vs TS VyD

(3.1)

(3.2)

que también permitirá obtener el caudal, conociendo, como se hace en (2.C.13) el Vvd.

Como consecuencia de lo expuesto en (2.d), las expresiones (3.1) y (3.2) son de difícil cumplimiento, lo cual se tiene en cuenta en (2.d.l).

58

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

Ademán hay otras condiciones que invalidarían (3.1) y (3.2). que son:

1 . En revoluciones sucesivas de registro el volumen de sístole ventri- cular (Vs) puede ser distinto.

2. En revoluciones sucesivas de registro el tiempo de sístole (t„) puede ser distinto.

3. El volumen de cámara del ventrículo derecho (Vvd) puede variar de una revolución a otra.

b) El análisis matemático sigue la mecánica del proceso, que se realiza mediante una salida del fluido pulsátil considerada en la expresión (2.c.7) .

Métodos clásicos en uso, utilizan expresiones derivadas para pasajes con- tinuos de fluidos, de validez discutible si se aplican con valores obtenidos desde la figura 1.

c) Las expresiones (2.C.13) y (2.d.l) no requieren el uso de eficiencia de registro.

Métodos clásicos en uso, que utilizan expresiones derivadas para pasajes continuos de fluidos, requieren eficiencias de registro que implican complica- ción experimental en cuanto a los colimadores de detección.

d) La inclusión de qWs en la expresión (2.C.13), que conduce a (2.d.l), exige el conocimiento de un nuevo factor para obtener el verdadero caudal <p .

NOTA. — El presente trabajo forma parte de las tareas realizadas en cum- plimiento del “Programa Conjunto de Investigación en Biomatemática”, em- prendido por convenio celebrado entre la Comisión Nacional de Energía Ató- mica y la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (U.B.A.), contando con el apoyo de un subsidio del Fondo Especial para la Investigación Científica, otorgado por la Universidad de Buenos Aires, por Resolución N° 993/68.

Fue presentado en el 9° Simposio de Biomatemática y Ciencias de la Com- putación en las Ciencias de la Vida, celebrado en Houston, (U.S.A.) del 22 al 24 de marzo de 1971, siendo expuesto por el Dr. Máximo E. Valentinuzzi, a quien los autores expresan su agradecimiento por la intensa tarea desarrollada.

4. Nomenclatura

Símbolo Significado

t : tiempo.

A t : espacio de tiempo. ts : tiempo de sístole ventricular. ir : tiempo de revolución cardíaca. ws : número de sístole ventricular.

C«sí concentración de radiactividad en un punto inmediato al ventrí- culo derecho y dentro de la arteria pulmonar, durante una sístole ventricular.

UNA NUEVA EXPRESION DEL CAUDAL CARDIACO

59

Símbolo Significado

X' : actividad del radionucleído en el ventrículo derecho.

X(t) : dosis de material radiactivo en corazón en el instante i.

XQ : dosis de material radiactivo inyectada.

X'0 : dosis de material radiactivo presente en el ventrículo derecho en el instante tQ.

Vvd : volumen de cámara del ventrículo derecho.

tQ : instante a partir del cual solamente hay radiactividad en el ven- trículo derecho.

H'«s • velocidad de contaje al comienzo de la sístole ventricular número ns , contando a partir de tQ.

£vd : eficiencia de medición del ventrículo derecho. dV (t) /dt : variación del caudal dado por el ventrículo derecho en el ins- tante t.

?s . caudal sistólico medio durante la sístole ventricular número ns. A Y«s •’ variaci®n del volumen de cámara del ventrículo derecho entre comienzo y fin de la sístole ventricular número ns.

0S ; caudal medio sistólico.

_ : número de revoluciones cardíacas.

caudal medio cardíaco durante la revolución número í*r © : caudal medio cardíaco.

AQwg: dosis de radiactividad expulsada durante una sístole ventricular. a^s • factor de corrección por diferencias de concentraciones promedio dentro y fuera del ventrículo.

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SERIE I. CIENCIAS, N° 35

ISSN 0037-8437

LA INERCIA DE LA ENERGIA EN ATOMOS HIDROGENOIDES

Por JORGE A. GUALA 1

RESUMEN

Se estudia la influencia de la pérdida relativista de masa en el sistema núcleo-electrón. Se establece que la distribución de dicha pérdida es tal que afecta casi únicamonte la masa del electrón. Se determinó cómo afecta esto la exdresión teórica de los niveles energéticos y se llega a los efectos se manifiestan en los valores experimentales. El valor calculado para el potencial de ionización de Li+* concuerda con la determinación espectroscópica.

ABSTRACT

The influence of the relativistic mass loss on the system nucleous-electron was studied. The mass los distribution is such that in all cases of experimental relevance only afíects the electrón mass. This efifect was taken into account in the theoretical evaluation of the energy levels for hydrogen-like ions. The results compare satisfactorily with the spectros- copíc measurements for the case of Li+I.

LA ENERGIA TOTAL DE LOS SISTEMAS MONOELECTRONICOS

Tanto la descripción elemental de Bohr como la aproximación cuántica no relativista dan, como valores permitidos de la energía de los hidrogenoides, en la aproximación de masa nuclear infinita,

Ew =

— Z2m0e4 1

2 ¡i2 n2

m

R^ = 13,605826eV es la constante de Rydberg.

Haciendo n = 1 en ec. 1 se tiene la más baja de las energías permitidas al sistema, que debe coincidir con el potencial de ionización.

Reemplazando valores numéricos en (1) se obtienen, en general, resultados que difieren de los experimentales, siendo varias las causas de tales discre- pancias. Una de ellas es la finitud de la masa nuclear, cuya consecuencia es la participación del núcleo en el movimiento atómico. La corrección se logra reemplazando masa electrónica por masa reducida.

E

n —

— Z2mrei 1

2}? ñ2

— Z2B,xmr 1 m0 n*

(2)

Departamento de Química y Física, Universidad Nacional de Río Cuarto.

64

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Este efecto es el más importante en los átomos ligeros, pues en el caso del hidrógeno el cociente mG/mr vale aproximadamente 1.00054.

Si se toman en cuenta efectos relativistas (Sommerfeld. Di rae) resulta para la energía, en primera aproximación.

E „ =

?r

q2Z2 / 1

n + 1/2

(3)

j = 1 — 1/2; 1 = 0,1,2..., n- 1

a = 7,29735 10-3 es la cte. de estructura fina de Sommerfeld (2) .

Otro efecto, de menor orden, también tratado teóricamente, es el debido a la interacción entre el electrón y su propio campo. La contribución ener- gética se conoce como corrimiento Lamb (3).

Lo que no tienen en cuenta las teorías anteriores es el efecto inercial debido a la energía potencial. En primer lugar, la masa que figura en (1) y (3) no puede ser la masa en reposo, mG, sino la masa electrónica en el campo de fuerzas considerado, masa que dependerá de la energía total del mismo.

El efecto neto es una disminución de la masa proporcional a dicha energía. Esto es consecuencia del principio de conservación de la masa, pues al acer- car, desde el infinito, un electrón al núcleo (inicialmente ambos en reposo relativo) se desprende una cantidad bien definida de energía. Si tras la transformación queda el átomo en su estado fundamental, la energía liberada, E, será igual al potencial de ionización.

Por ser la energía y la masa magnitudes inseparables (4i. la energía libe- rada al formarse el átomo lleva consigo la masa dm = E/c2.

Teniendo en cuenta (1) y llamando E0 a la energía del II en su estado fundamental, dicha masa valdrá aproximadamente.

dm = Z2E 0/c2 (4)

DISTRIBUCION DE LA PERDIDA DE MASA ENTRE LOS COMPONENTES ATOMICOS

Conocida la disminución de masa que acompaña la formación de un átomo, es preciso conocer de qué manera se reparte aquella entre las partes (núcleo electrón). Por ser la energía cinética, T, proporcional a la masa reducida (5), y esta última aproximadamente igual a la masa electrónica, resulta que prác- ticamente la totalidad de la energía cinética está adscrita al electrón. Esto es cusa de que la masa del electrón experimente un aumento dado por T/c2.

Queda por averiguar cómo se reparte la energía potencial entre los dos cuerpos, problema ya planteado por L. de Broglie (1924), quien expone correctamente el hecho físico, pero desconoce qué fracción de la energía po- tencial corresponde a cada una de las partes (6) .

En 1964 L. Brillouin (7) estudia el problema de la distribución de la energía potencial asociada a un par de partículas eléctricamente cargadas, llegando a la conclusión de que aquella se reparte por igual entre ambos cuerpos.

Recién en 1968 J. Palacios (8) da la solución definitiva al problema, de- mostrando que:

LA INERCIA DE LA ENERGÍA EN ATOMOS HIDROGENOIDES

65

“Cualesquiera que sean las interacciones, con tal que consistan en fuerzas iguales y contrarias, la energía potencial debe distribuirse entre ambos cuerpos en razón inversa de sus masas propias”

U _ ni' U' ni

(5)

Volviendo al problema que nos ocupa y dada la pequenez de la masa elec- trónica, comparada con la masa nuclear, resulta, en virtud de (5) que prác- ticamente la totalidad de la energía potencial está localizada en el electrón. Obviamente, la masa asociada con dicha energía también estará localizada en el electrón.

La energía potencial es responsable de una disminución de masa igual a U/c2. Este resultado, sumado al efecto debido a la energía cinética conduce, con el auxilio del teorema del virial (E = — T =1/211) a la siguiente conclusión :

Dentro del átomo hidrogenoide la masa del electrón experimenta un au- mento dado por E/c2 y una disminución que vale 2E/c2. El resultado neto es una disminución dm = E/c2 = Z2E0/c2. Para el hidrógeno vale aproxi- madamente 0,000242 10-31 kg.

EFECTO DE LA INERCIA EN EL ION LI + 2

Para aplicar debidamente las ideas antes expuestas es necesario expresar cuánticamente la ley fundamental de la dinámica para una partícula cargada que se mueve libremente en un campo eléctrico.

La expresión de dicha ley es (9) , para un corpúsculo de carga Q que se mueve con la velocidad v en un campo de potencial V,

a v

— Q (1 — v2/c2)dl 2 grad V = m — (6)

Aún sin abordar por el momento tal problema, tratemos de aplicar el efecto inercial discutido a algún sistema real que pueda considerarse clásicamente.

Parecería indicado referirse al H o al He + , pues al ser los menos energé- tico, menores serán las correcciones relativistas (proporcionales a a2Z2). Pero, según vimos en (1) para estos sistemas, la corrección por masa nuclear finita es la más significativa.

Para el Li + 2 la situación cambia, ya que el cociente m0/m vale 1,00024 en tanto que M + m/M no supera a 1,00008. La masa reducida del ion, en su estado fundamental, valdrá mM/M-f m, donde m es la masa electrónica: m = mQ — dm = (9,109558 — 0,002178) 10~31 kg, y M es la masa nuclear.

Con estas consideraciones la ec. (2) da, como primera aproximación de la energía del Li + 2 en su estado fundamental:

9 X 13,605826 X

9,10738*1 1

9,109558 X i,UUUU8

122,413 eV

Aplicando (3) junto con la corrección por masa nuclear finita resulta:

66

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

9 X 13,605826 X-?|^= 122,457 .V

El valor experimental del potencial de ionización del Li + 2, obtenido por técnicas espectroscopias pO) vale 122,419 eV.

Como se ve, el tomar en consideración los efectos inerciales debidos a la energía total conduce a una ajustada predicción teórica del potencial de ionización.

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SERIE II. CIENCIAS APLICADAS, No 38

ISSN 0037-8437

UN RESUMEN DE RECIENTES INVESTIGACIONES ANALITICAS Y EXPERIMENTALES SOBRE CABLES OCEANOGRAFICOS

Por Dr. Ing. PATRICIO A. A. LAURA, Ph.D. 1 *

SUMARIO

Requerimientos modernos de sistemas oceanográficos hacen imperiosa la necesidad de conocer en forma detallada el comportamiento dinámico-estructural de sistemas de cables.

Aplicaciones corrientes y futuras son: sensores remolcados a alta velocidad, la opera- bilidad de vehículos e instrumentos a grandes velocidades, el uso de boyas con sensores acústicos, etc.

En este trabajo el autor describe algunos de los problemas de investigación estudiados en el Proyecto Themis: Dinámica de Sistemas de Cables (Departamento de Defensa, Washington, D.C.) del cual fue director desde su creación hasta el año 1970.

ABSTRACT

Mechanical cables have long been used for towing, remóte control or for the supplying of communication or other Service links between two vehicles. Operational requirements now imposed by both commercial and military interests demand a deep understanding of the behavior of such fairly complex structural system.

Some of the research programs undertaken by the author and his associates and per- formed under the Themis Program (Defense Department, Washington D.C.) are described in the present paper.

INTRODUCCION

El análisis de sistemas de cables sometidos a la acción de fuerzas que son originadas por el movimiento relativo del elemento sólido con respecto a un medio fluido, ha sido impulsado por diversos problemas de ingeniería ocea- nográfica: remolque, amarre de barcos y boyas; operaciones de salvamento, etcétera.

Las primeras investigaciones fueron originadas por fallas de cables que tuvieron lugar en el primer intento de colocación de un cable transatlántico en el verano de 1875. Dos artículos fueron escritos por Lord Kelvin sobre el tema (L 2) .

Durante la primera guerra mundial los estudios sobre cables mecánicos estuvieron relacionados con operaciones bélicas (3* 4) .

1 Miembro : Carrera del Investigador Científico, Consejo Nacional de Investigaciones

Científicas y Técnicas. Profesor Titular, Departamento de Ingeniería, Universidad Nacional

del Sur, Bahía Blanca.

08

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

En el transcurso de la segunda guerra mundial varios estudios tuvieron su origen en el remolque de planeadores, blancos de tiro y equipos barremi- nas, así como remolque de embarcaciones de diversas categorías y amarre de boyas bajo condiciones de régimen.

Poco antes de mediados del siglo XX algunos investigadores comenzaron estudios relacionados con la respuesta dinámica de cables mecánicos. W. H. Phillips fue un verdadero pionere de esta área (5). Estos primeros estudios consideraron el movimiento violento de objetos remolcados en el aire, que según se había observado, experimentaban violentas secudidas a altas velo- cidades.

En épocas más recientes la generación de nuevos requerimientos de la in- geniería oceanográfica ha hecho crítica la necesidad de conocer con más exac- titud el comportamiento dinámico-estructural de sistemas de cables \

Aplicaciones corrientes y futuras son: uso de antenas de radio remolcadas por submarinos en movimiento; operabilidad de vehículos e instrumentos a grandes profundidades; el uso de boyas con sensores acústicos para detectar la caída de cápsulas espaciales; etc.

Todas estas aplicaciones requieren el poder predecir tensiones estáticas y dinámicas en un sistema de cables para asegurar máxima resistencia del ca- ble con mínimo tamaño, peso y costo.

Un programa general de investigaciones comenzó en Catholic University of America (Washington D.C.) en el año 1968 con el auspicio del Departa- mento de Defensa de los Estados Unidos de Norteamérica con el nombre: Themis Program, Dynamics of Cable Systems bajo la dirección del autor á (ver cuadro 1).

El programa considera tres áreas generales de investigación (8) :

A. Estudios básicos desde el punto de vista de mecánica de sólidos.

B . Sistemas elementales de cables.

C. Sistema operacionales de cables.

A continuación se presenta na breve reseña de algunos de los problemas estudiados en cada una de las áreas mencionadas anteriormente.

A. Estudios básicos desde el punto de vista de mecánica de sólidos

A. 1 Determinación de propiedades mecánicas y emisión acústica en el caso de rotura.

Esta investigación se ha limitado a la determinación de los módulos de elasticidad y de Poisson, cargas de rotura y emisiones acústicas producidas por las ondas de tensión liberadas al producirse la rotura de alambres del cable (MO).

Es interesante mencionar que los valores del “módulo de Poisson” deter- minados difieren grandemente del valor 1/2 que corresponde al caso límite

1 Compilaciones bibliográficas sobre el tema han sido realizadas bajo los auspicios del Departamento de Defensa (EE.UU.) 6,7.

2 El autor regresó a la Argentina en julio de 1970. El programa continúa en Washington bajo la dirección del Dr. M. J. Casarella.

69

INVESTIGACIONES SOBRE CABLES OCEANOGRAFICOS

Figura 1

de medios sólidos continuos, ya que en el caso de un cable, el ‘“módulo de Poisson” incluye un acercamiento entre fibras y cordones. Este efecto puede ser de importancia en la determinación de cargas hidrodinámicas que actúan en el cable. Los cables fueron ensayados en una máquina Universal Tinius

Figura 2

Figura' 3

Figura 4 (Referencia 9)

INVESTIGACIONES SOBRE CABLES OCEANOGRAFICOS 71

Olsen (120.000 libras) con diferentes condiciones en sus extremos: tambor con fricción (figura 1) y grilletes (figura 2).

No se notaron variaciones apreciables en las cargas de rotura al utilizar ambos dispositivos, pero se obtuvo una diferencia del orden del 10-15 °/o en la determinación de los módulos elásticos. Esta diferencia se debe en gran parte al deslizamiento que tiene lugar entre el cable y el tambor, modifi- cando la curva tensión-deformación.

La Figura 3 muestra el “set-up” utlizado para la detección de la emisión acústica en el caso de fractura de fibras. Resultados típicos se muestran en la Figura 4.

A. 2 Determinación de coeficientes de fricción interna en ensayos vibratorios.

Propagación de pulsos longitudinales.

En la Ref. 11 se presenta un estudio detallado de las propiedades diná- micas de cables de acero. Se ha considerado un modelo matemático viscoso para representar el amortiguamiento interno del cable, habiéndose realizado experiencias tanto en aires como en agua en el caso de vibraciones longitu- dinales.

Chung presenta también una expresión empírica que relaciona a la ve- locidad de propagación de una onda longitudinal C0 con el módulo elástico E y la densidad del cable de acero, siendo ésta:

C0 = K„ (E/p)V*

«Fig. 5. — Comparación de resultados de C0 (cable de acero de 7 X 19

72

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

donde S = W/A.g, W el peso por unidad de longitud del rabie y A su sec- ción. El coeficiente Kv depende del tipo de construcción del cable.

En los ensayos realizados con el objeto de determinar E. los cables fueron asegurados mediante grilletes, siendo E la tangente trigonométrica de la pen- diente a la cuva-deformación. La Figura 5 muestra una comparación de los resultados obtenidos para CG utilizando diversos procedimientos.

Determinaciones experimentales de CD fueron también realizadas por Van- derveldt y Gilheany (12).

A. 3 Técnicas de fotoelasticidad dinámica

La meta de esta parte de la investigación .llevada a cabo en el proyecto Themis es poder llegar a una comprensión básica de sistema boya-cable-medio fluido mediante métodos fotoelásticos.

Algunos fluidos exhiben propiedades birrefringentes que son muy sensi- bles a la acción de tensiones tangenciales inducidas por flujo del fluido. La Figura 6 muestra el compo de tensiones en un medio fluido producido por el movimiento del sistema boya-cable-fluído. La excitación es producida por un aparato electromecánico que induce ondas supreficiales en la superficie del fluido birrefringente. Varios estudios han sido publicados por el Profe- sor A. J. Durelli y sus colaboradores como resultado de las investigaciones realizadas (la> 14) .

Figura 6

INVESTIGACIONES SOBRE CABLES OCEANOGRAFICOS

73

Es interesante mencionar el hecho de que a raíz de estos estudios se han originado otras investigaciones (15), vinculadas con problemas de cables pero de naturaleza física más básica, como ser el fenómeno de propagación de ondas en medios continuos sujetos a tensión inicial.

Este problema es de interés en varios campos de la ciencia aplicada: geo- física, acústica, ingeniería estructural, etc. La Figura 7 muestra algunos re- sultados obtenidos por Clarck, Durelli y Laura (15).

T^Wetqht tor prestressln$

E -80 (tt¡

psi-ln/fr I ms ctetay Center freq. «80 h?

4. 55 ibs

7. 70 Ibs

25.05 Ibs

28%

Figura 7 (Referencia 15)

A. 4 Fenómeno de impacto en cables producido por inestabilidad dinámica

Laura y Goeller han considerado un problema básico de inestabilidad di- námica, que es de interés en ingeniería oceanológica y otras ramas de la tec- nología (16). Se analiza el comportamiento de un cable del cual está suspen- dido una carga útil en un extremo y en cuyo extremo superior se aplica un desplazamiento excitador sinusoidal.

Si el esfuerzo resultante en cualquier sección es siempre de tracción, el cable se comporta como una barra sólida y un análisis posible consiste en hacer uso de la ecuación de la onda en un dimensión teniendo en cuenta los efectos de amortiguamiento de dos tipos: externo y intemo.

Aumentando la frecuencia de excitación se llega a un estado de tensio- nes de compresión y la configuración recta de equilibrio no es más estable, dado que la rigidez a la flexión de un cable es en general despreciable. El peso suspendido asciende en “vuelo libre” y luego cae produciéndose severas condiciones de impacto.

74

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

La Referencia 16 contiene un revisión de investigaciones recientes (17>1íh, realizadas por los autores llegándose a conclusiones de interés práctico direc- to por un lado y por otro, se añade una modesta contribución analítica y experimental a la teoría general de la estabilidad dinámica.

Para mayor generalidad se considera un sistema de cables segmentados (por ejemplo acero en la parte superior y nylon en la inferior) (Figura 8). Tales sistemas son comunes en oceanografía para prevenir fallas del sistema, ya que, en una enorme cantidad de experiencias realizadas, los peces muerden el cable de nylon hasta profundidades que llegan a varios cientos de metros dependiendo del tipo de fauna marina (20) .

icOt

Si el sistema cable-peso útil suspendido se comporta como una barra rí- gida el modelo desarrollado por los autores (17) considera al problema como una de dinámica de un medio continuo. Cuando el sistema se vuelve ines- table es más conveniente considerar al sistema dividiéndolo en elementos discretos (18) .

ANALISIS DEL PROBLEMA DE INESTABILIDAD DINAMICA

En este caso resulta más conveniente considerar al sistema como uno de dos grados de libertad y ha sido estudiado en detalle por los autores en la Ref. 18.

La naturaleza viscoelástica de cada segmento de cable es representada por un modelo Yoigt. Se supone que las fuerzas de interacción que actúan en el cable y en la masa suspendida son proporcionales al cuadrado de la mag- nitud de la velocidad instantánea.

INVESTIGACIONES SOBRE CABLES OCEANOGRAFICOS

75

Dado que la inestabilidad del sistema tiene lugar cuando la fuerza total que actúa en el cable es cero o menor que cero es conveniente expresar al estado dinámico del sistema referido al estado del sistema cuando no existen tensiones mecánicas.

Incrementando el valor de la frecuencia de excitación co uno llega a un valor crítico de la frecuencia circular (co0) para cualquiera de las tres situa- ciones siguientes:

a) la fuerza F2 en el segmento inferior es cero.

b) la fuerza F3 en el segmento superior es cero.

c) las condiciones (a) y (b) ocurren simultáneamente.

Se examina a continuación la condición de inestabilidad (a) . En este caso F2 posee valor nulo y tiende a volverse negativa mientras que F3 es positiva:

F2 {t, G>) = (#2 ' #3) d“ L2 (*®2 ' ^3) == O

F3 (í, w) — k3 (x3 - + 03 (x3 ■ xx) > O

Por consiguiente durante el régimen (a) F2 (t, w) debe tomarse igual a cero, dado que en la práctica la estructura del cable no puede absorber es- fuerzos de compresión significativos.

El análisis de las condiciones (b) y (c) es similar.

El procedimiento computacional es el siguiente: se comienza con valores pequeños de w y se comienza a “alimentar” de este modo al programa dán- dole también los parámetros físicos restantes.

Los valores de fuerzas y desplazamientos se computan en función del tiem- po y a cada paso se verifican las condiciones de inestabilidad. Se incrementa la frecuencia en forma monotónica y el procedimiento se continúa basta que se llega a una de las condiciones de inestabilidad a), b) o c) .

El programa calcula entonces los desplazamientos dinámicos en función del tiempo hasta el instante en que la fuerza se vuelve positiva en cada seg- mento.

INVESTIGACION EXPERIMENTAL

Los experimentos considerados necesarios para verificar la teoría desarro- llada por los autores, fueron llevados a cabo en el Tanque Hidrobalístico del Naval Ordnance Laboratory (Armada Norteamericana) White Oak, Md. (EE. UU.) (ver Fig. 9). El mecanismo excitador está colocado en la cubierta del tanque y el cable pasa a través de un orificio de la cubierta. El mecanismo excitador es mostrado en detalle en la Fig. 10.

Es importante señalar que el sistema excitador y su infraestructura fueron diseñados con una gran rigidez en comparación con los sistemas de cables que se investigaron de modo que no contribuyeran de manera apreciable a las propiedades elásticas de los sistemas en investigación.

Las fuerzas fueron medidas mediante células de carga colocadas en los dos extremos del cable.

Una célula especial fue diseñada utilizando extensómetros eléctricos cui- dadosamente aislados del medio líquido, para medir esfuerzos dinámicos en el extremo inferior del sistema.

76

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Figura !*

Para verificar la respuesta del oscilógrafo ( tipo Beckman) en condiciones de impacto, se llevaron a cabo varias experiencias utilizando un O?cilógrafo Visicorder Honeywell equipado con galvanómetros que daba una respuesta válida hasta 50 kilohertz.

Figura 10

INVESTIGACIONES SOBRE CABLES OCEANOGRAFICOS

77

Tipos de Cables Investigados

Se estudiaron dos tipos de sistemas de cables: a) cables de acero y b) sistemas segmentados acero-nylon, los cables de acero fueron del tipo común- mente usado en la industria aeronáutica, ya que es posible conseguirlos en diámetros muy pequeños. Se usaron cables de 0,0625 y 0,09375 pulgadas res- pectivamente y todos fueron 7X7.

Se utilizó cable de nylon de 0,25 pulgadas de diámetro cuya carga de rotura es del orden de 1.100 libras.

Resultados de gran interés práctico han sido publicados por Paquette y Henderson21. Siguiendo recomendaciones de estos autores en el presente tra- bajo se utilizó una constante de resorte efectiva basada en la medición de la frecuencia natural de vibración de una masa Me suspendida del cable. El valor de esta constante es Tce = Mg . .

Es interesante hacer notar que el valor de ke obtenido en agua es mucho más pqeueño que aquel obtenido en aire; este fenómeno puede deberse a un efecto lubricante del medio líquido al actuar entre las fibras del cable de nylon.

RESULTADOS EXPERIMENTALES

El número de experiencias realizadas fue muy grande y solamente se infor- ma aquí sobre algunas de las más significativas.

En la figura 11 se muestran valores máximos de fuerza en el extremo superior de un cable de acero de 1/16" vibrando en agua. El valor de frecuencia crítica predecido por la simple teoría desarrollada por los autores está en acuerdo excelente con el valor obtenido experimentalmente. La teoría predice sucesivos máximos y mínimos relativos en la relación funcional que se muestra gráficamente en la figura 11. El primer valor máximo de fuerza de acuerdo con la teoría es de 155 libras para / = 1,28 Hz, (Punto A) y el valor obtenido experimentalmente fue de 150 libras. En algunas de las expe- riencias realizadas los esfuerzos dinámicos fueron nueve veces mayores que los estáticos. Resulta obvio concluir que este hecho debe ser tenido en cuenta en el diseño de sistemas de cables si las frecuencias de excitación están pró- ximas a la crítica.

Desde el punto de vista del ingeniero de diseño hay varias soluciones posibles. Una solución consiste en utilizar amortiguadores y elásticos en el extremo inferior del cable. Esto se logró de un modo muy simple por los autores colocando un segmento de cable de nylon en el extremo inferior del cable de acero. De este modo se agregó a un cable de acero de 3/32" un segmento de cable de nylon de 6 pies (diámetro: 1/4"). El máximo valor del esfuerzo dinámico se muestra en la figura 12 en función de la frecuencia de excitación.

En la figura 13 se muestran resultados experimentales para el esfuerzo máximo en el extremo superior de un sistema segmentado (amplitud de osci- lación: 2").

Este problema de inestabilidad dinámica es de gran interés en sistemas de transporte de carga mediante helicópteros.

MAXIMO ESFUERZO EN. EL EXTREMO SUPERIOR (Libras)

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ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

Fig. 11. — Esfuerzo máximo total en el extremo superior de un cable de acero de '/l6,f en función de la frecuencia de exitación (Referencia 16)

Fig. 12. — Esfuerzo máximo total en el extremo superior de un sistema segmentado de cables vibrando en agua (X0 = 2 pulgadas). (Referencia 16)

INVESTIGACIONES SOBRE CABLES OCEANOGRAFICOS

79

Es importante mencionar también, que resultados obtenidos en experien- cias realizadas por la Armada Norteamericana en el año 1971, han coincidido con gran precisión con los valores determinados utilizando el modelo mate- mático desarrollado por los autores.

Fig. 13. — Esfuerzo máximo total en el extremo superior de un sistema segmentado de cables vibrando en agua : comparación de resultados y experimentales (Referencia 16)

B. Sistemas Elementales de Cables

B . 1 — V ibraciones Forzadas de Sistemas Segmentados de Cables

El primer experimento que será analizado es el realizado con un cable de 3/32 pulgadas de diámetro y 62 pies de largo del cual se suspendió la carga útil. La longitud “seca” del cable fue de 16,5 pies y la “mojada”: 45,5 pies.

El experimento comenzó aplicando una amplitud de 3 pulgadas. Se ob- tuvieron condiciones de régimen casi inmediatamente. A bajas frecuencias la respuesta fue prácticamente sinusoidal, pero a medida que la frecuencia au- mentaba se observaron' irregularidades en la curva de respuesta. Estas irregu- laridades son atribuibles a la existencia de amortiguamiento externo no lineal y están en buen acuerdo con los resultados obtenidos en una computadora analógica para un sistema de un grado de libertad.

FUERZA ( Lbs.) FUERZA (Lbs.)

80

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTÍFICA ARGENTINA

5.0 r-

SISTEMA

CABLES

CABLE DE ACERO OE OE

DIAMETRO Y 62 PIES DE LAR60

CABLE DE MYLOIt DE Y

6 PIES DE LAR60.

CAR&A UTIL

ESFERA DE ALUMINIO DE 26.9 ÜBPAS

Fig. 14. — Comparación de resultados analíticos y experimentales (sistema comportándose como barra). (Referencia 17)

20

f = 0.807 Hz

Fma* = 26 L*5'

f = 0 95 Hz

”40 -

: WWWV2» zAA/UWlA/'

1 SEB

z. 0

1 SEB

®

40 -

20

0

;W\M/\AA/Wia^/w\a

f= 1.02 Hz 1 SEB— H— J f= 1Hz p = 31 Lbs “

MAX

©

\

Fig. 15. — Valores de fuerza medidos experimentalmente en el extremo superior de un cable de acero de l¡l6" vibrando en agua (Referencia 17)

INVESTIGACIONES SOBRE CABLES OCEANOGRAFICOS

81

Comparación de Resultados Analíticos y Experimentales

La Figura 14 muestra muestra resultados analíticos y experimentales en los rangos de frecuencia en que el sistema se comporta como una barra. El acuerdo es excelente para frecuencias inferiores a la fundamental, pero no tan bueno para frecuencias superiores. Estas discrepancias se deben proba- blemente a complejidades del comportamiento mecánico del cable de nylon y efectos nolineales en el amortiguamiento externo 3.

Las Figuras 15 y 16 muestran resultados experimentales y teóricos (obte- nidos en una computadora analógica) para un cable de 1/16" sometido a frecuencias de excitación inferiores a la crítica. Es interesante hacer notar que las magnitudes de fuerzas y formas de los pulsos comparan muy bien.

Fig. 16. — Resultados obtenidos mediante una computadora analógica (cable de acero de i¡i 6"). (Referencia 17)

B . 2 — Movimiento Tridimensional de Sistemas Remolcados

En una primera etapa de esta investigación se han investigado y obtenido nuevas expresiones que predicen la carga hidrodinámica que actúa sobre el cable. Las ecuaciones obtenidas están en concordancia con los valores experi- mentales obtenidos por otros investigadores 22.

Las ecuaciones de movimiento gobernantes resultan ser ecuaciones diferen- ciales ordinarias no lineales. En la figura 17 se indica esquemáticamente el problema analizado por Choo 22.

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ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

B . 3 — Estabilidad Dinámica de un Cable Remolcado

El propósito de esta investigación es estudiar el movimiento lateral de un cilindro esbelto, flexible y situado en un flujo paralelo al eje del mismo» Este modelo puede ser aplicado a situaciones de gran interés práctico, tales como el remolque de antenas e hidrófonos desde submarinos. Un parámetro de gran importancia es la relación L/D, donde L es la longitud del cilindro flexible y D es su diámetro. Las investigaciones realizadas por Pao 23 indican que la estabilidad del cilindro está regida por la porción del mismo que e*tá situada aproximadamente 25 diámetros del extremo libre.

r

9

Fig. 17. — Predicción de la configuración tridimensional de un cable y de la posición del objeto remolcado en condiciones de régimen

C. Sistemas Opekacionales de Cables

C.l — Comportamiento Dinámico de un Sistema de Cables Utilizado para Movilizar un Objeto o Estructura Asentada sobre el Fondo del Mar.

La recuperación de objetos semi-enterrados en sedimentos del fondo del océano es una cuestión de gran importancia en ingeniería oceanológica 24. Una aplicación común de este problema tiene lugar en operaciones de salva- mento y recuperación de embarcaciones hundidas. Históricamente es e inte- rés mencionar que la primera información técnica sobre el problema es el caso el hundimiento del barco a vapor SODRA SVERIGE, que tuvo lugar

INVESTIGACIONES SOBRE CABLES OCEANOGRAFICOS

83

en 1896 en el mar Báltico y a una profundidad de 56 m. El barco se hundió 10 m en sedimentos en el primer año. Se calculó en ese entonces que el peso sumergido de la embarcación era de 545 toneladas y que una fuerza de 327 toneladas sería suficiente para liberar la embarcación de los sedi- mentos. Se emplearon 16 pontones con una capacidad total de elevamiento de 872 toneladas y la operación fue exitosa 25.

En sí el problema es común en cualquier operación de izamiento, de an- claje de boyas y embarcaciones, como así también, una cuestión de sumo interés en el desarrollo de estructuras habitables proyectadas para un futuro inmediato y con el fin de emplazarlas sobre el fondo del océano.

Oí

Es importante mencionar que las fuerzas de adhesión y de succión, ac- tuando sobre el objeto, pueden ser varias veces mayores que el peso del objeto sumergido. Esrig y Henkel 26 han estudiado la posibilidad de hacer disminuir estas fuerzas haciendo pasar una corriente eléctrica entre el objeto y un electrodo enterrado en las cercanías del mismo. El transporte electrosmótico de agua a la superficie del objeto y la producción de gas por electrólisis han reducido la adhesión y la succión en ensayos de laboratorio realizados en la Universidad de Cornell.

Importantes investigaciones experimentales han sido realizadas por Muga 25 y V eic 27.

Los estudios previamente citados son en esencia quasiestáticos, dado que no tienen en cuenta la naturaleza dinámica del problema. Las fuerzas en juego

84

ANALES I>E LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

son funciones del tiempo y una vez que el objeto es arrancado de los sedi- mentos, una porción de la fuerza total aplicada e« liberada y resulta una con- dición dinámica transitoria. Desde el punto de vista del diseño del sistema de cables, es importante la posibilidad de cargas de impacto producidas por la caída del objeto después de su vuelo libre una vez que el objeto es liberado.

A continuación se describe el procedimiento experimental seguido.

La acción de los sedimentos ha sido aproximada por un pequeño segmento de cable de nylon cuyo extremo inferior está conectado al fondo del tanque y cuyo extremo superior está conectado a una esfera de aluminio de un peso total de 10 kgs (en agua: 7,85 kg). El sistema cable-esfera-resorte fue preten- sado a una fuerza constante que simula la acción de los equipos del pontón o embarcación usados para recobrar el objeto en consideración. La liberación del objeto fue lograda con un cortador explosivo adherido previamente al cable de nylon (Figura 18).

El test es conducido en dos fases. En la primera se estudian las vibra- ciones forzadas en estado de régimen del sistema. En la segunda se observa el comportamiento dinámico del sistema cuando la esfera es liberada. Los experimentos fueron realizados en el Tanque Hidrobalístieo (Fig. 10).

Primera fase: Oscilaciones Forzadas

En la figura 19 se muestran los resultados experimentales obtenidos al someter el sistema a una oscilación de amplitud de 2.5 cm. Otras amplitudes fueron también estudiadas y los valores de fuerzas obtenidos siguen el com- portamiento que se observa en la figura 19.

La fuerza inicial de pretensión (Fs) es de 20,4 kg. La respuesta es aproxi- madamente sinusoidal para frecuencias bajas (Fig. 19 a). Para frecuencias mayores (por ejemplo 2 Hz.) uno observa efectos de no-linearidad. El doble pico observado en estudios previos en cables de acero, puede observarse clara- mente en la figura 19 (c) .

fi #tfW#iíW#l

~ 0 lili -J — L

i l i l I l l i 1

(d)

i i i . i -i

<0=2 96 CP$

¡••iWVWVWVWW

<0=2-8 CPS. Pmax-74LBS

yvwwwi/V

JL-L-I—L-J I I 1 I t I I — 1 — I — I— i — 1 — LJ-JLJ — 1 — I— L

<b)

Cj = 2CPS 73 U5S

40

■xAAAAAAAAAA

CO~ 0

- q: — i — i-

! 1 ! .1 J J ' t I I l I ! -t —

J I

(a)

Fig. 19. — Fuerza en el extremo superior de un cable de 7aS" de diámetro excitado a varias frecuencias altes de que el objeto sea liberado (Referencia 24)

INVESTIGACIONES SOBRE CABLES OCEANOGRAFICOS

85

Segunda fase: Liberación del Objeto

Para obtener un valor realístico de la frecuencia a que se debía realizar el experimento, ya que la dependencia de “snap” de la frecuencia de exci- tación es crítica, se tomó como caso extremo un cable de 3050 m y una fre- cuencia de ola de 1 rad/seg. Por consiguiente la frecuencia circular equiva- lente para un cable de 21,35 m es:

W Modelo — ^real

V

Preal

Praodelo

12 rad/Seg. ; f = 1.91 Hz.

El experimento se realizó con una amplitud excitatriz de 7,5 cm y la fre- cuencia se aumentó de cero a 2 Hz. La masa de aluminio fue liberada al llegar a esta frecuencia. El máximo valor de la fuerza en el extremo superior del cable, antes de cortar el segmento de nylon, es de 63,6 kg. Se observó que la condición de impacto “snap load”) fue lograda y la fuerza mayor alcanzada es igual a 86 kkg. La frecuencia excitatriz fue mantenida constante antes y después del corte del “resorte”.

CONCLUSIONES

Las descripciones previas de los proyectos estudiados dan una idea de la complejidad del problema básico.

Las metas del programa han sido cumplidas con áxito. Una prueba de esto lo constituye el Simposio Nacional sobre problemas de cables que tuvo lugar en Catholic University en setiembre de 1970, auspiciado por Office of Naval Research, Naval Ships Command (Supervisor of Salvage), National Ocea- nographic Instrumentation Center y Catholic University, al cual concurrieron 120 científicos e ingenieros de todo el país. El establecimiento de comunica- ción entre industria, gobierno y la comunidad académica, estaba al menos en parte, realizado.

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SERIE II. CIENCIAS APLICADAS, N° 38

ISSN 0037-8437

POTASIO EN ALGUNOS SUELOS ARGENTINOS *

Por ANA MARIA DE LA HORRA de VILLA 1 y ICHIRO MIZUNO 2

RESUMEN

Se efectuaron determinaciones de potasio en 9 perfiles de suelos argentinos.

Dichas determinaciones fueron : potasio total, extractable con acetato de amonio 1 . 0 N, ácido nítrico 1.0 N, ácido clorhídrico 0.5 N, acetato de magnesio 0.5 N y soluble en agua.

Los resultados obtenidos indican que los suelos analizados se encuentran bien pro- vistos de potasio y que hay relación entre los correspondientes a acetato de amonio, ácido clorhídrico y acetato de magnesio.

Los obtenidos con ácido nítrico se prestan para algunas especulaciones acerca del potasio disponible en forma inmediata y mediata en aquellos suelos.

SUMMARY

The potassium content of soils from 9 Argentine profiles were determined using several methods. These were: total potassium; potassium extractable in 1.0 N ammonium acétate; 1.0 N nitric acid; 0.5 N hidrochlric acid; 0.5 N magnesium acétate and water soluble potassium.

The results indícate that the soils analysed were well supplied with potassium, and that the valúes obtained using ammonium acétate, hydrochlriccacid and magnesium acétate were correlated.

Valúes determined using nitric acid give rise to some speculation as to the long and short-term availability of potasium in these soils.

INTRODUCCION

La impresión generalizada acerca del potasio en los suelos de región pampeana es de que su provisión es abundante.

En un trabajo anterior (1) se discutió este hecho con relación a la posi- ble interacción K/Mg. No obstante debe reconocerse que existen extensas zonas del país con valores bajos de potasio intercambiable (2) .

* Trabajo realizado en la Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires.

1 Jefa de trabajos prácticos de Química General e Inorgánica. Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires.

2 Profesor titular de Edafología. Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires.

88

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Así, en la franja de suelos “rojos amarillentos podsólicos” (3) se encuen- tran valores de 1 a 4 mg/100 g. En Corrientes, en la línea Monte Casero>- Curuzú Cuatiá, los valores son similares a los anteriores (4). En la misma provincia, de Bella Vista a Saladas, se encuentran frecuentemente de 3 a 17 mg/100 g (5).

Valores extremos, que indicarían una tendencia a la acumulación potá- sica, se los ha encontrado en San Antonio del Litin (Córdoba) con niveles de potasio intercambiable; para los primeros centímetros de suelo: del orden de 25 m.e./lOO g, los que ya presentan signos de salinización debido al catión mencionado (6).

El propósito del presente trabajo lia sido el de obtener mayores informa- ciones acerca de las diversas formas del potasio en algunos suelos argentinos. Asimismo se efectúa un estudio comparativo entre distintos métodos de ex- tracción, como también una ponderación de las formas soluble, intercam- biable y total; estos últimos como elementos de juicio para el conocimiento de la dinámica del potasio en los suelos estudia dos.

En una segunda etapa se estudiará con mayor detalle este problema enfo- cándolo desde el punto de vista del poder regulador de potasio en algunos suelos argentinos.

MATERIAL Y METODOS

Se analizaron muestras provenientes de perfiles correspondientes a Bru- nizem con B textural (provincias de Buenos Aires y Santa Fe). Brunizem sin B textural (Pcia. de Buenos Aires), Vertisoles (Entre Ríos) (8).

Se efectuaron las determinaciones siguientes: potasio total; potasio ex- tractable con ácido nítrico normal, con acetato de amonio normal pH 7,0, acetato de magnesio 0,5 normal, ácido clorhídrico 0,5 normal, potasio soluble.

Dichas determinaciones se efectuaron de acuerdo a las siguientes técnicas: Potasio extractable con ácido nítrico

2,5 g de muestra convenientemente secada, molida y tamizada: se man- tuvo en ebullición con 25 mi de solución normal de ácido nítrico durante 10 minutos. Se filtró y lavó con dos porciones sucesivas de 7 mi cada una de solución de ácido nítrico C,01 normal. La concentración del potasio se deter- minó por fotometría de llama.

Potasio extractable con acetato de amonio

5 g de muestra, tratada en forma similar a la anterior; se dejó en contacto con 15 mi de acetato de amonio normal pH 7,0, durante 5 minutos. Luego se filtró, lavó con dos porciones de 7,0 mi cada una de solución de acetato de amonio 0,1 normal. El contenido de potasio se determinó por fotometría de llama.

POTASIO EN ALGUNOS SUELOS ARGENTINOS

89

Potasio extractable con ácido clorhídrico

5 g de muestra, tratada como las anteriores, se agitaron por 2 horas con 50 nrl de ácido clorhídrico 0,5 normal. Luego se filtró y lavó dos veces con porciones de 7 nrl cada una de solución de ácido clorhídrico 0,05 normal. El contenido de potasio se determinó por fotometría de llama.

Potasio extractable con acetato de magnesio

5 g de muestra, similar a las anteriores, se agitaron durante 1 hora con 50 mi de solución de acetato de magnesio 0,5 normal. Luego se filtró y lavó dos veces con porciones de 7 mi cada vez de solución de acetato de magnesio 0,05 normal. El contenido de potasio se determinó por fotometría de llama cuando la concentración era de 7 ppm o mayor en la solución de lectura. En caso contrario se recurrió a la espectrofotometría de absorción atómica.

Potasio soluble

5 g de muestra, tratada como en los casos anteriores; se agitaron con 25 mi de agua bidestilada durante 1 hora. Se dejó reposar otra hora y se filtró. El contenido de potasio se determinó por espectrofotometría de absorción atómica, excepto cuando la concentración de potasio era mayor de 7 ppm en la solución de lectura, en cuyos casos se recurrió a la fotometría de llama.

Potasio total

0. 05. g de muestra finamente molida y tamizada, se pasó a cápsula de platino y se trató con 2,5 mi de ácido perclórico (densidad 1,67), repitiendo el tratamiento hasta disgregación total. Luego se agregó 1 mi de ácido sul- fúrico (densidad 1,84), y se siguió calentando. Se enfrió y el contenido se disolvió en 10 mi de ácido clorhídrico 6 normal. La concentración de po- tasio se determinó por fotometría de llama.

RESULTADOS Y DISCUSION

Los resultados se registran en la Tabla I. De la consideración de los mismos surgen los aspectos siguientes:

1 . El potasio total oscila de 992 a 1.950 mg/100 g, tomando los valores extremos independiente del horizonte.

Puede observarse que los Brunizem presentan una riqueza mayor que los Vertisoles. En los primeros oscila de 1.374 a 1.950 mg/100 g; en los segun- dos de 992 a 1.239 mg/100 g; indicando que este último valor máximo es inferior al mínimo de los Brunizem.

Con referencia a la distribución en el perfil, no se observan patrones definidos, aún cuando se nota en algunos casos una tendencia a mayores valores en profundidad.

2. Con referencia al potasio soluble, oscila; en el conjunto de muestras de 0,7 a 9,5 mg/100 g.

90

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

TABLA I

Resultados analíticos (mg/lOüg)

Muestra

Ac.NH,

no3h

C1H

Ac.2Mg

Total

Soluble

NO.H-Ac.NH

1 . Divisadero

Ap

77,3

161,6

80,0

31,2

1395

6,7

84,3

Alt-

60 , 5

160,8

66 , 7

33,3

1374

4,3

100,3

a4,

45,4

136,6

48,5

19,4

1385

1,9

91,2

AU.

37,2

129,0

38,3

13,3

1418

2,5

91,7

2. La Celina

0-2U cm.

77,1

170,0

81,9

40,3

1354

7,5

92,9

20*4:4: cm.

75,8

190,2

77,7

38,7

1556

4,6

114,4

44-80 cm.

50,7

158,6

64,2

27,9

1524

2,8

98,9

3. Las Liebres

A,

72,3

155,0

é 3 , 7

36,2

1858

7,1

82,7

AU.

45,9

125,2

48,6

21,8

1823

9,0

79,3

U

36, 8

110,6

40,3

16,6

1808

1,8

73,8

4. Santa Juana (a/B; A 75,0

157,3

78,4

44,5

1663

9,5

82,3

AU.

38,1

1x2,8

35,2

15,2

1555

1,7

79,7

U

40,6

118,4

44,8

19,5

1950

2,6

77,8

5. Santa Juana (c/B) A, «1,1

102,1

77 , 6

49,5

1665

8,8

81,0

a3

65,0

156,5

63,9

40,3

1819

5,1

91,5

B

55,5

150,8

55,2

28,1

1569

4,8

95,5

U

54,4

135,4

o5 , 9

27,9

1848

4,9

81,0

6. R. Clark

A,

45,3

142,4

54,5

23,6

1749

8,9

97,1

a3

39 , 6

132,3

43,1

18,7

1608

2,9

92,7

65 , 3

148,2

60,0

24,0

1715

2,8

82,9

B3

62,5

167,0

71,1

29,7

1851

3,7

104,5

u

56,3

163,6

75,3

30,8

1892

4,4

107,3

7. Espinillo

A»-

27,9

77,8

25 , 6

12,8

992

1,2

49,9

a13.

26,6

101,2

25,6

11,2

1071

1,3

74,6

AU.

26,7

121,0

32,0

11,9

1137

1,9

94,3

8. La Zelmira 1

a44.

32,5

87,4

33,2

19,3

1192

2,7

54,9

K,

22,7

79,7

20,6

10,0

1206

0,7

57,0

Ati.

15,0

80,1

14,6

5,7

1 L96

0,7

65,8

(B) + C

9. La Zelmira 2

A, . . . .

52,5

120,6

50,1

32,3

1237

4,5

68,1

AU.

17,2

65,0

16,6

7,1

1135

1,0

47,2

1, 2, 3, 4: Brnnizern

sin B textnral;

5, 6:

Brnnizem con B textural;

7, 8, 9:

: Vertisoles.

POTASIO EN ALGUNOS SUELOS ARGENTINOS

91

En los Brunizem lo hace de 1,7 a 9,5 mg/100 g, mientras que en los Ver- tisoles lo hacen de 0,7 a 4,5 mg/100 g.

Con relación a su distribución en el perfil, excepto en un caso (Espini- 11o), en el resto se nota una definida tendencia a la disminución en pro- fundidad.

Cabe señalar que estos valores son por lo menos de 4 a 5 veces superiores a aquellos que se obtuvieron, para algunas muestras, dentro del ámbito del agua útil (de 0,3 a 15 atmósfera).

3. El potasio extraetable con acetato de amonio oscila de 15 a 81 mg/ 100 g. En los Brunizem lo hace entre 36 y 81 mg/100 g, mientras que en los Vertisoles entre 15 y 52 mg/100 g.

4. La relación de las formas soluble: intercambiable: total es, para los horizontes A de los Brunizem, de 7.7:71.2:1383, en valores medios.

Tomando como base la forma soluble en agua, dicha relación es de:

1:9.2:179

Para los Vertisoles, también en horizontes A y valores medios: 2.8:37.6: 1140. Tomando como base la forma soluble, dicha relación es de:

1:13.4:407

Aparentemente la dinámica del potasio, en el caso de los Vertisoles, tiende más a la fijación que en el caso de los Brunizem.

5 . Se efectuó la determinación del potasio extraetable con ácido nítrico

con el objeto de lograr informaciones acerca del mismo disponible a plazo moderado. j

En la dinámica del potasio del suelo se estima que el equilibrio de las formas soluble e intercambiable es rápido, dimensionable en segundos o minutos.

En la etapa siguiente, intercambiable-fijado, es más lento y deberá dimen- sionarse en días o semanas.

Ello significa que una disminución sustancial de las dos primeras formas, soluble o intercambiable, puede hasta cierto límite variable de acuerdo a los suelos, ser cubierto por la tercera forma (fijada).

Esto podría explicar la recuperación de aceptables niveles de potasio en algunos suelos, por ejemplo en las zonas tropicales o subtropicales; cuando después de 2-3 años de agricultura se lo abandona por un tiempo más o menos largo, conforme a las necesidades de que las dos primeras formas deban ser cubiertas por la tercera (fijada) o también la cuarta (estructural).

En este sentido, y de acuerdo a la bibliografía (9) se efectúan extrac- ciones sucesivas con ácido nítrico hasta llegar a un valor de potasio que se repite en la extracción siguiente. Las fracciones extraídas antes de que dicho valor se repita, es lo que se denomina potasio escalonado, y los valores que comienzan a repetirse, potasio de tasa constante.

Se estima que el potasio escalonado suma el disponible en forma inme- diata y a plazo moderado.

En el presente caso solo se 1ra efectuado una extracción, por lo que puede tomarse dicho valor como el nivel mínimo de la suma antes mencionada.

92

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Restando a este valor el correspondiente al extraído con acetato de amonio, se tendrán discriminados los valores correspondientes a cada sumando.

Puede observarse que el potasio extractabJe con ácido nítrico oscila de 190 a 65 mg/100 g.

Cuando se consideran solamente los Brunizem, oscila de 190.2 a llOmg/ 100 g, mientras que en los Vertisoles lo hace de 121 a 65.

La resta de extractable con nítrico menos extractable con acetato de amo- nio oscila de 114 a 47 mg/100 g. Cuando se consideran solamente los Bru- nizem quedan comprendidos entre 114 y 73. mientras que en los Vertisoles entre 94 y 47.

6. Se efectuaron extracciones con ácido clorhídrico y acetato de mag- nesio para verificar la relación de estos valores con los obtenidos con ace- tato de amonio.

Los correspondientes al ácido clorhídrico presentan no solo una buena correlación con los obtenidos con acetato de amonio sino que excepto dos caso-, prácticamente demuestran coincidencias de valores.

Los obtenidos con acetato de magnesio presentan buena correlación con acetato de amonio aún cuando son más bajos. Ello *ería explicable por la diferencia en las concentraciones de los iones desplazantes utilizados y por las características intrínsecas de los mismos.

Es probable que los resultados obtenidos tengan relación con la disponi- bilidad diferencial del potasio adsorbido, en base a la ubicación en el mate- rial adsorbente y consecuente diferencia en la energía de adsorción.

CONCLUSIONES

1. Los valores hallados de distintas formas de potasio en suelos Bru- nizem con y sin B textural y Vertisoles demuestran que la provisión de potasio de los mismos es buena.

No obstante cabe llamar la atención acerca de los Vertisoles, en los cuales es dable preveer valores considerablemente más bajos.

2. Las cifras correspondientes a las fracciones soluble e intercambiable indican que la provisión actual de potasio no ofrece problemas.

Los valores de soluble en ácido nítrico menos intercambiable in- dican que las reservas a plazo inmediato son buenas, y las del total que también lo son a largo plazo.

3. La determinación del potasio intercambiable con solución normal de acetato de amonio pH 7,0 normal, y con ácido clorhídrico 0.5 normal dan resultados coincidentes.

La extracción de potasio con solución normal de ácido nítrico en caliente posiblente agregue fracciones correspondientes a fijado y estructural.

La extracción con acetato de magnesio arroja valores menores que los correspondientes a acetato de amonio, abriendo la posibilidad de que pueda tomarse como índice de una mayor disponibilidad de una fracción de la forma intercambiable.

POTASIO EN ALGUNOS SUELOS ARGENTINOS

93

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Comisión de Redacción de los

ANALES DE LA SOCIEDAD CIENTIFICA ARGENTINA

Dr. Jorge A. L. Brieux

Ing. Agr. Arturo Burkart

Dr. Horacio H. Camaeho

Dr. Pedro Cattaneo

Ing. Roberto D. Cotta

Cap. de Fragata (R) Luis M. de la Canal

Dr. José M. Gallardo

Dr. Juan A. Izquierdo

Clmte. (R) Rodolfo N. M. Panzarini

Ing. Agr. José A. Pastrana

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Dr. Otto Schneider

Dr. José Federico Westerkamp

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1. Anales publica únicamente trabajos originales e inéditos ; solamente por excepción podrá incluir trabajos cuya noticia se baya dado por otra publicación.

2. La publicación en Anales es gratuita. Las separatas que soliciten los autores (o las entidades a que estén vinculados) son con cargo a los mismos. El requerimiento deberá hacerse por escrito y antes de iniciar la impresión.

3. Los autores son personalmente responsables de la tesis y del contenido de sus trabajos y deberán, realizar las correcciones de las pruebas de imprenta de dichos trabajos.

4. La Sociedad Científica Argentina se reserva el derecho de rechazar cualquier tra- bajo que sea sometido para publicación en Anales, si así lo considerara conve- niente.

5. Los trabajos deberán ser presentados escritos a máquina, a doble espacio, en pa- pel tamaño oficio o carta, utilizando una sola de las caras del papel y redactados en castellano. Las fórmulas podrán ir manuscritas y deberán ser suficientemente claras para la labor de la imprenta. Los gráficos se dibujarán en tinta china, o por otro medio, de manera tal de permitir la fácil y buena preparación de los clisés ; esto último es aplicable a todo tipo de ilustración. La cantidad será la mínima compatible con las necesidades de la buena comprensión del trabajo. En total, los trabajos no deberán ocupar más de seis páginas de los Anales, incluidas ilustra- ciones y tablas.

6. Lqs trabajos, luego de su título, llevarán un resumen en castellano y otro en idioma extranjero, éste último de no más de 150 palabras. Dichos resúmenes deberán señalar el problema planteado, la indicación de los procedimientos y procesos y las conclusiones a que se arribe, y hacer referencia sobre la precisión de los resultados, todo ello de manera sintética.

7. Los escritos originales, destinados a la Dirección de Anales, serán remitidos a la Administración de la Sociedad, Avenida Santa Fe 1145, Capital Federal, a efectos de registrar fecha de entrega y posterior envío al Director.

8. La publicación de los trabajos, una vez aceptados, estará sujeta a las posibilida- des de la Sociedad y a las exigencias de diagramación de Anales. La Sociedad se reserva el derecho de determinar la entrega de Anales en la cual aparecerán los trabajos.

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FRANQUEO PAGADO Concesión N* 1186

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