Tese de Mestrado em Engenharia Química

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UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA 
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La presente tesis es publicada a texto completo en virtud de que el autor 
ha dado su autorización por escrito para la incorporación del documento a la 
Biblioteca Digital y al Repositorio Institucional de la Universidad de Guadalajara, 
esto sin sufrir menoscabo sobre sus derechos como autor de la obra y los usos 
que posteriormente quiera darle a la misma. 
UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA 
CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍAS 
SECRETARÍA ACADÉMICA/COORD. DE PROGAMAS DOCENTES 
MAESTRÍA EN CIENCIAS EN INGENIERÍA QUÍMICA 
Diseño, construcción y validación de un reactor de plasma a presión atmosférica para 
tratamiento de líquidos 
TRABAJO QUE CON CARÁCTER DE TESIS PRESENTA 
I. Q. Ernesto Almaraz Vega 
PARA OBTENER EL GRADO DE 
MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA QUÍMICA 
DIRECTOR DE TESIS: Dr. Víctor González Álvarez 
CO-DIRECTOR Dr. Luis Emilio Cruz Barba 
GUADALAJARA, JALISCO. ENERO DE 2015. 
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l l NI RO lJN!VI ll:-il lA!llll l)f CII NllA:-. [AA( íA\ 1 INlil Nll l'IA'i 
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CUCEI/CPDOC/1340/2014 
C. Ernesto Almaraz Vega 
Presente 
Por medio de la presente me permito comunicarle que fue aceptado por la 
Junta Académica correspondiente, el tema de tesis solicitado a esta 
Coordinación el día 03 de diciembre de 2014, bajo el título: 
"Diseño, construcción y validación de un reactor de plasma a presión 
atmosférica para tratamiento de líquidos" 
mismo que usted desarrollará, con objeto de dar lugar a los trámites conducentes 
a la obtención de grado de: 
Maestro en Ciencias en Ingeniería Química 
Asi mismo le comunico que para el desarrollo de la citada tesis le ha sido 
designado como Director al Dr. Víctor González Álvarez y como Co-Director al 
Dr. Luis Emilio Cruz Barba. 
Sin otro particular de momento, aprovecho la ocasión para enviarle un cord ial 
saludo. 
EMV/• IJo 
Atentamente 
"Piensa y Trabaja" 
"Año del Centenario de la Escuela Preparatoria de Jalisco" 
Guadalajara, Jal., 04 de die· br de 2,014 
Dr. Enrique Michel 
Coordinador de Program 
8 Man: in <,ni 
,Wldal I Jah , 
e• 
Registro 138/2014 
2 
Dr. Enrique Micbel Valdivia 
Coordinador de Prognmas 
Docentes del CUCEI 
Presente 
Por medio de la presente me permito hacer de su conocimiento que una 
vez realizada La revisión y habiendo efectuado las correcciones pertinentes al trabajo de 
tesis denominado: 
"Diseño, construcción y validación de un reactor de plasma a presión atmosférica 
para tratamiento de liquidos" 
elaborada por el alumno C. ERNESTO ALMARAZ VEGA para obtener el grado de 
Maestro en Ciencias en Ingeniería Química, Jo consideramos apto para su presentación. 
La publicación final se deberá de entregar a la coordinación de Posgrado 
para realizar su examen de grado. 
Sin otro particular por el momento aprovecho la oportunidad para enviarle 
un cordial saludo y me despido de usted. 
Atentamente 
"Piensa y Trabaja" 
"AJlo de Centenario de la Escuela preparatoria de Jalisco" 
Guadalajara, Jalisco a 23 de Enero del 2015 
Revisor de Tesis / Revisor de T is 
rika Rouna Larios Durin Dr. Juan Carlos Sáncbez Diaz 
3 
UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA 
Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías 
Secretaría Académica/Coordinación de Programas Docentes 
Maestría en Ciencias en Ingeniería Química 
CUCEI/MCIQ/012/2015 
Dr. Enrique Micbel Valdivia 
Coordinador de Programas 
Docentes del CUCEI 
Presente 
Por este medio nos permitimos hacer de su conocimiento, que el trabajo de 
tesis presentado por el alumno C. ERNESTO ALMARAZ VEGA para optar al grado de 
Maestro en Ciencias en Ingeniería Quimica con el tema: 
"Diseño, construcción y validación de un reactor de plasma a presión atmosférica 
para tratamiento de líquidos" 
ha sido revisado por los Lectores asignados por la Junta Académica de esie posgrado para 
tal fin y habiendo sido reportado que SI CUMPLE con el nivel metodológico exigido en su 
realización, esta Junta Académica autoriza su presentación. 
La publicación final se deberá de entregar a esta coordinación para poder 
realizar su examen de grado. 
Sin otro particular por el momento aprovechamos la oportunidad para 
reiterarle las seguridades de nuestra atenta y distinguida consideración. 11,.~tu111•0 oe ou•o•L•,• 
CUCEI •• 
Atentamente 
"Piensa y Trabaja" 
"Allo de Centenario de la Escuela preparatoria de Jalisco" 
Guadalajara, Jalisco a 26 de Enero del 2015 • / o /)MA~;~CIAS EN A ~ NI/ UIMICA 
Dr. Car Gastinel Dr. Martin Rigoberto Arellano Martínez 
ll<. Alej,. :::!:, f!!!- O,. l. Ffü A¿""°"' 
°'-~~Drtra lli gi 
...... 
l Bhld. Maircellno Garcla Barragán No. 1421 esq. Calzada Olimp1ca, C.P. 44430, GuadalaJara, Jalisco, MéX1CO Tel. y Fax. (33) 13 78 S9 00 ext. 27506 www.cuce1.udg.mx 
4 
ÍNDICE 
l. INTRODUCCIÓN . ........................................................................................................ 8 
1.1 Justificación ............................................................................................................. 11 
1.2 Objetivos .... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ..... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ..... 11 
1.3 Hipótesis .................................................................................................................. 11 
2. MARCO TEÓRICO ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ..... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. .... . 12 
2.1 Plasmas .................................................................................................................... 12 
2.1.1 Generalidades . .................................................................................................. 12 
2.1.2 Fundamentos de la química del plasma . .......................................................... 13 
2.1. 3 Aplicaciones de la química del plasma ............................................................ . 14 
2.1.4 Parámetros del plasma . ............................. .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ..... 14 
2.1.5 Condiciones de existencia del plasma . ............................................................. 16 
2.1. 6 Descargas de barrera dieléctrica (DBD ) . ......... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ..... 16 
2.2 Mecanismos de descargas en líquidos ..................................................................... 18 
2. 2.1 Descargas en líquidos haciendo burbujear un gas .......................................... 19 
2.2.2 Plasma en solución . ......................................................................................... .20 
2.2.3 Efecto por la configuración del reactor . ......................................................... .21 
2.3 Compuestos orgánicos ....... .. ...... .. ...... .. ...... ....... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. .... .23 
2.3.1 Hexano ............................................................................................................. .23 
2. 3. 2 Aceite de oliva .................................................................................................. .24 
2. 3. 3 Cinamaldehído ................................................................................................. .25 
3. METODOLOGIA ....................................................................................................... .28 
3 .1 Diseño del reactor de plasma en solución ......... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. .... .28 
3.1.1 Reactor de plasma en solución ........................................................................ 30 
3.1.2 Electrodo inferior y superior. .... .. ...... .. ..... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ..... 31 
3.1.3 Cabezal inferior y superior . ............................................................................. 31 
3.1.4 Cuerpo del reactor . .......................................................................................... 32 
3.2 Construcción del reactor de plasma en solución ...................................................... 32 
3.2.1 Secuencia de ensamble del reactor de plasma en solución . ............................ 35 
3.3 Validación del reactor de descargas eléctricas en líquidos ....... .. ...... .. ...... .. ...... .. ..... 35 
3. 3.1 Materiales utilizados ......................................................................................... 3 5 
3.3.2 Gases utilizados . ............................................................................................... 36 
3.3.3 Procedimiento para descomposición de compuestos orgánicos . ..................... 36 
3.3.4 Experimentación en el reactor .......................................................................... 38 
3.4 Caracterización del líquido remanente ...... .. ..... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ..... 39 
5 
3.4.1 Espectroscopia infrarrojo por transformadas de Fourier (FTIR) . .... .. ...... .. ..... 39 
3.4.2 Espectroscopia UV-VISIBLE. ........................................................................... 39 
3.5 Caracterización del sólido remanente ..................................................................... .40 
3.5.1 Microscopia electrónica de barrido . ................................................................ 40 
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN . ............................................................................... .41 
4.1 Operación del reactor de descargas eléctricas ................................... ....... .. ...... .. .... .41 
4.2 Resultados de los tratamientos variando el tiempo y flujo de gas ......................... .43 
4.2.1 Resultados del Hexano .................................................................................... .43 
4.2.2 Análisis FTIR del hexano tratado . .................................................................. .44 
4.2.3 Microscopia electrónica de barrido de las partículas generadas en el hexano 
................................................................................................................................... 47 
4.2.4 Resultados de Cinamaldehído .......................................................................... 49 
4.2.5 Análisis FTIR del cinamaldehído tratado . ....................................................... 51 
4.2. 6 Resultados del Aceite de olivo extra virgen . ..................................................... 52 
4.2. 7 Análisis FTIR del aceite de olivo tratado . ................. .. ...... .. ...... .. ...... .. ...... .. ..... 54 
4.2.8 Análisis UV-visible del aceite de olivo tratado . ............................................... 56 
5. CONCLUSIONES ....................................................................................................... 58 
6. BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 60 
6 
RESUMEN 
Hoy en día los reactores que involucran técnicas de plasma han llamado la 
atención en la comunidad científica por su creciente número de aplicaciones y ventajas 
ante otras técnicas convencionales. Además de lo anterior, existe una gran cantidad de 
aplicaciones industriales muy comunes en la actualidad; sin embargo, hasta hace unos 
años se ha comenzado a comprender la fisica que existe detrás de estos procesos. 
En este trabajo se diseñó con base en modelos ya establecidos un reactor de 
plasma en solución, que incluyó los cabezales y los electrodos. El reactor de plasma en 
solución se construyó en vidrio pyrex con cabezales de nylamid y varillas de acero 
inoxidable. Para verificar el funcionamiento óptimo del reactor se realizaron 
experimentos con hexano, aceite de olivo y cinamaldehído a diferentes tiempos y con 
diferentes flujos de gases ( oxígeno, argón) para obtener las condiciones óptimas de 
trabajo y una vez que se obtuvieron se procedió a variar la potencia de la fuente de poder. 
Al líquido remanente se le realizaron análisis de espectroscopia de infrarrojo y al sólido 
que se obtuvo, se le realizaron micrografias por microscopia electrónica de barrido 
verificando así el desempeño del reactor. 
Se encontró en los análisis de espectroscopia de infrarrojo que la conversión en el 
reactor es baja, la producción de carbono puede mejorarse aumentando el área superficial 
de las burbujas de gas utilizando un difusor de burbuja fina. 
7 
1. INTRODUCCIÓN. 
El plasma es un gas ionizado, un cuarto estado distinto de la materia. Ionizado 
significa que al menos un electrón no está unido a un átomo o molécula, convirtiendo los 
átomos o moléculas en iones cargados positivamente. A medida que aumenta la 
temperatura las moléculas suelen tener más energía y se va transformando la materia en 
la secuencia: sólido, líquido, gas, y, finalmente, plasma (Fridman, 2008). No todos los 
átomos están del todo ionizados, los plasmas fríos utilizados en el procesamiento de 
plasma son sólo un 1-10% ionizado, el gas restante se encuentra como átomos neutrales o 
moléculas. A temperaturas extremadamente altas, tales como aquellas de la investigación 
de la fusión nuclear, los plasmas quedan totalmente ionizados, lo que significa que todas 
las partículas están cargadas, y no necesariamente que los núcleos de los átomos han sido 
despojados de todos sus electrones (F. F. Chen & Chang, 2002). 
Los plasmas se producen de forma natural, aunque pueden ser generados por el 
hombre en el laboratorio y en la industria, lo que ofrece oportunidades para numerosas 
aplicaciones, como la síntesis termonuclear, la electrónica, rayos láser, luces 
fluorescentes y muchos otros. Para ser más específico, la mayoría del hardware 
informático y de telefonía celular se realiza con base en las tecnologías de plasma. El 
plasma se utiliza ampliamente en la práctica (Fridman, 2008). El plasma ofrece tres 
características que son muy atractivas para aplicaciones en la química y disciplinas 
relacionadas: (1) Las temperaturas de al menos algunos componentes del plasma y 
densidad de energía puede exceder significativamente las tecnologías de la química 
convencional; (2) los plasmas son capaces de producir concentraciones muy altas de 
energía y especies químicamente activas (por ejemplo, electrones, iones, átomos y 
radicales, estados excitados y fotones); y (3) los sistemas de plasma esencialmente 
pueden estar lejos del equilibrio termodinámico, proporcionando concentraciones 
extremadamente altas de las especies químicamente activas y manteniendo temperaturas 
bajas o cercanas a la temperatura ambiente en el laboratorio (Fridman, 2008). 
Los plasmas de baja temperatura representan una amalgama de mecánica de 
fluidos, ingeniería de reacciones, cinética fisica, transferencia de calor, transferencia de 
masa y electromagnetismo. Existen herramientas especializadas para el modelado de 
descargas lejos del equilibrio que ocurren en un amplio rango de disciplinas de 
ingeniería. 
8 
Algunos procesamientos por plasma involucran diferentes técnicas de tratamiento 
de materiales utilizando plasmas fríos para modificar las propiedades de los mismos. Los 
tratamientos pueden ser superficiales, ya sea por recubrimiento con una película delgada 
de otro material o por alteración de la estructura química superficial del material base, o 
bien por tratamientos volumétricos de modificación de la forma o composición química 
del material original, que se realizan utilizando gases parcialmente ionizados, 
denominados genéricamente "plasma". Las técnicas de modificación superficial que 
utilizan plasmas permiten adaptarlas propiedades de la superficie de los materiales 
tratados a las condiciones de servicio, satisfaciendo así necesidades funcionales 
imposibles de cumplir por el material base (Rodrigo, 1996). 
Algunos de los trabajos previos realizados en el grupo de investigación del Plasma 
de la Universidad de Guadalajara (Rodrigo, 1996), incluyen la oxidación de carbón 
activado usando un sistema de reacción híbrido de tambor oscilatorio-descargas de 
barrera dieléctrica; el uso de plasmas fríos a presión atmosférica para la modificación de 
biopolímeros utilizados para la posterior síntesis de hidrogeles químicos de quitosana-
xantana. En este último tema, se demostró que la capacidad de hinchamiento de los 
hidrogeles formados por quitosana/xantana se ve afectada por los tratamientos de 
descarga de barrera dieléctrica con helio y deposición de vapor químico con 
epiclorohidrina (Castro Castro, 2009). 
El ozono es una sustancia que se genera en procesos y dimensiones industriales 
con plasma fríos, y es un potente agente oxidante que constituye una alternativa para su 
aplicación a los tratamientos de agua sin cloro, desinfección, y eliminación de olores. El 
único método económico para producción de ozono es por descarga de barrera dieléctrica 
con oxígeno o aire a presión atmosférica con plasmas fríos (Schmidt, et al., 2013). 
Las descargas en líquidos han sido investigadas anteriormente por Yang, et. al. 
2012, que demostraron sostener en agua un pulso de alto voltaje con una fuente de poder. 
Las descargas en agua usualmente comienzan de la punta de los electrodos. Si la descarga 
no alcanza el segundo electrodo puede ser interpretada como pulso corona. Las 
ramificaciones de la descarga se les llaman "streamers". Si un streamer alcanza el 
electrodo opuesto se forma una chispa; si la corriente a través de la chispa es alta 
(alrededor de 1 kA), a esta chispa se le llama arco pulsado. De esta manera es posible 
generar un plasma jugando con la geometría de los electrodos. Por ejemplo, es posible 
tener una configuración punta-punta, placa-punta, etc. dependiendo del objetivo final 
(Yong, et al., 2012). 
9 
De acuerdo a las estadísticas, el 15% (Huang, et al., 2010) de la producción 
mundial de colorantes son descargados al ambiente en forma de aguas residuales 
causando graves grandes problemas a las fuentes subterráneas de abastecimiento de agua. 
Por otro lado, un gran número de productos orgánicos no pueden ser degradados por los 
métodos convencionales de tratamiento de aguas residuales debido a que su estructura 
molecular es muy estable, lo que hace necesario el desarrollo de nuevos métodos para el 
tratamiento de estos compuestos y que de alguna manera sean más eficientes que los 
métodos convencionales. Entre ellos están las tecnologías que utilizan el plasma como lo 
es el reactor de descargas de barrera dieléctrica (DBD) que ha atraído el interés de 
muchos científicos en años recientes por sus ventajas únicas, tales como las de superar 
varias limitaciones de los métodos tradicionales (Huang et al., 2010). Estas tecnologías 
son ampliamente utilizadas en tratamientos catalíticos, tratamiento de superficies, 
degradación de componentes orgánicos volátiles, entre muchos otros. 
La aplicación de tecnologías DBD en el tratamiento de aguas residuales se ha 
extendido entre los investigadores que desean utilizar este método. Por ejemplo, Mok, 
2008, propuso un reactor DBD en fase gas para la degradación del azo naranja 11, 
concluyó que la cromaticidad en el agua residual tratada con el reactor DBD desapareció 
rápidamente y los anillos en la estructura química dentro de la molécula fueron destruidos 
por dicho reactor (Mok, et al., 2008). 
Recientemente, la degradación de ciertos compuestos orgánicos contaminantes se 
ha convertido en el foco central de los esfuerzos en lo que a materia ambiental se refiere. 
Comparando las tecnologías de fotocatálisis, degradación electroquímica, oxidación por 
peróxido de hidrogeno con la oxidación por plasma, se ha demostrado que esta última 
muestra algunas ventajas. Específicamente, el DBD produce, directamente en el 
contaminante, especies altamente reactivas que incluyen moléculas y radicales que 
facilitan la degradación debido a las colisiones y choques entre éstas y que además no 
producen contaminación secundaria. Comparadas con otras tecnologías el plasma se ha 
considerado muy prometedor; sin embargo dentro del proceso de degradación es 
importante analizar los parámetros de operación y los productos intermedios y finales 
durante la degradación del contaminante pero es más importante aún estudiar el 
mecanismo de degradación ya que este provee información vital para aplicaciones 
prácticas e investigaciones teóricas. 
10 
1.1 Justificación. 
El interés del estudio de técnicas capaces de descomponer o reducir compuestos 
orgánicos que son arrojados al medio ambiente es de gran importancia. En la actualidad 
el problema que originan este tipo de efluentes alcanza magnitudes enormes y 
preocupantes, de aquí que se pretendan encontrar nuevos métodos y técnicas alternativas 
a las existentes para reducir costos o mejorar eficiencias. Partiendo de esta tendencia, se 
pretende crear, diseñar y construir un reactor que cumpla con estas expectativas y además 
quede abierta la opción a futuro para futuras investigaciones con dicho equipo. 
1.2 Objetivos. 
Objetivo general. 
Diseñar y construir un reactor de descargas eléctricas (reactor de plasma en 
solución) en un líquido, validar el mismo realizando pruebas donde se observe su 
correcto funcionamiento con reacciones utilizadas como referencia. 
Objetivos particulares. 
• Diseñar el reactor de descargas eléctricas dentro de un líquido. 
• Construir el reactor con base en el diseño del punto anterior a escala laboratorio. 
• Determinar las condiciones óptimas que validen el correcto funcionamiento del 
reactor (flujo de gas, potencia, etc.). 
1.3 Hipótesis. 
El procedimiento de eliminación de compuestos mediante un sistema de plasma 
tiene el potencial necesario para ser comparado con otras técnicas comerciales para la 
degradación de compuestos orgánicos. En este caso, en el reactor de descargas eléctricas 
que se construirá se le hará burbujear un gas en el seno del líquido y además se generará 
una descarga eléctrica originando, a su vez, que dentro de la burbuja se genere un plasma 
que tendrá la capacidad de desdoblar las moléculas de los compuestos tóxicos para de 
esta manera transformarlos en otros menos contaminantes. Es decir, se espera que se 
favorezca la reacción por la gran diferencia de potencial entre los electrodos y a la 
corriente entre ellos. 
En este trabajo se prevé que la degradación de los compuestos orgánicos difiera 
dependiendo de las condiciones de operación, por ello se espera que se encuentren las 
condiciones necesarias básicas para lograr los objetivos anteriormente planteados y que 
muestren el funcionamiento del reactor de descargas eléctricas. 
11 
2. MARCO TEÓRICO. 
2.1 Plasmas. 
2.1.1 Generalidades. 
El plasma también denominado en ocas10nes cuarto estado de la materia se 
caracteriza por la existencia electrones de libres, iones positivos y negativos, así como 
especies excitadas y radicales en mezcla con las otras especies neutrales de los sistemas 
gaseosos (átomos, moléculas) o líquidos. Ejemplos bien conocidos para los plasmas 
naturales son la aurora boreal, las estrellas, la ionósfera, relámpagos y el fuego. Se 
pueden distinguir dos tipos plasmas, los isotérmicos o de altas temperaturas y los no 
isotérmicos o de bajas temperaturas (fríos). En el caso de la química de plasma isotérmico 
los plasmas actúan principalmente como generadores de energía térmica. Estos operan 
típicamente en el rango de potencia de kW a MW a altas temperaturas (rango 103-104 K) 
y alta entalpía específica. Las reacciones químicas tienen lugar cerca del equilibrio 
térmico,caracterizado por la temperatura común (la temperatura del gas) de todas las 
especies; en los plasmas no isotérmicos, las reacciones suceden lejos del equilibrio 
térmico, las conversiones químicas son iniciadas por las altas temperaturas (T g :S 103 K), y 
los procesos tienen lugar en condiciones lejos del equilibrio de todas las especies de 
plasma. La clasificación de los plasmas la podemos encontrar en la Figura 2.1. 
PLASMA 
1 1 
Alta temperatura Temperatura ambiente 
(En equilibrio ó isotérmico, (Fuera del equilibrio ó no 
caliente) isotérmico, frío) 
1 
1 1 1 
Campos 
Campos eléctricos 
Frecuencia alta elevados electromagnéticos (hasta 900kHz) 
1 1 
1 1 1 1 
Radiofrecuencia Microondas 
(3 a 3000 MHZ) (1 a 300 GHZ) 
Corona DBD 
Figura 2.1 Clasificación de plasmas (Diaz, 2013) 
Electrones calientes, iones enérgicos, especies excitadas frías, átomos libres, y 
radicales se producen en la llamada zona activa, en la zona pasiva los electrones se 
enfrían rápidamente (Schmidt et al., 2013). A continuación se muestra un esquema del 
plasma (Gordillo, 2008) en la figura 2.2, éste muestra las diferencias entre el estado 
12 
gaseoso y el estado plasma. Existen diferentes fuentes de energía que pueden originar el 
plasma, entre las más comunes se encuentran: la energía calorífica, los campos eléctricos 
o magnéticos y la fotoionización o alta energía de radiación. 
Libres 
Figura 2.2 Representación esquemática del estado plasma. (Guevara, 2012) 
2.1.2 Fundamentos de la química del plasma. 
Un plasma activo químicamente es un sistema multicomponente altamente 
reactivo debido a que existe una gran concentración de especies cargadas como los 
electrones e iones positivos y negativos, átomos y moléculas excitadas, radicales y 
fotones UV. Cada uno de estos componentes del plasma juega un papel específico en la 
cinética química (usualmente los electrones son los primeros en recibir la energía de un 
campo eléctrico y después se distribuyen entre otros componentes del plasma). 
Cambiando los parámetros de los electrones en el gas ( densidad, temperatura, 
distribución de la función de energía del electrón) con frecuencia permite optimizar el 
proceso en la química del plasma. Los iones son partículas cargadas pesadas que son 
capaces de hacer una contribución importante a la cinética química del plasma debido a 
su alta energía. (Fridman, 2008). 
La excitación vibracional de las moléculas frecuentemente contribuye a lograr una 
mejor distribución en la cinética química del plasma debido a que los electrones que se 
encuentran dentro de él con energías de 1 e V transfieren la mayoría de energía a los 
gases, la estimulación del proceso químico a través de la excitación vibracional permite 
que valores de eficiencia de energía más altos sean alcanzados. La excitación eléctrica de 
átomos y moléculas también juega un papel importante, especialmente cuando el tiempo 
de vida de las partículas excitadas es relativamente alto (Fridman, 2008). 
13 
2.1.3 Aplicaciones de la química del plasma. 
Hoy en día existen numerosas aplicaciones de tecnologías con plasmas que 
involucran a la industria. Altas eficiencias, alta productividad específica, y alta 
selectividad pueden ser logradas con técnicas de plasma en un amplio rango de procesos 
químicos. El punto clave para el uso práctico de cualquier proceso químico, en particular 
de un sistema de plasma, es encontrar el régimen apropiado y óptimo de los parámetros a 
lo largo de numerosas posibilidades intrínsecas del sistema que se encuentra lejos del 
equilibrio termodinámico. Dentro del campo de la investigación el plasma se ha utilizado 
para degradar compuestos orgánicos como colorantes (Gao et al., 2008; Gao et al., 2006 
Huang et al., 2010; Wang, et al., 2013), formación de material carbonaceo (Horng, et al., 
2006; Ahmed, et al., 2009; Malik & Ahmed, 2008) e incluso para la degradación de 
compuestos fenolicos (Sun, et al., 2000; Chen, et al., 2004; Bian, et al., 2013). 
2.1.4 Parámetros del plasma. 
Existen distintos parámetros a considerar que caracterizan a los plasmas y que 
mediante ellos es posible distinguir los diferentes tipos de plasmas, densidad, grado de 
ionización y temperatura de las especies presentes son algunos de los parámetros que a 
continuación de enumeran. 
Densidad de partículas cargadas. 
Uno de los parámetros que tienen especial importancia en los procesos de plasma 
es la densidad del plasma debido a que la eficiencia del proceso y las velocidades de 
reacción, son directamente proporcionales a la densidad de partículas cargadas. Un 
plasma, especialmente uno generado a partir de una mezcla de gases moleculares, 
contiene una variedad de diferentes partículas neutras y cargadas. En este sentido, un 
plasma se puede caracterizar en función de los siguientes parámetros básicos (Grill, 
1994): 
• Densidad de partículas neutras, nn. 
• Densidad de electrones (ne) y densidad de iones (n¡). En general, la condición de 
cuasineutralidad del plasma implica que la densidad de los electrones y de los 
iones son usualmente iguales, n¡ = ne = n, designando a n como la densidad del 
plasma. 
• Distribución de energía de las diversas partículas: neutras fn (W), iones fi (W) y 
electrones.fe (W). 
14 
En las descargas que se originan en gases a partir de campos eléctricos externos, 
los electrones son el principal factor responsable de la transferencia de energía, ya que a 
través colisiones originan la disociación y/o ionización de las moléculas. De esta forma, 
la eficiencia de estos procesos aumenta con el incremento de la densidad de electrones. 
También los iones desempeñan un papel importante en las reacciones químicas que 
tienen lugar en el plasma debido a que muchas reacciones son afectadas o controladas por 
la química de los iones. Por lo tanto, es importante generar elevadas densidades de iones 
para incrementar las velocidades de reacción que involucran a estas especies (Grill, 
1994). 
Grado de ionización. 
Es la fracción de partículas que se han ionizado y se calcula por medio de la 
ecuación: 
n 
a=-' 
n 
(2.1) 
donde a es el grado de ionización, n¡ es la densidad de iones y n es la densidad del 
plasma. Se establece que un gas está completamente ionizado si el grado de ionización es 
mucho mayor que el valor de la ionización crítica, el cual se define por la ecuación (Grill, 
1994): 
(2.2) 
donde <:5 ea es la sección transversal de colisión de electrón - átomo a la velocidad 
promedio del electrón expresada en cm2, y Te es la temperatura del electrón en el plasma 
en unidades de eV. 
Temperatura. 
Como ya se indicó, un plasma contiene una mezcla de partículas con diferentes 
cargas eléctricas y masas. Térmicamente, se puede considerar que está conformado por 
dos sistemas: uno que contiene únicamente electrones y otro que contiene las especies 
pesadas (átomos o moléculas neutras, iones y fragmentos moleculares neutros). 
De acuerdo a la temperatura del sistema, los plasmas se pueden clasificar de la 
siguiente manera (Grill, 1994). 
• Plasma en equilibrio termodinámico total. En este caso la temperatura de todas 
las especies presentes en el plasma se encuentran en equilibrio termodinámico. 
15 
Este plasma solo existe en las estrellas o durante cortos intervalos de una fuerte 
explosión. 
• Plasma en equilibrio termodinámico local. Para este tipo de plasma, la 
temperatura de las especies presentes en el plasma están en equilibrio; es decir, la 
temperatura del gas, la temperatura de excitación, la temperatura de ionización y 
la temperatura de disociación son iguales para cada pequeño volumen del plasma. 
Esta condición se conoce como plasma térmico. 
• Plasma sin equilibrio termodinámico. En este plasma la temperatura de las 
especies presentes en el plasma no está en equilibrio; la temperatura del electrón 
es la de mayor relevancia. Esta condición también se conoce como plasma no 
isotérmico oplasma frio. 
2.1.5 Condiciones de existencia del plasma. 
Como se indicó anteriormente los plasmas se clasifican en plasmas a) isotérmicos 
o de altas temperaturas y b) no isotérmicos o de bajas temperaturas. El primero se 
encuentra en equilibrio térmico alcanzando un alto grado de ionización de las moléculas y 
los segundos son plasmas que no se encuentran en equilibrio térmico. Además, tienen un 
bajo grado de ionización, los plasmas de bajas temperaturas aun cuando tienen un grado 
bajo de ionización cuentan con especies cargadas que son altamente reactivas, 
característica que es aprovechada para inducir reacciones en síntesis orgánicas, 
polimerizaciones, descomposición de contaminantes, etc. Por otro lado es conveniente 
señalar que la forma de generar plasmas no isotérmicos es mediante (Diaz, 2013). 
a) Campos eléctricos elevados y bajas frecuencias. 
b) Campos eléctricos bajos y elevadas frecuencias. 
c) Campos electromagnéticos. 
2.1.6 Descargas de barrera dieléctrica (DBD). 
Las descargas de barrera dieléctrica, descargas silenciosas, o descargas parciales, 
como comúnmente se conoce a este tipo de plasmas, combinan las ventajas de los 
plasmas no isotérmicos y la facilidad de operación en condiciones de presión atmosférica. 
Kogelschatz (2003) y su grupo realizaron importantes contribuciones para el 
entendimiento en aplicaciones industriales de las DBD; sin embargo, las DBD tienen una 
larga historia, se introdujeron por primera vez por Siemens en 1857 para crear ozono, 
Klemenc, Hinterberg y Hofer (1937) dieron grandes pasos en el entendimiento de la 
16 
naturaleza fisica de las DBD quienes descubrieron que las DBD ocurren en un número 
importante de canales individuales de streamers muy delgados, las cuales ahora se les 
conoce como microdescargas. 
La introducción de una barrera dieléctrica entre el electrodo del metal y el plasma 
puede ser usado para reducir la corriente. El desplazamiento de la corriente a través del 
material dieléctrico causa la continuidad de la corriente en el circuito. De esa manera, en 
este caso la descarga tiene que ser conducida por corriente alterna o un voltaje pulsado. 
En el caso de un DBD en general al menos uno de los electrodos de metal está cubierto 
por una barrera dieléctrica aunque también con frecuencia se cubren ambos electrodos. 
Las descargas de barrera dieléctrica han sido generadas en geometrías de platos paralelos 
o cilindros coaxiales. La propagación de una DBDs sobre la superficie se produce 
cuando, por ejemplo, ambos electrodos de metal son encapsulados en el mismo material 
dieléctrico (Chu & Lu, 2014). 
Generador de Alto 
Voltage AC 
(b) 
(a) 
--.--•- Tierra 
111 z z z z z n !e) 
Area de Descarga 
ld) 
Figura 2.3 Configuraciones comunes en DBD. (a, b, c) Planos, (d) cilíndrico. (Yong, et 
al., 2012) 
17 
2.2 Mecanismos de descargas en líquidos. 
El plasma formado por descargas eléctricas en un líquido, específicamente agua, 
es clasificado en dos grupos: el primer grupo considera la descarga en agua como una 
secuencia en un proceso de formación de una burbuja seguido de un proceso eléctrico que 
toma lugar dentro de la burbuja; el segundo grupo divide el proceso en una descarga 
parcial y una descarga completamente desarrollada como un arco o una chispa. De 
acuerdo al primer grupo, una microburbuja es formada por la vaporización del líquido por 
el calor local de la región con un fuerte campo eléctrico en la punta del electrodo. Cuando 
la burbuja crece una descarga toma lugar dentro de la burbuja, en el proceso eléctrico la 
descarga ocurre cuando un electrón realiza un número adecuado de colisiones ionizadas 
en su paso a través del espacio de descarga. En el segundo grupo se tiene que en el 
mecanismo de descarga eléctrica en agua el proceso de descarga es dividido en una 
descarga parcial y en un arco o chispa de descarga. En la descarga parcial la corriente en 
su mayoría, es transportada por iones mientras que en el arco o chispa de descarga la 
corriente se transfiere por los electrones (Yong et al., 2012). 
La condición de descarga crítica para un gas está descrita por la curva de Paschen 
que permite calcular el voltaje para la descarga eléctrica en el aire, donde normalmente 
un valor de 30kV/cm es aceptado para aire a 1 atm de presión. Cuando se intenta producir 
plasma mediante una descarga directamente en el agua podría esperarse un valor de 
ruptura mucho más alto, en el orden de los 30,000 kV/cm debido a la diferencia de 
densidades entre el aire y el agua. Sin embargo, una gran cantidad de experimentos de 
descargas en agua muestran que el voltaje de ruptura se encuentra en el rango de los 
gases, este efecto importante se explica tomando en cuenta la rápida formación de canales 
de gas dentro del seno del líquido bajo la influencia de altos voltajes aplicados al mismo. 
(Yong et al., 2012). 
Alexander Fridman (2012) muestra una expresión válida para una descarga en 
agua, en donde el voltaje puede ser estimado como: 
V~ 
kRT. 2 --ºe 
CJoEa 
(2.3) 
Para plasma generado por una descarga en agua puede ser numéricamente 
estimado como sigue: 
18 
V~ 
0.613 * 461.5 * 3002 
-------G ~ 26G 
o.os* 700 
(2.4) 
Donde 
G=L/Ro. 
L= distancia entre electrodos. 
Ro= radio del streamer. 
cr0= conductividad eléctrica inicial. 
Ea= energía de activación. 
R= constante universal de los gases. 
k= pCp. 
pCp = masa termica por unidad de volumen. 
En el caso donde L = 1cm (distancia entre electrodos), el diámetro del streamer 
usualmente se encuentra en el orden de los 1 O µm, dando un factor de geometría 
G=L/Ro=IOOO, el voltaje de descarga en agua será de 26,000 V. 
2.2.1 Descargas en líquidos haciendo burbujear un gas 
Existen múltiples aplicaciones de descargas de plasma en líquidos con altos 
voltajes que frecuentemente son requeridas en procesos. En estos casos, la energía 
aplicada que es suministrada por una fuente de poder es primeramente utilizada para 
evaporar el líquido alrededor del electrodo, generando burbujas de gas que 
subsecuentemente son ionizadas por fuertes campos eléctricos producidos por el alto 
voltaje. La temperatura del líquido usualmente es alta en la mayoría de las aplicaciones, 
esto al menos en la región que se encuentra cerca de la descarga debido a la excesiva 
cantidad de energía disipada en el líquido; sin embargo, en algunas circunstancias, las 
temperaturas elevadas no son del todo deseadas, para una gran cantidad de aplicaciones 
son deseables sistemas de plasmas no isotérmicos que puedan generar plasmas en la fase 
gas en contacto con líquidos. Desde este punto de vista estas descargas tienen otra ventaja 
ya que los plasmas generados en la fase gas son mucho más fáciles de producir que los 
plasmas directos en líquidos. Debido a que el plasma de la fase gas puede interactuar con 
el líquido solamente a través de la interface gas-líquido, es necesario maximizar su área 
superficial, normalmente con pequeñas burbujas suspendidas en el líquido. 
De manera similar a las descargas directas en líquidos comúnmente se utilizan 
configuraciones distintas en el sistema donde la diferencia radica en la figura del 
19 
electrodo. Una configuración usual es la de placa-punta, donde la punta del electrodo está 
hecha con un diámetro muy pequeño seguido de la inyección de un gas en el líquido. 
Distintos tipos de gases son utilizados dependiendo las aplicaciones; por ejemplo, el 
oxígeno se utiliza para promover la formación de radicales de oxígeno. En la Figura 2.4 
se muestran distintas configuraciones de estos sistemas. 
(a) (b) 
HV 
4, Gas flow 
tt Gas flow 
(e) 
Figura 2.4 Geometrías de electrodos con descargas en burbujas (Yong et al., 2012) 
a) punta-placa. b) placa-placa. c) canal de gas con líquido en la pared. Donde HV 
representa el alto voltaje. 
2.2.2 Plasma en solución. 
En fechas recientes ha crecido el uso de manera exponencial una técnica conocida 
comoplasma en solución que ha resultado ser muy efectiva en la formación de 
nanopartículas (Diaz, 2013) y degradación de compuestos orgánicos (Maehara et al., 
2008). El concepto de plasma en solución se esquematiza en la Figura 2.5 y consiste en 
hacer burbujear un gas en el seno del líquido de un reactor donde se encuentran dos 
electrodos y generar una descarga que genere un plasma dentro de la burbuja. De esta 
forma, se crean especies reactivas como iones, radicales y electrones que están en 
contacto directo con la interface plasma-gas, y que consecuentemente, se transportan a la 
interfase gas-líquido donde propician reacciones químicas dentro del mismo. Existen 
varios parámetros importantes a considerar en el tratamiento de solventes que es 
necesario prever ya que de estos depende el producto del tratamiento del mismo. A 
continuación se enumeran algunos (Hieda, et al., 2008; Takai, 2008; Bruggeman & Leys, 
2009; Heo, et al., 2010; Pootawang & Lee, 2012). 
1. Frecuencia. 
2. Tiempo de tratamiento. 
3. Material de los electrodos. 
20 
4. Configuración de los electrodos. 
5. Voltaje aplicado. 
6. Distancia interelectródica. 
7. Tipo de precursor empleado. 
Fuente Poder 
• 
• • • 
••• • • 
Gas~ • 
Gas Liquido 
PI m 
1 Gaa/Llquld Interface 
Plasma/Gas lnterf ce 
Figura 2.5 esquema de un reactor de plasma en solución. (Takai, 2008) 
Bruggeman (2009) propone un mecanismo para la generación de plasma de arco, 
que consiste en 3 etapas diferentes consecutivas(Bruggeman & Leys, 2009). 
a) Acumulación de carga en el electrodo, (pre-ruptura). 
b) Generación de un canal de conducción (streamer) y propagación (ruptura) a través 
de las burbujas de gas disueltas en el líquido. 
c) La fase de la chispa o arco (descarga). 
2.2.3 Efecto por la configuración del reactor. 
Las descargas eléctricas en líquidos están limitadas por su alta densidad y por la 
corta trayectoria libre de los electrones. Por lo tanto, requieren altos campos eléctricos; 
sin embargo, las descargas en líquidos pueden llevarse a cabo no con los altos campos 
eléctricos requeridos por las curvas de Paschen, sino con aquellos que solo superan 
ligeramente los campos de descarga en gases moleculares a presión atmosférica (Yang, et 
al., 2012). 
Varias configuraciones han sido utilizadas para la generación de plasmas en 
líquidos, por ejemplo para el tratamiento de aguas, dos figuras se muestran a continuación 
en la Figura 2.6 en las que se muestran las configuraciones: placa-punta y punta-punta. 
21 
HV HV 
,(a) (b) 
Figura 2.6 Dos configuraciones para las descargas en líquidos. 
(a) placa-punta. (b) punta-punta. 
Uno de los puntos a considerar en la geometría de placa-punta es el efecto adverso 
de la erosión, Sunka et al., (1999) señaló que un electrodo demasiado fino o puntiagudo 
es rápidamente erosionado por la descarga, por lo que se aconseja valorar la fabricación 
del electrodo y el tiempo de vida útil del mismo para, en la medida de lo posible, extender 
su tiempo de operación (Sunka, et al., 1999). Aun no se tiene completo entendimiento 
durante la generación del plasma disuelto en el líquido; sin embargo, la idea de la pre-
existencia de burbujas disueltas en el líquido como requisito para que ocurra el plasma y 
los efectos de campos magnéticos inducidos cerca de los electrodos son de las ideas 
mejor aceptadas actualmente (Diaz, 2013). 
22 
2.3 Compuestos orgánicos 
2.3.1 Hexano 
El hexano o n-hexano es un líquido incoloro con formula molecular C6H14, que 
tiene una masa molecular de 86.17 gr/mol y una composición de 83.62% de Carbono y 
16.38% de Hidrogeno. La estructura química del hexano se encuentra en la Figura 2.7. 
Tiene un olor parecido al del petróleo. Es menos denso que el agua e insoluble en ella, 
sus vapores son más densos que el aire. Se obtiene del petróleo. Por destilación de 
fracciones de las que se obtienen gasolinas o a través de reformados catalíticos, por 
medio de los que se obtienen compuestos aromáticos. 
H H H H ~ H 
1 1 1 1 1 1 
H·-C-C-C-C-C-C-H 
1 1 1 1 1 1 
H H H H H H 
Figura 2.7 Estructura molecular del n-Hexano 
Una forma de obtener n-hexano de gran pureza es pasarlo a través de malla 
molecular, en la cual se retienen la n-parafinas y eluyen las ramificadas, cíclicas y 
compuestos aromáticos. Un posterior cambio de temperatura y/o presión, permite 
recuperar las parafinas lineales. En el caso de contener impurezas con dobles ligaduras u 
otros elementos como azufre, oxigeno o halógenos, entonces la purificación debe llevarse 
a cabo mediante hidrogenación. El hexano forma parte de la gasolina de automóviles y es 
utilizado en la extracción de aceite de semillas, como disolvente en reacciones de 
polimerización y en la formulación de algunos productos adhesivos, lacas, cementos y 
pinturas. También se utiliza como desnaturalizante de alcohol y en termómetros para 
temperaturas bajas, en lugar de mercurio. Por último, en el laboratorio se usa como 
disolvente y como materia prima en síntesis. 
Es un compuesto altamente inflamable, cuyos vapores pueden viajar a una fuente 
de ignición y regresar con fuego al lugar que los originó, pueden explotar en un área 
cerrada y generar mezclas explosivas con aire. Debe almacenarse alejado de cualquier 
fuente de ignición y de materiales oxidantes, en lugares bien ventilados y de la luz directa 
del sol. Pequeñas cantidades pueden almacenarse en frascos de vidrios, pero para 
cantidades considerables, debe hacerse en tanques metálicos protegidos de descargas 
estáticas ya que los vapores son más pesados que el aire, por lo que pueden acumularse y 
23 
viaJar hacia fuentes de ignición y regresar, generando fuego en las zonas de 
almacenamiento (Hoja de seguridad del Hexano). 
El hexano es comúnmente utilizado para la extracción de compuestos orgánicos 
debido a la apolaridad de la molécula, se han realizado investigaciones en las que se 
utiliza el hexano como solvente para la extracción de aceites de almendras (Lafont, et al., 
2010), hojas de olivo (Guinda, et al., 2002). 
El hexano entra al aire, al agua y al suelo durante su producción y utilización. Los 
desechos que contienen n-hexano a veces son depositados en los vertederos de basura. El 
hexano puede entrar al medio ambiente desde estos lugares, así como debido a derrames 
accidentales durante su transporte o fugas ocurridas en los contenedores de 
almacenamiento. 
El hexano se evapora muy fácilmente en el alfe. Una vez en el alfe, puede 
reaccionar con el oxígeno y descomponerse. El hexano liberado en el aire se descompone 
en cuestión de días. Si hay una descarga de este compuesto en un lago o un río, una 
pequeña porción se disolverá en el agua, pero la mayor parte permanecerá flotando en la 
superficie, después se evaporará muy fácilmente en el aire. El hexano que se disuelve en 
el agua se puede descomponer por la acción de ciertos tipos de bacterias, pese a que no se 
sabe cuánto toma este proceso. Si se derrama hexano en el suelo, la mayor parte se 
evaporará en el aire antes de que penetre en el suelo. Todo hexano que logre penetrar el 
suelo probablemente será descompuesto por las bacterias. Si el hexano se fuga de un 
tanque de almacenamiento subterráneo, flotará en el agua subterránea en lugar de 
mezclarse con ella, ya que es más ligero que el agua. El hexano no se acumula ni se 
concentra en las plantas, los peces ni otros animales (Hoja de seguridad del Hexano). 
2.3.2 Aceite de oliva 
El Aceite de Oliva es el aceite alimenticio más antiguo después del aceite de 
sésamo. En la antigüedad, este aceite se usaba como alimento, en medicina y en 
ceremonias religiosas. Es dificil determinar dónde apareció el olivo pero se cree que 
apareció a orillas del Mediterráneo, entre Siria y Grecia. Su cultivo se inició en estas 
costas hace más de 6000 años y se usó de manera inmediata con fines alimenticios (la 
aceituna) y con fines medicinales (el aceite que extraían conrudimentarios métodos). 
24 
HO 
Figura 2.8 Estructura molecular del acido oleico. 
La principal característica y aquella que lo hace único, es el alto índice de ácidos 
grasos monoinsaturados (ácido oleico) y antioxidantes. Tanto el ácido oleico 
(monoinsaturado) y el ácido linoleico (poliinsaturado) que contienen son fundamentales 
para la salud, ya que son necesarios y nuestro organismo no puede sintetizarlos. Estos 
ácidos grasos son conocidos como esenciales, consumiendo Aceite de Oliva en las 
comidas se cubren las necesidades básicas de estos nutrientes. La figura 2.8 muestra la 
estructura molecular del acido oleico, componente principal del aceite de oliva. 
El Aceite de Oliva presenta los siguientes compuestos: 
• 73% de ácidos grasos monoinsaturados 
• 13,3% de ácidos saturados 
• 8,3% de ácidos poliinsaturados 
• El porcentaje restante está formado por la Vitamina E y antioxidantes 
(polifenoles) y esteroles (como el b-sitosterol que ayuda a la absorción de 
colesterol)(Jiménez Herrera & Carpio Dueñas, 2002). 
2.3.3 Cinamaldehído 
El cinamaldehído es un líquido de color amarillento con formula molecular 
C9H 80 y con masa molecular de 132.16 gr/mol, está compuesto por 81.80% de Carbono, 
6.07% de Hidrogeno y 12.13 de Oxigeno. Con un olor muy fuerte característico de la 
canela, en la figura 2.9 se muestra la estructura molecular del cinamaldehído. (carta 
seguridad cinamaldehído, 2011). 
25 
o 
H 
Figura 2.9 Estructura molecular del cinamaldehído encargada del sabor y olor de la 
canela. 
El cinamaldehído se encuentra presente en la naturaleza como trans-
cinamaldehído (Figura 2.9), y está compuesto por un aldehído insaturado unido a un 
grupo fenilo, por ello, tiene aromaticidad. El doble enlace conjugado proporciona la 
geometría plana a este compuesto; Tiene color amarillo pálido, y presenta una baja 
solubilidad en agua, siendo muy soluble en aceites. Se encuentra presente en la corteza 
del árbol de la canela y otras especies del género Cinnamomum. 
El cinamaldehído es utilizado frecuentemente en laboratorio, análisis, 
investigación (Fang, et al., 2004) llevaron a cabo en 2004 una evaluación de los efectos 
citotóxicos e inhibitorios del cinamaldehído sobre líneas celulares cancerosas humanas y 
otras no cancerosas. Los resultados fueron que el cinamaldehído presentaba un potente 
efecto inhibidor de la viabilidad celular en los cultivos tumorales a concentraciones de 
solamente 1 µM; mientras que las líneas celulares normales no se veían afectadas, lo cual 
demuestra que la administración de dosis elevadas de cinamaldehído no debería presentar 
efectos secundarios aparentes. 
Soliman, et al. 2012 comprobaron en su estudio que si se trataban ratas diabéticas 
(previamente alimentadas con una dieta rica en grasas) con extracto de canela, ésta 
producía efectos similares a la insulina, e incrementaba la sensibilidad hacia dicha 
hormona; además, la secreción de haptoglobina, proteína que aparece elevada en los 
casos de obesidad, experimentaba una reducción, mientras que la expresión de leptina, 
proteína lipolítica, incrementaba. Sus conclusiones fueron que el efecto anti-diabético del 
extracto de canela se debía al incremento de sensibilidad a insulina, la disminución de los 
niveles de glucosa en sangre y el aumento de la expresión de proteínas relacionadas con 
el metabolismo de los lípidos. 
Algunas de las aplicaciones para el cinamaldehído son las siguientes: 
26 
• Saborizante: Una de las aplicaciones más obvias para el CA es como saborizante 
o alimento adulterante en forma de polvo aromatizado, es decir, lo que se conoce 
comúnmente como canela en polvo. (Fahlbusch et al., 2000). 
• Bioplaguicida ó fungicida: Otra aplicación de este compuesto se presenta en el 
manejo y control de plagas. Esto es debido a su elevada actividad antibacteriana y 
baja toxicidad. Por lo tanto, el CA es un insecticida efectivo, mostrando unas 
propiedades potenciales antimicrobianas y biodegradables. (Porras, et al., 2009). 
• Antimicrobiano: Es especialmente eficaz contra ciertos tipos de bacterias 
inhibiendo el crecimiento de Escherichia coli y Salmonella enterica serovar 
Typhimurium. (Helander et al., 1998). 
• Agente contra el cáncer: Según estudios de investigación recientes se ha 
demostrado que este compuesto bloquearía la proliferación, invasión y 
crecimiento tumoral aunque solo a dosis elevadas que no serían alcanzables a 
través de la ingesta alimentaria. (Cabello et al., 2009). 
27 
3. METODOLOGIA. 
El diseño de reactores de plasma, un tema propio de la ingeniería, también puede 
ser de interés para otros especialistas por varias razones. Por una parte, el diseño de 
reactores convencionales se fundamenta en los modelos de reacciones generalmente 
propuestos por los químicos y por otra parte, las propiedades finales del material obtenido 
pueden coincidir o diferir de las esperadas. A partir de las pruebas hechas sobre muestras 
preparadas por técnicas convencionales de laboratorio, según sea el tipo de reactor y las 
condiciones de operación empleados para su producción industrial. 
Este trabajo presenta una visión esquemática del diseño, partiendo de reactores de 
plasma ya existentes (Huang et al., 2010; Diaz, 2013; Taghvaei, et al., 2013; Malik & 
Ahmed, 2008; Shin & Yiacoumi, 2008; Gao et al., 2008), sean estos para producir carbón 
con aplicaciones catalíticas ó para descomponer compuestos orgánicos. Seguidamente, se 
discutirán las particularidades en el reactor que se construirá, las cuales hacen del diseño 
de los respectivos reactores un tema bastante amplio y multidisciplinario en el que no se 
profundiza a detalle. El propósito es formular y utilizar un procedimiento de diseño y 
analizar los resultados. 
3.1 Diseño del reactor de plasma en solución. 
Este apartado señala el material utilizado y el procedimiento que se siguió en el 
diseño de un reactor de plasma en solución que sería usado para la degradación de 
compuestos orgánicos. 
La Figura 3 .1 muestra el sistema del reactor de plasma en solución que se propone 
para la degradación de compuestos orgánicos, básicamente consta de una cámara de 
reacción en la cual se tienen dos electrodos conectados a una fuente de poder (las 
particularidades de estos se discuten mas adelante). A esta cámara de reacción se le hace 
burbujear un gas. 
28 
Gases 
ZONA DE REACCION 
Reactor de plasma en solución 
Fuente de poder 
•• 
a,,j,, Valvulade 
control de gas 
Gases 
ZONA DE ALIMENTACION 
Figura 3.1 Sistema del reactor de plasma en solución. 
En Tabla 3 .1 se exponen los diferentes componentes del sistema de plasma en 
solución, los accesorios y los equipos se describen a continuación. 
Tabla 3.1 Descripción de equipos o accesorios del sistema de plasma en solución. 
EQUIPO O ACCESORIO DESCRIPCION 
Fuente de poder. La fuente de poder está conectada directamente a los 
electrodos que se encuentran en el cuerpo del reactor de 
plasma en solución. La fuente de poder suministra la energía 
necesaria para que se lleve a cabo la reacción. La fuente de 
poder DIDRIVEl0N distribuida por lnformation Unlimited 
mantiene un voltaje máximo utilizado a 100 % de 40 kV y 
una frecuencia de 20 a 60 kHz. 
Reactor de plasma en solución El reactor de plasma en solución consta de dos cabezales, 2 
electrodos y el cuerpo del reactor, aquí es donde se lleva a 
cabo la reacción. 
Válvula de control de gases. Esta válvula se encuentra antes del reactor de plasma en 
solución y es la que permite medir el flujo volumétrico de gas 
que se inyecta al reactor. 
Electrodo inferior. El electrodo inferior tiene forma cónica terminando en una 
punta muy fina, el objetivo de este electrodo es conectarlo a 
tierra. 
29 
Electrodo superior. El electrodo superior está conectado a la corriente eléctrica, 
además de esto, este electrodo está formado por un tubo que a 
la vez inyecta el gas en el seno del líquido. 
Cabezal inferior.El cabezal inferior funciona como soporte para el electrodo 
además evita que el líquido se derrame fuera del reactor. 
Cabezal superior. El cabezal superior funciona como soporte para el electrodo 
superior, este cabezal tiene una pequeña salida para el escape 
de gases. 
Cuerpo del reactor. El cuerpo de reactor es un tubo cilíndrico y funciona como 
cámara de reacción. 
Carcasa de protección. Adicionalmente es necesaria una carcasa de protección que 
evite que personal que trabaja con el reactor sufra accidentes 
por descargas eléctricas. 
3.1.1 Reactor de plasma en solución 
Como anteriormente se mencionó el reactor de plasma en solución consta de dos 
cabezales, dos electrodos y el cuerpo del reactor. Dentro del cuerpo del reactor se lleva a 
cabo la reacción mediante una diferencia de potencial entre los electrodos, los electrodos 
entran dentro de los cabezales y asimismo los cabezales dentro del cuerpo del reactor, en 
la Figura 3.2 podemos observar un diagrama del reactor de plasma en solución. 
Un electrodo tiene la función de actuar como tierra y el otro electrodo como 
corriente, se aprovecha este electrodo para inyectar el gas a la cámara de reacción para 
asegurar que la burbuja que se genere esté en contacto con los dos electrodos que serán 
fabricados con un tubo de metal. 
Figura 3.2 Reactor de plasma en solución. 
30 
3.1.2 Electrodo inferior y superior. 
El electrodo inferior será fabricado con una varilla metálica a la que se le dará un 
terminado cónico o de punta con un torno, serán fabricados varios electrodos con 
distintas longitudes para, en caso de requerirse, variar la distancia interelectródica de 
trabajo aunque en principio se propone utilizar una distancia entre electrodos de 1.5 a 3 
mm, ya que mas allá de esta distancia es más complicado generar el arco eléctrico, este 
electrodo estará conectado a la tierra de la fuente de poder, el electrodo superior será 
fabricado con un tubo metálico para de esta manera aprovecharlo para inyectar el gas 
precursor al sistema de reacción. Los electrodos propuestos para el sistema de plasma en 
solución son mostrados en la Figura 3.3. 
Figura 3.3 Electrodo inferior y superior. 
3.1.3 Cabezal inferior y superior. 
Los cabezales inferior y superior tendrán la función de actuar como soporte para 
los electrodos además aseguran que el líquido dentro de la cámara de reacción se 
contenga dentro de ella. El cabezal está diseñado de tal forma que un costado del cabezal 
embona en el cuerpo del reactor y se asegura la hermeticidad con 2 empaques o-rings. 
Por el otro costado tendrá un segmento roscado donde se acoplan otras dos piezas las 
cuales su función es que al introducir el electrodo dentro de ellas y apretando la rosca se 
fija el electrodo en el cabezal. El cabezal contará con dos orificios, uno para el electrodo 
y otro para el escape de gas. La Figura 3 .4 exhibe el diseño de los cabezales con las 
diferentes partes que lo conforman. 
31 
~ (o) Jo) V ·····••··••·•··•••·••·••··~.------·'" 
' '
·····················:·-.: 
! : : 
.. J1\l' 
Figura 3.4 Cabezal. 
3.1.4 Cuerpo del reactor. 
Para el cuerpo del reactor simplemente se utilizará un tubo de vidrio de 
borosilicato para evitar que los compuestos orgánicos utilizados lo ataquen. La Figura 3.5 
muestra el cuerpo del reactor. 
;---------------,00,w---------------t 
o 
Figura 3.5 Cuerpo del reactor (medidas en mm). 
3.2 Construcción del reactor de plasma en solución. 
'] ,, \ ,, . ,, ' ,, 1 
,, f + 
A continuación se detallan medidas y materiales utilizados en la construcción del 
reactor de plasma en solución. 
• Electrodo inferior y superior. El material utilizado para la fabricación de los 
electrodos fue acero inoxidable, en principio para evitar el desgaste del mismo en 
la medida de lo posible, el electrodo inferior se fabricó con una varilla de acero 
inoxidable con diámetro de 4.5 mm y longitud de 10 cm, y el electrodo superior 
con un tubo de 4.5 mm de diámetro una longitud de 40 cm y con un dobles a un 
ángulo de 90 grados una longitud de 126.13 mm tal como se observa en la Figura 
3.6 (a), la Figura 3.6 (b) es el electrodo superior. 
32 
,,__ _____ ----4()() 00--------------. 
1-------100.01>-------
4L ccccccc======-- -Lr 
Figura 3.6 (a) Electrodos (medidas en mm). 
Figura 3.6 (b) Electrodo. 
• Cabezal inferior y superior. El cabezal inferior y supenor son prácticamente 
iguales, funcionan como soporte para los electrodos y se fabricaron de nylamid 
con el objetivo de que los compuestos utilizados no ataquen el material, cada 
cabezal cuenta con varias piezas diferentes las cuales su finalidad en conjunto es 
fijar el electrodo y evitar fugas del líquido, se pueden observarse en las Figuras 
3.7 (a, by c) y 3.8, las medidas se presentan en la Figura 3.7, y la Figura 3.8 es el 
cabezal terminado. 
(a) 
33 
1 5 ,19 O 5 oc 
s~6o-s.-~-~o 1 
1 11ºº 
~ -240~ 
(b) 
(e) 
Figura 3.7 (a, by e) Piezas internas y externas del Cabezal en mm. 
Figura 3.8 Cabezal. 
• Cuerpo del reactor. El cuerpo del reactor es un tubo de vidrio Pyrex de 
borosilicato con una longitud de 300 mm de largo y 31.5 mm de diámetro externo, 
el cuerpo del reactor es presentado en la Figura 3.9. 
34 
Figura 3.9 Cuerpo del reactor. 
3.2.1 Secuencia de ensamble del reactor de plasma en solución. 
La secuencia para el ensamble de las partes del reactor es la siguiente: 
a) Acoplar los electrodos de acero inoxidable a los cabezales dentro del orificio de 5 
mm. 
b) Acoplar el electrodo inferior que funciona como tierra a un extremo del cuerpo 
del reactor. 
c) En caso de no ser necesana la entrada de gas (trabajar con un tubo como 
electrodo) del cabezal inferior, taponarla. 
d) Cargar el reactor con el material con el que se desea trabajar. 
e) Acoplar el cabezal superior en el cuerpo del reactor ( en este momento los dos 
cabezales ya tienen los electrodos acoplados). 
f) Verificar la distancia interelectródica con la cual se realizaran las reacciones, en 
este caso 1.5 mm. 
g) Apretar los cabezales para fijar los electrodos. 
h) Conectar las líneas de alimentación y purga de gas. 
i) Conectar los cables de corriente al electrodo superior y tierra al electrodo inferior 
de la fuente de poder. 
3.3 Validación del reactor de descargas eléctricas en líquidos. 
3.3.1 Materiales utilizados. 
Los precursores utilizados son compuestos orgánicos relativamente comunes. Por 
una parte se utilizó hexano como un solvente orgánico que es un hidrocarburo de cadena 
lineal y por otra parte compuestos orgánicos como cinamaldehído, además de estos se 
utilizó aceite de olivo para observar la versatilidad del sistema de plasma de descargas 
eléctricas que se propone. En la Tabla 3 .2 podemos encontrar los precursores utilizados 
en esta investigación. 
35 
Tabla 3.2 Precursores utilizados en el reactor de plasma en solución. 
PRECURSORES 
COMPUESTO PUREZA DISTRIBUIDOR 
Hexano Hexano ACS-95% Fermont 
Cinamaldehído ~93 %, natural, FG SASC 
Aceite de olivo ( comercial) No aplica Golden Hills 
3.3.2 Gases utilizados. 
Adicionalmente para formar el plasma se utilizaron varios gases los cuales son 
enlistados mediante la Tabla 3.3, que muestra los gases usados para la generación del 
plasma en el reactor de plasma en solución. 
Tabla 3.3 Gases precursores utilizados en el reactor de plasma en solución. 
PRECURSORES 
GAS PUREZA DISTRIBUIDOR 
Oxígeno ~99% PRAXAIR 
Argón 99.99% PRAXAIR 
3.3.3 Procedimiento para descomposición de compuestos orgánicos. 
De manera general, el plasma que degrada los compuestos orgánicos es formado 
dentro de las burbujas de gas cercanas a los electrodos a los que se les aplica una 
diferencia de potencial. Se observa que al aplicar esta diferencia de potencial es formada 
una descarga eléctrica entre ambos electrodos que se encuentran en el seno del líquido y 
que atacan químicamente el compuesto a degradar. 
Los compuestos tratados fueron hexano, cinamaldehídoy aceite de olivo 
comercial, utilizando argón y oxígeno a diferentes tiempos, se realizaron varias corridas 
variando primero el tiempo de tratamiento y después el flujo de gas del sistema para 
encontrar así un punto óptimo de trabajo. Una vez encontrado el punto óptimo se 
realizaron experimentos variando la potencia en la fuente de poder. 
36 
A continuación se muestra la secuencia experimental con la cual se trabajaron los 
diferentes compuestos. 
a) Una vez ensamblado el reactor, se carga con 50 ml del líquido. 
b) Colocar el cabezal superior y apretar el electrodo una vez que se asegura la 
distancia interelectródica de 1.5 mm. 
c) Conectar los caimanes de los electrodos a la fuente de poder. 
d) Fijar el flujo volumétrico de gas a utilizar. 
e) Girar la perilla de frecuencia ( encender fuente de poder). 
f) Encender el alto voltaje. 
g) Fijar voltaje en 100%. 
h) Dejar ciclos de trabajo apagado. 
i) Girar la perilla de frecuencia hasta observar que se forme el arco eléctrico. 
j) Tratar la muestra a diferentes tiempos valorados experimentalmente. 
k) Al concluir apagar la fuente de poder en el siguiente orden. Regulador de voltaje, 
alto voltaje, girar perilla de frecuencia hasta apagar. 
Una vez encendida la fuente de poder se pueden observar las descargas eléctricas que 
ocurren entre los electrodos, y conforme pasa el tiempo se puede percibir un aparente 
cambio de coloración en el líquido tratado además de partículas en suspensión las cuales 
sedimentan si se dejan reposar. En la Figura 3 .1 O encontramos el sistema armado y 
cargado. 
37 
Figura 3.10 Sistema de reacción cargado. 
3.3.4 Experimentación en el reactor 
Las condiciones de operación del reactor fueron establecidas de acuerdo a pruebas 
preliminares y de acuerdo a estas experimentaciones se establecieron los parámetros. 
Las variables que se manipularon fueron el tiempo y el flujo de gas. Inicialmente 
se trató Hexano con oxígeno, los tiempos de experimentación fueron de 1, 3 y 5 minutos 
manteniendo constante el flujo de gas a una presión de 14 psi y 5 cm3/s, después se 
aumentó el flujo de gas y nuevamente se realizaron los experimentos a los tres tiempos 
antes mencionados, estos experimentos se realizaron a tres diferentes flujos de gas (5 
cm3 /s, 1 O cm3 /s y 20 cm3 /s) y a una potencia del 100%. Una vez terminadas estas corridas 
se repitieron con las mismas condiciones con excepción del gas utilizado, es decir, se 
repitieron las corridas utilizando como gas precursor argón. 
Posteriormente se cargó el reactor con cinamaldehído y se realizaron corridas con 
los mismos parámetros de trabajo (100% potencia, y flujos de 5 cm3/s y 10 cm3/s), pero 
variando los tiempos de trabajo siendo estos de 1 minuto, 10 segundos y 30 segundos 
debido a que visualmente la reacción es mucho más rápida en el cinamaldehído y es por 
38 
esa razón que se acortaron los tiempos comparados con los tiempos de tratamiento del 
hexano. 
Considerando los resultados de las corridas con hexano y cinamaldehído se 
realizaron corridas con aceite de olivo comercial utilizando como gas precursor argón, las 
variables que se manipularon fueron el tiempo (1, 3 y 5 minutos) y el flujo de gas (5, 10 y 
20 cm3/s) manteniendo la potencia al 100% y los ciclos de trabajo apagados. 
Por último y en base a los resultados encontrados por el método de espectroscopia 
UV-VISIBLE se realizó una corrida donde únicamente la potencia fue variada (50, 70, 90 
y 100%) manteniendo constantes el gas precursor (argón), el flujo de gas (5 cm3/s), el 
tiempo de reacción (5 minutos) y el ciclo de trabajo apagado. 
3.4 Caracterización del líquido remanente. 
En este capítulo se describen las técnicas utilizadas de manera general para la 
caracterización del líquido remanente, se menciona el procedimiento utilizado para 
obtener los resultados que se analizan en la sección de resultados y discusiones. 
3.4.1 Espectroscopia infrarrojo por transformadas de Fourier (FTIR). 
Con esta técnica se identifican los grupos funcionales existentes en el líquido 
remanente mediante la interacción de radiación infrarroja con los estados 
vibracionales/rotacionales de los grupos funcionales. El procedimiento de análisis fue el 
siguiente: 
a) Limpiar la superficie del cristal de seleniuro de zinc con isopropanol y se dejo 
secar. 
b) Correr un análisis sin muestra con un total de 32 barridos (blanco). 
c) Colocar la muestra tratada entre los dos cristales. 
d) Analizar la muestra con las mismas condiciones que el blanco. 
e) Limpiar los cristales de seleniuro de zinc. 
3.4.2 Espectroscopia UV-VISIBLE. 
Esta técnica permite mediante un análisis a la muestra y por medio de radiación 
UV conocer la concentración de ciertos compuestos en el líquido, en este caso ya que 
ciertamente no se conoce el compuesto generado, se utilizó para realizar un barrido al 
líquido remanente y encontrar en que longitud de onda absorbe, posteriormente se medió 
la absorbancia en esa longitud de onda para encontrar las condiciones optimas de trabajo 
39 
en el reactor en base a los resultados obtenidos de absorbancia de la muestra y buscando 
los máximos de absorcion. Los pasos que se siguieron fueron los siguientes: 
a) Limpiar la celda de cuarzo con isopropanol y dejarla secar. 
b) Agregar el líquido sin tratar en el reactor a la celda y medirlo como blanco. 
c) Tomar la celda de cuarzo y agregar el líquido remanente a analizar. 
d) Realizar un barrido para encontrar la longitud de onda en que absorbe el 
compuesto generado en el reactor. 
e) Medir las muestras tratadas en el reactor en la longitud de onda encontrada en el 
punto anterior. 
3.5 Caracterización del sólido remanente. 
3.5.1 Microscopia electrónica de barrido. 
Esta técnica es utilizada para conocer la morfología y/o estructura de las partículas 
que se producen en el reactor, esta técnica se basa en recorrer la muestra con un haz muy 
concentrado de electrones los cuales se pueden dispersar por la muestra o provocar la 
aparición de electrones secundarios; estas señales son recogidas y cuantificadas por un 
detector. A medida que el haz de electrones recorre la muestra, el equipo genera y 
presenta la imagen en el monitor, típicamente se alcanzan rangos en la escala 
nanométrica. El procedimiento a que se siguió fue el siguiente: 
a) Pegar cinta adhesiva al portamuestras. 
b) Colocar los granos de muestra en la cinta adhesiva. 
c) Colocar la muestra en la cámara del microscopio. 
d) Ajustar las condiciones del microscopio para formar las micrografias. 
40 
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. 
En este capítulo son reportadas las condiciones experimentales más adecuadas 
para la descomposición de compuestos orgánicos, se discute el efecto que tiene el uso de 
diferentes compuestos orgánicos, el tiempo de tratamiento, el gas precursor, el flujo 
volumétrico del gas, la potencia y finalmente, de esta manera, se establecen las 
condiciones preferentes para el uso de este reactor. 
4.1 Operación del reactor de descargas eléctricas. 
Inicialmente cuando se aplica una diferencia de potencial entre los dos electrodos 
se aprecia la formación de una chispa o arco eléctrico entre ellos, de forma general el 
procedimiento es el siguiente: 
a) Los electrones fluyen del electrodo superior hasta el electrodo inferior. 
b) En la zona de descarga se forma un arco eléctrico o chispa que aumenta la 
temperatura de la región cercana a ella. 
c) El plasma es formado en las burbujas del gas que se encuentra en el seno del 
líquido. 
d) Se aprecia la aparición de luminiscencia de un color que varía dependiendo del 
gas precursor utilizado. 
En la zona de descarga se evaporan moléculas del solvente que se mezclan con el 
gas disuelto de manera que cuando el gas entra en contacto con la descarga eléctrica los 
electrones interactúan con este ultimo propiciando la formación de un plasma 
caracterizado por la formación de una serie de iones o radicales libres.Al entrar en 
contacto estas especies altamente reactivas con el precursor orgánico se llevaron a cabo 
una serie de reacciones evidenciadas en primera instancia por la formación de partículas 
suspendidas en el líquido. Se pudo observar la formación de una nube de gas de color 
blanca y finalmente por un notorio cambio de coloración del compuesto orgánico. En la 
Figura 4.1 se observa el reactor de descargas eléctricas en funcionamiento. 
41 
Figura 4.1 Reactor de descargas eléctricas encendido 
Diaz et al, le atribuyen la formación de estas partículas suspendidas a la 
generación de partículas de carbón a partir de precursores como hidrocarburos de cadena 
abierta además de hidrocarburos cíclicos (Diaz, 2013), Horng y colaboradores 
investigaron los depósitos de carbón en los electrodos generados por un plasma pulsado 
generado por descargas eléctricas (Horng et al., 2006), Muhammad y Maqsood 
encontraron que es posible formar nanofibras y nanotubos de carbono a partir de 
hidrocarburos por efecto de descargas pulsadas en líquidos (Malik & Ahmed, 2008), por 
lo que la generación de partículas de carbón es un recurso utilizado en parte en este 
trabajo para evidenciar la validación del reactor y por tanto, el sistema en cuestión. 
42 
4.2 Resultados de los tratamientos variando el tiempo y flujo de gas. 
4.2.1 Resultados del Hexano. 
Para estos experimentos se trataron 50 ml de n-hexano como compuesto orgánico 
precursor con oxígeno como gas, manteniendo constante el flujo de gas en 5 cm3/s, los 
ciclos de trabajo apagados y la potencia al 100% (aprox. 40 kV), se varió el tiempo de 
tratamiento o reacción siendo estos de 1, 3 y 5 minutos. Se comparan las 3 diferentes 
muestras tratadas a diferentes tiempos en la Figura 4.2. 
Figura 4.2 Hexano tratado con 5 cm3/s de oxígeno y tiempos de 1, 3 y 5 minutos 
respectivamente. 
La figura anterior exhibe las muestras tratadas a diferentes tiempos, en las que se 
puede observar que existe un evidente cambio de coloración entre las 3 muestras debido a 
la producción de partículas de carbón, conforme pasa el tiempo se generan más partículas 
de carbón las cuales impiden el paso de luz, cabe señalar que después de transcurrido 
algunos minutos se puede apreciar en las muestras que parte del carbón formado precipita 
al fondo del vial que la contiene. 
De la misma manera se hicieron corridas a estos tiempos (1, 3 y 5 min) y variando 
en esta ocasión el flujo de gas a 10 y 20 cm3/s y se mantuvo constante la potencia al 100 
%, en la Figura 4.3 se comparan las muestras obtenidas de estas reacciones. 
43 
Es evidente que la formación de partículas de carbón aumenta conforme aumenta 
el tiempo de tratamiento del hexano, sin embargo es necesaria una técnica cuantitativa 
para evidenciar el efecto que tiene el flujo de gas en la reacción, mas adelante en el 
presente trabajo se realiza un análisis por medio de la técnica de espectroscopia UV-
VISIBLE para puntualizar dicha influencia. 
f = 5 cm3/s 
Figura 4.3 Hexano tratado con 5, 10 y 20 cm3/s de oxígeno y tiempos de 1, 3 y 5 minutos 
respectivamente. 
4.2.2 Análisis FTIR del hexano tratado. 
Las muestras que se obtuvieron de los tratamientos anteriores fueron analizadas 
mediante la técnica de espectroscopia de infrarrojo, los espectros IR obtenidos se 
compararon con el espectro IR original del hexano con la finalidad de encontrar 
diferencias en ellos que muestren cambios en la estructura química de la molécula del 
hexano. 
El espectro IR original del hexano puro muestra picos en la longitud de onda de 
2959 cm-1, 2928 cm-1, 2875 cm-1, bandas características del -CH2 y -CH3, estos mismos 
son comparados con los espectros IR obtenidos de las muestras tratadas, los espectros 
obtenidos y el espectro original del hexano se encuentran dentro de la Figura 4.4 y 
además se presentan los espectros obtenidos para cada una de las muestras etiquetadas de 
44 
la siguiente forma: H (hexano ), O (oxígeno), 100 (potencia), 5-10-20 (flujo de gas en 
cm3/s) 5-3-1 (tiempo en minutos). 
1.0 I - H010055 I 
0.5 
O.O 
1.0 
H010053 I 
C1l 
0.5 
·u 
e O.O C1l 
-e 
o 1.0 I - H010051 I rJ) .e 
<( 
0.5 
O.O 
1.0 
1 -- Hexano ~uro 1 
0.5 
O.O 
4000 3000 2000 1000 o 
cm ·1 
1.0 
1-H0100105 1 
0.5 
O.O 
C1l 1.0 ·13 HO100103 I e 
(lJ 
-e 0.5 
o 
<J) 
.o 
<( O.O 
1.0 
-- Hexano uro 
0.5 
O.O 
4000 3000 2000 1000 o 
cm·1 
45 
1,0 
0.5 
O.O 
Cll 
1.0 
'i3 
e: 0.5 Cll .e ,_ 
o O.O V) 
.e 
<( 
1.0 
0.5 
O.O 
1,0 
0.5 
O.O 
4000 3000 2000 
,1 
cm 
1 - HO100205 I 
H0 100203 I 
I - HO100201 1 
1 -- Hexano Puro 1 
1000 o 
Figura 4.4 Espectros obtenidos por FTIR comparando el hexano puro con las muestras 
tratadas. 
En los espectros obtenidos por FTIR se puede observar que aparentemente no se 
aprecian cambios significativos entre las muestras ya que aparecen el mismo tipo de 
vibraciones en cada análisis. Sin embargo, el cambio de color observado en ellas indica 
que la estructura química del hexano ha cambiado de alguna manera, esto se puede 
interpretar de distintas maneras: El hexano se fracciona en moléculas de menor tamaño o 
cadenas más cortas, las cuales por ser un hidrocarburo presentan los mismos enlaces C-H 
y C-C por lo que, si las fracciones del hexano no se escapan en forma de gas, las bandas 
características de estos enlaces de los productos de reacción quedan traslapadas en el 
espectro del hexano puro y por ende ocultas en el mismo. Esto mismo sucede en el caso 
de que las especies reactivas produzcan en la reacción hidrocarburos ramificados. Se 
deduce también que los productos de reacción en su mayoría no se encuentran en el 
líquido remanente sino en el gas que se produce y en las partículas de carbón formadas en 
el líquido y en los electrodos, ya que los alcanos de cadena corta metano, etano, propano 
y butano son gases en condiciones normales, si el hexano se fracciona en su mayoría los 
productos de reacción se escapan en forma de gas. 
46 
4.2.3 Microscopia electrónica de barrido de las partículas generadas en 
el hexano. 
Los tratamientos que se realizaron con hexano en el reactor de descargas 
eléctricas forman partículas sólidas las cuales quedan suspendidas en el líquido, estas 
partículas fueron centrifugadas y se sometieron a la técnica de microscopia electrónica de 
barrido, esta técnica permite conocer la estructura morfológica del carbón generado, cabe 
señalar que durante la experimentación la distancia interelectródica se mantuvo a 1.5 mm 
y cuando la distancia se acortó a 1 mm aproximadamente se produjo un aglomerado 
sólido de carbón que de alguna manera unía los extremos de los electrodos evitando así 
que se generara la descarga entre ellos. El experimento se repitió varias veces 
obteniéndose en cada una de ellas la misma forma, en la Figura 4.5 se observa este 
aglomerado entre los electrodos mientras que la Figura 4.6 muestra las micrografias de la 
partícula formada y finalmente la morfología de las partículas generadas en el reactor y 
que posteriormente fueron centrifugadas se presentan en la Figura 4.7. 
Figura 4.5 Formación de aglomerado de carbón entre los electrodos. 
47 
Figura 4.6 Formación de aglomerado de carbón entre los electrodos. a) 88x, 
b )75800x, c) 303x y d) l 790x respectivamente 
48 
Figura 4. 7 Formación de material particular en el reactor. a) 109x y b) 11 OOOOx. 
Las micrografias obtenidas del aglomerado de carbón que se formó entre los dos 
electrodos cuando la distancia interelectródica se mantiene de 1 mm se presentaron en la 
Figura 4.6. Se observa que esta partícula tiene una forma definida y además tiene 
cavidades en las cuales al acercar se pueden observar partículas esféricas en la escala 
nanométrica, las partículas tienen tamaños aproximados de 100 a 250 nm, aunque la 
imagen muestra que en gran mayoría las partículas tienen diámetros de aproximadamente 
125 nm. Volotskova et al., (2010) le atribuyen la formación