CHAPTER 9. CONCLUSION AND FUTURE WORK
9.2 Directions for Future Research
9.2.3 Applications in Smart Grid Secure Distributed Operations
Se analizaron las microfotografías mediante el programa IMAGEJ, el cual sirve para hacer operaciones muy sencillas y a la vez sofisticadas sobre imágenes como ajustar el contraste y transformar una imagen color en una imagen blanco y negro a detalle.
IMAGE J PARA MICROSCOPIA
Al dar doble click en dicho icono, si es la primera vez aparecerá un mensaje de autoconfiguración; ahí darle “Aceptar”. Inmediatamente se mostrará la interfase principal del programa:
Manejo de Imágenes
Para abrir de manera sencilla una imagen en ImageJ, se abre la carpeta que contiene la imagen de interés y se arrastra al programa:
ImageJ desplegará en pantalla la imagen seleccionada. Si es un archivo que contiene información de varios canales y de planos en el eje Z, ImageJ mostrará la primera imagen del Z stack y el primer canal,
Separación de canales
Algunos sistemas de captura, como por ejemplo StereoInvestigator, crean una imagen RGB que contiene la información de cada canal capturado por separado, aunque al abrirlo con los visores comunes se muestren todos los canales en una misma imagen. De igual manera las imágenes obtenidas con nuestro confocal Zeiss, aunque son de 8 bits, se muestran formando parte de un mismo archivo. Para algunos análisis o creación de figuras, se requiere que dichos canales se muestren por separado. Para ello, ImageJ cuenta con la herramienta “Split Channels”. Para realizar esto, ir a “Image” | “Color” | “Split Channels”:
El programa separará las imágenes de acuerdo a la información que posea el archivo de origen. Normalmente ImageJ separa la imagen en tres canales, azul, verde y rojo, y si son “RGB” los transforma cada uno en “8-bit”:
Conteo de células en una imagen
ImageJ puede realizar conteo de estructuras en una imagen bidimensional. El proceso es totalmente dependiente de la configuración que el usuario introduzca para realizar dichos conteos. Tomando como base la imagen de proyección máxima que se realizó en el paso anterior como imagen a analizar, el primer paso recomendado es duplicarla. Para esto, ir a “Image” | “Duplicate”:
Aparecerá el siguiente cuadro de diálogo, con el nombre del archivo y un guión seguido por un número, el cual se incrementará conforme se duplique el archivo original
Al dar “OK” aparecerá la nueva imagen duplicada:
Preferentemente trabajar sobre la imagen duplicada. Ir a “Image” | “Adjust” | “Threshold…”:
Aparecerá la ventana siguiente y automáticamente la imagen se tornará en rojo y negro:
Threshold convierte la imagen de 8 bits en una imagen pseudo-binaria. En la ventana de Threshold, la barra superior selecciona el valor umbral de pixel, en una escala de 0 a 255 a partir de donde asignará los valores 0 (negro) y 1 (blanco), mientras que la barra inferior seleccionará desde los contornos externos hasta el llenado completo de las estructuras que ImageJ identifique a partir de los valores de la escala de color. Una vez que las estructuras (en este caso, los somas de las neuronas) han sido rellenadas satisfactoriamente por el color rojo, dar click en “Apply”. El color rojo se tornará blanco, y el fondo negro. Esto aplica tanto para imágenes de fluorescencia como de campo claro:
Para cerrar el módulo Threshold, dar click en el comando cerrar (X) que está situado en la parte superior derecha de la ventana.
Para realizar el conteo, primero se le tiene que indicar a ImageJ los parámetros que se requieren medir. Esto se realiza solamente durante la primera medición, posteriormente los ajustes quedarán guardados para futuras sesiones. Para realizar esto, ir a “Analyze” | “Set Measurements…”
Aparecerá la ventana siguiente:
En esta ventana se pueden seleccionar los parámetros que se requieran cuantificar; para mediciones morfológicas, regularmente se seleccionan “Area”, “Perimeter”, “Shape descriptors” y “Area fraction”. Los resultados pueden ser
obtenidos directamente en micras si se realizó la calibración antes de realizar el análisis. Si no es el caso, los valores se obtendrán en pixeles.
Una vez que se seleccionaron los parámetros, dar click en “OK”. Para comenzar a realizar las mediciones, ir a “Analyze” | “Analyze Particles…”:
Aparecerá la ventana siguiente:
En “Size” se coloca el rango de tamaño de las estructuras a analizar; en “Circularity” que tan circulares deben ser las estructuras a considerar; en “Show” seleccionar “Outlines” para que nos muestre los contornos de las estructuras presentes en la imagen que se tomarán en cuenta para las mediciones. Seleccionar “Display results” y “Summarize”. Si se realizarán mediciones de varias imágenes, también seleccionar “Clear results”. Una vez seleccionados estos
parámetros, dar click en “OK”. Inmediatamente comenzará la cuantificación con los parámetros seleccionados. Una vez terminado el proceso, ImageJ abrirá tres nuevas ventanas, Outlines, Summary y Results:
En la ventana “Outlines” ImageJ mostrará los contornos de las estructuras que tomó en cuenta para el análisis de acuerdo con los parámetros introducidos en la ventana “Analyze Particles”. Es importante cerciorarse que el programa realmente esté contando las estructuras de interés; muchas veces el resultado satisfactorio es un proceso de ensayo y error calibrando los parámetros “Size” y “Circularity” para obtener únicamente las estructuras de interés.
En la ventana “Summary” ImageJ mostrará los valores de todas las estructuras de interés que encontró en la imagen; como aclaración “Total Area” se refiere a la suma de las áreas de cada estructura que ImageJ encontró, no al área total del lienzo del mapa de bits, y el valor de “Mean” es 255 porque la imagen se hizo pseudo-binaria, esto es con valores 0 y 255.
La ventana “Results” mostrará los valores individuales de cada estructura que ImageJ encontró en el lienzo de mapa de bits; dichos valores son los que resultarán importantes para la realización de los análisis estadísticos.
Los datos de “Summary” y “Results” pueden ser guardados en un archivo de texto, o directamente en una hoja de cálculo (por ejemplo, Microsoft Excel). Para ello dar click en “File” | “Save as…”. Aparecerá el siguiente cuadro de diálogo:
Escoger la ruta de destino, nombre del archivo (respetando la extensión .xls) y dar click en “Save” o “Guardar”.
Si por alguna razón se cerrara la ventana “Results” y los datos no han sido guardados, ImageJ nos lanzará una advertencia:
Antes de empezar a ver las microfotografías obtenidas, hay que tener presente que con el programa IMAGEJ se tomo como referencia el color blanco a la zona austenitica y color oscuro a la zona martensitica.
En las fotografías consideramos zona austenitica y zona martensitica, la zona martensita que se formo en la fabricación de las ollas, en el proceso de embutido. Ocurre casi instantáneamente; los granos martensíticos se nuclean y crecen a velocidad muy alta: a la velocidad del sonido dentro de la matriz austenítica.
Se analizó la siguiente microfotografía (Fig, Nº 5.5) que es la probeta de la base de la olla nueva de un acero AISI 201, la cual pasara por un proceso de escala de grises para luego cuantificar las zonas austenitica y Martensitica (Fig, Nº 5.6) (Fig. Nº 5.7)
Figura Nº 5.5.
Probeta de la olla de acero austenitico AISI 201 Nueva – Base, fotografia con un aumento de 1000X entre el lente objetivo y el lente ocular.
Figura Nº 5.6.
Probeta Nueva – Base (Escala de grises)
Figura Nº 5.7.
Se obtuvo que el 59.72% de la imagen procesada es de austenita (zona clara) y el 40.28 de martenstica (zona oscura), además podemos observar pocas líneas claras hechas durante el proceso de embutición.
La siguiente microfotografía (Fig. Nº 5.8) que es la probeta del contorno de la olla nueva de un acero AISI 201, la cual pasara por un proceso de escala de grises para luego cuantificar las zonas austenitica y martensiticas (Fig. Nº 5.9) (Fig. Nº 5.10)
Figura Nº 5.8.
Probeta de la olla de acero austenitico AISI 201 Nueva – contorno , fotografia con un aumento de 1000X entre el lente objetivo y el lente ocular.
Figura Nº 5.9.
Probeta Nueva – Contorno (Escala de grises)
Figura Nº 5.10.
Se obtuvo que el 42.63% de la imagen procesada es de austenita (zona clara) y el 57.37 de martensita (zona oscura), además podemos observar las líneas claras hechas durante el proceso de embutición
La siguiente microfotografía (Fig, Nº 5.11) que es la probeta de la base de la olla usada de un acero AISI 201, la cual pasa por un proceso de escala de grises para luego cuantificar las zonas austenitica y martensiticas(Fig, Nº 5.12) (Fig. Nº 5.13)
Figura Nº 5.11.
Probeta de la olla de acero austenitico AISI 201 usada – Base , fotografia con un aumento de 1000X entre el lente objetivo y el lente ocular.
Figura N º5.12.
Probeta Usada - Base (Escala de grises)
Figura Nº 5.13.
Se obtuvo que el 44.77% de la imagen procesada es de austenita (zona clara) y el 55.23 de martensita (zona oscura), además podemos observar los choques térmicos producidos por el uso de la olla con el fuego directo, los granos se muestran un poco más grandes a causa del enfriamiento lento en esa zona, y mostrando delimitaciones de granos con precipitación de carburos por las variaciones de temperatura
La siguiente microfotografía (Fig, Nº 5.14) que es la probeta del contorno de la olla usada de un acero AISI 201, la cual pasara por un proceso de escala de grises para luego cuantificar las zonas austenitica y martensiticas(Fig, Nº 5.15) (Fig. Nº 5.16)
FiguraNº 5.14.
Probeta de la olla de acero austenitico AISI 201 usada – contorno , fotografia con un aumento de 1000X entre el lente objetivo y el lente ocular.
Figura Nº 5.15.
Probeta Usada - Contorno (Escala de grises)
Figura Nº 5.16.
Se obtuvo que el 50.65% de la imagen procesada es de austenita(zona clara) y el 49.35 de Martensita (zona oscura), además podemos observar los choques térmicos producidos por el uso de la olla con el fuego directo.
En la Tabla Nº 5.8 se presenta un cuadro resumen de porcentaje de las fases contenidas dentro de las probetas ensayadas
Tabla Nº 5.8. Cuadro comparativo
% de Austenita % de Martensita
Probeta 1 (OLLA NUEVA-base) 59.72 40.28
Probeta 2 (OLLA NUEVA-contorno) 42.63 57.37
Probeta 1 (OLLA USADA-base) 44.77 55.23
Probeta 2 (OLLA USADA-contorno) 50.65 49.35
Se puede apreciar la microestructura austenitica (zona clara) de este acero, y la zona martensitica (zona oscura)
Se puede determinar una disminución de la austenita en la base debido al desgaste producido por el uso de la olla.
El aumento de austenita en el contorno de la olla, se debe a la formación de austenita por enfriamiento rápido de la aleación con elementos gammágenos (que favorecen la estabilidad del hierro, como el níquel y el manganeso) después de su puesta en servicio, esto es posible debido a la alta difusividad del acero inoxidable y a la temperatura que se alcanzan en esta zona de la olla debidoa su uso que mantiene el calor en la parte superior.
CONCLUSIONES
1. El promedio de los resultados del ensayo de dureza de la probeta 1 y probeta 2 de la olla nueva de acero inoxidable AISI 201 (base) fue de 81.8 HRB y (contorno) 79.77 HRB respectivamente. Y de la probeta 3 y probeta 4 de la olla
usada de acero inoxidable AISI 201 En el acero inoxidable AISI 201 (base) fue de 87.17 HRB y (contorno) 88.13 HRB respectivamente, nos indican que el acero AISI 201, después del tiempo de servicio, se vuelve más duro por consiguiente más frágil.
2. Con estos resultados se puede asumir que el acero austenitico AISI 201 usado, después de su tiempo de servicio, se vuelve más frágil y más duro, volviéndolo un material poco maleable y con reducidas propiedades mecánicas en comparación con un acero austenitico AISI 201 nuevo.
3. Los Porcentajes de Austenita encontrados en las microfotografías: olla nueva base de 59.72%, olla usada base de 44.77%, Se puede determinar una disminución de la austenita en la base debido al desgaste producido por el uso del acero bajo la llama directa.
4. Por el aumento de la austenita en el contorno de la olla usada, se desarrollo un fenómeno de formación de austenita por enfriamiento, gracias a sus elementos aleantes que son el Ni y Mn (actuando como elementos estabilizadores de la austenita - gammagenos) y por la alta difusividad del acero.
RECOMENDACIONES
1. Realizar mayores ensayos no destructivos para ampliar la investigación. Por ejemplo:
VT – Inspección Visual, PT – Líquidos Penetrantes, RT – Radiografía Industrial, Ultrasonido Industrial, etc.
2. Realizar el mismo estudio con el mismo Acero AISI 201 en una parte soldada, ya que es muy común reparar estos utensilios mediante soldadura.
3. Realizar la prueba con una representacion probabilística de la muestra, para obtener datos mas precisos.
4. Realizar investigaciones similares en otros aceros que sean bastante usados en la vida cotidiana
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GLOSARIO DE TERMINOS
AISI: Instituto Americano de Fe y Acero
SAE: Sociedad de Ingenieros Automotores
ASTM: Sociedad Americana para Pruebas y Materiales
UNS: Sistema Unificado de Numeración
VITACRONT: Acrilico autocurable polvo
VITACRYL: Acrilico autopolimerizante liquido
CCF: Cara de cubica centrada
PH: Endurecimiento por precipitacion
CONFORMABILIDAD: Capacidad del acero de adoptar una nueva forma sin perder la integridad estructural
RECOCIDO: Ablandamiento, recuperación estructura o eliminación de la tensión interna. Temperatura: 600-750 °C, Tiempo 3 a 4 horas.
DECAPADO: Tratamiento superficies, eliminar impurezas como manchas, aleaciones ferrosas Cu y Al. Se da en solucion Licor de pasivado.
LAMINADO EN FRIO: Procesamiento de deformaciones a alta velocidad.
DUCTILIDAD: Propiedad que tienen de deformarse, antes de llegar a la ruptura.
COMPORTAMIENTO MECANICO: Conducta que presentan las propiedades de los materiales al ser sometidas a fuerzas mecánicas externas que tienden alterar el equilibrio.
AUSTENITICO: Nitrogeno, Niquel y Manganeso
ENSAYO TRACCION: Mide resistencia.
CORROSION: Desgaste que sufren los metales por la continua exposición a los factores externos.
TENACIDAD: Energia de deformación total que es capaz de absorber un material
CRIOGENICO: frio
SOLUBILIDAD: Capacidad de disolverse con un liquido.
BORDE O LIMITE DE GRANO: superficie de separación entre 2 cristales de un mismo grano.
GAMMAGENOS: Estabilizadores de la austenita.
ALFAGENOS: Estabilizadores de la Ferrita.
PUNTOS INVARIANTES: Eutectoide, Eutectica y Peritectica
Fe3C: Cementita
MACROATAQUE: Norma ASTM E304, para soldaduras.