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EFECTO HALL

DE ESPÍN INVERSO EN PELÍCULAS DE

Nb, Mo y Bi

POR BOMBEO DE ESPÍN

Dr. David Ley Domínguez1 y Dr. José Andrés Matutes Aquino2

Universidad Tecnológica de Ciudad Juárez, Av. Universidad Tecnológica # 3051.Col. Lote Bravo II, Cd. Juárez Chihuahua, México, 32695. 1

Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C., Miguel de Cervantes 120, Complejo Industrial Chihuahua, Chihuahua, México, 31109. 2

Enviado: 29 de abril de 2016 Aceptado: 7 de junio de 2016

davisley@utcj.edu.mx

Resumen: El efecto hall de espín inverso utilizado para la detección de corrientes de espín fue observado mediante medidas de voltaje en bicapas de metal normal (MN)/metal ferromagnético (MF), utilizando Niobio (Nb), Molibdeno (Mo) y Bismuto (Bi) como metal normal y Permalloy (Py, Ni81Fe19) como metal ferromagnético. La corriente de espín fue generada por el efecto de bombeo de espín con resonancia ferromagnética. Las muestras fueron depositadas por pulverización catódica (sputtering) con magnetrón de corriente continua a temperatura ambiente sobre sustratos de Si (001). Las tres bicapas de Nb/Py, Mo/Py y Bi/Py tuvieron un acoplamiento espín-órbita lo suficientemente grande para poder observar la generación de voltaje por efecto hall de espín inverso.

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Palabras clave: Corriente de espín pura, efecto hall de espín, efecto de bombeo de espín y resonancia ferromagnética.

A b s t r a c t : The inverse spin hall effect used for detection of spin currents was observed by voltage measurements in bilayers of normal metal (NM)/ferromagnetic metal (FM), using Nb, Mo and Bi as normal metal and Permalloy (Py, Ni81Fe19) as ferromagnetic metal. The spin current was generated by the spin pumping effect with ferromagnetic resonance. The samples were deposited by dc magnetron sputtering at room temperature on Si (001) substrates. The three bilayers of Nb/Py, Mo/Py and Bi/Py had a spin-orbit coupling large enough to observe the voltage generation by spin hall effect.

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Keywords: Pure spin current, spin Hall effect, spin pumping effect and ferromagnetic resonance.

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Introducción La espintrónica es una disciplina que estudia una propiedad intrínseca de los electrones que es el espín, para mejorar la eficiencia y velocidad de los dispositivos electrónicos. Este nuevo tipo de electrónica trabaja no solo con la carga de los electrones sino también con su espín. Los dispositivos espintrónicos combinan la microelectrónica convencional con los efectos derivados de la interacción entre el espín del electrón y las propiedades magnéticas del material. El enfoque para utilizar el espín está basado en su alineación (ya sea “arriba” o “abajo”) respecto a una referencia (un campo magnético aplicado o la orientación de la magnetización de una película ferromagnética). Los dispositivos operan con cierta cantidad de corriente eléctrica que depende de una manera predecible de la dirección de alineación del espín. La implementación de la alineación de los espines a la electrónica convencional añade a los dispositivos una mayor capacidad y velocidad con bajo consumo de energía en los dispositivos electrónicos. Actualmente los discos duros de computadora y las memorias MRAM funcionan con dispositivos de espintrónica, como se menciona en Pulizzi, Sinova y Žutić (2012), Žutić, Jaroslav y Das Sarma (2004), Wolf, Awschalom, Buhrman, Daughton, Molnár, Roukes, Chtchelkanova y Treger (2001). Los aspectos clave en la espintrónica son la generación y detección de corrientes de espín, en la electrónica convencional la orientación del espín del electrón de la corriente eléctrica o corriente de carga está completamente al azar, como se esquematiza en la Figura 1a, en otras palabras, el espín del electrón no tiene ningún rol en los dispositivos electrónicos, por lo que se ignora por completo el espín del electrón. En contraste con la corriente eléctrica, la corriente de espines polarizados toma en consideración la orientación del espín pero también puede estar asociada con la corriente de carga, como se ilustra en la Figura 1b, o puede ser solo un flujo de espín sin flujo neto de carga, llamada corriente de espín pura, ilustrada en la Figura 1c. La corriente de espín pura se puede entender como un flujo de electrones polarizados solo con espín hacia arriba (spin-up) sumándole a éste un flujo de electrones igual pero polarizados con espín hacia abajo (spindown) y fluyendo en dirección opuesta, por esta razón no hay un flujo neto de carga, la corriente de espín pura se puede ver como la diferencia entre el flujo de espín arriba y espín abajo, en contraste con la corriente de carga (corriente eléctrica) donde es la suma de los flujo de espín arriba y espín abajo.

Figura 1. Esquema del flujo de electrones: a) corriente eléctrica o corriente de carga, existe un flujo neto de carga y el espín de los electrones está orientado al azar, b) corriente de carga con espines polarizados, tiene un flujo neto de carga y la mayoría de los espines están orientados en la misma dirección, c) no tiene un flujo neto de carga debido a que y tiene un flujo neto de espín. Las corrientes de espín pueden ser creadas por fenómenos recientemente descubiertos como:

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El efecto hall de espín (SHE, siglas del inglés Spin Hall Effect) como se esquematiza en la Figura 2, consiste en una acumulación de espín en los bordes del material en donde existe un flujo de carga eléctrica, donde los espines hacia arriba son desviados a un lado y los espines hacia abajo son desviados al otro lado del conductor, si la polaridad de la corriente eléctrica cambia, la orientación de los espines también cambia. El efecto hall de espín en metales no magnéticos (MN) se origina en el acoplamiento espín-órbita, acoplamiento entre el espín del electrón y su movimiento orbital, generalmente encontrado en átomos grandes con un número atómico grande. De manera contraria, si una corriente de espín pura fluye en un material no magnético que tenga fuerte acoplamiento espín-órbita generará un flujo de corriente de carga transversal a la corriente de espín, este efecto es llamado efecto hall de espín inverso (ISHE, siglas del inglés Inverse Spin Hall Effect) (Dyakonov y Perel, 1971; Hirsch, 1999; Kato, Myers, Gossard y Awschalom, 2004; Takahashi Saburo, Maekawa Sadamichi, 2008; Vignale, 2009).

Figura 2. Esquema del efecto hall de espín (SHE) y efecto hall de espín inverso (ISHE), a) una corriente de carga con espines no polarizados fluye a través de un material no magnético con acoplamiento espín-órbita generando una corriente de espín pura transversal a ésta, b) una corriente de espín pura fluyendo en un material no magnético con acoplamiento espín-órbita genera una corriente eléctrica transversal.

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2.

El efecto de bombeo de espín (SPE, siglas del inglés Spin Pumping Effect), en donde una corriente de espín pura puede ser inyectada en un material no magnético debido a la precesión de un material ferromagnético adyacente. La precesión de la dirección de la magnetización en el material ferromagnético debido al torque ejercido por un campo de RF (radio frecuencia) externo bombea espines dentro del metal normar adyacente induciendo una corriente de espín pura (Tserkovnyak, Brataas y Bauer, 2002; Azevedo, Vilela-Leao, Rodríguez-Suárez, Lacerda-Santos y Rezende, 2011; Azevedo, Vilela-Leao, Rodríguez-Suárez, Oliveira y Rezende, 2005). Los efectos SHE e ISHE son requeridos para la creación de dispositivos espintrónicos siendo el platino uno de los elementos más utilizado en el estudio de estos efectos (Nakayama, Ando, Harii, Kajiwara, Yoshino, Uchida, Ota y Saitoh, 2010; Nakayama, Ando, Harii, Fujikawa, Kajiwara, Yoshino y Saitoh, 2011). Debido al alto costo del platino es importante buscar otras alternativas. En este artículo se reportan medidas de voltaje obtenido del efecto hall de espín inverso por la corriente de espín generada mediante el efecto de bombeo de espín para los metales de Niobio (Nb), Molibdeno (Mo) y Bismuto (Bi).

Experimentación Las películas fueron depositadas por la técnica de pulverización catódica (sputtering) con magnetrón de corriente continua a temperatura ambiente, se utilizaran substratos de silicio monocristalino con orientación (001) con un espesor de 500µm previamente lavados con ultrasonido, se cortaron en rectángulos de 1mm x 3mm. Se utilizaron mascaras para depositar los metales normales en el centro de la muestra con una dimensión de 1mm x 1mm. La cámara de pulverización fue evacuada a una presión base de 2.2 x 10-7 Torr, después fue presurizada con un flujo de argón a 2.4 x 10-3 Torr durante el depósito. Se utilizaron blancos de 2 pulgadas de diámetro de Permaloy (Ni81Fe19), Niobio (Nb), Molibdeno (Mb) y Bismuto (Bi), éstos con una pureza de 99.95%. Todas las bicapas MN/MF de las muestras fueron fabricadas con un espesor de Py de 12nm y un tiempo de depósito de 1 minuto a 50mA para las películas de MN. Las muestras fueron puestas en resonancia ferromagnética con un espectrómetro de banda-X operado a una frecuencia de 9.4GHz, la muestra fue posicionada en el centro de una cavidad resonante. Las muestras fueron barridas con un campo magnético externo generado por un electroimán de 9 pulgadas, aplicado en dirección del plano de las películas. El voltaje generado como resultado del efecto hall de espín inverso se midió con un nanovoltímetro conectado mediante una interface a una computadora. En la Figura 3 se observa un esquema de la muestra.

Figura 3. Representación de la muestra de interface metal-normal/permalloy.

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Resultados y discusión En la Figura 4 (a-c) se observa el voltaje detectado por efecto hall de espín inverso para las muestras de Nb/Py, Mo/Py y Bi/Py. En las tres bicapas se observa un pico de voltaje en aproximadamente 1.1kOe, que es el campo magnético de resonancia del Py para una frecuencia de 9.4GHz. El pico de voltaje observado para las tres muestras se encuentra en el rango de los µV, valores similares han sido reportados para interfaces de Py/Py (Nakayama, Ando, Harii, Kajiwara, Yoshino, Uchida, Ota y Saitoh, 2010; Nakayama, Ando, Harii, Fujikawa, Kajiwara, Yoshino y Saitoh, 2011). El voltaje se genera cuando las bicapas Nb/Py, Mo/Py y Bi/Py están en resonancia ferromagnética, una corriente de espín pura es inyectada de la película ferromagnética a la película de MN por medio del efecto de bombeo de espín. Una vez que existe una corriente de espín pura dentro de la película de MN se genera una acumulación de cargas en las extremidades de la muestra por el desvío de electrones debido al acoplamiento espín-órbita, obteniendo un voltaje de efecto hall de espín inverso. La forma del pico de voltaje hall de espín inverso es la misma que el pico de absorción de resonancia ferromagnética debido a que se crea cuando la película ferromagnética Py se encuentra en un campo magnético y frecuencia adecuada cumpliendo con las condiciones de resonancia, estando el Py en resonancia ferromagnética la inyección de corriente de espín hacia las películas de Niobio (Nb), Molibdeno (Mo) y Bismuto (Bi) es máxima, obteniendo el máximo voltaje. Una vez saliendo de las condiciones de resonancia el bombeo de espín desaparece, debido a que fuera de las condiciones de resonancia magnética no existe una corriente de espín pura bombeada a la película de MN, el efecto hall de espín inverso no se acciona y no genera una diferencia de potencial.

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Bibliografía

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Pulizzi F, Sinova J. y Žutić I. (2012). Spintronics. Nature Materials Insight, 11, 367-371. ISSN #1476-1122.

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Žutić I, Jaroslav Fabian y Das Sarma S. (2004). Spintronics: Fundamentals and Applications. Rev. Mod. Phys. 76, 323. ISSN # 1539-0756.

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Wolf, S.A.; Awschalom, D.D., Buhrman, R.A.; Daughton, J.M.; Molnár, S. Von, Roukes, M.L., Chtchelkanova, A.Y. y Treger, D.M. (2001). Spintronics: A Spin-Based Electronics Vision for the Future. Science, 294, 14881495. ISSN # 1095-9203.

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Dyakonov, M. I. y Perel, V.I. (1971). Current-Induced Spin Orientation of Electrons in Semiconductors. Physics lettersA, 35, 459-460. ISSN # 0375-9601.

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Hirsch, J.E. (1999). Spin Hall Effect. Physical Review Letters, 83, 1834. ISSN # 1079-7114.

Figura 4. Voltaje detectado por efecto hall de espín inverso (ISHE) generado por la corriente de espín creada mediante el bombeo de espín de resonancia ferromagnética, para las bicapas (a) Nb/Py, (b) Mo/Py y (c) Bi/Py.

Conclusión Se obtuvieron medidas de voltaje por efecto hall de espín inverso en bicapas de Nb/Py, Mo/Py y Bi/Py. Por medio de las medidas de voltaje observadas en los resultados se pudo comprobar que los metales Nb, Mo y Bi tienen un acoplamiento espín-órbita lo suficientemente grande para observar el efecto hall de espín inverso, por lo que pueden ser utilizados como generadores y detectores de corrientes de espín. Debido al alto costo del platino, saber que el Niobio (Nb), Molibdeno (Mo) y Bismuto (Bi) generan voltaje por efecto hall de espín inverso mediante bombeo de espín es una gran alternativa para minimizar costos en el área de la espintrónica. Estos elementos pueden ser estudiados para desarrollar nuevos dispositivos espintrónicos.

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Kato, Y.K.; Myers, R.C.; Gossard, A.C. y Awschalom, D.D. (2004). Observation of the Spin Hall Effect in Semiconductors. Science, 306, 1910. ISSN # 10959203.

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Takahashi Saburo y Maekawa Sadamichi (2008). Spin Current, Spin Accumulation and Spin Hall Effect. Sci. Technol. Adv. Mater. 9, 014105. ISSN # 18785514.

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Vignale, G. (2009). Ten Years of Spin Hall Effect. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 23, ISSN # 15571947.

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Tserkovnyak, Y.; Brataas, A. y Bauer, G. E. W. (2002). Spin Pumping and Magnetization Dynamics in Metallic Multilayers. Physical Review B, 66, 224403. ISSN # 2469-9969.

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Tserkovnyak, Y., Brataas, A. y Bauer, G. E. W. (2002). Enhanced Gilbert Damping in Thin Ferromagnetic Films. Physical Review Letters, 88, 117601. ISSN # 1079-7114.274-1278. ISSN # 07338724.

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Azevedo, A.; Vilela-Leao, L.H.; Rodríguez-Suárez, R.L.; Lacerda-Santos, A.F. y Rezende, S. M. (2011). Spin Pumping and Anisotropic Magnetoresistance Voltages in Magnetic Bilayers: Theory and Experiment. Physical Review B, 83, 144402. ISSN #2469-9969.

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Azevedo, A.; Vilela-Leao, L.H.; Rodríguez-Suárez, R.L.; Oliveira, A.B. y Rezende, S.M. (2005). DC Effect in Ferromagnetic Resonance: Evidence of the Spin-Pumping Effect?. Journal of Applied Physics, 97, 10C715. ISSN # 1089-7550.

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Nakayama, H.; Ando, K.; Harii, K., Kajiwara, Y.; Yoshino, T.; Uchida, K.; Ota, T. y Saitoh, E. (2010). Detection or Inverse Spin-Hall Effect Induced in Ptx-1Mx(M=Cu,Au) Thin Films. Journal of Physics: Conference Series, 200, 062014. ISSN # 17426596.

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Nakayama, H.; Ando, K.; Harii, K., Fujikawa, Y.; Kajiwara, Y.; Yoshino, T. y Saitoh, E. (2011). Inverse Spin-Hall Effect Induced by Spin Pumping in Different Size Ni81Fe19/Pt Films. Journal of Physics: Conference Series, 266, 012100. ISSN # 1742-6596.

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H E R R A M I E N TA S I N N O VA D O R A S PA R A E L

aprendizaje organizacional M.A. Noé Chávez Hernández1

Tecnológico de Estudios Superiores de Coacalco, Avenida 16 de Septiembre #54, Coacalco de Berriozábal, Estado de México, México, C.P. 55700. 1

Enviado: 12 de abril de 2016 Aceptado: 31 de mayo de 2016

noahchh@hotmail.com

R e s u m e n : La intención de este trabajo, es hacer una reflexión respecto a prácticas internas de aprendizaje organizacional que son aplicadas en las organizaciones orientadas a la gestión del conocimiento y a atender las acciones competitivas en las que se desempeñan. Mediante una revisión teórica interpretativa, se comenta la noción del aprendizaje organizacional como una práctica orientada a la competitividad, así como las que permiten innovar en su proceso de estas prácticas, además de una exploración acerca de las universidades corporativas, como centros integradores en la gestión del conocimiento para el desarrollo competitivo de los integrantes de una empresa.

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A b s t r a c t : The intention of this paper is to reflect about internal organizational learning practices which are implemented in organizations oriented knowledge management and to meet the competitive actions in which they work. An interpretative theoretical review, the notion of organizational learning as oriented competitive practice and innovative technological tools to innovate in their process of these practices is discussed, in addition to an exploration about corporate universities, as integrators centers knowledge management for the competitive development of the members of a company.

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Palabras clave: Aprendizaje organizacional, gamificación, e-learning, m-learning y universidad corporativa..

Keywords: Organizational learning, gamification, e-learning, m-learning and corporate university.

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Introducción Ante los cambios del entorno, las organizaciones necesitan implementar modificaciones en sus acciones de dirección, en las que consideren la gestión del conocimiento, además de desarrollar una cultura orientada al aprendizaje; con ello, podrán favorecer la consolidación de la empresa y de cada individuo que la integra.

De esta manera, las aportaciones a la inteligencia empresarial, implican el involucramiento del aprendizaje y generación de conocimientos, para transmitir e interpretar información del medio ambiente, mediante prácticas innovadoras que promuevan el progreso y mejor desempeño competitivo.

El eje de toda esta labor recae en los niveles estratégicos de la misma organización (León, Tejada, y Yataco, 2003), quienes tienen la responsabilidad de crear un clima favorable que facilite encauzar el aprendizaje organizativo en su personal, compartir vivencias y conocimientos, desarrollar habilidades, destrezas y actitudes, que coadyuven a la mejora de desempeño, así como la interacción con los compañeros de trabajo con los cuales se logre un aprendizaje conjunto (Senge, 1990).

Estas prácticas innovadoras son apoyadas de herramientas tecnológicas que agilizan e impulsan ideas creativas para su aplicación dentro de la empresa (Grant, 1996). Ya que la gestión tecnológica se convierte en un proceso complejo que permite el éxito de la innovación mediante una red de interacciones en dos vías: hacia adentro de la organización y hacia afuera de ella, con el entorno tecnológico, económico y social.

El aprendizaje organizacional es un proceso que permite adquirir conocimientos y capacidades únicas, para resolver problemas y actuar a favor del crecimiento y progreso de una empresa. Este aprendizaje es enriquecido cuando los individuos y la misma organización, interactúan mutuamente con la finalidad de desarrollar capacidades y talentos entre los miembros, además de tener una visión compartida basada en entendimientos personales como resultado de una permanente comunicación.

A continuación se presenta una exploración respecto a herramientas tecnológicas que son utilizadas para promover actividades que enriquecen el aprendizaje organizacional, además de una revisión acerca de las características de la universidad corporativa, como opción estratégica de aprendizaje, para las empresas interesadas en desarrollar las competencias laborales específicas de su personal, a fin de estar alineados competitivamente a sus propósitos organizacionales.

Además, el aprendizaje organizacional, se convierte en una herramienta útil (Delgado, Lara y Vázquez, 2010) para gestionar el conocimiento de la empresa y compartir experiencias entre sus miembros; de esta manera, se contribuye a que la organización sea confiable y eficiente. Para lograr un aprendizaje en toda la organización, se requiere compartir información, ideas y conocimientos, de manera abierta. Miller (1996) explica que en el aprendizaje institucional, las empresas comparten y crean valores, creencias y actitudes en torno al ambiente externo. Por esta razón, las referencias del entorno, son obtenidas a través del monitoreo de las prácticas empresariales. La inteligencia empresarial de una organización competitiva se consigue del establecimiento de procesos que permitan obtener, analizar e interpretar información del ambiente, con la finalidad de tomar decisiones estratégicas para responder adecuadamente a los cambios generados. Al respecto, la empresa consultora Ernst y Young (2012), conceptualiza a la inteligencia empresarial como:

La aplicación innovadora de la información analítica, la planeación empresarial y el monitoreo de clase mundial para acelerar el logro de los objetivos del negocio (…) permitir que la organización administre los impulsores de desempeño, riesgo y calidad a nivel proceso .

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Herramientas tecnológicas para el aprendizaje organizacional En la investigación realizada por Delgado, Lara y Vázquez (2010), El Aprendizaje Organizacional en el Sector Privado: El Caso de México, se exploró el nivel de adopción de las prácticas de aprendizaje organizacional en 68 empresas nacionales del sector privado. Emplearon un cuestionario basándose en las cinco disciplinas de Senge (1990), a saber: pensamiento sistémico, dominio personal, modelos mentales, aprendizaje en equipo y visión compartida; además de 15 elementos relacionados a estas disciplinas aportadas por Torokoff (2010). Los resultados de esta investigación determinaron que en países como Estados Unidos, Alemania, Taiwán y Australia, las empresas expresan sus experiencias de aplicación acerca del aprendizaje organizacional para atender: el análisis del entorno, las actividades de trabajo, incidencias y accidentes en sus jornadas, innovación en las aportaciones personales, administración de calidad. Concluyeron que en México no hay una exteriorización de datos sobre este tipo de experiencias, salvo en organizaciones multinacionales. Actualmente las organizaciones han aprovechado los adelantos de las tecnologías de información, para aplicar en sus prácticas de aprendizaje, herramientas que diversifican los cursos de capacitación y desarrollo, haciéndolos más atractivos y significativos para su personal. A continuación, se exploran las actividades más relevantes al respecto. .

E–learning Gracias a la utilización del internet y multimedia se han podido realizar actividades para el aprendizaje organizacional de manera específica, según sean las necesidades de la empresa, área o departamento. Cuevas (2012), explica que el e–learning consiste en suministrar programas educativos y sistemas de aprendizaje mediante medios electrónicos. Para que el personal de una empresa tenga el material educativo necesario con la finalidad de adquirir nuevos conocimientos y contribuir a su aprendizaje, se requiere el uso de dispositivos electrónicos móviles y/o de escritorio, con los que interactúen con varias herramientas como, correos electrónicos, blogs, foros, mensajes instantáneos, plataformas de formación, páginas web, etc. Por su parte, Yunda (2011) explica que el e–learning transfiere conocimiento a través de estas herramientas electrónicas, de tal manera que se convierte en un medio didáctico para que los empleados desarrollen habilidades y capacidades que favorezcan el desempeño que demanda la organización. Las dinámicas utilizadas se orientan a mostrar cómo desenvolverse en las actividades específicas de su puesto.

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El beneficio adicional que se obtiene con esta estrategia de capacitación virtual, se encuentra en que la transmisión de aprendizaje se hace en un menor tiempo y a un bajo costo, ya que hay flexibilidad en las plataformas de enseñanza, de tal manera que se adaptan a las necesidades tanto de la empresa como de sus trabajadores. Los sistemas educativos utilizados en el e–learning tienen diferentes finalidades, las cuales van desde el seguimiento de textos y audios respecto a la información de un tema, hasta la interacción con diversas pantallas en las que pueden ver videos y practicar los contenidos temáticos que son transmitidos (Cuevas, 2012). Según estudios realizados por el Instituto Español de Comercio Exterior, en México, desde hace más de diez años, se han implementado herramientas electrónicas para desarrollar nuevas estrategias de e–learning dentro de las organizaciones. Tal es el caso de CEMEX, Grupo Bimbo, Telmex, Soriana, Grupo Financiero Inbursa, Tecnológico de Monterrey, entre otros, quienes han logrado que sus empleados obtengan conocimientos que contribuyen a mejorar el desempeño competitivo de sus funciones. Jasin (2014) en la revista electrónica Learning Review, resalta la opinión como directora adjunta de la empresa Spiral Shared Knowledge (entidad especializada en dar servicio de educación virtual a organizaciones), quien explica que actualmente en países como México, Chile, España, Estados Unidos, un 59 por ciento de la empresas han orientado sus procesos de capacitación a través del e–learning. Además de presentar datos de la Asociación de Entidades de Educación a Distancia y Tecnologías Educativas de la República, en las que resalta que un 78.3 por ciento de empresas se orientarán en los siguientes años en esta metodología de capacitación, como es el caso de Telefónica, Edesur, Repsol–YPF, Microsoft, Banco Galicia, City Bank, General Motors, Pfizer, Kodak, entre otros.

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Algunos casos se mencionan a continuación (Cooperación en Red Euro Americana para el Desarrollo Sostenible, 2012):

Gamificación Se ha creado una tendencia en implementar en las organizaciones modelos diferentes de aprendizaje, los cuales rompen paradigmas en los procesos de enseñanza. La gamificación es un modelo diseñado por contextos, procesos y experiencias que se adhieren a los elementos culturales de la organización (Varela, 2010); se emplean dinámicas de juegos aplicados a los ambientes no lúdicos de trabajo. Se representan mediante dinámicas de juego que permiten aprender, competir, alcanzar resultados positivos individuales y colectivos, al pensar, percibir y solucionar problemas, además de desarrollar motivaciones y comportamientos de integración y cohesión en el trabajo (Cooperación en Red EuroAmericana para el Desarrollo Sostenible, 2012).

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En Deloitte se implantó la gamificación en sus procesos de comunicación; por ejemplo, en su intranet establecieron dinámicas para colaborar entre los empleados y compartir los conocimientos personales y contenidos de lo que hacen en sus proyectos a fin de incentivar la productividad en el trabajo.

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En la empresa Bunchball la han implementado en herramientas como el CRM, consiguiendo la introducción de mecánicas de juego entre los empleados de la fuerza de ventas y cada vez que logra una operación con el cliente, es recompensado de manera inmediata (como en los juegos).

En BBVA Innovation Center (2012), sostienen que la gamificación es utilizada en la generación de innovación, además para compartir los conocimientos y mejorar la salud laboral. Este modelo impacta en el compromiso, por las siguientes situaciones (Meloni y Gruener, 2012):

a) Hace una conexión directa con el empleado y su interacción con los procesos, servicios o productos. b) Forma un compromiso a nivel individual que permite una auto-exploración y actitud frente el entorno. c) Crea un compromiso de equipo al habilitar una interacción profunda entre sus integrantes. d) Fomenta el diálogo y la construcción de una comunidad más allá de los parámetros establecidos inicialmente por la organización. Al aplicar las dinámicas de juego, se otorga una herramienta para transportar información, cambiar comportamientos, influir en los procesos de decisión, motivar y educar a los empleados. De acuerdo a estudios de M2 Research, se pronostica el incremento de organizaciones que implementen la gamificación, gracias al crecimiento de las redes sociales y juegos móviles. En España la gamificación se emplea dentro de las organizaciones como método innovador de aprendizaje, que motiva a sus empleados a participar e involucrarse en la realización de sus procesos de trabajo individual y en equipo. Consideran el uso de las tecnologías de información como herramientas flexibles para la ejecución de este modelo (Observatorio de Recursos Humanos y Relaciones Laborales, 2012).

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M – learning Otra herramienta tecnológica utilizada en el aprendizaje organizacional, dentro de sus modelos de formación y capacitación, consiste en apoyarse de los desarrollos técnicos de comunicación y dispositivos móviles, considerados flexibles, escalables, además de contribuir a la generación, intercambio y aplicación de conocimientos de la organización de manera sistematizada y organizada, denominándose M-learning o aprendizaje electrónico móvil, que es una metodología de aprendizaje que utiliza la conectividad inalámbrica de dispositivos móviles como celulares, agendas electrónicas, tablets, i-pods, palms, laptops, etc. Para realizar un aprendizaje móvil, la organización requiere construir una infraestructura tecnológica innovadora que permita satisfacer la demanda de cada uno de sus empleados, considerando la premisa que el aprendizaje organizacional no tiene una ubicación fija para adquirir nuevos conocimientos y habilidades con los cuales se adapten al entorno cambiante. Algunas organizaciones y grupos de universidades han iniciado la implementación de dispositivos móviles como procesos de aprendizaje, Villar (2013) presenta tres:

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Mobile Learning Network en conjunto con Further Education Colleges, Learning and Skills Council y Learning and Skills Learning de Inglaterra, promueven el aprendizaje electrónico, a través del apoyo, asesoría técnica y pedagógica para investigación, capacitación, etc.

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Aprendizaje Móvil e Inmerso para la Alfabetización de Economías Emergentes en conjunto con Nokia y diferentes universidades de Estados Unidos y China, facilitan la educación en la India mediante juegos didácticos en teléfonos celulares.

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Exploratorium Electronic Guidebook Research Project y las organizaciones HP, National Science Foundation y Consorted Consortium, investigan el uso de dispositivos informáticos portátiles y redes inalámbricas para proporcionar experiencias de aprendizaje de la interacción con exposiciones en su museo. López, Figueroa y Maldonado (2013), establecen que la finalidad del aprendizaje móvil está en desarrollar y compartir inteligencia colectiva, mediante la comunicación efectiva, lo que permite crear nuevos conocimientos y acciones de innovación para transmitir información a todo el equipo de trabajo. Los investigadores antes mencionados, dentro de su investigación Optimización de la Calidad del Proceso del Software con Gestión del Conocimiento, llegaron a la conclusión que para tener efectividad en sus procesos de aprendizaje, se requiere un cambio cultural que fomente la capacitación en el mismo lugar de trabajo y desde las mismas experiencias compartidas, además de establecer metodologías que permitan afianzar al aprendizaje móvil como estrategia formal de aprendizaje en la organización.

Universidades corporativas Por otro lado, las prácticas institucionales en la formación de competencias laborales, se han convertido en la gestión innovadora que permite alinear las capacidades y conocimientos de los empleados con los requerimientos y estrategias competitivas de las organizaciones. Ante tal hecho, crear centros particulares de educación permite gestionar el conocimiento interno de la empresa, dar formación técnica y especializada respecto al área de trabajo de su personal, tal es el caso de las universidades corporativas, las cuales a continuación se describen.

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Tamanini y Bergero (2012), explican que la universidad corporativa es una organización que cubre necesidades específicas presentadas por las empresas en materia de educación, con las cuales generan, transmiten los conocimientos y competencias específicas requeridas para ejecutarse particularmente en la naturaleza de su trabajo. El motivo por el que estos centros de enseñanza existen, se puede encontrar en la opinión de una experta mundial en universidades corporativas, según Minetti (2014) colaboradora de la revista learningreview.com: “Hay muchas razones para este éxito (la presencia de una universidad corporativa). De hecho, el producto final de la escuela ya no les convence a los empleadores, porque los profesores de escuela y líderes de negocio no tienen la misma visión de lo que es el negocio y la educación; además la necesidad de competencias con respecto a un empleado ha evolucionado, porque estamos en una era de democratización del conocimiento... La razón más importante desde mi perspectiva es que las compañías se encontraron a sí mismas con nuevas necesidades de competencias (tecnológicas, ambientales, culturales y empresariales) y el sistema educacional es incapaz de proveerlas, por muchas razones. Están demasiado focalizados en el pasado, y no lo suficientemente en el futuro del negocio”. La transmisión de conocimientos van más allá de formar técnicamente al personal, la intención es crear planes formativos que cubran específicamente las necesidades de la organización, además de difundir su cultura como medio de atracción, identificación, desarrollo y retención de sus colaboradores. Para ahondar más en las características de una universidad corporativa, Andrade (2011) resalta las siguientes:

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Los programas educativos se alinean con base a la cultura y estrategia organizacional.

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Los planes de estudio se centran en el mejoramiento de las habilidades técnicas y administrativas relacionadas a la naturaleza de la empresa. Pero también, se enfocan al desarrollo humano como parte de una formación integral.

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Utiliza la tecnología para reforzar el proceso de aprendizaje.

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Establece alianzas externas con empresas e instituciones de educación superior para diseñar e impartir programas que fortalezcan el logro de objetivos que desea cumplir la empresa.

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Genera en los empleados un compromiso, lo cual se convierte en ventaja competitiva para la organización.

Por otro lado, Storey y Bungartz (2007) complementan y destacan las funciones que cumple una universidad corporativa:

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Atender un plan de desarrollo integral.

Formar directivos y candidatos a dirección con alto potencial.

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Retener al talento de la empresa. Homogeneizar los procesos de trabajo. Desarrollar áreas clave de know – how.

Alinearse a las necesidades y avances requeridos en la industria.

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Transmitir los valores corporativos. Dar servicios a externos como fuente de otros ingresos.

Como se puede ver, estos planes formativos se destinan a desarrollar, de manera especial, a aquellos individuos de la organización que van ascendiendo a puestos de mayor responsabilidad o aquellos que van especializando técnicamente en proyectos de la empresa con los cuales se convierten en requerimientos de la industria. La implementación de los programas educativos a través de este tipo de universidades, han sido caracterizadas en empresas globales que destacan por sus niveles altos de competitividad a nivel internacional, como por ejemplo McDonald’s, General Motors, Motorola, IBM, Disney, Lufthansa, Fiat, Toyota,... (Tamanini y Bergero, 2012). Existe un organismo internacional fundado por directores de universidades corporativas (Global CCU – Consejo Mundial de Universidades Corporativas), cuya intención es conectar e interrelacionar a los estudiantes de estas universidades a fin de intercambiar experiencias de aprendizaje y compartir prácticas innovadoras. Considerando con ello, que pueden ser programas presenciales y virtuales, que con apoyo de las tecnologías de información, se convierten en herramientas necesarias para transferir los conocimientos y competencias que se requieren en una organización (Minetti, 2014).

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Conclusión

nes en relación a sus actividades de aprendizaje organizacional, innovación y competitividad empresarial, se concluye que:

La innovación y el aprendizaje organizacional están vinculados (Alegre y Chiva, 2007) porque el proceso de innovación incluye la adquisición, difusión y uso del conocimiento, a través de una diversidad de herramientas y métodos, que van actualizándose constantemente en organizaciones que fomentan una cultura de aprendizaje, que fomente el desarrollo de competencias laborales alineadas a los objetivos estratégicos. De esta manera, existe un aprendizaje organizacional por el hecho de intercambiar conocimientos y experiencias entre los actores que interactúan, a fin de innovar procesos, métodos, técnicas, estrategias, productos... con los cuales satisfacen necesidades del entorno (Llisterri, Pietrobelli y Larson, 2011). Para lograr una innovación e implementación de ideas creativas, uno de los primeros aspectos a considerar es la disposición de los miembros de la organización a estar abiertos a un nuevo aprendizaje. Wheelwright y Clark (1994) establecen que el aprendizaje es un determinante para desarrollar nuevos proyectos, productos y/o procesos. Así, innovar en los procesos de formación, además de los métodos necesarios para aprovechar las nuevas tecnologías de comunicación, se convierten en factor importante de desarrollo que se reflejan tanto en los resultados de una organización, como en el fortalecimiento de actividades de aprendizaje, que coadyuvan a la sobrevivencia del entorno cada vez más competitivo. Lo anterior se fundamenta en la idea de Armenteros, Medina, Molina, Reyna y Guerrero (2013), quienes señalan que una innovación, requiere de prácticas de gestión dentro de la empresa, además de relacionarse con su entorno. El éxito de esta innovación depende, en primera instancia, del desarrollo adecuado de las variables internas de la organización: estrategias, capacidades de los empleados, cultura organizacional, compromiso de la alta dirección, alianzas con el entorno, entre otras. Por lo tanto, se dilucida que la nueva gestión del conocimiento, se fortalece con las acciones enfocadas a desarrollar el proceso de aprendizaje de la organización, donde los individuos y grupos de trabajo forman la parte protagónica del intercambio de saberes e información, para desarrollar competencias que permitan mejorar el desempeño en las actividades, además de proponer y mejorar nuevos procesos, productos y servicios para la organización. En cuanto a las acciones actuales que realizan las organizacio-

Revista Científica

+

Han aprovechado los adelantos de las tecnologías de información para aplicar en sus prácticas de aprendizaje herramientas que diversifican los cursos de capacitación y desarrollo, produciendo con ello, una mejor atracción y valor para su personal.

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Estas tecnologías pueden utilizarse dentro de las organizaciones para optimizar tareas y procesos, como una buena opción en quienes desean tener un mayor nivel de rendimiento y productividad laboral.

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Las organizaciones multinacionales actuales, han sensibilizado en que el aprendizaje continuo de su personal los convierte en un capital intelectual importante para la competitividad global.

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Las organizaciones que se preocupan por tener un verdadero desarrollo de sus empleados, han invertido en la creación de centros especializados de educación, con los cuales consolidan a su personal que desea hacer carrera en la empresa, obteniendo así, gente competente y especializada en sus procesos y actividades de la compañía.

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Contar con una universidad corporativa se convierte en parte de las estrategias que favorecen el aprendizaje organizacional, ya que impulsa a sus participantes a transferir y generar nuevos conocimientos dentro de un contexto real y práctico. De esta manera, se presentaron las características de tres innovaciones tecnológicas que han sido aprovechadas para emplearse en los procesos de aprendizaje organizacional, además de una opción estratégica de gestionar una universidad corporativa, como herramienta que permite el desarrollo de competencias específicas que coadyuvan a la preparación de su personal, a través de conocimientos y experiencias alineadas, para enfrentar los cambios del entorno y así contribuir a la competitividad de la organización. Esta información, se enfocó en presentar una visión al sector empresarial y académico, de las tendencias actuales sobre las herramientas tecnológicas y organizacionales que facilitan el aprendizaje organizacional. La intención fue poner la antesala para profundizar en los contenidos que sean de interés particular, además de analizar empíricamente su aplicación y efectividad de utilización.

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Bibliografía

+

Alegre, J. y Chiva, R. (2007). La Innovación a Través de la Capacidad de Aprendizaje Organizativo. Revista de Contabilidad y Dirección. 6 (--) 103 – 120. ISSN # 1887-5696.

+

Andrade, H. (2011). El Factor ADR: Atracción, Desarrollo y Retención del Talento. Estados Unidos: Palibrio. ISBN13 # 9781463302344.

+

Armenteros, M.C.; Medina, M.; Molina, V.M.; Reyna, G. y Guerrero L. (2013). La Innovación como Proceso Interactivo: Estudio Descriptivo del Sistema Regional de Innovación de Coahuila. Revista Internacional Administración y Finanzas. 6 (1), 89 – 108. ISNN # 2157-3182.

+

BBVA Innovation Center (2012). Gamificación. Centro de Innovación BBVA. com. Obtenido de https://www. centrodeinnovacionbbva.com/ magazines/innovation-edge/ publications/2-gamificacion/ posts/6-jugando-a-la-gamificacion

+

Cooperación en Red EuroAmericana para el Desarrollo Sostenible (2012). Con la Gamificación Podemos Mejorar la Productividad de los Equipos. Creadess.org. Obtenido de http:// www.creadess.org/index.php/ informate/sostenibilidad-empresarial/cultura-organizacional/18751-con-la-gamificacion-podemos-mejorar-la-productividad-de-los-equipos

+

Cuevas, A. M. (2012). El Mercado de E-learning en México. Oficina Económica y Comercial de la Embajada de

13

España en México. Instituto Español de Comercio Exterior. Obtenido de http://www.clag.es/ sites/default/files/servicios_de_ informes/descargas/2013/01/24/ icex_o_mercado_de_e-learning_ en_mexico.pdf

+

Ernst y Young (2012). Inteligencia Empresarial. Cómo Mejorar su IQ Empresarial. México: EYGM. Obtenido de http://www.ey.com/Publication/ vwLUAssets/Inteligencia_empresarial/$FILE/Inteligencia%20 Empresarial.pdf

+

Grant, R. (1996). Toward a Knowledge Based Theory of the Firm. Strategic Management Journal, 17(1), 109 - 122. DOI # 10.1002/ smj.4250171110.

+

Jasin, N. (2014). 10 Puntos Clave del E–learning en las Empresas. Learning Review. com. Obtenido de http://www. learningreview.com/noticiaselearning/2179-10-puntos-clavedel-e-learning-en-las-empresas

+

León, R.; Tejada, E. y Yataco, M. (2003). Las Organizaciones Inteligentes. Industrial Data, 6(2), 82-87. ISSN # 1810-9993.

+

Llisterri, J.J.; Pietrobelli, C. y Larsson, M. (2011). Los SRI en América Latina. Banco Interamericano de Desarrollo. Washington, D.C.

+

López, G.; Figueroa, L. M. y Maldonado, M. (2013). Aprendizaje Organizacional y Aprendizaje Móvil. XV Workshop de Investigadores en Ciencias de la Computación. Obtenido de http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/27395

+

Meloni, W. y Gruener, W. (2012). Gamification in 2012. Market Update, Consumer and Enterprise Market Trends. M2 Research. Obtenido de http:// gamingbusinessreview.com/ wp-content/uploads/2012/05/Gamification-in-2012-M2R3.pdf

+

Miller, D. (1996). A Preliminary Typology of Organizational Learning: Synthesizing the Literature. Journal Management, 22(3), 485 - 505. ISSN # 0149-2063.

+

Minetti, M. V. (2014). Las Universidades Corporativas son las Encargadas de Acompañar los Cambios. Informe Especial Learning Review(12), 38-39. ISSN # 1669-919X.

+

Observatorio de Recursos Humanos y Relaciones Laborales (2012). Observatorio RH. Obtenido de http://www. observatoriorh.com/formacion/ la-gamificacion-una-herramienta-eficaz-en-el-aprendizaje-de-idiomas.html

+

Senge, P. (1990). La Quinta Disciplina. El Arte y la Práctica de la Organización Abierta al Aprendizaje. Buenos Aires, Argentina: Granica. ISBN # 9789506414306.

+

Torokoff, M. (2010). Analysis of Directing the Innovation Process and its Relation to Middle Level Manager’s Work: the Case of Estonian Enterprises. Inzinerine Ekonomika-Engineering Economics. 21 (4), 435-445. ISSN # 1392-2785.

+

Varela, J. (2010). Gamificación, un Cambio Cultural en la Gestión del Talento. Obtenido de http://www.tdd-online.es/ content/especial-gamificaci%C3%B3n-un-cambio-cultural-en-la-gesti%C3%B3n-del-talento

+

Villar, M. (2013). Aprendizaje Electrónico Móvil. Evoit. com. Obtenido de http://www. observatoriorh.com/ formacion/ la-gamificacion-una-herramienta-eficaz-en-el-aprendizaje-de-idiomas.html

+

Wheelwright, S. y Clark, K. (1994). Accelerating the Design Build Test Cycle for Effective Product Development. International Marketing Review. 11(1), 32 – 46. ISSN # 02651335.

+

Yunda, R. (2011). Capacitación Virtual: Uso de E-learning para la Transformación de los Trabajadores en las Organizaciones. Intellectum, 1 - 30.

+

Storey, J. y Bungartz, B. (2007). Using a Corporate University. Initiative to Drive Strategic Change. Handbook of Corporate University Development. Great Britian: MPG Books Ltd, Bodmin. ISBN # 0566085836.

+

Tamanini, H. F. y Bergero, H. (2012). Las Universidades Corporativas, un Nuevo Modelo de Capacitación. Petrotecnia, 52 -54. ISNN # 0031-6598.

Revista Científica


CIBER-FÍSICOS PROCESAMIENTO DE IMAGENES, EN SISTEMAS

M.C.Verónica Quintero Rosas1, M.C. Sergio Núñez Rodríguez2, M.C. Francisco Ibáñez Salas3, Dr. Miguel Muñoz López4 y Lic. Claudia Martínez Castillo5

Instituto Tecnológico de Mexicali, Av. Tecnológico s/n, Colonia Elías Calles, Mexicali, Baja California, México, C.P. 21376. 1,2,3,5

CBTIS No. 21 Calzada Aviación 1101-1, Santa María, Mexicali, B.C, México, C.P. 21240 4

Enviado: 20 de abril de 2016 Aceptado: 7 de junio de 2016

R e s u m e n : El procesamiento de imágenes es una herramienta necesaria para proyectos de seguridad en los sistemas ciber-físicos. Dicho procesamiento se realiza mediante patrones establecidos de extracción de características visuales en imágenes de video, donde cada objeto queda representado por una colección de descriptores. Actualmente, se pueden integrar algoritmos de reconocimiento facial de código abierto e implementarlo en una minicomputadora llamada Raspberry Pi. En esta investigación, se utiliza el algoritmo eigenface para la búsqueda de personas en un área determinada, el sistema tiene proyectado a futuro implementarse en un dron y éste a su vez trazar una ruta de búsqueda de la persona y su ubicación mediante coordenadas.

+

Palabras clave: Sistemas ciber-físicos, procesamiento de imágenes, Raspberry Pi y algoritmos.

A b s t r a c t : Image processing is a necessary tool for security projects cyber physical systems. Such processing is performed extracting established patterns of visual features in video images, where each object is represented by a collection of descriptors. Currently, you can integrate facial recognition algorithms open source; implement a minicomputer called Raspberry pi. In this research the eigenface algorithm is used for finding people in a given area, the system is projected to be implemented in a future drone; and this in turn draw a search path of the person and its location by coordinates.

+ Keywords: Cyber physical systems, image processing, Raspberry Pi and algorithms.

veronicaquintero@itmexicali.edu.mx

Revista Científica

14


Introducción Esta investigación es parte de un sistema ciber-físico (Hu, 2014) mucho más grande, en el cual se involucran algoritmos de reconocimiento facial implementados en una minicomputadora, ésta a su vez colocada en un dron para realizar recorridos en un área determinada. Los sistemas ciber-físicos, se definen como la integración de la computación con procesos físicos (Alur, 2015). Esto significa que un sistema ciber-físico describe, coordina e integra una red de sistemas físicos con elementos de entrada y salida (sensores y actuadores) equipados con capacidades computacionales y de comunicación. Aunque cada dispositivo es parte individual de un sistema ciber-físico puede ser bastante restringido en términos de observar y reaccionar a los entornos físicos (Marwedel, 2012); como un conjunto de nodos que interactúan, es potencialmente capaz de resolver tareas complejas en los sistemas ciber-físicos el tiempo se considera crítico. En la búsqueda de personas que han sido secuestradas o extraviadas, el tiempo es un factor importante (Hu, 2014), ya que las primeras horas son cruciales para encontrar a salvo a la persona. Por esta razón, los sistemas ciber-físicos son diseñados para satisfacer las siguientes necesidades:

a) b)

Dinámicas procedurales, procesos secuenciales.

Dinámicas concurrentes, múltiples subprocesos con interrelaciones difícilmente secuenciales.

Deben ser capaces de reaccionar a múltiples entradas y salidas. La utilización de los sistemas ciber físicos es requerida en áreas diversas como conservación de la energía, robóticas, militar, etc. En México, la violencia y el secuestro se han incrementado notablemente sin importar la condición económica. En el año 2013, se registraron 74 casos cada 24 horas; en el 2014, la cifra se incrementó a 88 casos al día. Según estadísticas de la asociación. Alto al Secuestro en México, en el año 2015 aumentó el número de víctimas a 138 casos denunciados por mes, de los cuales el 14 por ciento de las víctimas murió. Por tal motivo, esta investigación se enfoca en analizar y aportar herramientas que ayuden a resolver esta problemática. Tabla 1. Casos de secuestro en México.

De la Tabla 1, es posible observar los 10 estados con mayor tasa de secuestros mensual en el año 2015 (Forbes, 2015). Organic Computing es un área de investigación, que se centra en los sistemas autorganizados que resuelven problemas complejos (Hahner, Rudolph, Tomforde, Fisch, Kopal y Wacker, 2013). Entidades autónomas actúan sin un estricto control central y lograr objetivos globales, aunque sus decisiones se basan en el conocimiento local. Debido a la complejidad de los objetivos, el esfuerzo para anticipar todas las condiciones que ocurren durante el desarrollo del sistema es demasiado alto. Por lo tanto, el sistema debe ser adaptable y equipado con capacidades de aprendizaje, lo que conduce a la capacidad de aprender nuevas estrategias para situaciones hasta ahora desconocidas y por lo tanto, a un comportamiento del sistema de auto optimización. El uso de los principios de Organic Computing para asegurar sistemas ciber-físicos, es una dirección prometedora para abordar los problemas con la complejidad y capacidad de gestión de los sistemas futuros. Esta define la necesidad de un diseño apropiado integrando todos los aspectos.

Antecedentes Existen numerosas aplicaciones de los sistemas ciber-físicos, como lo son los sistemas militares, médicos, robóticos, etc. Las investigaciones y aplicaciones tienen efectos tecnológicos de gran impacto, como lo es el publicado en el artículo Study of Temperature Control Using Cyber-physical System Approach in Home Environment (Shein, Cheng, Tan y Lim, 2011), donde los avances en la tecnología permiten diseñar un sistema de casa inteligente con el fin de lograr una alta demanda en el confort de los ocupantes. Básicamente es la construcción de un controlador de confort térmico para el sistema de control de temperatura híbrido existente, que se basa en el enfoque de sistemas ciber-físicos. Mediante el uso de aire acondicionado, la ventana y la cortina, el controlador propuesto puede adquirir la temperatura deseada mientras se logra una alta eficiencia energética. Evaluaron y verificaron el controlador propuesto en el entorno del sistema ciber-físico mediante el uso de herramientas de MATLAB/Simulink. Tiene como objetivo desarrollar una aplicación práctica del enfoque de sistemas ciber-físicos para el sistema de control de temperatura con varios actuadores en un entorno doméstico. En conclusión, la contribución de este trabajo (Shein, Cheng, Tan y Lim, 2011) fue:

1.

15

Presentar el sistema de control de temperatura ambiente con tres actuadores junto con el control de supervisión, que se ha diseñado en la energía de forma eficiente.

2.

Resaltar el efecto de la cortina en el control de la temperatura ambiente. Para entender cómo el sistema propuesto controla la temperatura ambiente, sin la intervención humana.

Revista Científica


Cada una de las investigaciones y aplicaciones tienen efectos tecnológicos de gran impacto, como lo es el publicado en el artículo A Concept for Securing Cyber-Physical Systems with Organic Computing Techniques (Hahner, Rudolph, Tomforde, Fisch, Kopal y Wacker, 2013), donde se pretende utilizar y extender los principios de diseño de sistemas ciber-físicos seguro sustancialmente. Este sistema ciber-físico comprende dos partes, la primera consiste en un sistema de observación bajo y control. Esto puede ser, por ejemplo, el entorno físico que se observa con las cámaras inteligentes o una red que se observa por un sistema de detección de intrusos. La segunda parte es el sistema de seguridad orgánica, que observa y controla el sistema de observación bajo y control. El sistema de seguridad orgánica consiste en múltiples subsistemas en red o nodos de corto alcance que están interactuando con su entorno mediante sensores y actuadores. Básicamente son múltiples cámaras, interactuando como un solo ojo de búsqueda en tiempo real. Las condiciones de funcionamiento de muchos sistemas ciber-físicos son bastante complejas, y no se pueden prever por completo durante el tiempo de diseño del sistema. Por lo tanto, el sistema tiene que ser diseñado de una manera que se adapte al tiempo de ejecución, de acuerdo con las condiciones ambientales y dinámicas particulares. Para afrontar estos retos, la comunidad de investigación Organic Computing ha propuesto la arquitectura observador genérico/controlador. Una parte fundamental de esta arquitectura emplea técnicas de aprendizaje automático, con el fin de aumentar la capacidad del sistema para reaccionar positivamente a las nuevas situaciones que surgen en tiempo de ejecución. El objetivo general es el desarrollo de una nueva arquitectura de sistemas seguros como modelo para futuros sistemas ciber-físicos, aunque la arquitectura tiene un carácter más general y también se puede aplicar a otros ámbitos, además de los problemas de seguridad. Un aspecto novedoso e importante de esta arquitectura es permitir una fuerte colaboración entre los nodos individuales en el sistema a fin de aumentar la velocidad a la que el sistema en su conjunto puede adaptarse a nuevas situaciones. La arquitectura propuesta separa diferentes ámbitos (ambientales), de acción a fin de aplicar los métodos más adecuados para cada ámbito.

Un micro controlador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida. El uso de sistemas embebidos en productos complejos implica un desafío de la seguridad, para proteger la información contenida en el sistema embebido y también la que es transmitida desde y hacia el dispositivo por Internet (Ashford Lee y Arunkumar Seshia, 2012). Los sistemas embebidos se encuentran ya en nuestra vida cotidiana, por ejemplo: automoviles, aviones, horno de microondas, el ascensor, etc. Los sistemas embebidos están enfocados a minimizar costos, así como maximizar la seguridad y la confiabilidad. Estos sistemas operan en un ambiente dedicado con condiciones operacionales y escenarios muy específicos por lo que son determinísticos y predecibles.

Sistemas en tiempo real Los sistemas en tiempo real procesan una gran cantidad de sucesos, interrupciones, con un tiempo de respuesta inmediato.

Desarrollo Las condiciones de funcionamiento de muchos sistemas ciber-físicos son bastante complejas y no se pueden prever por completo durante el tiempo de diseño del sistema. Por lo tanto, el sistema tiene que ser diseñado.

Sistemas embebidos Los sistemas embebidos trabajan mediante micro controladores; básicamente, un micro controlador es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Revista Científica

Los sistemas de tiempo real ejecutan procesos o tareas en intervalos de tiempo definidos, con requerimientos de tiempo muy rígidos para sistemas de control dedicados (Wainer, 2010). Sus características son:

+ Confiabilidad. + Control: los procesos especifican su prioridad y los derechos que tiene sobre el sistema.

+ Se pueden reconfigurar. + Tiempo de reacción antes de los eventos. + Arquitectura distribuida. 16


+

+ +

+

Responsividad: tiempo que tarda una tarea en ejecutarse, tomando en cuenta la cantidad de tiempo que tarda iniciar la ejecución de una interrupción y la cantidad de tiempo que se necesita para realizar tareas que necesita la interrupción. Capacidad de evolución. Tolerancia a fallos: estabilidad, cumple los plazos de las tareas de mayor prioridad. Determinístico: en los sistemas de tiempo real, se determina el tiempo que tarda el sistema antes de responder a una interrupción.

Las tareas son ejecutadas en una forma concurrente, para sincronizar el funcionamiento del sistema con las acciones que se presentan en el mundo físico. Los sistemas en tiempo real pueden controlar eventos que ocurren en el mundo real, por lo tanto es un sistema que responde a un estímulo externo dentro de un tiempo específico. Es decir, los sistemas de tiempo real interactúan con el entorno que se les presente y ejecutan acciones de respuesta para determinados estímulos de dicho entorno. En los sistemas en tiempo real, los intervalos de tiempo en que se ejecutan las tareas se definen por una calendarización de activación y un plazo de ejecución. La calendarización de activación puede ser periódica, o no periódica; es decir, en intervalos regulares o sucesos externos que ocurren de forma irregular. La eficiencia de los sistemas en tiempo real depende no sólo de los resultados de cómputo, sino también del momento en que los entrega (Stark, 1975). En la literatura existen dos tipos de sistemas en tiempo real:

+

+

Sistema de tiempo real suave: toleran el exceso de tiempo de respuesta, es decir se pueden perder lapsos de tiempo y los datos son almacenados en memorias no volátiles, no utilizan memoria virtual ni tiempo compartido y no pueden ser implementado en hardware. Sistemas de tiempo real duros: la respuesta fuera de lapso no existe y produce la falla al sistema, no son utilizados en control estricto pero sí en multimedia.

Las actualizaciones agregadas a las nuevas versiones de Raspberry Pi son:

+ +

Mejor audio.

Diseño mejor ordenado. Se han alineado los conectores USB (Universal Serial Bus) con el borde de la placa, se trasladó el conector de video y añadió cuatro orificios de montaje colocados en ángulo recto.

Cámara para Rasperrry Pi El módulo de la cámara Raspberry Pi se puede utilizar para tomar video de alta definición, así como fotografías. El módulo tiene una cámara de foco fijo de cinco megapixeles que soporta 1080p30, 720p60 y vídeo VGA90 modos, así como imágenes fijas de captura. Se une a través de un cable de cinta al puerto CSI (Camera Serial Interface) en la Raspberry Pi. La cámara funciona con todos los modelos de Raspberry Pi 1 y 2. Se puede acceder a través de las API (Application Program Interface), MMAL (Multi Media Abstraction Layer) y V4L (Video4Linux) y hay numerosas bibliotecas de terceros creadas para ello, incluyendo la Pi Camera biblioteca de Python.

Librería OpenCV OpenCV es liberado bajo una licencia BSD (Berkeley Software Distribution) y por lo tanto es gratis, tanto para uso académico y comercial. Cuenta con interfaces de C, Python y Java; es compatible con Windows, Linux, Mac OS, IOS y Android. OpenCV fue diseñado para la eficiencia computacional y con un fuerte enfoque en aplicaciones de tiempo real. Escrito en C, la biblioteca puede tomar ventaja de procesamiento multinúcleo (Pang y Liu, 2001). Habilitado con OpenCV, se puede aprovechar la aceleración de hardware de la plataforma de computación heterogénea subyacente. Adoptado en todo el mundo, OpenCV tiene más de 47 mil personas de la comunidad de usuarios y el número estimado de descargas superiores a 9 millones (Castleman, 2009).

Raspberry Pi Raspberry Pi es una placa computadora SBC (Single Board Computer) de bajo costo desarrollada en Reino Unido, por la Fundación Raspberry Pi, con el objetivo de estimular la enseñanza de ciencias de la computación en las escuelas. El Modelo B + es la revisión final de la Raspberry Pi (Dennis, 2013).

Figura 1. Reconocimiento de patrones.

17

Revista Científica


+

Crear una matriz formada por la nueva imagen de entrada (Ψ) y las ya almacenadas (Φ) en la base de datos. Mediante el proceso matemático plasmado en la Ecuación 2, se calculan los eigenvectors mediante la matriz de covarianza.

(2)

+

Figura 2. Reconocimiento facial.

(3)

Algoritmos eigenfaces/facerecognizer Facerecognizer usa la librería OpenCV, que facilita el trabajo de reconocimiento facial; la clase implementa tres algoritmos: eigenfaces, fisherfaces y LBPH (Local Binary Patterns Histograms). se puede implementar el que mejor se ajuste a las necesidades de aplicación (Martínez Pérez, 2012). Para hacer reconocimiento facial es necesario realizar hacer tres cosas:

+

Entrenar el algoritmo con un conjuntos de rostros capturados de la persona que deseamos reconocer.

+

Establecido un umbral de discernimiento a priori, si el menor valor del paso anterior es menor que este umbral, la imagen de la cara de entrada es considerada como conocida; si es mayor, se considera desconocida.

(4) Facerecognizer usa la librería OpenCV que facilita el trabajo de reconocimiento facial; la clase implementa tres algoritmos: eigenfaces, fisherfaces y LBPH (Local Binary Patterns Histograms), se puede implementar el que mejor se ajuste a las necesidades de aplicación (Martínez Pérez, 2012). Para hacer reconocimiento facial es necesario realizar hacer tres cosas:

+ Obtener el rostro de la webcam, procesarlo

(recortarlo, alinearlo) para hacer el reconocimiento.

+

Una vez obtenidos los vectores característicos, se comparan las distancias entre el vector que representa a la imagen original con el resto ver Ecuación 3.

Identificar a la persona aplicando un determinado algoritmo.

Algoritmo eigenfaces Este algoritmo realiza el proceso de reconocimiento facial mediante el uso de la descomposición en valores eigenfaces (Martínez Pérez, 2012); sin entrar mucho en detalles, consta de los siguientes pasos:

+ Almacenar un conjunto de imágenes (s) de

entrenamiento de diferentes personas (m), pudiéndose tener subconjuntos de imágenes para cada persona que contengan diferentes posturas, condiciones de iluminación, etc. Esto se determina mediante la Ecuación (1).

(1)

Revista Científica

Figura 3. Diagrama Eigenfaces.

En la Figura 3 se muestra el algoritmo general, donde se encuentra una base de datos con diferentes rostros y cada uno de estos, a su vez, tienen subconjuntos (mismo rostro pero con diferentes perspectivas de posición, luz y expresiones). A este sistema se le da una imagen de entrada que es la fotografía de quien se desea localizar, es en este punto donde se define la matriz de covarianza de los vectores característicos y se hace la comparación, umbral (Nagy, 1972) si el rostro es el que se está buscando o no.

18


Conclusiones y resultados El proyecto aún se está desarrollando, se buscan diversas alternativas de librerías para la implementación de reconocimiento facial en Raspberry Pi y ver cuál de ellas es la más propicia por el hardware limitado que posee dicho dispositivo. Las limitantes principales de este proyecto son los recursos de los dispositivos; sin embargo, el rápido crecimiento de los sistemas inteligentes y los sistemas empotrados, y ahora con el nuevo paradigma de los sistemas ciber-físicos, se vuelve un reto para la tecnología ya existente comunicarse con la nueva tecnología. Todo esto nos encamina a que la tradicional forma de comunicación deberá adaptarse a los nuevos dispositivos que actualmente existen en el mercado, el problema aquí radica en los costos. Actualmente existen dispositivos pequeños y con alto rendimiento en memoria o procesamiento, de hecho, son llamados sensores militares, los cuales pueden ser adquiridos a un costo muy elevado, pero este proyecto tiene limitado el recurso económico. También se está trabajando en conjunto con el proyecto dron, el cual será quien aplique el sistema aquí propuesto para la localización de personas extraviadas. Actualmente se están haciendo pruebas con tecnología Global System for Mobile communication (GSM) / Global Positioning System (GPS), ya que GSM envía mensajes específicos y cortos vía celular, el cual es fácil de utilizar y muy efectivo. Raspberry solo envía el comando de envío de datos a GSM, cuando el algoritmo de reconocimiento encuentra un análisis de imagen positivo. Es necesario hacer más aná Bibliografía

+

Hahner, Jorg; Rudolph, Stefan; Tomforde, Sven; Fisch, Dominik; Kopal, Nils y Wacker, Arno (2013). A Concept for Securing Cyber-Physical Systems with Organic Computing Techniques. Proceedings of 26th International Conference on Architecture of Computing Systems (ARCS). Páginas 1-13. República Checa. ISBN-13 # 978-3800734924.

+

Hu, Fei (2014). Cyber-Physical Systems: Integrated Computing and Engineering Design. CRC Press. Estados Unidos de América. ISBN-13 # 978-1466577008.

+

Alur, Rajeev (2015). Principles of Cyber-Physical Systems. MIT Press. Estados Unidos de América. ISBN-13 # 978-0262029117.

+

Shein, Wai; Cheng, Zhuo; Tan, Yasuo y Lim, Azman Osman (2011). Study of Temperature Control Using Cyber-Phy19

sical System Approach in Home Environment. 2013 IEEE 1st International Conference on Cyber-Physical Systems, Networks and Applications (CPSNA). Páginas 78-83. IEEE Press. ISBN13 # 978-1479907984. DOI: 10.1109/CPSNA.2013.6614250.

+

Ashford Lee, Edward y Arunkumar Seshia, Sanjit (2012). Introduction to Embedded Systems - A Cyber-Physical Systems Approach. Editorial Lulu.com. ISBN-13 # 978-0557708574.

+

Wainer, Gabriel (2010). Sistema de Tiempo Real - Conceptos y Aplicaciones. Editorial Nueva Librería. Lima, Perú. ISBN-13 # 978-9509088863.

+

Dennis, Andrew, K. (2013). Raspberry Pi Home Automation with Arduino. Editorial Packt Publishing. Birmingham, Reino Unido de Gran Bretaña. ISBN-13 # 978-1849695862.

+

Rodríguez Morales, Roberto y Sossa Azuela, Juan

Figura 4. Funcionalidad actual del proyecto.

lisis y pruebas; sin embargo, el núcleo principal del proyecto funciona, ya que identifica a la persona y dispara un mensaje con las coordenadas. El análisis más profundo que se está realizando es la transmisión de datos, por la capacidad limitada de recursos respecto a hardware. No es posible aumentarlo físicamente, porque se aumentaría el peso del dispositivo y el proyecto dron limita la carga máxima que este puede llevar. Como se muestra en la Figura 4, actualmente el proyecto define, filtra, compara y da coordenadas de localización si la persona es la ingresada como búsqueda a la base de datos.

Humberto (2011). Procesamiento y Análisis Digital de Imágenes. Editorial RA-MA. Madrid, España. ISBN-13 # 978-8499640778.

+

Pang, G.K.H. y Liu, H.H.S. (2001). LED Location Beacon System Based on Processing of Digital Images. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Volumen: 2, Número: 3, Páginas: 135150. ISSN # 1524-9050. DOI: 10.1109/6979.954547.

+

Nagy, George (1972). Digital Image-Processing Activities in Remote Sensing for Earth Resources. Proceedings of the IEEE, Volumen: 60, Número: 10, Páginas 1177-1200. ISSN # 0018-9219. DOI: 10.1109/ PROC.1972.8879.

+

Castleman, Kenneth R. (2009). Digital Image Processing. Editorial Prentice-Hall. Estados Unidos de América. ISBN-13 # 978-0132114677.

+

Forbes (2015). Página de internet oficial, www.forbes. com.mx

+

Stark, H. (1975). An Optical-Digital Computer for Parallel Processing of Images. IEEE Transactions on Computers, Volumen: C-24, Número: 4, Páginas: 340-347. ISSN # 0018-9340. DOI: 10.1109/TC.1975.224227.

+

Martínez Pérez, Juan Vicente y Linares Pellicer, Jordi (2012). Facial Recognition and Augmented Reality System for Mobile Devices. 3c TIC, Número: 1. ISSN # 2254-6529.

+

Marwedel, Peter (2012). Embedded System Design: Embedded Systems Foundations of Cyber-Physical Systems. Editorial Springer Netherlands. Holanda. ISBN-13 # 9789400702561. DOI: 10.1007/97894-007-0257-8.

Revista Científica


D E T E R M I N A C I Ó N D E LO S PA R Á M E T R O S D E

DENAVITHARTENBERG PA R A E L D E D O Í N D I C E D E L A M A N O

M.C. José Salvador Antonio Méndez Aguirre1, Mario Arturo González Balderrama2 y M.C. Alejandro Esteban Rodríguez Sanchez3

Universidad Politécnica de Chihuahua, Av. Teófilo Borunda #13200, Col. Labor de Terrazas, Chihuahua, Chihuahua, México, C.P. 31220

1,2,3

Enviado: 26 de abril de 2016 Aceptado: 31 de mayo de 2016

R e s u m e n : En el presente trabajo se desarrollan las ecuaciones de movimiento del dedo índice de la mano humana con el uso de los parámetros de Denavit-Hartenberg, con la finalidad de establecer las bases para el desarrollo de prótesis de mano.

+

Palabras clave: Cinemática, dedo índice y parámetros de Denavit-Hartenberg.

Abstract: In order to establish the basis to design hand prosthetic devices, equations of motion of Denavit-Hartenberg parameters for the human index finger are developed in this work.

+

Keywords: Kinematics, index finger and Denavit-Hartenberg parameters.

jmendez@upchihuahua.edu.mx

Revista Científica

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Introducción En México, las estadísticas muestran que, de los accidentes de trabajo, el mayor porcentaje corresponde a lesiones de mano (Castañeda Borrayo, Mireles Pérez, González Ramos, Pérez García y Navarro Trujillo, 2010), incluidas las amputaciones. Estas lesiones, además de la incapacidad física, provocan daño psicológico (González Pérez y San Miguel Rodríguez, 2001). El desarrollo de prótesis permite una mejora en la calidad de vida de las personas con amputación. En este trabajo, se obtienen las ecuaciones de movimiento para el dedo índice de una mano humana, tomando como base los parámetros de Denavit-Hartenberg. Estos parámetros se utilizan para determinar la posición del último eslabón de un mecanismo, considerando los movimientos de los eslabones restantes y desde el eslabón fijo. Utiliza como base matrices de transformación de un sistema de coordenadas al anterior. En este trabajo, se considera un dedo como un mecanismo de cinco eslabones para obtener sus ecuaciones de movimiento. Desde el punto de vista estructural, la mano se considera como un conjunto de piezas óseas conectadas entre sí, formando arcos en distintas direcciones, estabilizados por ligamentos y tendones. El funcionamiento de la mano depende de la suma de todos estos elementos. La finalidad de obtener estas ecuaciones es establecer las bases para el diseño de un mecanismo que simule los movimientos de un dedo para desarrollar prótesis de mano.

Anatomía de la mano El esqueleto de la mano está constituido por los huesos de la última fila del carpo y los cinco metacarpianos; en la Figura 1, se muestra la distribución de estos huesos. El esqueleto de los dedos lo forman las falanges. Hay tres para cada dedo, menos para el primero que tiene dos y son falange o falange proximal, falangina o falange media, falangeta o falange distal. En el caso del dedo índice, la falange proximal se indica como 25, la falange media como 26 y la falange distal como 27.

21

Figura 1. Huesos de la mano (Heinz y Wolfgang, 2007).

Revista Científica


Metodología Para la obtención de las ecuaciones se tomó como eslabón fijo el hueso trapezoide (11) y como eslabones móviles el hueso metacarpiano (19) y las falanges (Soto Olave y Binvignat, 2013). Las medidas de los huesos que se tomaron como base son hueso metacarpiano (60.8mm), falange proximal (49.9mm), falange media (30.9mm) y falange distal (24.4mm). Que se tomaron de Binvignat, Almagia, Lizana y Olave (2012) como promedio de los datos de las medidas del dedo índice de la mano derecha en los hombres. Como la articulación del hueso metacarpiano y la falange proximal tiene dos grados de libertad, se agregó un eslabón extra con longitud de cero.

Parámetros de Denavit-Hartenberg El método de Denavit-Hartenberg es un procedimiento que se utiliza para describir la cinemática de un mecanismo o cadena cinemática. El algoritmo para la obtención de las ecuaciones es obtenido de Radavelli, Simoni, De Pieri y Martins (2012) y Blanco (2013), conteniendo los siguientes pasos:

+ Paso 1.

Numerar los eslabones, nombrando 0 al eslabón fijo, 1 al primer eslabón móvil y así sucesivamente.

+ Paso 2.

Numerar las articulaciones, comenzando con 1 hasta la última articulación n.

+ Paso 3.

Localizar el eje de cada articulación. Si la articulación es rotativa, el eje es su eje de giro; si la articulación es prismática, su eje será el eje de desplazamiento.

+ Paso 4.

+ Paso 7.

Se sitúa cada Xi en la línea de la normal común a Zi-1 y Zi en la dirección de Zi-1 a Zi.

+ Paso 8.

. Se sitúan los ejes Yi de manera que formen un sistema dextrógiro con X y Z.

+ Paso 9.

Situar el enésimo sistema Sn en el extremo el último eslabón, de manera que el eje Zn quede paralelo al eje Zn-1, X y Y queden en cualquier dirección válida.

+ Paso 10.

Obtener los ángulos θi como el ángulo que se debe de girar alrededor de Zi para que Xi-1 y Xi queden paralelos.

+ Paso 11.

Obtener las distancias di, como las distancias que hay que desplazar el sistema Si-1 a lo largo de Zi-1 para que Xi-1 y Xi queden alineados.

+ Paso 12.

Obtener las distancias ai como la distancia medida a los largo de Xi que se desplaza el sistema Si-1 para que su origen coincida con el del sistema Si.

+ Paso 13.

Obtener los ángulos αi como el ángulo que se debe girar alrededor de Xi para que Zi-1 coincida con Zi.

+ Paso 14.

Obtener las matrices de transfor-

mación para cada eslabón: . Localizar los ejes Z. Se sitúa el eje

Zi-1 en la articulación i.

(1)

+ Paso 5.

Se sitúa el eje de coordenadas 0; en cualquier punto del eje Z0, el sistema debe ser dextrógiro.

+ Paso 6.

. Se sitúan el resto de los sistemas, para el sistema Zi se sitúa el origen en la intersección del eje Zi con la normal común a Zi-1 y Zi. Si los ejes se cortan, se sitúa el origen en ese punto; si son paralelos, se coloca el origen en la articulación i+1.

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Resultados La Figura 2 muestra el dedo índice de la mano izquierda, la numeración de articulaciones, eslabones y la orientación de los ejes coordenados respectivamente para resolver con la parametrización Denavit-Hartenberg en donde:

+

Eslabón fijo 0 es la base de la muñeca.

+

Eslabón 1 es el segundo metacarpiano.

+

Eslabón 2 es el eslabón extra de longitud cero.

+

Eslabón 3 es la falange proximal.

+

Eslabón 4 es la falange media.

+

Eslabón 5 es la falange proximal.

+

A1 es la articulación carpometacarpiana.

+

A2 y A3 son los dos grados de libertad de la articulación metacarpofalángica.

+

A4 y A5 son articulaciones interfalángicas.

Todas las articulaciones se consideraron rotativas, los valores di que se obtienen son de cero, puesto que todos los sistemas coordenados quedan en el mismo plano. Las distancias ai son las medidas promedio de los huesos y los ángulos θi son los ángulos que giran las articulaciones, en la Tabla 1 se muestran los valores que se obtuvieron: los ejes Z se localizaron en la dirección del eje de giro de cada articulación: en la articulación A2, se colocaron dos sistemas coordenados (como se ve en la Figura 2), puesto que tiene dos grados de libertad.

Figura 2. Huesos del dedo índice, numeración y orientación de ejes (Miralles Marrero, 2000).

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Las matrices de transformación quedan como se muestra:

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

La matriz de transformación está dada por la multiplicación de las matrices de transformación individuales:

Con estos resultados, es posible realizar un análisis cinemático del dedo índice de la mano humana y trasladarlo al análisis de los dedos restantes. Una vez que se obtienen estas matrices, se tienen las bases para obtener un mecanismo que simule estos movimientos.

Símbolos θ d a α

ángulo (grados). longitud (milímetros). longitud (milímetros). ángulo (grados).

Revista Científica

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Bibliografía

+

Castañeda Borrayo,Yaocihuatl; Mireles Pérez, Ana Bárbara Isabel; González Ramos, Ana Margarita; Pérez García, Cindy y Navarro Trujillo, Luz Rocío (2010). Costos Directos e Indirectos por Amputaciones en Mano Derivadas de Accidentes de Trabajo. Revista Médica del Instituto Mexicano del Seguro Social. Volumen: 48, Número: 4, Páginas: 367-375. ISSN # 04435117.

+

González Pérez, Claudia E. y San Miguel Rodríguez, Rodolfo (2001). Lesiones Traumáticas de la Mano. Estudio Epidemiológico. Revista Mexicana de Ortopedia y Traumatología, Volumen: 15, Número: 5, Páginas: 230-234. ISSN # 0187-7593.

+

+

Radavelli, Luiz; Simoni, Roberto; De Pieri, Edson Roberto y Martins, Daniel (2012). A Comparative Study of the Kinematics of Robots Manipulators by Denavit-Hartenberg and Dual Quaternion. Mecánica Computacional, Multi-Body Systems, Volumen: 31, Número: 15, Páginas: 2833-2848.

+

Blanco, José luis (2013). Parametrización Denavit-Hartenberg para Robots: Teoría, Vídeo y Nueva Aplicación Libre. Rescatado de: http://www. ciencia-explicada.com/2013/02/ parametrizacion-denavit-hartenberg-para.html

+

Miralles Marrero, R.C. (2000). Biomecánica Clínica del Aparato Locomotor. Editorial El Sevier – Masson. Barcelona, España. ISBN-13 # 9788445807286.

Heinz, Feneis y Wolfgang, Dauber (2007). Pocket Atlas of Human Anatomy. Editorial Thieme Medical. Stuttgart, Alemania. ISBN-13 # 9781588905581.

+

Soto, A.; Olave, E. y Binvignat, O. (2013). Características Biométricas de los Huesos Metacarpianos en Individuos Chilenos. International Journal of Morphology, Volumen: 3, Número: 3, Páginas: 809-812. ISSN # 0717-9502. DOI: 10.4067/S071795022013000300004.

+

Binvignat, O.; Almagia, A.; Lizana, P. y Olave, E. (2012). Aspectos Biométricos de la Mano de Individuos Chilenos. International Journal of Morphology, Volumen: 30, Número: 2, Páginas: 599-606. ISSN # 0717-9502. DOI: 10.4067/S071795022012000200040.

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MEJORAS A LA EFICIENCIA DE UN

CONVERTIDOR CD-CD (BUCK) A T R AV É S D E U N A S E G U N D A F U E N T E D E A L I M E N TA C I Ó N , PA R A H A C E R E L

CONVERTIDOR CD-CD (TIBUCK)

M.I. José Lionso Salazar Huerta1, Ing. Luis Alberto Castañeda Soltero2 y M.C. Andrés Pizarro Lerma3

Instituto Tecnológico Superior de Cajeme, Carretera Internacional a Nogales Km. 2 s/n Cd. Obregón, Sonora, México, CP. 85024 1,2,3

Enviado: 12 de mayo de 2016 Aceptado: 3 de junio de 2016

jsalazar@itesca.edu.mx

R e s u m e n : La eficiencia en las fuentes conmutadas es un aspecto muy importante catalogado dentro de las cifras de mérito, es por eso que en la actualidad se han desarrollado diferentes investigaciones para poder mejorarla. Una manera de solucionar la problemática del rendimiento es mediante la utilización de un post-regulador. El objetivo de este trabajo es conocer al convertidor Tibuck (Two Input Buck) para mostrar que es un convertidor CD-CD que posee dos fuentes de alimentación. Demostrar también que esta característica le proporciona una mejora en la eficiencia con respecto a un convertidor Buck. Como ya es sabido, con un convertidor Buck se pretende obtener un voltaje de salida constante aunque tenga una entrada variable; con el convertidor Tibuck se espera algo parecido, sólo que la entrada variable puede provenir de las dos fuentes. En el presente artículo se introduce el desarrollo de convertidores CD-CD y en especial aquellos catalogados como reguladores reductores en modo conmutado.

+

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Palabras clave: Convertidor Buck, convertidor Tibuck, relación de voltaje y corriente.

26


Introducción En la actualidad existen dos parámetros que son de suma importancia en el desempeño de convertidores de CD, los cuales están relacionados con la calidad de la señal de entrada del convertidor y con la eficiencia total del sistema. Dichos parámetros son el factor de potencia (PF) y la distorsión armónica total (THD). El propósito de conectar dos convertidores en cascada es mejorar notablemente la regulación y la respuesta dinámica. Además, se sabe que la conversión con una sola etapa en este tipo de sistemas se ve limitada en varios de los parámetros de desempeño, por lo que se recomienda hacer la conversión en dos o más etapas (Mohan, 2009). Un convertidor típico con corrección del factor de potencia (CFP) y rápida respuesta dinámica se forma por la de un preregulador y un post-regulador. Esta estructura presenta el inconveniente de que la potencia se procesa dos veces dando como resultado una eficiencia baja. Lo anterior ha originado el enfoque de los estudios recientes a mejorar la eficiencia mediante la incorporación de post-reguladores que mejoren las prestaciones de las fuentes conmutadas. Otra forma de mejorar la eficiencia según lo comenta Rokhsat-Yazdi (2009), es un convertidor, que opera bajo una amplia gama de tensiones de entrada y de salida, hace uso de un comparador de histéresis dependiente del estado, cambiando automáticamente el modo de funcionar y mejora la eficiencia (Sanjaya, 2004).

Convertidores CD-CD Los convertidores CD-CD son configuraciones de electrónica de potencia que permiten a partir de una fuente de CD constante, controlar el voltaje CD a la salida del convertidor (Rashid, 1995). Estos convertidores tienen múltiples aplicaciones como lo son fuentes de poder en computadoras, sistemas distribuidos de potencia, sistemas de potencia en vehículos eléctricos, etc. Las configuraciones básicas son Buck (reductora), Boost (elevadora) y Buck-Boost (reductora-elevadora).

27

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Estas configuraciones permiten elevar, reducir o elevar-reducir el voltaje de alimentación (Vs) en la salida (Vo). Cada configuración a su vez contiene cuatro elementos básicos:

+ Bobina (L). + Capacitor (C). + Diodo (D). + Un interruptor controlado (Q). Así, las propiedades de cada topología dependen de la ubicación de estos cuatro elementos, asumiendo que la carga en general es del tipo resistiva. La variable a controlar para regular el voltaje de salida es el patrón de conmutación del interruptor controlado. Siendo parte de la estrategia base, conmutar el interruptor a una frecuencia fija. Los convertidores CD-CD son usualmente diseñados para trabajar bajo ciertas condiciones de operación. De esta manera, se define el voltaje deseado de salida (Vo), el voltaje de nominal de alimentación (Vs) y el valor de la carga. Así, bajo este esquema se puede calcular cual debe ser el ciclo de trabajo promedio del convertidor.

Figura 1. Convertidor conmutado básico.

El convertidor Buck Para ciertas aplicaciones es suficiente la componente de CD arrojada por el sistema anterior. Pero si se quiere obtener un voltaje de CD puro, se debe agregar un filtro pasa bajas y un diodo de marcha libre después del interruptor, formando con ello la configuración de un convertidor reductor en modo conmutado Buck (Figura 2).

Descripción de topología Buck y Tibuck Convertidor conmutado básico En el circuito de un convertidor conmutado básico, el transistor opera como un interruptor electrónico en corte y saturación. Suponiendo que el interruptor es ideal, la salida es igual a la entrada cuando el interruptor se cierra (saturación) y la salida es cero cuando el interruptor está abierto (corte). Si de manera periódica el interruptor se abre y se cierra, se obtiene una salida pulsante (ver Figura 1).

Figura 2. Convertidor Buck básico.

El valor promedio o la componente en CD es: Vo = (t1/T)Vs = (ft1)Vs = KVs

(1)

Dicho valor se controla ajustando el ciclo de trabajo D, que es la fracción de tiempo con respecto al periodo en que el interruptor está cerrado, donde f es la frecuencia de conmutación en Hertz y T es el periodo en segundos. Para este caso el voltaje promedio de salida es menor o igual a la entrada. D=t

on

/ T = f *ton

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(2)

Relación de voltaje y corriente Otra manera de analizar la operación del convertidor Buck es examinar los voltajes y las corrientes que se generan en el circuito. Primeramente la potencia entregada a la carga (Po) es la misma que la suministrada por la fuente (Ps), hablando de condiciones ideales. Para condiciones no ideales la potencia de salida se expresa:

Po = Ps – Pérdidas

(3)

28


El convertidor Tibuck

El voltaje de salida es: Vo = Vs D

(4)

La corriente máxima y mínima en el inductor respectivamente: Imax = Vo[1/R + (1-D)/2Lf]

(5)

Imin = Vo[1/R - (1-D)/2Lf]

(6)

El convertidor Tibuck es un convertidor Buck con la diferencia de que en lugar de tener una fuente de alimentación se tienen dos, de tal manera que cuando el interruptor está cerrado, trabaja la fuente V1 y cuando está abierto por medio del diodo de marcha libre, opera la fuente V2 (Figura 3).

Si se cumple que la Imin es mayor o igual a cero, se tiene corriente continua, condición para validar el análisis que se hace más adelante. Para el cálculo del inductor se tiene: L = VsD(1-D)/∆if

(7)

Donde ∆i es el valor pico a pico de la corriente de la componente ondulatoria del inductor. Para el cálculo del capacitor se tiene: C = Vo(1-D) / 8Lf 2∆vc

Figura 3. Convertidor Tibuck básico.

(8)

Donde ∆vc es el valor pico a pico del voltaje de la componente ondulatoria del capacitor. 29

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Relación de voltaje y corriente Haciendo un análisis similar al desarrollado con el convertidor Buck, la potencia no ideal se calcula como en la Ecuación (1). Con lo que respecta al voltaje promedio de salida se tiene:

Vo = (V1-V2)D + V2

(9)

Por otro lado la corriente máxima y mínima en el inductor respectivamente: Imax= Vo/R +1/2 [(Vo –V2)(1-D)/Lf]

(10)

(11) Imin = Vo/R - 1/2[(Vo–V2)(1-D)/Lf] Al igual que en el convertidor Buck, con un valor de Imin mayor o igual a cero se asegura una corriente continua, condición con la que se hace el análisis de aquí en adelante. Para el cálculo del inductor se tiene: L = (V1-Vo)(Vo-V2) / (V1-V2)∆if

(12)

La frecuencia de conmutación típica va en un rango de 20 KHz hasta 50 KHz, sin embargo, frecuencias mayores también pueden ser utilizadas. Los parámetros considerados en todos los cálculos para ambos convertidores son:

∆i = 0.5 ∆vc = 1.2 f = 100 KHz D = 0.5 Vs = 96 volts V1 = 54 volts V2 = 42 volts Vo = 48 volts R = 23 ohms Po = 100W

Selección de los dispositivos A continuación se presentan los cálculos para la selección de los dispositivos comunes de las dos topologías, tratando de que tengan los mismos valores de sus elementos para tener punto de comparación. Se hace énfasis en que la diferencia radica en como se le da la alimentación CD al circuito.

Para el cálculo del capacitor: C = (Vo-V2)(1-D)/8Lf 2∆vc

(13)

Una vez analizado el convertidor Buck y el Tibuck, se tienen las herramientas necesarias para calcular los valores de sus componentes, hacer las comparaciones entre ambos y demostrar las mejoras que hace la configuración Tibuck.

Transistor: Imax = Vo/R +∆i/2 = 2.34 A

(14)

8≤ Vds ≤ 96

(15)

Con estos dos parámetros se elige el transistor IRF 7452, que tiene las siguientes características. Tabla 1. Datos para elegir transistor.

Desarrollo Consideraciones de diseño Ambos convertidores se diseñaron para una operación de corriente continua, cabe mencionar que es deseable manejar una frecuencia de conmutación alta para reducir el tamaño del inductor y del capacitor. En consecuencia, al aumentar la frecuencia las pérdidas de potencia en los elementos de conmutación se incrementan y este incremento provoca que la eficiencia se reduzca, por lo que se debe cuidar mucho este factor.

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Diodo:

Imax = Vo/R +∆i/2 = 2.34 A (16) 8 ≤ VAK ≤ 96

(17)

Con lo anterior se elige el diodo MUR840 por tener las siguientes características.

30


Tabla 2. Datos para elegir el diodo.

Para el cálculo de L y C en el convertidor Buck, se usan la Ecuación (7) y la Ecuación (8) respectivamente:

L = 480 μH C = 520.8 рF

Tabla 3. Datos del convertidor Buck al 50%.

Al operar el convertidor Tibuck con las mismas condiciones de trabajo mencionadas anteriormente se tienen los siguientes valores. Tabla 4. Datos convertidor Tibuck al 50%.

Para los mismos cálculos del convertidor Tibuck, se utilizan la Ecuación (12) y la Ecuación (13) respectivamente:

L = 60 μH C = 520.8 рF

A continuación se muestran los circuitos con sus respectivos componentes calculados para cada uno de los convertidores. Se observa que los valores de los capacitores son similares, pero con las bobinas hay gran diferencia.

Por otra parte, variando el ciclo de trabajo desde D=0.3 hasta D=0.5, para ambos convertidores, el convertidor Tibuck presenta mayor eficiencia en las pruebas. Destacando una variación del 2% al 4% de eficiencia en cima del convertidor Buck, prueba hecha a plena carga (Figura 5).

Figura 5. Comparación entre los dos convertidores.

Figura 4. Los dos convertidores con sus valores.

Resultados

Enseguida se muestra una tabla de valores obtenidos prácticamente en el convertidor Tibuck. En dicha tabla se muestran los valores de las fuentes V1 y V2, el voltaje de salida, la potencia de salida y por último la eficiencia. Se utiliza un ciclo de trabajo del 50% a plena carga. Tabla 5. Datos convertidor Tibuck al 50%.

La eficiencia típica de un convertidor Buck ya es conocida (varía en los rangos del 90% al 95%) y se utiliza como punto de comparación para ver qué tanto es mejorada por el convertidor Tibuck. Para el convertidor Buck con un ciclo de trabajo del 50% y variando la carga para ver la eficiencia con la salida fija a 48 volts, se observa que la eficiencia aumenta al disminuir la potencia de salida.

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En la Tabla 5 está plasmada la información relevante de los convertidores Tibuck con respecto a la eficiencia que se logra obtener con dos fuentes de alimentación. Se observa cómo la eficiencia es menor cuando la diferencia de voltajes en las fuentes de alimentación es mayor y que, a medida que esta diferencia se reduce, la eficiencia aumenta. El reducir la diferencia tiene una limitante, ya que si se hace la fuente de alimentación dos igual a cero, donde se supone que existe la mayor diferencia, el convertidor se comporta como un Buck alimentado con una sola fuente. Con esto, se llega a tener sus mismos parámetros de rendimiento. Con lo anterior queda demostrado que la única manera de obtener una eficiencia igual en los dos convertidores es teniendo la fuente V2 con un nivel de cero volts. Haciendo un análisis inverso de la situación, también queda demostrado que entre menor diferencia entre las fuentes de alimentación se mejora la eficiencia. En base a la Tabla 5 se genera la Figura 6, donde se ve más a detalle el efecto de la segunda fuente sobre la eficiencia del convertidor. Y más que la segunda fuente, el efecto de la diferencia de las dos fuentes, entre menor la diferencia mayor es la eficiencia, teniendo un comportamiento muy próximo a una recta definida por: Ax − By − C = 0

(18)

Figura 6. Relación entre eficiencia y diferencia de voltaje en un convertidor Tibuck con ciclo de trabajo igual a 50% a plena carga.

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Conclusiones El uso de los convertidores como post-reguladores ha tenido un auge en los últimos años con el uso cotidiano de las fuentes conmutadas. Con la implementación de los dos convertidores y con las pruebas realizadas, se demostró que el convertidor Tibuck presenta mayor eficiencia y ello se lo debe al hecho de que tiene una fuente extra que trabaja cuando el convertidor conmuta a un estado de apagado (modo donde en el convertidor Buck no le saca ningún provecho).

Bibliografía

+

Ebatian, J.; Villegas, P.; Nuño, F.; Hernando, M.; Olias, E. y Arau, J. (1996). A Study of the Two Input DC to DC Switching Post-regulators. IEEE Transactions on Power Electronics Congress. Octubre 1996, Páginas: 35-45. ISBN # 0-7803-3633-X. DOI: 10.1109/ CIEP.1996.618511.

33

+

Muhammad, Rashid H. (1995). Electrónica de Potencia. Editorial Prentice Hall. México. ISBN-13 # 9789702605324.

+

Sebastian, J.; Villegas, P.; Nuño, F.; García, O. y Arau, J. (1996). Improving Dynamic Response of Power Factor Pre-regulators by Using Two Input High Efficient Post-regulators. IEEE International Power Specialists Conference. Junio 1996, Páginas: 1818-1824. ISSN

Cabe mencionar que no solo influye en la mejora de la eficiencia el tener dos fuentes de alimentación, lo que interviene directamente es la diferencia que exista entre estas fuentes, que se recomienda sea lo mínima posible. Aumentar la densidad de potencia y una mejora en la eficiencia son dos aspectos de suma importancia en el diseño actual de las fuentes de alimentación conmutadas. Los convertidores Buck y Tibuck ayudan a lograrlo, pero es necesario establecer características de operación y diseño y además realizar un análisis en régimen permanente y dinámico de ambos, para tener un punto de comparación y ver cual es mejor en la etapa de post-regulación.

# 0275-9306. DOI: 10.1109/ PESC.1996.548828.

+

Rokhsat-Yazdi, Ehsan (2009). A High- Efficiency, Ripple-Control Buck Converter with Mode–Hop Enhancement. IEEE Computer and Electrical Engineering. Diciembre 2009, Páginas: 443-447. ISBN-13 # 978-1-4244-5365-8. DOI: 10.1109/ICCEE.2009.76.

tidores, Aplicaciones y Diseño. Editorial Mc Graw Hill. México. ISBN-13 # 978-9701072486.

+

Maniktala, Sanjaya, Maniktala (2004). Switching Power Supply Design & Optimization. Editorial Mc Graw Hill. Estados Unidos de América. ISBN-13 # 978-0071434836.

+

Mohan, Ned (2009) Electrónica de Potencia Conver-

Revista Científica


A N Á L I S I S D E E S F U E R ZO S E N E S L A B O N E S

IMPRESOS EN 3D

PA R A U N M E C A N I S M O D E P R ÓT E S I S P O L I C É N T R I C A D E R O D I L L A

M.C. Alejandro Esteban Rodríguez Sánchez 1, M.C. José Salvador Antonio Méndez Aguirre 2 y Ramón Robles Sánchez3

Universidad Politécnica de Chihuahua, Av. Teófilo Borunda #13200, Col. Labor de Terrazas , Chihuahua, Chihuahua, México, C.P. 31220.

1,2,3

Enviado: 12 de abril de 2016 Aceptado: 30 de mayo de 2016

R e s u m e n : Las prótesis de desarticulación de rodilla tipo policéntricas se basan en un mecanismo de cuatro barras, el cual generalmente se fabrica en diversas aleaciones de aluminio. La función de estos dispositivos es suplir el movimiento de flexo-extensión de una rodilla y proveer estabilidad al paciente durante la fase de apoyo del ciclo de Gait. Si fuera posible la elaboración de estos elementos a través de un polímero impreso en 3D, se generarían piezas de reemplazo baratas y accesibles para los pacientes mexicanos. El objetivo principal de este estudio fue analizar la distribución de esfuerzos y los factores de seguridad de un mecanismo genérico de rodilla policéntrica, a través de un modelo de elementos finitos, mismo que incorpora propiedades de Ácido Poliláctico impreso en 3D que sirvieron para simular los eslabones intermedios y laterales del dispositivo. Se identificó la carga más crítica para el mecanismo, al eslabón menos resistente de la prótesis y se propone un factor de seguridad para el rediseño del mismo.

+ aerodriguez@upchihuahua.edu.mx

Palabras clave: Impresión 3D, ácido poliláctico, análisis de esfuerzos en prótesis de rodilla y factores de seguridad.

Abstract: Polycentric Knee Joints are based on a four-bar mechanism which is generally made on aluminum alloys. The principal function of this device is to replicate the human knee flexion movement and to provide stability for the user during the stance phase of the Gait cycle. If the links of the mechanism would be manufactured by 3D printing methods, Mexican patients could access to spare parts that would be low cost and ready to use. The main objective of this study was to determinate the stress distribution and safety factors of a generic Polycentric Knee Joint mechanism with the help of a Finite Element Model which incorporates material properties of a 3D printed Poly-lactic Acid polymer to model middle and sides links of the device. Results identify critical loadings in the mechanism as well as the less resistant 3D printed link.

+ Revista Científica

Keywords: Prosthetic knee joint stress analysis, polylactic acid, 3D printing and safety factors.

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Introducción De acuerdo a datos del INEGI en México en el 2010 las personas que presentaron discapacidad de algún tipo ascendió a un numero de 5,739,270, lo que representó 5.1% de la población (INEGI, 2010); la discapacidad de mayor frecuencia se refiere a la movilidad, de la cual el caminar sería la principal y de ésta se reporta que la causa de amputación de miembros inferiores, alrededor del 85%, está asociada a problemas de diabetes, mismos que se han ido incrementado en el país con el paso del tiempo (Gutiérrez Carreño, 2014). Ante este escenario, se puede recurrir a nuevos métodos para fabricar dispositivos protésicos, así como piezas de reemplazo que sean accesibles y costeables para los usuarios de prótesis en México. Un método que se perfila actualmente en la manufactura avanzada, por ser rápido y barato a consecuencia de la liberación de patentes de base, es la impresión 3D de modelado por deposición fundida, que usa como materia prima a los polímeros Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) y Ácido Poliláctico (PLA). Los usuarios de productos protésicos se verían beneficiados con estos métodos de manufactura, pues la producción de piezas y dispositivos podría incluso llevarse a la personalización de las mismas para cada paciente. No obstante, los principales retos actuales reparan en conocer la resistencia de tales dispositivos, cual si éstos fuesen impresos en 3D; esto significa, en términos de ingeniería, analizar esfuerzos mecánicos y factores de seguridad para investigar la capacidad estructural de un dispositivo protésico ante las fuerzas y movimientos a los cuales se ve sometido. De acuerdo al estudio de Amador, Muller Karger y Torrealba (2014), se hizo un análisis de esfuerzos en un mecanismo de prótesis de rodilla basado en condiciones de carga según el estándar ISO10328:2006. En dicha publicación se usó el método del elemento finito para investigar factores de seguridad y diseñar una prótesis

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nueva. Según los resultados, el concepto de mecanismo propuesto fue favorable en la movilidad y estabilidad estructural durante la marcha, el cual se fabricó y se sometió a prueba en dos pacientes con resultados positivos. Los estudios de Lapapong, Sucharitpwatskul, Pitaksapsin, Srisurangkul, Lerspalungsanti, Naewngerndee, Sedchaicharn, Chonnaparamutt y Pipitpukdee (2014) indican que una prótesis policéntrica de rodilla real es capaz de resistir esfuerzos de von Mises máximos de 153.1 MPa, como resultado de condiciones de carga normadas y cargas reales de marcha humana. En el trabajo de Castro Valladares (2012) se presenta una prótesis de desarticulación de rodilla nueva, la cual se basa en métodos del diseño de forma y modelado virtual a través de diversos paquetes computaciones para el análisis de esfuerzos y factores de seguridad. Las conclusiones indican que el modelado virtual reduce los costos de investigación y desarrollo porque evita pruebas destructivas a prototipos, además que permite evaluar aspectos como la fatiga mecánica, reducción de peso y cambio de material. En el presente trabajo, se analizarán, a través del Método del Elemento Finito, los eslabones laterales e intermedio del mecanismo de una prótesis de rodilla policéntrica, donde las propiedades mecánicas de un aluminio 6061-T6, del que se encuentran generalmente fabricados, será sustituido por propiedades del ácido poliláctico impreso en 3D. Los análisis están basados en la mayor fuerza vertical a la que es sometida una rodilla durante el ciclo de Gait (Anderson y Pandy, 2001) y la condición de carga según el estándar ISO-10328:2006. Las propiedades mecánicas del termoplástico PLA son las presentadas por Letcher y Waytashek (2014). El objetivo es conocer la distribución de los esfuerzos estáticos y el factor de seguridad en los eslabones laterales e intermedio cual sí fueren fabricados de material impreso en 3D, ya que tienen geometrías simples de imprimir en 3D.

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Materiales y métodos La Figura 1 presenta diferentes vistas del mecanismo de prótesis de rodilla. Los eslabones que en el análisis se consideran de material PLA se muestran de color oscuro en contraposición a la base y el eslabón superior, los cuales serán modelados en aluminio. El mecanismo de prótesis de desarticulación de rodilla policéntrica, así como los eslabones, fueron modelados a través de SolidWorks®, basado en los diseños comerciales que existen actualmente en el mercado. Se hizo uso del software ABAQUS®, con el que se determinó el esfuerzo principal máximo, el esfuerzo equivalente de von Mises y las deformaciones máximas.

(1)

Del que se deriva el Factor de Seguridad para el PLA como sigue:

(2)

Para el Aluminio 6061-T6, por ser un material dúctil, se usa el criterio de la energía de distorsión máxima o de von Mises en términos de los esfuerzos principales (Ugural y Fenster, 2012):

(3)

Y el factor de seguridad se obtiene a partir de la Ecuación (3) de la siguiente manera:

(4)

Propiedades de material

Figura 1. (a) Vista frontal, (b) vista isométrica, (c) vista de sección.

El cálculo de los factores de seguridad se apoyó en dos criterios de falla:

a) b)

Esfuerzo Principal Máximo o de Rankin. Criterio de la Energía de Distorsión Máxima o de von Mises.

Para el caso del material PLA impreso en 3D, ya que no se tienen datos de fluencia y a efectos de generar diseños conservadores en estudios futuros, se recurre al criterio del Esfuerzo Principal Máximo, que el cual establece que el fallo se produce cuando el más alto de los esfuerzos principales en un punto supera la resistencia última a tensión de un material (Ugural y Fenster, 2012):

En afinidad a los resultados reportados por Letcher y Waytashek, (2014), se eligieron las propiedades mecánicas de un material PLA impreso en 3D: Suts,PLA=54.010 MPa, υPLA=0.394 y EPLA=3.490 GPa. Para la aleación de aluminio 6061-T6 se tienen las siguientes propiedades (MatWeb, 2016): Sy ,Al=276 MPa, EAl=68.900 GPa y υAl=0.330.

Condiciones de frontera del modelo numérico Las condiciones de frontera contemplan las sujeciones y la aplicación de las cargas a las que el mecanismo de prótesis se encuentra sometido. Este trabajo se divide en dos casos de condiciones de frontera para hacer los análisis de esfuerzos:

Caso I. Carga máxima del ciclo Gait, Caso II. Carga máxima según el estándar ISO-10328.

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Para el caso I, Las sujeciones que se realizaron en la prótesis fueron tipo fijo (Ux=Uy=Uz=Rx=Ry=Rz=0), las cuales se aplicaron en las caras planas y cilíndricas internas de la base del mecanismo (Figura 2a). La carga aplicada a la prótesis de rodilla fue P Gait=928 N (Castro Valladares, 2012) a manera de compresión (Figura 2b).

Figura 2. Condiciones de frontera: (a) geometría fija, (b) fuerza de Gait.

Para el caso II se usaron las cargas del estándar ISO10328:2006, que especifica las condiciones de carga estática para prueba de dispositivos protésicos de miembros inferiores. En correspondencia a esto, se usó la condición de carga máxima, de 2,240N, que refiere al momento de apoyo del talón del pie con el suelo de acuerdo al ciclo de Gait.

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Figura 3. Condición de la carga máxima según el estándar ISO-10328.

La Figura 3 muestra las ubicaciones de las cargas tal como aparecen en el ISO-10328:2006. La Figura 4 presenta la ubicación de la carga y las condiciones de frontera que se usaron para el modelo discreto del método del elemento finito.

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Figura 4. (a) Ubicación geométrica de la carga para el modelo discreto (mm), (b) componentes de fuerza de la carga máxima, (c) condiciones de frontera tipo fijo para el eslabón superior.

Malla del modelo discreto Para ambos casos, se comprobó convergencia de malla tomando como referencias al esfuerzo equivalente de von Mises y la energía de deformación elástica, por lo cual se generó una malla tetraédrica de elemento tipo C3D10 correspondiente a 74,379 elementos.

Resultados La distribución de los esfuerzos de von Mises para el caso I se muestra en la Figura 6; para identificar las partes del ensamble más críticas, no se muestran esfuerzos menores a 5MPa. Se observa que el eslabón intermedio es el más esforzado de todos los eslabones del mecanismo.

Figura 5. Detalle de la malla del modelo discreto.

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La Figura 8 presenta los resultados de la distribución de los esfuerzos de von Mises que sufre el mecanismo de protesis policéntrica para el caso II. La figura 9 presenta los resultados para el eslabón intermedio. Al igual que en el caso I, la segunda condición de carga genera un esfuerzo a compresión en el eslabón intermedio; sin embargo, el nivel de esfuerzos es mayor. Lo anterior implica que la carga del caso II es aún más crítica para el eslabón intermedio.

Figura 6. Distribución del esfuerzo de von Mises caso I (MPa): (a) vista isométrica, (b) vista de sección, (c) detalle de la vista de sección.

La Figura 7 presenta la distribución del esfuerzo principal máximo en el eslabon intermedio; dicha condicion de los esfuerzos ocurre en modo de compresión, debido al aplastamiento que existe con el eslabón superior.

Figura 8. Distribución del esfuerzo de von Mises caso II (MPa): (a) vista isométrica, (b) vista de sección, (c) vista posterior.

Figura 7. Esfuerzo principal máximo caso I (MPa).

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Una comparación de los resultados máximos de esfuerzos del presente estudio en comparación a un caso de estudio de los esfuerzos máximos en condiciones reales de caso estático sobre una prótesis policéntrica de rodilla (Lapapong, Sucharitpwatskul, Pitaksapsin, Srisurangkul, Lerspalungsanti, Naewngerndee, Sedchaicharn, Chonnaparamutt y Pipitpukdee, 2014) se presenta en la Figura 12.

Figura 9. Esfuerzo principal máximo caso II (MPa).

Con base a la Ecuación (2), la Ecuación (4) y los resultados de los esfuerzos, se obtuvo la Figura 10, que presenta los mínimos valores de factor de seguridad de todas las partes de la prótesis. Se observa que en ambos casos, el eslabón intermedio tiene factores de seguridad menores a la unidad.

Figura 10. Factores de seguridad.

De los resultados que se muestran en la Figura 10, se deduce que la carga del caso II es más crítica que la carga del ciclo de Gait. Se hizo un analisis considerando la carga II para comparar los factores de seguridad entre el aluminio y el ácido poliláctico sobre el eslabón menos resistente.

Figura 12. Comparación de esfuerzos máximos de von Mises.

Conclusiones Los análisis realizados a los eslabones del mecanismo de prótesis de desarticulación de rodilla, cual si fueren fabricados por ácido poliláctico impreso en 3D, muestran que los mayores esfuerzos se presentan en el eslabón intermedio a modo de compresión en la región media del mismo. Debido a esto, el menor factor de seguridad se encuentra en dicha zona. En contraste con lo anterior, los elementos que fueron modelados de material aluminio 6061-T6 presentan factores de seguridad por encima de dos, debido a la propia naturaleza resistente del metal. De acuerdo a la Figura 9 y la Figura 10, se ha identificado a la condición de carga del ISO10328:2006 como la más crítica. Ésta última se utiliza para hacer una comparación de los factores de seguridad entre materiales en el eslabón menos resistente (Figura 11). Asimismo, en la Figura 12, se observa que el presente diseño sufre esfuerzos de 39.21MPa por encima de los esfuerzos máximos que se generan en condiciones de cargas de operación y condiciones de carga normadas sobre una prótesis policéntrica real. Con base en los resultados anteriores se concluye que para efectos de fabricación de piezas de reemplazo de prótesis de rodilla fabricados en 3D, es necesario asegurar diseños que posean un factor de seguridad mayor a 1.68 ante la carga impuesta por el estándar ISO-10328:2006.

Figura 11. Mínimo factor de seguridad para Alumnio 6061-T6 y ácido poliláctico.

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Bibliografía

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ISO 10328:2006 Prosthetics -- Structural Testing of Lower-limb Prostheses -- Requirements and Test Methods (http:// www.iso.org).

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Amador, B. T.; Muller-Karger, C. y Torrealba, R. R. (2014). Rectificación Estructural en el Diseño de Prótesis Policéntrica de Rodilla Utilizando Elementos Finitos. XII Congreso Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas CIMENICS2014. Página: BSB 1-6 (DOI: 10.13140/ RG.2.1.3932.1766).

+

NAnderson, F. C. y Pandy, M. G. (2001). Dynamic Optimization of Human Walking. Journal of Biomechanical Engineering, Octubre 2001, Volumen: 123, Página: 381390. ISSN # 1528-8951. DOI: 10.1115/1.1392310.

+

Castro Valladares, L. D. (2012). Diseño y Modelado Virtual del Mecanismo Policéntrico de una Prótecis de Rodilla. Tesis de Grado de Licenciatura en Ingeniería Mecánica. Escuela Superior Politécnica de Litoral. Rescatado de: http:// www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/21422.

+

Lapapong, S.; Sucharitpwatskul, S.; Pitaksapsin, N.; Srisurangkul, C.; Lerspalungsanti, S.; Naewngerndee, R.; Sedchaicharn, K.; Chonnaparamut, W. y Pipitpukdee, J. (2014). Finite Element Modeling and Validation of a Four-bar Linkage Prosthetic Knee Under Static and Cyclic Strength Tests. Journal of Assistive, Rehabilitative & Therapeutic Technologies, Volumen: 2. ISSN # 2001-6824. DOI: 10.3402/jartt.v2.23211.

+

Letcher, T. y Waytashek, M. (2014). Material Property Testing of 3D-Printed Specimen in PLA on an Entry-Level 3D Printer.

+

Proceedings of the ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. Número: IMECE2014-39379, Página: V02AT02A014 (8 hojas). ISBN13 # 978-0-7918-4643-8. DOI: 10.1115/IMECE2014-39379.

+

MatWeb (2016). Rescatado de: http://www.matweb.com

+

Ugural, A. C. y Fenster, S. K. (2012). Advanced Mechanics of Materials and Applied Elasticity. Editorial Prentice Hall. Estados Unidos de América. ISBN-13 # 978-0137079209.

+

Gutiérrez-Carreño A. R. (2014). Amputación de Extremidades ¿Van a la Alza?. Revista Mexicana de Angiología, Julio 2014, Volumen: 42, Número: 3, Página: 112-114. ISSN # 03774740.

+

MINEGI (2010). Cuéntame...Población. Rescatado de: http://cuentame.inegi.org.mx/ poblacion/discapacidad.aspx?tema=P.

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INGENIERÍA MECÁNICA L A C A L I D A D D E L A E D U C AC I Ó N E N

MEs. Ing. Sergio Rodríguez Quiñones1, Dr. José Manuel Castorena Machuca2, MEh. Irene Zapata Silva3 y MEh. José Ángel Sandoval Marín4.

Instituto Tecnológico de San Luis Potosí, Av. Tecnológico, s/n, UPA Soledad de Graciano Sánchez, S.L.P. , C.P. 78437 1,2,3,4

Enviado: 25 de marzo de 2016 Aceptado: 3 de junio de 2016

R e s u m e n : La calidad de la educación es una preocupación constante, tanto en los ámbitos académicos como en las esferas políticas que se desempeñan en los medios educativos. En el presente documento se exponen algunos parámetros que configuran la calidad de la educación. Se basan en un estudio realizado con un enfoque según lo establecido por principios de vigencia internacional. El estudio se realizó en un universo discreto, pero que bien puede considerarse como representativo del medio. Se introduce el concepto de “currículum real” y se analizan condiciones reales en la práctica docente que inciden en la calidad de la educación. El concepto de “calidad” se establece con base en la pertinencia de los estudios y no en modelos normados exteriormente a las instituciones educativas. Se relacionan las demandas educativas por parte de la industria y las aportaciones de las materias de la carrera, ponderando su impacto en la formación profesional.

+ srodriguezq@hotmail.com

A b s t r a c t : The quality of education is a constant concern in both academia and political circles for who works in educational media. In this paper some parameters that shape the quality of education are discussed. It is based on a study with a focus as established by international principles. The study was conducted in a discreet universe, but it may be considered as representative of the average. The concept of “real curriculum” is introduced and analyzed in real conditions of teaching practice that affect the quality of education. The concept of “quality” is established based on the congruence of studies, but no in models regulated outside educational institutions. The studio relates the educational demands by the industry and the contributions of the subjects of the curriculum of engineering studies, assessing their impact on the professional training.

+ Revista Científica

Palabras clave: Calidad educativa, currículum, industria e ingeniería.

Keywords: Educative quality, resume, industry and engineering.

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Introducción La educación superior es la fase terminal del proceso que prepara al individuo para integrarse a la sociedad, cuya efectividad está en función de la educación recibida. Comprende los niveles de licenciatura, maestría y doctorado. El nivel de licenciatura constituye la cimentación de las etapas posteriores, ya sea que el estudiante se integre a los sectores productivos, o continúe mejorando su preparación a otros niveles. Es una realidad que la calidad del aprendizaje está en función de la calidad de la educación, no puede ser en otra forma. En los sectores productivos se juzga la calidad del aprendizaje de los egresados en función de la pertinencia de los conocimientos adquiridos y por el impacto de éstos con respecto a las demandas implícitas en las funciones productivas. Las dificultades surgen porque con frecuencia dichas demandas no son explícitas aún para los mismos sectores productivos, mucho menos para las instituciones educativas. Como consecuencia de lo anterior, no es raro que algunos planes de estudio se formulen con base en limitadas experiencias personales o en simples opiniones de “expertos”, que pueden no haber experimentado vivencias profesionales en la industria. No es un secreto que un considerable porcentaje de la educación pública superior requiere con urgencia incrementar sensiblemente la calidad (Nelson, 2006) y México no es la excepción (Ortíz, 2016). Entiéndase como “educación” los procesos de enseñanza y de aprendizaje bien articulados entre sí, apoyados por las funciones administrativas y recursos materiales institucionales, además de lo propio con los sectores productivos. Partiendo de la premisa que el mayor porcentaje de los egresados se colocan en los sectores productivos, puede concluirse que este hecho es uno de los más relevantes para la planeación de la educación. El presente documento se fundamenta en la hipótesis de la enseñanza, en forma análoga a como sucede en la industria, según conceptos de calidad establecidos (Juran, 1988); la calidad es generada directamente por los trabajadores y no por otra instancia. Es decir, que no son los departamentos o las gerencias de calidad los que hacen la calidad de los productos, sino los mismos trabajadores, los que tienen en sus manos el control total de los parámetros que dan la calidad. Análogamente es posible establecer que la calidad de la educación se hace directamente en las aulas y en los laboratorios, por las actuaciones reales de los profesores y no necesariamente en otras instancias. Con esta premisa como base, este trabajo pretende dilucidar los parámetros más relevantes que inciden en la calidad de la educación. Se toma como referencia la carrera de Ingeniería Mecánica en el Instituto Tecnológico de San Luis Potosí (ITSLP), contemplando a los profesores, a los alumnos y a las empresas del sector productivo ubicadas en la región.

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Ámbito del estudio El estudio establece como referencia externa para la calidad de la educación, los requerimientos del sector productivo para la carrera de Ingeniería Mecánica. Se establecieron tres ámbitos de estudio: Formación Profesional, Formación Administrativa y Formación Técnica. Dado a que el contexto empresarial analizado está conformado por un grupo de 31 empresas de clase mundial (Anexo 1), es posible establecer que las demandas detectadas, en cierta medida son representativas del contexto internacional. Asimismo, se establece el supuesto que es posible mejorar la calidad en la educación en la Ingeniería Mecánica en el instituto en cuestión, si se identifican y se adecúan aquellos parámetros implícitos en la docencia, en la administración de la educación, en la práctica docente y en los contenidos del currículo de los Programas de Estudio. Con respecto al área académica, el estudio circunscribe al profesorado y a los alumnos del Departamento de Ingeniería Mecánica del Instituto Tecnológico de San Luis Potosí, contemplando aulas, laboratorios y áreas funcionales en su desempeño educativo. En el aspecto externo, se limita a la muestra seleccionada de industrias metalmecánicas ubicadas en la zona industrial de la ciudad de San Luís Potosí. El estudio se llevó a cabo en el año 2009. En el ámbito educativo se circunscribe al proceso de enseñanza, es decir, a la función educativa que desempeña realmente el profesor en las aulas. No se aborda el proceso de aprendizaje por parte de los alumnos. La metodología aplicada se fundamenta en cuestionarios como instrumentos de medición para la recolección de datos del universo estudiado (Anexo 2). Para el análisis y procesamiento de la información se aplicaron análisis estadísticos elementales y la evaluación subjetiva de algunas condiciones de dispersión. El análisis de la información de los alumnos, para la función docente, se hizo con base en una matriz de 25x201. Para la ponderación del currículum de la carrera, se formuló una matriz de relación QFD de 24x59 de las competencias profesionales demandadas por la industria con respecto a las materias impartidas (Anexo 3). No se tomaron en cuenta las materias de ciencias básicas por ser del tronco común a todas las carreras y su aportación a la formación profesional no hace mucha diferencia para la Ingeniería Mecánica.

Conceptos complementarios Con el propósito de establecer puntos de referencia uniformes en la interpretación de este trabajo, se estima conveniente exponer algunos términos que sirvieron de base para el estudio:

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Calidad educativa. Conforme al concepto establecido por Juran (1988), la calidad educativa puede definirse como la característica de los servicios de enseñanza prestados por una Institución de Educación Superior (IES) para responder en forma satisfactoria a los requerimientos del contexto social donde se ubica.

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Currículum. Conjunto de documentos conformado por las estructuras de las materias de estudio, sus contenidos, los programas de estudio, los modelos de enseñanza, las técnicas y prácticas de enseñanza.

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Currículum formal. Es el currículum oficialmente estructurado y establecido por la autoridad educativa competente, para ser aplicado obligatoriamente en una IES. Contempla los recursos institucionales, los apoyos de la autoridad y las prácticas docentes, todo conforme a los diseños originales.

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Currículum oculto. Son aquellas prácticas de enseñanza que el profesor aborda en el aula y que no forman parte del currículum formal. Estas actividades pueden estar o no vinculadas a los objetivos de aprendizaje. Usualmente se trata de enseñanzas u omisiones subrepticias que se abordan con intenciones explícitas o subliminales para influir en los estudiantes o para encubrir deficiencias. No es raro que en algunos casos estas prácticas traten de justificarse bajo el argumento de “libertad de cátedra”.

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Currículum real. Está configurado por la práctica docente diaria en el aula. Incluye la aplicación parcial y simultánea del currículum formal y del currículum oculto, conforme a la percepción personal del profesor. Implica sus omisiones, el estilo de enseñanza, los criterios de evaluación, las adiciones no contempladas en el programa académico, actitudes personales, la disciplina en el cumplimiento de sus compromisos y todos aquellos factores circunstanciales y extracurriculares que se presentan durante el proceso educativo. Este currículum es el último eslabón con el que realmente tiene contacto el estudiante en el proceso de enseñanza aprendizaje.

Conceptos de calidad educativa Actualmente, en América Latina, hay varios conceptos sobre lo que se entiende como “Calidad Educativa” (Alarcón, 2003):

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+

Calidad educativa entendida como excelencia académica. Se caracteriza por alumnos sobresalien-

tes y académicos destacados, con aprendizajes de primer nivel. Integra a cuerpos de profesores-investigadores de alto nivel y desempeño. Establece relaciones de colaboración con otras IES, estructura líneas de investigación y difunde sus trabajos (Barrera, 1997). Este parece ser el modelo adoptado por decreto de las autoridades de la SEP, en conjunto con la evaluación de la calidad por normas internacionales.

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Calidad educativa fundamentada en la dependencia de los programas educativos con respecto a los propósitos declarados en políticas o planes públicos nacionales. El fondo de este concepto

tiene el propósito de alcanzar la uniformidad nacional. Pretende subsanar debilidades sociales pero presenta serias dificultades para responder en forma adecuada a las necesidades de los sectores productivos.

+ La calidad educativa entendida como el cumplimiento de normas y exigencias enfocadas

a la movilidad estudiantil y el intercambio internacional de estudiantes, profesores e investigadores. Se enfoca como una estrategia para posicionar ante

la sociedad a la IES, en un ambiente de competencia académica regional e internacional. Se enfoca primordialmente a lograr reconocimiento ante la sociedad (mercadotecnia).

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+

Los criterios de “calidad” son definidos internacionalmente por organizaciones de alcance mundial, como es el caso de la International Standards Organization (ISO). En estos casos, se

configura un sistema que evalúa el cumplimiento de criterios que las mismas instituciones declaran previamente que realizarán en sus procesos con respecto a la calidad; es decir, que en este modelo, los criterios que definen la “calidad” son auto-determinados. Con frecuencia, sus procedimientos son excesivamente detallados y rigurosos en aspectos que no abonan en forma directa a la calidad de la educación. La motivación institucional está en obtener una “certificación” de la IES como testimonio de reconocimiento, aunque su impacto real en la calidad de la educación no es muy evidente.

+

La calidad educativa entendida como la capacidad institucional para dar respuestas adecuadas a las demandas de los diferentes sectores del entorno donde se ubica la IES. Este concepto

está fuertemente vinculado con el principio de pertinencia (SEP, 2007) citado por las leyes educativas. Desde la perspectiva de las políticas educativas mundiales, la “calidad de la educación” está asociada con la capacidad de las IES para satisfacer los requerimientos de desarrollo económico, político y social de la comunidad a la que están integradas (Álvarez, 1996).

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Actualmente, parece existir un acuerdo universal no explícito, en el sentido de que es el usuario y no el productor quien en último término decide si un producto o servicio es de calidad. Los insumos mínimos necesarios en el proceso educativo son; profesores con experiencia profesional convencidos de su compromiso con la educación, facilidades educativas adecuadas y recursos suficientes de acceso a la información.

Resultados Para el sector productivo se estructuró el cuestionario a fin de ponderar las funciones que desempeña el ingeniero mecánico en la planta.

El universo de estudio El universo de estudio en el sector industrial estuvo integrado por una muestra no probabilística, debido a la amplia distribución geográfica de las micro, pequeñas y medianas empresas que hay en la región, pues el interés del estudio se centró en grandes empresas de preferencia con tecnologías de vanguardia, a fin de que sean representativas de las demandas educativas profesionales. El universo de profesores se integró con todos los profesores del departamento de Ingeniería Mecánica del ITSLP. El universo de estudiantes se definió con una muestra estadística del total de estudiantes inscritos en la carrera de Ingeniería Mecánica del cuarto semestre en adelante; el total de la muestra fueron 168 alumnos. El índice de confianza es de 90 por ciento. Los instrumentos de medición fueron cuestionarios para cada sector. En el sector industrial se pretende identificar las principales funciones que deben desempeñar los egresados y la importancia relativa que tiene para la empresa el desarrollo profesional, la actitud del profesionista, la capacidad técnica y la capacidad administrativa. En el sector de profesores, se identifica el ambiente en la práctica educativa, por medio de un cuestionario de autoevaluación sobre su desempeño y su percepción acerca de la respuesta institucional ante las necesidades educativas. El universo de los alumnos, se sondea por medio de un cuestionario autoadministrado para identificar las características de las prácticas de los docentes y la posible tipificación del currículum real.

Figura 1. Ponderación de las funciones del ingeniero mecánico por las empresas encuestadas.

La Figura 1 presenta los resultados obtenidos al aplicar el cuestionario. La escala vertical es el indicador de la demanda, constituido por la sumatoria de evaluaciones por parte de las empresas para cada función. En tanto que la escala horizontal representa:

1. Procesos de manufactura. 2. Mantenimiento. 3. Ingeniería de producto (diseño y desarrollo). 4. Diseño y desarrollo de herramentales. 5. Calidad. 6. Incremento de la productividad. 7. Planeación y control de la producción. 8. Compras. 9. Logística de materiales. En la Tabla 1, en la columna de valor, se identifica el impacto del currículum formal de la carrera sobre las demandas del sector productivo. El indicador de relación representa la relación de las materias del currículum formal con las demandas: a mayor valor, mejor relación. La diferencia es el indicador de la falta de cobertura del currículum formal con respecto a la naturaleza de las demandas: a mayor diferencia, menos cobertura.

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Tabla 1. Indicadores de relación del currículum formal con respecto a las demandas del sector productivo obtenido de la matriz de relación (Anexo 3). Con respecto al currículum real, analizando las percepciones de profesores y alumnos, se detectó que los contenidos de las materias (58 materias) no se adecúan totalmente a las necesidades de la industria y que la práctica docente presenta deficiencias en la función educativa, que ocasionaron la impresión de no haber obtenido los niveles de aprendizaje esperados por los alumnos, (tabla 2). El número de citas es un indicador de la desviación de la práctica docente en el aula, e identifica indirectamente al profesor que se aleja en mayor medida del currículum formal.

Tabla 2. Indicadores que permiten valorar el currículum real en la práctica docente. Se incluyen sólo las materias donde hubo observaciones.

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Conclusiones El estudio permitió identificar, cualitativa y cuantitativamente, algunos factores que inciden directamente en la calidad de la educación; como se describe en la Tabla 2, en las materias con mayor número de citas se cambiaron profesores. Se identificaron algunos factores que ocasionan la dispersión de la atención de los profesores en su práctica docente. Se definió un criterio de calidad de la educación con base en la pertinencia de la función educativa, con respecto al contexto donde se ubica la IES, que según Fregozo, (2000) se estima más realista y congruente con las condiciones socioeconómicas de la región, a diferencia de los modelos adoptados por decreto, que son ajenos a la naturaleza y a la cultura donde se ubican las IES. Uno de los factores de influencia directa en la calidad de la educación lo constituye el “currículum real”, que está en función total del desempeño de los profesores. Como ejemplo ilustrativo de factores identificados, se tiene que un considerable porcentaje de los contenidos de las materias del currículum formal no están estructurados de conformidad con las necesidades de la industria. Las materias no contemplan un libro de texto oficialmente aceptado como referencia para impartir la clase. Cerca del 40% de los profesores no cubren el programa completo. Más del 15% de los profesores no cubren su clase completa. Los profesores son deficientes en capacitación didáctica. El Sistema Nacional de Tecnológicos tiene criterios rígidos con respecto a los modelos educativos, lo cual no puede ser cambiado en forma autónoma por los tecnológicos, pues casi la totalidad de las funciones educativas están dictadas en forma centralizada. En este sentido, no hay mucha libertad de acción. Es posible que se perfeccionen los planes de estudio, que se re-estructuren los contenidos, se adecúen los programas, se cuente con magníficas instalaciones y se tengan excelentes recursos didácticos con TIC’s de frontera tecnológica, pero si los docentes son deficientes no es posible lograr el perfeccionamiento de la educación. El desarrollo profesional de los maestros es un elemento central en el proceso educativo (Smelkes, 1977). Asimismo una práctica docente puede respetar totalmente el currículum formal, pero si éste no es pertinente con las demandas del medio, la calidad de la educación se ve seriamente afectada. Los resultados obtenidos son evidencia de la urgente necesidad que subsiste en forma latente en la función educativa para lograr un incremento real y medible de la calidad de la educación. Una adecuada y profunda vinculación con el sector productivo puede constituirse en uno de los pilares determinantes en el éxito que pueda tener la educación superior. Queda pendiente de analizar uno de los factores de mayor influencia en la calidad del ciclo educativo que es complemento de la enseñanza; el fenómeno del aprendizaje cuyo tenor comprende múltiples factores de mayor grado de dificultad para su análisis, pues su alcance se proyecta más allá del ámbito escolar y del ámbito personal de los alumnos.

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Bibliografía

+

Suran J.M. (1988) Juran on Planning for Quality. New York; Free press, MacMillan Inc.

+

Juran J.M. (1990) Juran y la Planificación para la calidad. Madrid: Diaz de Santos

+

Arancibia Violeta. (1999) “Psicología de la Educación”. Alfaomega.

+

Diker, Gabriela. (1997) “La formación de maestros y profesores”. Madrid. Paidos.

+

William E. (1988) The Customer Driven Company, Perspectives on QFD. ASI Press. Dearborn Michigan

+

B. Jack B. (1998). The QFD Handbook. New York. John Wiley and Sons.

+

SEP, (2007). Programa Sectorial de Educación 20072012. México, SEP.243-ximo-a241-o.aspx

+

Águila Vistremundo, C. (2005). “El concepto de calidad en la Educación Universitaria: Clave para el logro de la competitividad Institucional”. Revista Iberoamericana de Educación. (ISSN: 1881-5653). Ministerio

49

de Educación de Cuba.

+

Alarcón, F. (2003) Antecedentes, situación actual y perspectivas de la evaluación y acreditación de la Educación Superior en América Latina y el Caribe. IESALC. UNESCO

+

Nelson, A. (2006). La Crisis de la Educación Superior en América Latina. Revista Ibero-Americana de Educación, OEI, 40/4.

+

Álvarez, T.&Topete. (1996). Estrategia Integral de gestión para la calidad de la Educación Básica en el Siglo XXI. Perspectivas de la educación desde América Latina, Vol.2, Nos. 3 y 4.

+

Barrera, A.G. (1977). Gestión y Estrategia Nos. 11 y 12.

+

ANUIES (2002) “Consolidación y avance de la educación superior en México”.

+

ANUIES-SEMARNAT (2002) “Plan de acción para el desarrollo sustentable en las instituciones de educación superior”.

+

Carrión Carmen, (1992). “Guía Metodológica para la Evaluación de los Currícula de Licenciatura”. Coordi-

nación general de Planeación de ANUIES.

+

Fregozo, E.M. (2000). “La pertinencia como requisito para la calidad en Educación superior”. Revista Iberoamericana de Educación. p.3.

PULSO. San Luis Potosí, SLP, pág. interiores.

+

+

Álvarez Isaías. “Modelo para una evaluación integral de las políticas sobre gestión de calidad en la educación superior”. Recuperado 17 de marzo de 2008. http://www.azc.uam.mx/ publicaciones/gestion/num11y12/ doc11.htm

+

Forés Anna. “Calidad en la educación superior”. file://E:\Tesis\información\Calidad E-A.htm . Recuperado en abril de 2008.

Smelkes, S. (1997). La Calidad de la Educación Básica. Conversaciones con Maestros. México, D.F. CINVESTAV/DIEIPN. Gibbons, M. (1998). “Pertinencia de la educación superior en el siglo XXI”: Conferencia Mundial sobre la Educación Superior de la UNESCO, celebrada en París del 5 al 9 de octubre de 1998.

+

Inspectorado de su Majestad Británica. “Lineamientos para quienes están involucrados en la evaluación de los procesos educativos en universidades”. Taller Nacional de Evaluación, de CONAEVA. Junio de 1992.

+

Valdez Veloz Héctor (2000). “Evaluación del desempeño docente”. Ponencia presentada en el Encuentro Iberoamericano del desempeño docente. México.

+

Ortiz, J. L. (5 de Mayo de 2016). ¿Qué desean los empleadores de los Ingenieros?

+ +

Forés Anna. “Calidad en la educación superior”. file://E:\Tesis\información\Calidad E-A.htm . Recuperado en abril de 2008.

+

Mateo y otros (1995). Cit. por Eduardo Abalde Paz “Evaluación Docente vs Evaluación de la Calidad”. www.uv.es/ aidipe/CongVirtual3/ponencia3. doc. Obtenido en abril de 2008.

+

Míngues Vela Andrés. “Factores más importantes para valorar el nivel de calidad de una institución educativa superior”. file://E:\Tesis\información\Educaweb_com-Calidad en la Educación Superior.htm . Recuperado en marzo de 2008. 2012. México, SEP.243-ximoa-241-o.aspx

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Anexos Anexo 1. Empresas que integran el universo inicial del estudio. Del total de estas empresas, 19 contestaron el cuestionario.

Anexo 2. Cuestionario para identificar la demanda por las empresas de capacidades profesionales de los egresados de la carrera de Ingeniería Mecánica del Instituto Tecnológico de San Luis Potosí.

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Anexo 3. Matriz de relación de las demandas del sector industrial (valor) con las materias que integran el currículum formal. El “indicador de relación” es la suma de los valores de relación para cada renglón de la demanda detectada. Los valores de relación aplicados para cada materia con los factores de demanda, se indican en el ángulo inferior izquierdo de la tabla. El renglón inferior de la matriz (ponderación) es la suma de los productos de los valores de relación en cada columna correspondiente a una materia, multiplicados por lo tasado en la columna “valor” para cada renglón de competencia profesional.

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R E M O C I Ó N D E N A N O PA R T Í C U L A S CO LO I D A L E S D E P L ATA P R E S E N T E S E N AG UA P O R

ELECTROCOAGULACIÓN Dr. Víctor Alfredo Nolasco Arizmendi1, M.C. Abygail Adarely Martínez Mendoza2, T.S.U. Haly Surisadday Juárez Pérez 3, M.N. Rodolfo Salas Cepeda4 y M.C. Carlos Iván Rodríguez Rodríguez5

Universidad Tecnológica de Tula - Tepeji, Av. Universidad Tecnológica #1000, El Carmen, Tula de Allende, Hidalgo, México, C.P. 42830.

1,2,3

Universidad Tecnológica de Ciudad Juárez, Av. Universidad Tecnológica No. 3051, Lote Bravo II, Ciudad Juárez, Chihuahua, México, C.P. 32695.

4,5

Enviado: 28 de abril de 2016 Aceptado: 10 de junio de 2016

nolascoarizmendi@gmail.com; vnolasco@uttt.edu.mx

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R e s u m e n : En la actualidad, los tratamientos para la desinfección del agua pueden ser realizados mediante la aplicación de nanopartículas de plata; una vez utilizados, los nanomateriales deben de ser removidos, ya que las nanopartículas permanecen solubles generando toxicidad. La presente investigación muestra la remoción de nanopartículas de plata por electrocoagulación como una alternativa para el tratamiento de aguas derivadas del uso nanotecnológico. Los factores como el voltaje y el pH de la solución en la electrocoagulación permiten la total precipitación del material nanoestructurado y la remoción del contaminante del agua. El seguimiento en la cuantificación de parámetros durante el tratamiento del agua se realizó con la medición de temperatura, pH y la disminución del plasmón de resonancia superficial de nanopartículas de plata, alrededor de 440 nm en el agua residual, indicativo de la presencia de nanopartículas coloidales disueltas. De acuerdo con los datos obtenidos, el procedimiento más viable para precipitación de las nanopartículas es modificando el medio a básico para la total electrocoagulación del material nanoestructurado. Desde esta perspectiva, la electrocoagulación es un tratamiento de agua viable para la remoción de nanopartículas coloidales de plata en condiciones específicas.

+

Palabras clave: Plasmón, tratamiento de agua y coloide.

A b s t r a c t : Currently, the silver nanoparticles are used in water treatment to remove microorganisms or heavy metals, after that nanoparticles should be removed of water because nanostructured materials have toxicity in specific conditions. This research work presents a process to remove of water silver nanoparticles by electrocoagulation methodology. The variation of voltage and pH improves the floculation of silver nanoparticles in water and the process was monitored by temperature, pH, and the surface plasmon of resonance in the silver nanoparticles about 440 nm. According with the results, the precipitation of silver nanoparticles are improved in basic media in the electrocoagulation reaction. The electrocoagulation is a waste treatment for removing colloidal nanoparticles in specific conditions..

+

Keywords: Plasmon, water treatment and colloid.

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Introducción Las Nanociencias y la Nanotecnología involucran un mayor campo de aplicación, como lo puede ser la desinfección y la inhibición en el crecimiento de microorganismos patógenos en el agua; es bien sabido que el elemento plata presenta propiedades antimicrobianas y ahora con el auge de la Nanotecnología, se puede inhibir el crecimiento de hongos y bacterias en condiciones experimentales (Noriega, 2012). Zanella (2012) establece que, en la actualidad, los métodos de síntesis se pueden dividir en métodos por vía seca (molienda mecánica, pulverización catódica, ablación láser, etc.) y métodos por vía húmeda (método por microondas, coloidal, reducción química, hidrotérmico, etc). La reducción química permite obtener nanopartículas metálicas coloidales por mecanismos de óxido-reducción de precursores metálicos y agentes reductores, como lo pueden ser el borohidruro de sodio (NaBH4); sin embargo, puede ser sustituido por ácidos orgánicos débiles o extractos de plantas con moléculas reductoras que llevan a cabo la síntesis de nanopartículas, entre las cuales tenemos azúcares, proteínas, colorantes naturales o metabolitos secundarios. Se ha reportado en la literatura que pueden obtenerse nanopartículas de oro, plata, platino, hierro y cobre por bioreducción.

Los procesos de electrocoagulación permiten la variación de condiciones como el pH durante la electrocoagulación, bajo diferentes parámetros de potencial eléctrico y el tiempo del proceso, siendo estos factores clave para la correcta eliminación de metales pesados en aguas residuales; es de importancia la remoción de este tipo de contaminantes, ya que pueden tener una movilidad en el medio ambiente y presentar alta toxicidad (Arango, 2005). En este trabajo se electrocoagulan nanopartículas de plata obtenidas por un proceso de reducción química con un extracto de planta de Tillandsia recurvata L., la cual presenta azúcares responsables del proceso de reducción química del precursor metálico de plata y dan estabilidad a los coloides formados en agua en el laboratorio, en donde la presencia de nanopartículas de plata en agua fue seguida determinando el plasmón de resonancia superficial de las nanopartículas una vez que el pico de absorción disminuye y el material de plata flocula para ser removido.

En específico, en los trabajos de Abbasi (2012), Haratifar (2009), Shameli (2012), Agnihotri (2014) y Lu (2012), se establece que tales nanopartículas generan coloides muy estables solubles en agua, que pueden permanecer de tamaño nanométrico por bastante tiempo, siendo útiles para la desinfección de aguas (Celis, 2015). Las nanopartículas de plata pueden presentar diferentes aplicaciones, entre ellas, su uso como catalizadores, en biosensado o como agentes de desinfección; además, las nanopartículas presentan propiedades ópticas, como la fluorescencia, debido al tamaño entre 1-10nm y el plasmón de resonancia superficial, alrededor de 440nm, característico de las nanopartículas de plata, determinado por espectroscopía ultravioleta-visible, esta última propiedad relacionada a la superficie de los metales y que en condiciones específicas genera una interacción con la radiación electromagnética representada en plasmones de utilidad en química, ya que el campo eléctrico oscilante amplía las propiedades ópticas de las nanopartículas. El plasmón de resonancia superficial son oscilaciones de electrones localizados en volúmenes pequeños de metal que ocurren cuando las partículas tienen un tamaño menor que las longitudes de ondas incidentes en un espectrofotómetro que incide radiación visible, tal efecto aparece en las nanopartículas de metales como oro, plata o platino (Cruz, 2012). Es por ello que la aparición del plasmón de resonancia superficial en una muestra indica la presencia de materiales con dimensiones nanométricas (Wilson, 2005). En la búsqueda de metodologías para la eliminación de metales en agua por vía electroquímica, la electrocoagulación es una alternativa viable para la remoción de metales como arsénico, hierro, níquel cobre, zinc, plomo, cadmio o mercurio (Acosta, 2013).

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Metodología

Obtención del precursor metálico Se utilizó una solución de nitrato de plata (AgNO3) a una concentración molar de 10 -3M para la obtención de las nanopartículas de plata en solución.

Obtención del extracto de Tillandsia recurvata L. Se obtuvo el extracto de Tillandsia recurvata L, previamente lavando la planta con agua destilada y obteniendo trozos de alrededor de 1cm. de longitud. Para un volumen de 100mL, se mezclan 2 gramos de planta recién lavada y se lleva a ebullición durante 2-3 minutos. Una vez transcurrido el tiempo, el extracto se llevó a temperatura ambiente antes de ser mezclado con la solución del precursor metálico.

Prueba cualitativa de azúcares La Tillandsia recurvata L., fue lavada previamente a la reacción de Benedict con agua corriente, la cual eliminó impurezas, y posteriormente con agua destilada. Se colocó 1 gramo de planta en 50mL de agua destilada y se llevó a ebullición durante 10 minutos. Aparte, a 15mL de agua destilada se agregan 3 perlas de NaOH y se mezcló con la solución anterior. A 35mL de solución de sulfato cúprico la cual contiene 0.5 gramos de esta sal, se agregó en caliente al extracto de Tillandsia recurvata L., con el hidróxido de sodio. Se agregaron 5 perlas más de hidróxido de sodio y se llevó a ebullición durante 5 minutos hasta la obtención del precipitado café, resultado de la reducción del cobre a óxido de cobre por los azúcares.

aluminio (-) y el cátodo el cobre (+). Se llevaron a cabo pruebas para la precipitación de las nanopartículas variando el medio ácido o básico de la reacción, con la finalidad de encontrar las condiciones óptimas de pH para llevar a cabo la electrocoagulación; también, se llevó a cabo sin realizar ninguna modificación al pH. Para esto, se prepararon 2 soluciones, utilizando la sal de un ácido débil (citrato de sodio) y carbonato de sodio de la siguiente forma:

+ Se colocan 50mL del residuo nanotecnológico en un matraz Erlenmeyer de 250mL y posteriormente se agregan 50mL de Na2C6H5O7 (citrato de sodio), 0.4M. + Se vierten 50mL del residuo nanotecnológico en un matraz Erlenmeyer de 250mL, seguidos de 50mL de Na2CO3 (carbonato de sodio) 0.5M. Resultados Se realizó la electrocoagulación de la solución de nanopartículas de plata obtenidas por bioreducción, aplicando variaciones de voltaje y pH para analizar el comportamiento de las nanopartículas y comprobar las condiciones óptimas para llevar a cabo la floculación, utilizando los electrodos de Al (aluminio) y Cu (cobre). Los resultados, donde se muestra mayor disminución del plasmón de resonancia superficial, fue la muestra a 30V con los medios ácido y básico, mientras que a voltajes de 20V y 25V, el plasmón no disminuye su intensidad, indicando que las nanopartículas están presentes en la solución.

Obtención de nanopartículas de plata por bioreducción química Se realizó una solución 1:1 de nanopartículas de plata mezclando el extracto de Tillandsia recurvata L., con la solución precursora a temperatura ambiente. La mezcla se colocó al abrigo de luz durante 24 horas.

Electrocoagulación de nanopartículas de plata Se realizó la electrocoagulación de las nanopartículas de plata en una celda electroquímica con electrodos de cobre y aluminio, de un tamaño de alrededor de 5 centímetros. Se usaron 100mL de la solución que contiene nanopartículas, cada muestra fue colocada en un vaso de precipitado de 250mL. Una fuente de poder de 30V donde los electrodos se conectaron de tal forma que el Revista Científica

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Prueba cualitativa de presencia de azúcares Se realizó la prueba para determinar la presencia de azúcares reductores mediante la reacción de Benedict, esta prueba muestra un precipitado rojo, indicativo en la formación de óxido de cobre denotando la presencia de azúcares reductores que son los responsables de la bioreducción del precursor metálico. En la Figura 1, se muestra la formación del precipitado rojo de óxido de cobre (Nolasco-Arizmendi, 2013).

Figura 3. Plasmón de resonancia superficial de nanopartículas de plata debido a la oscilación de electrones.

Electrocoagulación de nanopartículas de plata sin modificación de pH a 20V, 25V y 30V

Figura 1. Prueba para la determinación de azúcares reductores.

Obtención de nanopartículas de plata La Figura 2 muestra el espectro ultravioleta visible de un extracto de Tillandsia recurvata L., con picos menores a los 400nm relacionados con la biomasa que se encuentra en el extracto y pueden atribuirse a la presencia de biomoléculas como azúcares, principales componentes que reducen al nitrato de plata para la formación de nanopartículas, que forman un plasmón alrededor de los 440nm en la región visible, el cual fue medido después de 24 horas de reacción y es mostrado en la Figura 3 (Castro, 2011).

Al obtener las nanopartículas de plata sin realizar modificaciones al pH de la reacción durante la electrocoagulación a 20V, 25V y 30V, no hay precipitación significativa del material nanoestructurado. El plasmón de resonancia superficial atribuido a las nanopartículas de plata que todavía se encuentran en solución, no presenta modificaciones aún después de 60 minutos. La Figura 4 muestra los plasmones de resonancia superficial para nanopartículas de plata obtenidas por reducción química con un extracto acuoso de Tillandsia recurvata L., en donde no existe un cambio significativo en la forma del plasmón al momento de tratar el material, además que se muestra a las nanopartículas de plata obtenidas vistas por microscopía electrónica de barrido a una amplificación de 20,000X en modo de electrones secundarios en donde se observan partículas con morfología predominantemente esférica.

Figura 2. Absorbancia de las moléculas reductoras presentes en el extracto de Tillandsia Recurvata L.

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Figura 4. a) Nanopartículas de plata obtenidas por bioreducción observadas por microscopia electrónica de barrido de alrededor de 100nm de tamaño. b) Plasmones de resonancia superficial a 20V. c) Plasmones de resonancia superficial a 25V. d) Plasmones de resonancia superficial a 30V.

Electrocoagulación de nanopartículas de plata a 30V modificado con citrato de sodio y carbonato de sodio Al realizar la modificación al pH, con la sal de un ácido débil (citrato de sodio) y el carbonato de sodio a la solución de nanopartículas de plata, se induce la floculación en menor tiempo, los plasmones de resonancia superficial disminuyen su intensidad en menor tiempo indicando que el material suspendido ya no es nanoestructurado y pierde las propiedades ópticas características. En la Figura 5 se muestran los plasmones de resonancia superficial de las nanopartículas de plata tratadas por electrocoagulación y la disminución de la intensidad en el pico de absorción que se encuentra alrededor de los 440mm además del material floculado en medio básico y la disposición final del residuo en yeso, el cual puede ser usado en construcciones o edificaciones sin presentar riesgos tóxicos.

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Figura 5. Disminución del plasmón tratado en presencia de la sal de un ácido débil (citrato de sodio). b) Disminución del plasmón en presencia de carbonato de sodio. c) Decantación del residuo después de 72 horas. d) Disposición final del residuo en yeso.

Las nanopartículas de plata pueden ser tratadas por electrocoagulación en el laboratorio; sin embargo, para escala industrial, se necesita el diseño de una celda electroquímica con placas de cobre y aluminio a una distancia específica sin haber mayor problema en su tratamiento. El seguimiento de los parámetros de pH y temperatura fueron medidos cada 5 minutos hasta completar una hora; con respecto al pH, éste tiende a ser básico al finalizar el tratamiento en cualquier caso, ya que en la reacción electroquímica entre el aluminio y el cobre se forma la especie química hidróxido de aluminio Al(OH)3, el cual se cataloga como un floculante, capaz de remover del agua, tanto material orgánico como inorgánico. El pH y la temperatura varían para 20V (pH=7.74±0.21; T=26.4±0.17ºC) para 25V (pH=7.63±0.36; T=24.27±0.29ºC) para 30V (pH=7.75±0.31; T=24.27±0.1ºC) para 30V modificando el pH con la sal de un ácido débil (pH=8.4±0.18; T=24.7±0.18ºC) y para 30V modificando el pH con carbonato de sodio (pH=11.27±0.051; T=23.8±0.07ºC). Como se observa en los datos anteriores, se propicia la formación del floculante de aluminio al mezclar las nanopartículas de plata con citrato de sodio y carbonato sodio durante la electrocoagulación, ya que el pH tiende a ser básico desde un inicio en la reacción a los 5 minutos y la intensidad del pico disminuye.

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En la Figura 6 se muestra la disminución de los máximos de las absorbancias para nanopartículas de plata según el voltaje y el medio de reacción con carbonato de sodio y citrato de sodio, indicando la remoción de plata en condiciones específicas, ya que en un tratamiento normal de electrocoagulación, las nanopartículas pueden no precipitar y ser separadas de agua residual de un proceso que incluya desinfección; los máximos de absorbancia de las nanopartículas de plata muestran que el nanomaterial puede ser tratado en mejor forma en medio básico, ya que presenta el mínimo de absorción del plasmón de resonancia superficial característico de las nanopartículas de plata, indicando que el nanomaterial no está presente en agua durante un tiempo de 60 minutos. Por otro lado, se muestra la caracterización mediante espectroscopía ultravioleta-visible de nanopartículas de plata, las cuales presenta plasmón de resonancia superficial durante 22 meses, mientras que con la lectura hecha a 24 horas presentan una disminución, debido a que las nanopartículas pueden crecer y modificar la forma del plasmón inicial; sin embargo, la presencia del plasmón indica que se tiene un nanomaterial con cierta estabilidad (Celis, 2015) y puede presentar toxicidad si éste llega al medio ambiente, motivo por el cual debe ser tratado.

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Figura 6. a) Disminución de las absorciones máximas de nanopartículas de plata, nótese la diferencia de intensidades cuando el residuo es tratado con citrato de sodio y carbonato de sodio. b) Plasmón de resonancia superficial para nanopartículas de plata después de 22 meses.

Conclusiones La electrocoagulación de residuos nanotecnológicos, a partir de la variación de las condiciones, es una alternativa para el tratamiento de nanopartículas de plata obtenidas por bioreducción química cuando se modifica el medio con una base débil como es el carbonato de sodio a 30V, utilizando electrodos de cobre y aluminio, ya que los coloides formados de nanopartículas de plata son desestabilizados debido a la presencia del hidróxido de aluminio como agente floculante, así como el medio básico para la remoción del nanomaterial con mayor eficiencia, lo que vuelve viable el procedimiento.

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Bibliografía

+

Noriega, M.; Quintero, C.; Guajardo J.; Morales J., Compeán M. y Ruiz, F. (2012). Desinfección y Purificación de Agua Mediante Nanopartículas Metálicas y Membranas Compósitas. Tecnología y Ciencias del Agua. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, 3 (1), 87-100. ISSN # 0187-8336.

+

Zanella, R. (2012). Metodologías para la Síntesis de Nanopartículas: Controlando Forma y Tamaño. MundoNano, Universidad Nacional Autónoma de México, 5(1), 69-81. ISSN # 2448-5691.

+

Abbasi, M., Saeed, F. y Rafique, U. (2014). Preparation of Silver Nanoparticles from Synthetic and Natural Sources: Remediation Model for PAHs. Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 60 (2014), 1-9. ISSN # 0921-5093. DOI:10.1088/1757899X/60/1/012061.

+

Haratifar, E.; Reza, H.; Shakibaie, M., Mollazadeh, K.; Amini, M.; Montazeri, H. y Reza A. (2009). Semi

59

Biosynthesis of Magnetite-Gold Composite Nanoparticles Using an Ethanol Extract of Eucalyptus camaldulensis and Study of the Surface Chemistry. Journal of Nanomaterials. Hindawi Publishing Corporation, 2009(1), 1-9. ISSN # 1687-4129. DOI:10.1155/2009/962021.

+

Shameli, K.; Bin, M.; Jaffar, E.; Azowa, N.; Shabanzadeh, P.; Rustaiyan, A.; Abdollahi, Y., Bagheri, S.; Abdolmohammadi, S.; Sani, M. y Zidan M. (2012). Green Biosynthesis of Silver Nanoparticles Using Callicarpa maingayi Stem Bark Extraction. MDPI Molecules, 2012(1), 8506-8517. ISSN # 1420-3049. DOI: 10.3390/molecules17078506.

+

Agnihotri, S.; Mukherjiabc, S. y Mukherji. (2014). Size-Controlled Silver Nanoparticles Synthesized Over the Range 5–100nm Using the Same Protocol and Their Antibacterial Efficacy. RSC Advances. The Royal Society of Chemistry, 4(1), 3974-3983. ISSN # 2046-2096. DOI: 10.1039/C3RA44507K.

+

Lu, R.; Yang, D.; Cui, D.; Wang, Z. y Guo L. (2012). Egg White-Mediated Green Synthesis of Silver Nanoparticles with Excellent Biocompatibility

and Enhanced Radiation Effects on Cancer Cells. International Journal of Nanomedicine. Dovepress, 7(1), 2101–2107. ISSN # 1176-9114. DOI: 10.2147/IJN. S29762.

+

Celis, M.; O C ́ allaghan, J., Forgiarini, A.; Rosenzweig, P. y García L. (2015). Efecto de Partículas Nanométricas sobre las Propiedades de Suspensiones. Revista Ciencia e Ingeniería. Universidad de los Andes, 36(1), 19-30. ISSN # 1316-7081.

+

Cruz, D.; Rodríguez, M.; López, J.; Herrera, V.; Orive, A. y Creus, A. (2012). Nanopartículas Metálicas y Plasmones de Superficie: Una Relación Profunda. Avances en Ciencias e Ingeniería. Executive Business School Chile, 3(2), 67-78. ISSN # 0718-8706.

+

Wilson, J. (2005). Sensor Technology Handbook, Elsevier, Estados Unidos de América, primera edición. ISBN # 978-07506-7729-5.

+

Acosta, G.; Coy, C.; Bourdón, A. y Cuervo E. (2013). La Electrocoagulación como un Tratamiento Eficiente para la Remoción de Metales Pesados Presentes en Aguas Residuales.

Revista Facultad de Ciencias Básicas. Universidad Militar Nueva Granada, 9(2), 306-317. ISSN # 1900-4699.

+

Arango, A. (2005). La Electrocoagulación: Una Alternativa para el Tratamiento de Aguas Residuales. Revista Lasallista de Investigación. Corporación Universitaria Lasallista, 2(1), 49-56, 2005. ISSN # 1794-4449.

+

Nolasco-Arizmendi, V.; Morales, R.; Sánchez, V., Hinestroza, J.; Castro, E. y Vilchis A. (2013). Formation of Silk−Gold Nanocomposite Fabric Using Grapefruit Aqueous Extract. Textile Research Journal. SAGE, 83(12), 12291235. ISSN # 1746-7748. DOI: 10.1177/0040517512461697.

+

Castro, L.; Blázquez, M.; Muñoz, J.; González, F.; García, C. y Ballester A. (2011). Biosynthesis of Gold Nanowires Using Sugar Beet Pulp. Process Biochemistry. 46(1), 1076–1082. ISSN # 1359-5113. DOI:10.1016/j.procbio.2011.01.025.

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carbón activado S í n t e s i s y C a r ac t e r i z ac i ó n d e

a Pa r t i r d e C á sc a r a d e N u e z P e c a n e r a co n Ác i d o S u l f ú r i co

M.C. Daniel Antonio Márquez Olivas1, Samuel Ortega Ortiz2 y M.N. Rodolfo Salas Cepeda3.

Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Av. del Charro # 450, Col. Partido Romero, C.P. 32310, Ciudad Juárez, Chihuahua. 1

Delphi Automotive Systems S.A. de C.V., Av. Hermanos Escobar # 5756, Col. Fovissste Chamizal, C.P. 32310, Ciudad Juárez, Chihuahua. 2

Universidad Tecnológica de Ciudad Juárez, Av. Universidad Tecnológica # 3051, Col. Lote Bravo II, C.P. 32965, Ciudad Juárez, Chihuahua. 1,3

Enviado: 28 de abril de 2016 Aceptado: 10 de junio de 2016

fjadiaz@hotmail.com Revista Científica

Resumen: El carbón activado es un material adsorbente muy versátil, por característica, distribución y tamaño de poros, además de sus propiedades de adsorción. El desarrollo de la estructura porosa puede ser controlado para satisfacer las necesidades de la tecnología actual y futura. En este trabajo se sintetizaron y caracterizaron carbones activados con ácido sulfúrico (H2SO4), también se determinaron las propiedades de adsorción de azul de metileno, número de iodo a partir de cáscara de nuez pecanera. Se realizaron pruebas de adsorción de hidrógeno para su posible aplicación en el almacenamiento del mismo. Todos los carbones presentaron una histéresis en el área de los mesoporos, lo que dice que existe un contenido importante y que la forma de los poros no es uniforme. El resultado de la adsorción se determinó en base al porcentaje adsorbido en peso del carbón activado en gramos a temperatura ambiente. Los rendimientos obtenidos en este trabajo oscilan entre 9.09% a 54.5%. La muestra con mayor potencial textural fue CNS-60, la cual obtuvo un área superficial de 955m2/gr, un volumen de microporos de 0.664cm3/gr y un bajo contenido de mesoporos con un 29.5%.

+

Palabras clave: Carbón activado, activación química, adsorción, porosidad e hidrógeno.

A b s t r a c t : The distribution characteristics and size of its pores, make the activated carbon a higlhy versatile adsorbent material. The development of the porosity structure can be controlled to satisfy actual and future tecnological necessities. Activated carbons with sulfuric acid (H2SO4) were synthesized and characterized for this paper. Also, the adsorption properties of metilene blue were determined through the iodine of the pecan shell of a pecan nut. Hydrogen absortion tests were performed for possible storage applications. All the carbons presented a histeresis in the mesopore 60


ucc

area. This tells us that there is something important in the inside that makes the pores to undergo different sizes. The absortion result was determined throughout the porcentage of adsorbed activated carbon weight in grams and room temperature. The performance values for this work oscilate from 9.09% to 54.5%. CNS60 had the biggest texture potential, which had a surface area of 955m2/gr, a volumen of micropores of 0.664cm3/gr, and a low content of mesopores with 29.5%.

+ Keywords: Activated carbon, activated chemistry, adsorption, porosity and hydrogen.

Introducción El término del carbón activado se aplica a una serie de carbones porosos preparados artificialmente para que exhiban un elevado grado de porosidad y una alta superficie interna (Ahmadpour y Do, 1996). Estas características son las responsables de sus propiedades adsorbentes, que son utilizadas ampliamente en muchas aplicaciones, tanto en fase gas como en fase líquida. El carbón activado es un adsorbente muy versátil, porque el tamaño y la distribución de sus poros en la estructura carbonosa pueden ser controlados para satisfacer las necesidades de la tecnología actual y futura (Altenor, Carene, Emmanuel, Lambert, Ehrhardt y Gaspard, 2009). Más aún, las necesidades específicas de la industria pueden ser satisfechas mediante la posibilidad de preparar estos materiales con una gran variedad de formas físicas, tales como polvo, granular, extrusionado, fibra, fieltro e incluso tela. Por otra parte, mediante la adecuada selección del precursor, el método de activación y control de las variables del proceso de fabricación, las propiedades adsorbentes del producto pueden ser adaptadas para satisfacer necesidades tan diversas como la purificación de aguas potables o el control de las emisiones de gasolina en automóviles (Johns, Wayne y Toles, 1999; Brennan, Bandosz, Thomson y Gubbins, 2001). En este trabajo se sintetizaron y caracterizaron carbones activados con ácido sulfúrico, también se determinaron las propiedades de adsorción de azul de metileno, número de iodo y almacenamiento de hidrógeno a partir de cáscara de nuez.

Materiales y métodos +

Impregnación con H2SO4

Se realizó la impregnación de partículas de cáscara de nuez con H2SO4 a una relación 2:1 v/gr (mL de ácido sulfúrico al 36.5% entre gramos de materia prima). La impregnación consistió en agregar poco a poco el volumen de 20mL de H2SO4 a 10 gramos de cáscara de nuez y se mantuvo en agitación por 2 horas, a una temperatura de 85°C. Este mismo procedimiento se aplicó para todas las muestras evaluadas.

+

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Síntesis de carbón activado

El carbón activado fue sintetizado por activación química, usando como precursor cáscara de nuez con un tamaño de partícula 1.41mm a 2.38mm y una densidad de bulto de 0.61gr/cm3. Se utilizó un reactor de porcelana y una mufla Lindberg Blue para la activación. Se utilizó H2SO4 al 36.5% de aqua solution para el proceso de activación. Todos los carbones activados se activaron bajo las siguientes condiciones: una velocidad de calentamiento de 15ºC/min hasta los 450oC. El tiempo de activación (estancia en la mufla) se variara de los 0, 30, 60 y 120 minutos. Todos los carbones se lavaron con agua destilada a 100°C (50mL de agua por gramo de carbón) por un tiempo de 2 horas para eliminar el exceso de H2SO4. Las muestras se denominaron de la siguientes manera: CNS-0; la C por carbón, N por nuez pecanera, S por el ácido sulfúrico y 0-120 por el tiempo de estancia para la activación.

+

Caracterización

Para evaluar los parámetros texturales de las muestras, se usó adsorción física de nitrógeno (N2) a 77K, en un analizador automático de adsorción de gas (Quantachorome Autosorb 1). Las muestras se desgasificaron a 300ºC por 3 horas. El área superficial (ABET) se obtuvo utilizando el método multipoint BET. El volumen de microporos (VMI) se calculó usando la ecuación de Dubinin-Radushkevich (DR) para la adsorción de N2 (P/P0≤0.1). El volumen total de poros (VT) se determinó a 0.95P/P0 y se calcula el contenido de mesoporos (VME) por diferencia entre VT y VMI. Se analizaron las muestras por TGA (Thermogravimetric Analyzer TGA-7 Perkin Elmer) bajo las siguientes condiciones: se colocó la muestra en una atmósfera de argón hasta los 400ºC y se cambió la atmósfera a aire, con el fin de determinar la humedad, carbón fijo, cenizas y volátiles. Además de ver la termoestabilidad de los carbones sintetizados. El método presentado a continuación es el método aplicado para la determinación de la adsorción de azul de metileno de carbones activos. El método de adsorción de azul de metileno se basa en la isoterma de adsorción de un solo punto en un medio de ácido acético diluido. El resultado se expresa en gramos de azul de metileno adsorbidos por 100 gramos de carbón. El máximo valor es de 30 gramos/100 gramos. El procedimiento para la determinación de azul de metileno fue el siguiente: se pesaron 0.1±0.01 gramos de carbón en base seca, y colocaron en un vaso de precipitado de 250mL. Se añadieron 25mL de solución de azul de metileno. Se mantuvo en agitación la solución con el carbón activado durante 30 minutos. Se filtró rápidamente la suspensión por gravedad con un papel de poro medio en un vaso de precipitado limpio y seco. Se descartaron los primeros 5mL del filtrado. Del filtrado obtenido, se tomaron 10mL y colocaron en un matraz aforado de 100mL. Se adicionaron 5mL de solución de ácido acético 1:1 y se aforó a 100mL con agua destilada. Se tomaron 10mL de la solución anterior y se aforó a 100mL con agua destilada. Para la solución final, se determinó la absorbancia con el espectrofotómetro a una longitud de onda de 620nm, el equipo se calibró previamente con agua destilada. Se leyeron los datos directamente de la gráfica construida anteriormente, los gramos de azul de metileno adsorbidos por 100 gramos de carbón y se reportaron directamente.

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Posteriormente, se determinó en base a normas ASTM la humedad (ASTM D2867), la densidad aparente (ASTM D2854), el pH (ASTM D3838) y el número de Iodo (ASTM D4607). La morfología se observó por microscopía electrónica de barrido (MEB) en un microscopio Joel JSM-5800LV equipado con un sistema para espectroscopia de rayos-X (EDX) marca EDAX, el cual se utilizó para identificar la composición cualitativa de componentes estructurales inorgánicos de los carbones obtenidos. Se utilizó el analizador Quantachrome Autosorb 1 para determinar la isoterma de adsorción de hidrógeno a 77K y de 0.05 a 0.995P/P0. La isoterma consta de 25 puntos de adsorción y 25 puntos de desorción. La capacidad de adsorción de hidrógeno se determinó usando el valor adsorbido a 0.995P/P0 y la ecuación de los gases ideales. Para este estudio se utilizó hidrógeno de alta pureza.

Figura 1. Morfología de muestras obtenidas: a) CNS-0, b) CNS-30, c) CNS-60, d) CNS-120.

Resultados En la Figura 1, se muestra la morfología de los carbones activados con ácido sulfúrico, donde se puede observar el desarrollo de la porosidad. Además, se observa la degradación de la cáscara de nuez, así como se muestra el efecto del tiempo de activación sobre el desarrollo de la porosidad. En la Figura 1a y la Figura 1b se observa cómo se va desarrollando la porosidad conforme avanza el tiempo de residencia en la mufla. La Figura 1c es un ejemplo claro de cómo es la morfología y porosidad deseada en un carbón activado, comparando esta muestra con las demás obtenidas se puede ver cómo se va desarrollando la porosidad hasta lo óptimo y posteriormente empieza su degradación perdiendo, por lo tanto porosidad y área superficial por ende afectando la adsorción como se observa en la Figura 1d.

Revista Científica

En la Figura 2, se muestran los resultados obtenidos de la superficie por EDX, donde observamos que después de lavar exhaustivamente el material, no se observan residuos de ácido sulfúrico, como azufre en la superficie de los carbones activados obtenidos. Lo que nos dice que la técnica implementada de lavado es eficiente, por lo tanto, no se corre riesgo de contaminar si se utiliza este material en tratamiento de agua o purificación de aire.

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Figura 2. Análisis superficial EDX de la muestra obtenida a 30 minutos (CNS-30).

Los análisis sólo muestran la presencia de carbón (C) y oxígeno (O), además de plata (Ag); la plata fue el recubrimiento utilizado en los carbones para poder tomar las micrografías en el SEM (Microscopio Electrónico de Barrido). Los resultados del rendimiento obtenido se observan en la Figura 3, donde es posible ver su disminución al aumentar el tiempo de residencia del material en la mufla a 450°C.

Los rendimientos son bajos en este proceso a pesar de ser una activación química, donde los rendimientos esperados son de alrededor del 50%. En la Figura 4 también se correlacionaron los resultados obtenido por análisis termo-gravimétrico (TGA) de volátiles y cenizas contra el tiempo de activación, donde se puede observar que la reducción de las emisiones de compuestos volátiles durante la activación favorece la formación e incremento de la ceniza, lo que dice que las reacciones internas del ácido sulfúrico con la materia prima afectan la matriz interna del carbón, incrementando la degradación de los biopolímeros estructurales, generando mayor exposición de los micro elementos (cenizas).

Figura 3. Rendimientos obtenidos de los carbones activados.

Figura 4. Correlación entre volátiles y cenizas contra tiempo de activación.

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Tabla 1. Resultados obtenidos de la caracterización textural y adsorcion de hidrógeno.

Los resultados de los parámetros texturales se presentan en la Tabla 1, ahí se puede observar las áreas superficiales BET, volumen total de poros, volumen de microporos y mesoporos. En la Figura 5 se puede observar las isotermas de adsorción de nitrógeno, donde observamos que la mayor cantidad la adsorbió la muestra CNS-60. Todos los carbones presentan una histéresis en el área de los mesoporos, lo que nos dice que existe un contenido importante y la forma de los poros no es uniforme.

Figura 6. Relación entre área superficial y volumen de microporos contra tiempo de activación.

Figura 5. Isotermas de la adsorción de nitrógeno (77K).

En la Figura 6, se observa relación entre el volumen de microporos y el área superficial BET contra el tiempo de activación, donde se observa un comportamiento similar en magnitud.

Figura 7. Relación entre el número de iodo e índice de metileno contra tiempo de activación.

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En la Figura 7, se observa la relación entre el tiempo de activación y el número de iodo e índice de metileno, que son parámetros que ayudan a caracterizar las propiedades de adsorción de los carbones activados. El número de iodo se relaciona con el área superficial y el volumen de microporos y el azul de metileno con la mesoporosidad. El almacenamiento de hidrógeno es una nueva tendencia de la investigación en materiales porosos en base carbón. Los resultados obtenidos de la adsorción de hidrógeno se muestran en la Figura 8, las isotermas presentan un comportamiento lineal de adsorción y desorción; además, no se observa histéresis en ninguno de ellos lo que dice que se adsorbió solo en los microporos. La mayor adsorción se dio en el material CNS-60.

Figura 8. Isotermas de la adsorción de Hidrógeno.

Figura 9. Relación entre adsorción de hidrogeno en peso contra volumen de microporos.

Discusiones Durante la impregnación se observó que 2 horas a 85°C fue suficiente para asegurar la penetración del ácido sulfúrico al interior de la partícula de cáscara de nuez. Esta técnica de impregnación se asemeja a la utilizada por Gómez-Serrano, Cuerda-Correa, Fernández-González, Alexandre-Franco y Macías-García (2005), pero ellos evaluaron a diferentes tiempos de 1 a 4 horas y con H3PO4 como activante. La morfología de las partículas de carbón activado se mostraron en la Figura 1, donde se observa la generación y desarrollo de la porosidad, en la Figura 1a, se puede ver la materia orgánica en la superficie conforme pasa el tiempo; en el caso de la Figura 1b ya la superficie está más limpia donde se está desarrollando en mayor grado la porosidad; pero la Figura 1c muestra la estructura ideal que debe tener un carbón activado, donde podemos observar la porosidad bien desarrollada y definida. En el caso de la muestra NCS-120, la estructura de la matriz carbonosa se contrae y empieza la destrucción de la porosidad y por ende la diminución del área superficial y volumen de poros. Esto, lo que dice, es que el tiempo óptimo para éste proceso de activación es de 60 minutos, antes de este tiempo, la estructura porosa está en desarrollo y sobre pasando este tiempo tenemos el comienzo del colapso de la porosidad. En la caracterización textural se obtuvieron aéreas superficiales elevadas (Tabla 1), oscilan entre los 773 m2/gr a 955 m2/gr, donde se puede ver una tendencia de irse incrementando hasta alcanzar un máximo para posteriormente disminuir como se observa en la Figura 6. Además se observa un comportamiento similar del volumen de microporos contra el tiempo de activación. Se sabe que los microporos son los responsables del proceso de adsorción. Cabe destacar que el volumen de mesoporos obtenido es considerable oscila en un intervalo de 22.13% a 43.27%, posiblemente se deba a la posible polimerización del ácido sulfúrico concentrado con lo que se obtuvo una porosidad única. Además se observa la disminución de la mesoporosidad conforme se incrementa el tiempo de activación, lo que nos indica destrucción de los poros más grandes por la magnitud de la reacción entre el ácido, la temperatura y la matriz polimérica. Los resultados obtenidos en este trabajo contrastan a los obtenidos por Karagöz Selhan, Turgay Tay, Suat Ucar y Murat Erdem (2008) donde obtuvieron áreas superficiales de tres materiales a los que denomino: AC1 con un área superficial de 8.8m2/gr, AC2 con un área superficial de 240 m2/gr y AC3 con 114m2/gr. Los tres carbones los activaron a 600°C con la variación de la relación de impregnación 0, 0.85 y 1.90 respectivamente; el precursor utilizado por ellos fue biomasa. De igual manera los volúmenes de poros obtenidos en ese trabajo son menores a los obtenidos en esta investigación.

También se observa la relación existente entre el volumen de microporos y la adsorción de hidrógeno a temperatura ambiente (Figura 9), aquí el resultado de la adsorción se determinó en base al porcentaje adsorbido en peso del carbón en gramos.

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El tiempo de activación es un parámetro fundamental en el proceso de obtención de carbones activado, ya que no solo afecta los rendimientos finales del producto, sino también la estructura porosa interna, y además influye sobre las propiedades de adsorción. Los rendimientos obtenidos en este trabajo son mostrados en la Tabla 2, donde los resultados oscilan entre 9.09% a 54.5%; estos resultados son equiparables con los obtenidos en otros trabajos. Gómez-Serrano, Cuerda-Correa, Fernández-González, Alexandre-Franco y Macías-García (2005) obtuvieron 37.2% a 42.3% para cáscara de cacahuate, Toles, Marshall y Johns (1997) obtuvieron 40% para cáscara de nuez activada con ácido fosfórico. Para el proceso de activación de huesos de durazno se obtuvieron rendimientos entre 40% y 43.8% (Attia, Girgis, Fathy, 2008). Karagöz Selhan, Turgay Tay, Suat Ucar y Murat Erdem (2008) obtuvieron rendimientos entre 34.4% a 42.65 % activando con H2SO4 observándose menos variación de los rendimientos comparados con los obtenidos en este trabajo. Algo muy importante a destacar es el comportamiento de la formación de cenizas, donde se observó que al aumentar su contenido disminuye la producción de volátiles (Figura 8); esto, lo que nos dice, es que los volátiles que se generan una parte se gasifica y otra podría ser precursor de cenizas. En la activación con ácido fosfórico se observa la disminución de la ceniza y un comportamiento estable de los volátiles, contrastando con los resultados obtenidos en este trabajo. El carbón fijo obtenido en las muestras no tiene significancia, ya que no existe variación entre los datos obtenidos; este parámetro es importante, ya que nos da información acerca del contenido

Conclusión Se obtuvieron carbones activados con ácido sulfúrico. Los carbones activados muestran una estructura porosa única en su naturaleza, ya que se obtuvieron áreas superficiales y volumen de poros grandes comparados con otros estudios. Se observó que el tiempo de activación es un parámetro fundamental para el desarrollo de la porosidad de un carbón activado. En este caso, el área superficial depende directamente del tiempo de activación. El área superficial y el volumen de microporos tienen un comportamiento

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de carbón estructural en nuestra matriz, así como nos da información de su estabilidad térmica. En el caso de los volátiles y cenizas, se observó un comportamienta influenciado por el tiempo de activación. Los volátiles disminuyen al incrementarse el tiempo de activación; por el contrario, las cenizas aumentan al incrementar el tiempo de estancia en la mufla. Este comportamiento posiblemente se deba a la conversión catalítica de los compuestos volátiles a cenizas, por influencia del incremento del tiempo de estancia al activar el carbón activado. Los pH’s de los carbones obtenidos son ácidos, están en un rango de 2.93-3.68, esto es algo normal, ya que la superficie química del carbón activado es ácida por el origen del activante. Las isotermas de adsorción de hidrógeno que se muestran en la Figura 8a, indican la capacidad de almacenamiento de hidrógeno por las muestras obtenidas en este estudio, en donde se ve que la muestra CNS-60 con mayor volumen de microporos adsorbe la mayor concentración de hidrógeno a temperatura ambiente (Figura 8b), dando un 1.05 % en peso, que está dentro del intérvalo de resultados obtenidos por Zhao (2005), que oscilan entre 0.58% a 1.95% en peso, debido a que el hidrógeno se almacena en los microporos y en baja cantidad en los mesoporos. Para calcular la eficiencia de adsorción del carbón activado, se determinó la adsorción teórica de hidrógeno, que fue 3.8% para la muestra CNS60; posteriormente, se calculó la eficiencia de adsorción del carbón activado obtenido que fue de 27.63%. Cabe destacar que esta eficiencia se determinó por la máxima densidad de empaquetamiento, ya que se asume un cuadro de longitud igual al diámetro.

similar con un aumento, hasta un máximo, para posteriormente disminuir al incrementar el tiempo de activación; caso contrario al de los mesoporos, que disminuyen al incrementar el tiempo de activación por la posible contracción y destrucción de los poros grandes. El aumento en el área superficial está relacionada con el incremento de la adsorción de H2. La adsorción de hidrógeno depende en este caso del volumen de microporos. La mesoporosidad tiene poca influencia en la capacidad de almacenamiento de H2, pero la presencia de mesoporos podría mejorar la transferencia de H2 durante el proceso de adsorción/desorción.

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Bibliografía

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ASTM D 2867 – Standard Test Methods for Moisture in Activated Carbon (http://www. astm.org).

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ASTM D2854 – Standard Test Method for Apparent Density of Activated Carbon (http://www.asm.org).

+

ASTM D3838 – Standard Test Method for pH of Activated Carbon (http://www. astm.org).

+

ASTM D4607 – Standard Test Method for Determinaton of Iodine Number of Activated Carbon (http://www. astm.org).

+

Ahmadpour, A. y Do, D.D. (1996). The Preparation of Active Carbons From Coal by Chemical and Physical

67

Activation. Carbon, 34(4), 471479. ISSN # 0008-6223. DOI: 10.1016/0008-6223(95)00204-9.

+

Altenor, S., Carene, B., Emmanuel, E., Lambert, J., Ehrhardt, J.J. y Gaspard, S. (2009). Adsorption Studies of Methylene Blue and Phenol onto Vetiver Roots Activated Carbon Prepared by Chemical Activation. Journal of Hazardous Materials, 165(1-3), 1029–1039. ISSN # 0304-3894. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2008.10.133.

+

Attia, A.A., Girgis, B.S. y Fathy, N.A. (2008). Removal Ofmethylene Blue by Carbons Derived From Peach Stones by H3PO4 activation: Batch and Column Studies. Dyes Pigments, 76(1), 282–289. ISSN # 0143-7208. DOI: 10.1016/j. dyepig.2006.08.039.

+

Brennan, J.; Bandosz, T., Thomson, K. y Gubbins, K. (2001). Water in Porous Carbons. Colloids and Surfaces:

Physicochemical and Engineering Aspects, 187(2001), 539568. ISSN # 0927-7757. DOI: 10.1016/S0927-7757(01)006446.

+

Gomez-Serrano, V.; Cuerda-Correa, E.M.; Fernandez-Gonzalez, M.C.; Alexandre-Franco M.F. y Macías-Garcia A. (2005). Preparation of Activated Carbons From Chestnut Wood by Phosphoric Acid-Chemical Activation. Study of Microporosity and Fractal Dimension. Materials Letters, 59(7), 846-853. ISSN # 0167-577X. DOI: 10.1016/j.matlet.2004.10.064.

+

Johns, M.; Wayne, M. y Toles, C. (1999). The Effect of Activation Method on the Properties of Pecan Shell-Activated Carbons. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 74(1), 1037-1044. ISSN # 10974660. DOI: 10.1002/(SICI)10974660(199911)74:11<1037::AIDJCTB160>3.0.CO;2-O.

+

Karagöz Selhan, Turgay Tay, Suat Ucar y Murat Erdem (2008). Activated Carbons From Waste Biomass by Sulfuric Acid Activation and Their Use on Methylene Blue Adsorption. Bioresource Technology, 99(14), 6214–6222. ISSN # 0960-8524. DOI: 10.1016/j.biortech.2007.12.019.

+

Toles, C.A.; Marshall, W.E. y Johns, M. M. (1997). Granular Activated Carbons From Nutshells for the Uptake of Metals and Organic Compounds. Carbon 35(9), 1407-1414. ISSN # 0008-6223. DOI: 10.1016/ S0008-6223(97)00073-0.

+

Zhao, X.B.; Xiao, B.; Fletcher, A.J. y Thomas, K.M. (2005). Hydrogen Adsorption on Functionalized Nanoporous Activated Carbons. The Journal of Physical Chemistry B, 109(18): 8880-8888. ISSN # 1520-5207. DOI: 10.1021/jp050080z.

Revista Científica


SOFTWARE

PA R A L A I M P L E M E N TA C I Ó N D E I S O 9 0 01:2015 EN UNA FRANQUICIA DE SERVICIOS

González Ojeda Sandra Elena1, Parra Victorino José Bernardo2 y Mendoza Hernández Virginia3

Instituto Tecnológico de Puebla, Av. Tecnológico, núm. 420. Col. Maravillas , Puebla, Puebla, México, C. P. 72220. 1,2,3

Enviado: 11 de abril de 2016 Aceptado: 7 de junio de 2016

zandyego@outlook.com

Revista Científica

R e s u m e n : El siguiente trabajo reunió básicamente tres conceptos: la ISO 9001 (International Standard Organization), que es un estándar internacional de calidad, las franquicias de servicios y las TICs (Tecnologías de Información y Comunicación), con el fin de demostrar que dicha combinación puede proporcionar grandes beneficios a una franquicia de servicios, tales como: incrementar la calidad en sus procesos operativos, disminuir costos y tiempo en la entrega de servicios. Las normas ISO son un conjunto de estándares internacionales que han sido implementadas alrededor del mundo, garantizando que los productos y servicios son seguros, fiables y de buena calidad. Para las empresas, representan una herramienta estratégica debido a que reducen los costos mediante la minimización de residuos y errores, y generan el aumento de la productividad. Ayudan también a las empresas, a acceder a nuevos mercados, nivelar el campo de juego para los países en desarrollo y facilitar el comercio mundial libre y justo. Cada cinco años dichos estándares son sujetos de revisión y fue así como en septiembre de 2015 se liberó la versión de la ISO 9001. El concepto analizado de las franquicias es el sector de la economía que actualmente prueba ser el más seguro, el de mayor cambio, crecimiento y constante mejora. Finalmente, el último concepto incluido fueron las TICs, las cuales hoy día representan una herramienta fundamental para el crecimiento y desarrollo de los negocios, permitiendo dar soporte a sus procesos clave, haciéndolos eficientes y eficaces. Parte de los beneficios al utilizar una herramienta como la expuesta es agilizar el trabajo, tomar decisiones rápidamente, trabajar con clientes y proveedores que requieren la certificación. 68


El software fue una aplicación estándar para computadora usando PHP y MySQL. Los beneficios porcentuales estimados caen en el rango descrito por la Irwin Professional Publishing y comprobados en la implementación de la ISO 9001:2015 que se llevó a cabo en la franquicia.

+ Palabras Clave: ISO 9001:2015, software para franquicias, calidad

en franquicias, certificación ISO para franquicias y manejo de calidad en PyMES.

A b s t r a c t : Following article unifies three topics: ISO 9001 is an international standard of quality, service franchises and TICs (Technology of the information and communication) in order to demonstrate that such a combination can provide great benefits to a service franchise such as: increasing the quality on processes business, reduce cost and time in service delivery. ISO standards are a set of international standards which have been implemented around the world, ensuring that products and services are safe, reliable and good quality. For businesses, represent a strategic tool reduce costs by minimizing waste and errors, and increase productivity. Also they help companies access new markets, level the playing field for developing countries and to facilitate free and fair world trade. Every five years these standards are subject to revision and so in September 2015 the last version was released. Another topic raised was the service franchise, sector in the economy that today proves to be the safest, the most change, growth and continuous improvement. Finally, ICT - information and communications technology was the last topic included which today represent a fundamental tool for growth and business development support allowing key processes making them more efficient and effective. The estimated + percentages benefits fall in the range described by Irwin Professional Publishing and proven in implementing the ISO 9001: 2015.

+

ISO 9000:2005, la cual cubre los conceptos básicos y el lenguaje.

+

ISO 9001:2008, que establece los requisitos de un sistema de gestión de calidad.

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ISO 9004:2009, la cual se centra en cómo hacer un sistema de gestión de calidad más eficiente y eficaz.

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ISO 19011:2011, que establece orientaciones sobre las auditorías internas y externas de los sistemas de gestión de calidad.

Cada cinco años, todas las normas ISO son revisadas. Las organizaciones certificadas deben escalar sus sistemas de gestión a fin de no quedar obsoletos. Un año después de la publicación de la norma ISO 9001:2015, todas las certificaciones emitidas (nuevas o renovaciones) deberán hacerlo respecto de la nueva versión y dos años después de la publicación de la nueva revisión de la norma, cualquier certificación existente emitida respecto a la versión previa dejará de ser válida (Intedya, 2015).

Keywords: ISO 9001:2015, franchise management software, quality franchise, ISO certification franchise, quality management for small and medium-sized companies.

Introducción El presente artículo se construye de tres secciones: la primera, incluye el análisis de los principales cambios entre la versión 2008 y la ISO/DIS 2015 de la norma ISO 9001. La siguiente sección, muestra el análisis y diseño de una aplicación de software que soporta algunos de los requerimientos de dicho estándar de calidad y la tercera y última sección, incluye los resultados registrados después de la implementación en una pequeña franquicia de servicios de tintorería (lavado, planchado, costura y tintorería), con el objetivo de corroborar los beneficios que dicha combinación de conceptos puede implicar en una franquicia de dicho giro.

Familia ISO 9000 Las Normas de la familia ISO 9000 han sido creadas para ser usadas en conjunto e incluyen:

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Beneficios de implementación La norma ISO 9001 se encuentra implementada en varios sectores industriales, trayendo beneficios tecnológicos, económicos y sociales. Ayudan a armonizar las especificaciones técnicas de los productos y servicios que hacen a la industria más eficiente y rompen las barreras del comercio exterior. Las Normas Internacionales también ayudan a los consumidores a asegurarle que los productos son seguros, eficientes y buenos con el medio ambiente (ISO, 2016). En la publicación Implementación de la Norma ISO 9001:2015 (Perugestiona, 2016), los principales beneficios al implementar un sistema de gestión de calidad son:

+

Aumenta la satisfacción y lealtad del cliente, porque se asegura que los requisitos son cumplidos.

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Reduce costos de operación a través de la reducción de costos de calidad y mayor eficiencia, lograda como resultado del énfasis en la prevención contra la detección.

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Mayor competitividad y ganancia, ya que los productos de calidad son despachados y los costos operacionales reducidos.

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Motivación de los empleados, ya que trabajan más eficientemente. Sistema “incorporado” para la identificación y satisfacción de requisitos de entrenamiento en la compañía, asegurando la lealtad del personal y disminuyendo la fluctuación de la fuerza de trabajo.

competitiva en su mercado.

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Los productos del 83% de las compañías certificadas tienen una percepción de calidad más alta en el mercado.

Implementación de las normas ISO en PyMES En una PyME (de uno a diez empleados), el costo de la gestión de calidad alcanza los mil dólares con una duración de tres años. Las diferentes certificaciones que son aplicables para las PyME en México y que tienen validez a nivel internacional son: ISO 10003:2007 Gestión de la calidad – Satisfacción del cliente, ISO 9004:2009 Gestión para el éxito sostenido de una organización – Enfoque de gestión de la calidad (Rodarte y Bribiescas, 2013), y la ISO 9001:2015 Sistema de Gestión de la Calidad.

Documentos mínimos que exige la norma ISO 9001:2015 De acuerdo a Montes (2015), los documentos y registros que son obligatorios para implementar la norma ISO 9001:2015 se muestran en la Tabla 1.

El 85% de las firmas que cuentan con un Sistema de Gestión de Calidad (SGC) certificado, han reportado beneficios externos como mayor percepción de la calidad e incremento de la demanda. El 95% de las firmas que cuentan con un SGC certificado reporta beneficios internos como mayor toma de conciencia de los trabajadores, aumento de la eficiencia operativa y reducción de costos en desperdicio. Yáñez (2008) establece que los resultados de un sondeo de la Irwin Professional Publishing (USA) demuestran que:

+

El 30% de las compañías certificadas ha registrado un aumento de la demanda.

+

Para el 50% de las compañías certificadas la satisfacción del cliente aumento más del 80%.

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El 69% de las compañías certificadas tiene una ventaja

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Tabla 1. Documentos y registros mínimos obligatorios para la ISO 9001:2015

+

Gestión mejorada de los riesgos interrelacionados entre partes interesadas.

+ + + + + +

Mejora la habilidad de identificar riesgos. Toma de decisiones. Reducción de sorpresas y pérdidas operativas. Costos y gastos reducidos. Mejora la gestión de capital. Mejora de la gestión de oportunidades.

Figura 4. Histograma del factor de potencia.

Gestión de riesgos De acuerdo con la Real Academia Española (RAE), riesgo está definido como la contingencia o proximidad de un daño. Mientras que la ISO 31000 Gestión de Riesgos – Principios y Directrices, lo define como el efecto de la incertidumbre sobre los objetivos. Jiménez (2015) menciona que los principales beneficios de la gestión de riesgos que impactan más en una organización son:

+ +

Mejora de la cultura de riesgo.

Mejora la integración de los riesgos y oportunidades con la estrategia.

+

Se fortalece el vínculo entre el crecimiento, riesgo y retorno.

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Figura 1. Elementos de la gestión del riesgo.

Las franquicias en el mundo Antes de introducirse al mundo de las franquicias, es necesario revisar dos importantes conceptos: franquiciante es el poseedor del sistema operativo de un negocio exitoso, que incluye una marca, nombre comercial, tecnología o conocimientos necesarios para la explotación de un producto, prestación de un servicio y un proceso o bien, todos en conjunto; franquiciatario es la persona que adquiere el sistema operativo y recibe los conocimientos que el franquiciante, le confía para dar a la unidad franquiciada los estándares de calidad del producto o servicio que ofrece la franquicia maestra (Alba Aldave, 2010).

Durante el año 2001, la AMF promovió la creación de la Norma de Franquicias (Certificación de Calidad de Franquicias-CCF), documento que refleja lo que, desde el punto de vista de la Asociación, debe cumplir cualquier empresa que se considere seria y profesional en el mundo de la franquicia. La Norma Oficial de Franquicias Mexicana, fue desarrollada bajo los parámetros metodológicos de la ISO y aborda cinco aspectos fundamentales:

En México, la franquicia encuentra su principal regulación en la Ley de la Propiedad Industrial, que en su Artículo 142 la define de la siguiente forma: La franquicia es una estrategia de negocios que se basa en un sistema de comercialización y prestación de servicios donde el franquiciante ofrece a través de un contrato, la autorización para la distribución, producción y venta exitosa de bienes y servicios al franquiciatario por un periodo determinado (Alba Aldave, 2010).

• • • • •

Los organismos que apoyan el crecimiento de las franquicias en México, Latinoamérica y a nivel mundial respectivamente son:

Estado del arte

+ + +

Asociación Mexicana de Franquicias (AMF, 2014).

Federación Iberoamericana de Franquicias (FIAF, 2015).

Consejo Mundial de Franquicias (WFC, 2015).

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Elementos legales. Administración y operación. Aspectos financieros. Comercialización y mercadotecnia. Planeación estratégica.

En el mercado de las aplicaciones de software relacionadas a la gestión de sistemas de calidad, se pueden encontrar una gran variedad, desde las que son gratuitas hasta las que incluyen licencia, mantenimiento y consultoría; también, las que trabajan por módulos o de manera integral. En el presente artículo se analizaron tres herramientas tecnológicas: KMKey Quality, Active Quality ISO 9000 y SoftExpert. 72


+ KMKey Quality:

Es un software de gestión de calidad ideal para la implantación y mantenimiento de un SGC de cualquier tipo: ISO 9001, ISO 14001, OHSAS 18001, o de una combinación de los mismos, facilitando la gestión de un sistema integrado. Mediante KMKey Quality podrá gestionar y mantener la documentación del sistema, los registros y los flujos de información propios que se generan en acciones como la gestión de no conformidades, acciones correctivas y preventivas, reclamaciones, auditorías, quejas y reclamaciones, indicadores, evaluaciones, todo ello adaptado al enfoque propio de su organización (Kmkey Knowledge Manager, 2015).

+

Active Quality ISO 9000 Software 2.7: Proporciona la solución de software

de sistema de gestión de normas más flexibles y adaptables para cualquier negocio. Software de gestión de calidad, software de gestión ambiental, software de gestión de procesos de negocios, CAPA software, software de gestión de documentos, software de gestión de auditoría interna, software ISO 14001, software ISO 9001, software de control de documentos ISO, software de gestión del conocimiento, software de gestión de proyectos, gestión de la calidad de software, software de gestión de riesgos, gestión de seguridad y salud (Win7dwnld.com, 2015).

+ Softexpert:

Proporciona una absoluta automatización de los procesos y actividades que afectan a la gestión de los servicios prestados por su organización. Además, permite la automatización de los controles requeridos en todas las etapas del proceso de gestión (planificación, implantación, seguimiento, mediciones y mejoras) y está totalmente en conformidad con las principales normas internacionales existentes, tales como: ISO 9000, ISO 14000, FDA, SOX, ISO 20000, ISO 22000, OHSAS 18000, SA 8000, ISO TS 16949, PMBOK, ITIL, COBIT, (SoftExpert – Software for Performance Excellence, 2015).

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Marco teórico El borrador de la ISO 9001:2015 fue una de las herramientas utilizadas en el presente trabajo; con base en éste, se identificaron las siguientes diferencias respecto a la versión 2008: +

Los principios de la gestión de la calidad.

+

Cambios en la estructura.

+ Índice. +

Mejor redacción para hacerla más general y entendible a empresas de servicios.

+

Enfoque al cliente (enfoque a partes interesadas).

+

Enfoque basado en procesos.

+ Liderazgo. +

Gestión del cambio.

+ Gestión del conocimiento y gestión de competencias. + Mejora. +

Desaparecen las acciones preventivas.

+

Gestión de riesgos.

+

Información documentada.

+

El representante de la dirección.

+

Cambio de secciones.

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+

Posterior al análisis de dicho estándar de calidad, se analizó la literatura relacionada a los lenguajes de programación, identificando a PHP como la herramienta idónea para el desarrollo de la aplicación de software.

Características de PHP En la página de Lenguaje PHP (2015) es posible encontrar las principales particularidades que lo distinguen de otros lenguajes de programación, que son:

+

Es un lenguaje multiplataforma.

+

Orientado al desarrollo de aplicaciones web dinámicas, con acceso a información almacenada en una base de datos.

+

No requiere definición de tipos de variables, aunque sus variables se pueden evaluar también por el tipo que estén manejando en tiempo de ejecución.

+ +

Tiene manejo de excepciones (desde PHP5).

Si bien PHP no obliga a quien lo usa a seguir una determinada metodología a la hora de programar (muchos otros lenguajes tampoco lo hacen), aun haciéndolo, el programador puede aplicar en su trabajo cualquier técnica de programación o de desarrollo que le permita escribir código ordenado, estructurado y manejable. Un ejemplo de esto son los desarrollos que en PHP se han hecho del patrón de diseño Modelo Vista Controlador (MVC), que permiten separar el tratamiento y acceso a los datos, la lógica de control y la interfaz de usuario en tres componentes independientes.

Netcraft comenzó su estudio de servidor web en 1995 y ha dado seguimiento a la variedad de tecnologías de secuencia de comandos a través de la web desde 2001. Una de estas tecnologías es PHP, que Netcraft encuentra actualmente en más de 200 millones de sitios web, como se muestra en la Figura 2.

El código fuente escrito en PHP es invisible al navegador web y al cliente ya que es el servidor el que se encarga de ejecutar el código y enviar su resultado HTML al navegador. Esto hace que la programación en PHP sea segura y confiable.

+

Capacidad de conexión con la mayoría de los motores de base de datos que se utilizan en la actualidad. Destaca su conectividad con MySQL y PostgreSQL.

+

Capacidad de expandir su potencial utilizando módulos (extensiones).

+

Posee una amplia documentación en su sitio web oficial, entre las cuales se destaca que todas las funciones del sistema están explicadas y ejemplificadas en un único archivo de ayuda.

+

Es libre, por lo que se presenta como una alternativa de fácil acceso para todos.

+

Permite aplicar técnicas de programación orientada a objetos.

+

Biblioteca nativa de funciones sumamente amplia e incluida. Revista Científica

Figura 2. Gráfica del número de dominios y direcciones IP que utilizan PHP (Netcraft, 2016).

En enero de 2013, PHP estaba siendo utilizado por un notable número de sitios (244 millones), lo que significa que el 39% de los sitios en la encuesta servidor Web Netcraft se ejecuta en PHP. De los sitios que se ejecutan PHP, el 78% se sirve de ordenadores Linux, seguido de un 8% en FreeBSD, binarios precompilados de Windows también se pueden descargar desde windows.php.net, que ha ayudado a cuenta de Windows para más de un 7% de los sitios PHP. Aplicaciones web más populares que utilizan PHP incluyen sistemas de gestión de contenidos como WordPress, Joomla y Drupal, junto con varias soluciones de comercio electrónico populares como Zencart, osCommerce y Magento. En enero de 2013, estas seis aplicaciones independientes fueron encontradas en ejecución en un total de 32 millones de sitios en todo el mundo (Netcraft, 2016).

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Las principales funciones del PHP son:

+ + + +

Funciones de correo electrónico. Gestión de base de datos. Gestión de archivos. Tratamiento de imágenes.

Materiales y métodos La microempresa con la cual se trabajó, es una franquicia de origen poblano adquirida en el año 2014, se dedica a prestar servicios de tintorería, lavandería, planchado y costura, cuenta con cuatro empleados, la inversión inicial aproximada fue de $350,000.00; la franquicia no contaba con ningún tipo de estándar de calidad, inició operaciones en 2015 y es en enero de 2016 que se llevó a cabo la implementación de la norma. Después de revisar las diferencias de la ISO 9001, versión 2008, y el borrador 2015, los requisitos obligatorios para su implementación, los requisitos de la Norma Oficial de Franquicias Mexicana e investigar tres aplicaciones de software en el mercado, se identificaron los siguientes módulos que constituyen la aplicación de software, la cual fue desarrollada por los autores del presente artículo en PHP y MySQL, misma que facilita la implementación de la ISO 9001:2015 en una franquicia de servicios:

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+ Satisfacción del cliente. + Auditorías. + Acciones correctivas. + Riesgos. + Identificadores de desempeño. + Recursos humanos. + Base de conocimientos. + Gestión de cambios. + Control de información documentada. + Sistema de calidad. Por cuestiones de espacio, se describe uno de los módulos que constituye la aplicación de software: gestión de riesgos, y de acuerdo a la ISO 31000, el proceso de gestión de riesgos debe ser:

a) Una parte integral de la gestión. b) Arraigados en la cultura y las prácticas. c) Adaptado a los procesos de negocio de la organización. Dicho proceso está constituido por la identificación del riesgo, el análisis del riesgo, la evaluación del riesgo y el tratamiento del riesgo. Tanto el monitoreo como la comunicación de la información son actividades prácticamente permanentes, las cuales permiten la eficiencia y el mejoramiento continuo del proceso de gestión de riesgos. En la Figura 3, se muestra la pantalla principal de dicho módulo.

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En la Figura 6, se muestra la pantalla donde se captura el riesgo en la etapa de respuesta del riesgo.

Figura 3. Gestión de riesgos.

En la Figura 4, se muestra la pantalla donde se captura el riesgo en la etapa de identificación.

Figura 6. Erradicar el riesgo.

Finalmente, en la Figura 7, se muestra la pantalla de monitoreo y control del riesgo.

Figura 4. Identificación del riesgo.

En la Figura 5, muestra la pantalla donde se captura el riesgo en su etapa de análisis.

Figura 7. Supervisión y control del riesgo.

Figura 5. Análisis del riesgo.

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+

+

Resultados

Como parte de los resultados del presente trabajo tenemos los siguientes: Se desarrollaron los módulos plasmados en las Figuras 4, 5, 6 y 7.

+

Por cuestión de espacio, sólo se muestra la implementación del módulo gestión de riesgos. Fueron identificados los siguientes beneficios de la gestión de riesgos a través de la herramienta tecnológica desarrollada.

+

Facilitar la gestión de los riesgos desde su identificación hasta su monitoreo y control.

+

Mantener el historial de los riesgos gestionados.

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La cultura del riesgo implementada, permite que el equipo de trabajo se mantenga en todo momento alerta sobre las amenazas del entorno de trabajo, reaccionando de manera proactiva.

+

+

La herramienta cubre los requisitos de los estándares internacionales, como es ISO 31000:2009 y el borrador de la ISO 9001:2015.

+

+

Monitorear y controlar el seguimiento de las acciones que permiten erradicar los riesgos.

Inicialmente, para implementar el módulo de riesgos, se capacitó al equipo de trabajo con el objetivo de iniciarlos en los temas de la ISO 9001:2015 y en la gestión de riesgos. Posteriormente, a través de un taller, se pidió a los participantes identificar los riesgos relacionados a su trabajo, después se analizaron y trataron un total de cuatro riegos, los cuales hoy día se encuentran claramente documentados y controlados, proporcionando un beneficio económico a la franquicia. La Tabla 2 muestra los riesgos gestionados hasta el momento después de su implementación en la franquicia.

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Tabla 2. Lista de riesgos gestionados.

Conclusiones Después de haber analizado la norma, haber conocido el sector de las franquicias, generar el análisis y diseño de la aplicación de software, se identificaron las siguientes conclusiones:

+

La implementación de las normas ISO hace que los modelos de negocios sean aún más competitivos e impulsa su internacionalización.

+

La AMF permite a cualquier franquicia vender su modelo de negocio, independientemente si las marcas cuentan con la certificación en la Norma Oficial de Franquicias Mexicana o de algún ISO.

+

Las franquicias de las marcas certifican sus modelos de negocios en algún estándar ISO o en la Norma Oficial de Franquicias Mexicana.

+

PHP es un lenguaje de programación flexible, completo y el más utilizado en el mundo.

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+

La implementación del módulo de riesgos implicó, en la franquicia de servicios, beneficios económicos y operativos. Durante el taller de gestión de riesgos que se impartió, el equipo de trabajo logró identificar cuatro riesgos en las fases de análisis y resolución de los mismos y se estimó un beneficio económico de $312,976.00 pesos; por otro lado, dentro de beneficios operativos identificados, están las personas como componente principal que impulsan la identificación de los riesgos, de las amenazas o de aquellos eventos adversos que por la ejecución normal del giro de la franquicia pueden ser identificados fácilmente desde su puesto de trabajo o de manera externa, y debido a que los riesgos son inherentes a toda actividad que se desarrolla, la gestión de los riesgos representa una práctica importante que apoya al desarrollo, crecimiento y mejora continua de las cualquier organización independientemente de su tamaño o giro.

+

Haber estimado los beneficios económicos (en esta primera gestión de riesgos), permite a la franquicia evaluar con diferentes compañías de seguros la factibilidad de asegurar, en caso de daños, en las instalaciones de la franquicia.

+

La combinación de un estándar de calidad, un modelo de negocio probado en el mercado y la automatización de procesos, son conceptos que pueden ayudar a las empresas a consolidarse internacionalmente, de manera eficiente y sustentable. 78


Discusión Las principales características y beneficios contemplados en la aplicación de software que se plantearon y que se pudieron desarrollar son los siguientes: + + + + + + + +

Entorno WEB. Información accesible mediante permisos. Permitirá la gestión de un sistema de calidad alineado a la norma ISO 9001:2015. Intuitivo y económico. El cliente tendrá la oportunidad de usar todos los módulos como si fuera una sola aplicación. Se incluirá acompañamiento durante un mes para asegurar el dominio de la herramienta por parte de los usuarios, así como, si es necesario, la consultoría en ISO 9001:2015. El mantenimiento será gratuito el primer semestre. Se contemplan mejoras a la aplicación, al menos una liberación anual.

Bibliografía

+

Alba Aldave, Ma. Cristina; (2010). Las franquicias en México en 1999 y 2007. Contaduría y Administración, enero-abril, 131-146. ISSN: 0186-1042.

+

Rodarte O. y Bribiescas F. (2013), El Proceso de Certificación de Gestión de Calidad en las Pymes de la Región Fronteriza de Cd. Juárez, Chih. México Como Estrategia Competitiva. Global Conference of Business and Finance Proceeding, Volumen 8, Número 2.

+

Asociación Mexicana de Franquicias; (2014). Recuperado de www.franquiciasdemexico.org.

+

Federación Iberoamericana de Franquicias (2015). Recuperado de www.portalfiaf.com.

+

Intedya – International Dynamic Advisors (2015). Nueva Norma ISO 9001:2015 Master Class, [video]. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=Wkb7P4YAtQI

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+

ISO - International Organization for Standardization (2016). ¿Cuáles son los Beneficios de las Normas Internacionales ISO?. Recuperado de www.iso. org/iso/home/standards.htm.

+

ISO- International Organization for Standardization. (2016). Beneficios de las Normas Internacionales. Recuperado de http://www.iso.org/iso/home/standards/benefitsofstandards.htm.

+

ISO - International Organization for Standardization. (2015). ISO 9000 – Gestión de la Calidad. Recuperado de http:// www.iso.org/iso/home/standards/ management-standards/iso_9000. htm.

Trabajo futuro Con el fin de contar con una aplicación terminada, se continuará con las pruebas de los módulos restantes, así como analizar los resultados después de su implementación.

– Risk Assessment Techniques focuses on risk assessment.

+

Jiménez, D. (2015). Los Beneficios de la Gestión del Riesgo que más Impactan. Recuperado de http://www.pymesycalidad20.com/beneficios-de-la-gestion-del-riesgo.html

+

Kmkey Knowledge Manager (2015). Recuperado de www.kmkey.com/software_gestion_calidad.

+

Lenguaje PHP (2015). Recuperado de: http://lenguajephpjc.blogspot.mx/2011/05/ caracteristicas-del-lenguaje-php. html.

+

+

Montes, Marife. (2015). ¿Cuáles son los Documentos Mínimos Según la Norma ISO 9001:2015? 28-02-2016, de Club Responsables de Gestión de alidad Sitio web: www.clubresponsablesdecalidad.com.

+

Netcraft (2016). Recuperado de http://news.netcraft.com/ archives/2013/01/31/php-justgrows-grows.html

International Organization for Standardization, ISO 31000:2009. Risk Management – Principles and Guidelines, Suiza, ISO 2009. International Organization For Standardization ISO 31010:2009, Risk management

+

PERUGESTIONA. (2016). Implementación de la norma ISO 9001:2015. Recuperado de http://perugestiona.com/implementacion-de-la-norma-iso-9001/

+

Win7dwnld.com (2015). Recuperado de www.activequality-iso-9000-software.win7dwnld. com/

+

SoftExpert – Software for Performance Excellence (2015). Recuperado de www.softexpert.es/ norma-iso9000.php

+

World Franchise Council (2015). Recuperado de www.worldfrancisecouncil.net.

+

Yáñez C, M. (2008). Sistema de Gestión de Calidad en Base a la Norma ISO 9001. Internacional Eventos. Recuperado de: http://internacionaleventos.com/ articulos/articuloiso.pdf

+

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DESARROLLO DE UN PRODUC TO (NUGGET) C O M O E S T R AT E G I A PA R A I N C R E M E N TA R E L VA LO R AG R E G A D O A L A

CARNE DE POLLO EN LA EMPRESA:

POLLERÍA II HERMANOs

Mtro. Carlos Abraham Reynoso Ocampo1, M.T. Celerino Arroyo Cruz2, P.I.P.B. Christian Baltazar Jiménez3, P.I.P.B. Claudia Martínez Muñoz4 y P.I.P.B. Carla Brenda Martínez Espino5

Universidad Tecnológica del Valle del Mezquital, Carr. Ixmiquilpan-Capula, Km. 4, Col. El Nith. Ixmiquilpan, Hidalgo, México C.P. 42300. 1,2,3,4,5

Enviado: 31 de octubre de 2015 Aceptado: 7 de diciembre de 2015

R e s u m e n : El consumo per cápita de carne de pollo es de 27 kilogramos en México, debido a que forma parte de la canasta básica. Pollería II Hermanos, una organización que tiene 12 años como empresa, procesando y comercializando pollo en canal. Mediante un análisis de costos e inventarios, se encontró que durante la venta del día, cuatro pollos en canal (7.2 kg) no se comercializan. Por lo anterior, se propuso desarrollar un nugget, su proceso productivo, los análisis microbiológicos, bromatológicos y sensoriales. Se encontró ausencia de Salmonella, y comparándolo con otras marcas, se obtuvo un alto contenido proteínico (34%), bajo en grasa (12.7%) e hidratos de carbono (0.6%). En cuanto a la evaluación sensorial fue el de mayor preferencia por los consumidores. Para el análisis, se utilizó la Xi2. El producto desarrollado contiene un alto valor nutrimental y al ser evaluado estadísticamente es de aceptación del público.

+

Palabras clave: Nuggets de pollo, valor agregado, sensorial, bromatológico, microbiológico y competitividad.

creynoso@utvm.edu.mx

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Abstract: TThe per capita consumption of poultry meat is 27 kg in Mexico because it is part of the basic foodstuff. Pollería II Hermanos is an organization with 12 years as a company, processing and marketing cleaned chicken. Through an analysis of costs and inventories it was found that during the sale of a day, 4 cleaned chicken (7.2 kg) are not marketed. Therefore, it was proposed to develop a nugget. It was carried the methodology of the nugget production and bromatologic, microbiological and sensory analyses. Absence of Salmonella was found in comparison with other brands. A high protein content (34%), low fat (12.7%) and carbohydrates (0.6%) were obtained. According to the sensory evaluation, it was very preferred by consumers. For the analysis it was used la Xi2. The developed product has a high nutritional value and statistically evaluated it is publicly accepted.

+

Keywords: Chicken nuggets, value added, sensory, bromatologic, microbiological and competitiveness.

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Introducción El procesado de la carne en prerigor se ha practicado desde los tiempos del hombre primitivo, si bien limitado a la preparación para el consumo de la carne de animales recién sacrificados. Aunque este tipo de procesado es muy común, en regiones del mundo que carecen de refrigeración o de locales frescos para almacenamiento (con la consiguiente necesidad de consumir la carne después del sacrificio), la aplicación de la refrigeración ha hecho que este tipo de procesado sea relativamente desconocido en países desarrollados (Charley, 2001). Sin embargo, la preparación de la carne de ave, para poder comercializarse, debe someterse a un proceso que consiste en retirar la cabeza, patas y vísceras; es importante dejar a las aves en ayuno ocho horas antes de sacrificarlas. Las aves se sacrifican mediante un método que minimiza el forcejeo, cortando la vena yugular de manera que se desangre totalmente. Posteriormente, el ave se somete a escaldado a temperaturas entre 52°C y 54°C para facilitar el desprendimiento de plumas sin dañar la capa externa de la piel, mediante una máquina con unas proyecciones de hule que tallan las plumas de la piel. Generalmente después de escaldar y desplumar el ave, se prosigue a realizar la evisceración, abriendo la cavidad abdominal y extrayendo las vísceras para después quitar las patas, la cabeza y la glándula de aceite. El peso del ave posterior a la evisceración equivale aproximadamente a las tres cuartas partes del animal vivo (Lawrie, 1984).

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El animal se enfría después de extraer las entrañas para obtener un sabor agradable; también, es esencial su enfriamiento rápido para controlar el crecimiento de bacterias que contaminan la carne una vez que se rompe la piel. Igualmente importante es el hecho de que el tiempo en que se inicia el rigor su duración y suavidad de la carne, una vez que ha pasado éste, están influenciados por la forma en que se enfría el ave. El músculo del ave enfriada en agua helada es más suave. El enfriamiento rápido de la temperatura corporal a 15°C antes de que el pH disminuya a 6.3 por la acumulación del ácido láctico es esencial si se pretende evitar el endurecimiento de los músculos (Charley, 2001). Pollería II Hermanos es una organización que ha venido trabajando 12 años como una empresa familiar en el mercado Regional del Valle del Mezquital, procesa y comercializa pollo en canal. Tiene el amplio compromiso de ofrecer a la sociedad en general un producto de calidad, debido a que quiere expandir su negocio y abrirse camino en la industria manufacturera de productos avícolas. No obstante, se detecta, a través de un diagnóstico, la necesidad de reorganizar el modelo de trabajo con el que han venido laborando durante más de una década, para que se obtenga un proceso fluido, sólido y con ello, haya un crecimiento laboral. Lo anterior, como una respuesta de vinculación y con ello medir el impacto que han tenido las Universidades Tecnológicas, y en este sentido la del Valle del Mezquital, en las pequeñas y medianas empresas de la región.

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Bajo este contexto, y como una propuesta de mejora al empresario, se determinaron los costos e inventarios de producción que comprenden del periodo enero-septiembre de 2014 y 2015, respectivamente, encontrando que dicha organización se encuentra trabajando con una cifra negativa de -$13,532.75 para el 2014 y $673,934.51 para el 2015. Debido a esto se propone redireccionar su modelo de trabajo, tomando la decisión de clausurar algunos de los puntos de distribución y comercialización del producto. Sin embargo, se detectó que durante la venta del día la cantidad de cuatro piezas de pollo en canal (7.2 kg) no eran posible comercializarse por no ser del agrado de las amas de casa por ser carne refrigerada de un día anterior; por esta razón, se enfocó esta situación como una estrategia que permitiese dar un mayor valor agregado. Por tanto, se desarrolló un producto (nuggets) a partir de los resultados mostrados en inventarios de pollo en canal propuestos, con la finalidad de detectar el comportamiento cuantitativo del producto dentro de la empresa. En efecto, para la elaboración de los nuggets de pollo, los materiales empleados en la producción se contabilizan haciendo una distinción entre materiales directos y materiales indirectos, para determinar el costo de lo que se requiere para la elaboración de cierto producto. La NOM-213-SSA1-2001, establece que los productos cárnicos empanados o rebozados congelados, los cuales define como los alimentos elaborados con carne molida o picada o en piezas, con adición o no de tejido graso, subproductos y aditivos, que pueden recibir un tratamiento térmico durante su elaboración, pero que necesitan ser cocinados para consumirlos; entre ellos se encuentran: croquetas, productos reconstituidos, productos conformados (palitos de carne, nuggets, otros productos empanados).

respecto al aspecto microbiológico durante todo el proceso de producción, para garantizar un producto inocuo al consumidor. Bajo este contexto, el objetivo del presente estudio fue desarrollar un producto (nugget) como estrategia para dar un valor agregado a la carne de pollo de la Pollería II Hermanos.

Metodología Se efectuó un diagnóstico en Buenas Prácticas de Manufactura (BPM), en función de la NOM-251-SSA1-2009, a la empresa Pollería II Hermanos, mediante una lista de cotejo detectando la necesidad de reorganizar el modelo de trabajo. Por lo anterior el empresario hizo la petición de determinar costos e inventarios; una vez determinados, se detectó que, del periodo enero-septiembre 2014, se obtuvieron ganancias de -$13,532.75 y para el 2015 $673,934.51, respectivamente. Debido a esto, se decidió clausurar algunos de los puntos de distribución y comercialización del producto y a la vez se propuso desarrollar un producto (nuggets), puesto que se detectó que durante la venta del día, la cantidad de cuatro piezas de pollo en canal (7.2 kg) no eran posible comercializarse. A partir de los resultados mostrados en inventarios de pollo en canal propuestos, se determinaría el comportamiento cuantitativo del producto dentro de la empresa.

La tendencia mundial hacia el consumo de carnes blancas, que también se da en México, adicionada hacia un precio altamente atractivo, el más competitivo de todas las carnes, han posibilitado una expansión significativa del consumo de esta carne; de igual forma, existe una creciente incorporación de esta carne en la elaboración de carnes frías y embutidos, así como alimentos preparados. Por lo tanto, Consumo Nacional Aparente (CNA), ha calculado que el consumo ascendió a 1,783,416.5 toneladas (SAGARPA, 1999). La carne de aves, suele ser el origen de enfermedades transmitidas por alimentos, tal es el caso de Salmonella; este agente patógeno, tienen la facilidad de transmitirse al hombre por el consumo de carne de las aves. En los países industrializados, las condiciones microbiológicas de las aves crudas para su venta al cliente, reflejan las medidas higiénicas en las granjas de gallina de productoras, incubadoras, periodo de crecimiento, de las operaciones de sacrificio y en su posterior manipulación y almacenamiento dentro de la organización donde se realiza el sacrificio de aves, misma carne que se utiliza para la elaboración de nuggets y que se considera muy importante Revista Científica

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Respecto a lo anterior, el pollo en canal destinado para la elaboración de nuggets se sometió a un proceso que consistió en el degüello y desangrado del ave; posteriormente, se efectuó el escalde a temperatura de 86°C para facilitar el desprendimiento de las plumas. Finalmente, se realizó la evisceración, y se sometió cada pieza a enfriamiento para controlar el crecimiento microbiano, esto de acuerdo a la NOM-194-SSA1-2004. El proceso de elaboración de nuggets se realizó a través de la siguiente formulación: carne de pollo molida (47.5%), tempura (6%), empanizador (19%), agua (24%) y NaCl (3.5%). La pasta obtenida se prensó hasta obtener un grosor de 1cm y se sometió a congelación. En estas condiciones, se moldearon piezas de 20 gramos cada una, mediante cortes de 7cmx7cm. Con los ingredientes (tempura, empanizador, NaCl y agua) se prepara una mezcla para que las piezas de pollo ya moldeadas sean sumergidas. Con el fin de que el nugget obtenga una textura crujiente, al final del freído, este debe espolvorearse con empanizador. Una vez obtenidas las piezas enharinadas y empanizadas se colocan en su empaque y se etiquetan. Consecutivamente, el producto terminado se almacena en congelación a una temperatura de -10°C, bajo la NOM-213-SSA1-2001. Para efectuar el análisis químico proximal se emplearon métodos como Kjeldahl para proteína (NMX-F-608-NORMEX-2012), grasa por el método Soxhlet (NMX-F089-S-1978), humedad (NOM-116-SSA1-1994), cenizas (NMX-F066-S-1978) y fibra cruda (NOM-F90-S-1978). Estos estudios se realizaron en el laboratorio de análisis de alimentos de la Universidad Tecnológica del Valle del Mezquital, para obtener la respectiva tabla nutrimental del producto nugget crudo en base 83

a la NOM-051-SCFI/SSA1-2010, a fin de desarrollar la etiqueta del mismo. Los análisis microbiológicos realizados a la materia prima en relación a la NOM-194-SSA1-1994 fue Salmonella se efectuó de acuerdo a la NOM-114-SSA1-1994. Para el producto terminado nugget se realizó la prueba microbiológica para Salmonella por la AOAC 991.14 en función a la NOM-213-SSA1-2000. Se obtuvo la respectiva tabla nutrimental del producto nugget crudo, de acuerdo a la NOM-051-SCFI/SSA1-2010. Para la evaluación sensorial del nugget de pollo desarrollado en la empresa Pollería II Hermanos, se realizaron dos pruebas: la primera fue una prueba triangular para evaluar si existía diferencia entre la marca de Pollería II Hermanos y la marca Del Día, la segunda prueba, fue de muestras múltiples, la cual consistió en evaluar el producto de mayor preferencia. Los resultados en la evaluación sensorial de muestras múltiples se analizaron mediante un diseño experimental Xi2 (Chi Cuadrada), y para la prueba triangular, se emplearon las tablas de juicios mínimos correctos, para establecer diferencia significativa para pruebas triangulares (p=1/3). Para ambas pruebas, se consideró lo siguiente: se sirvió el producto a una temperatura apropiada (57°C) para todos los panelistas, pues de lo contrario pudiera verse afectado el sabor, consistencia y aceptabilidad del mismo. Las porciones fueron del mismo tamaño (1cm2) servidas una muestra a testar contra tres marcas comerciales, todas identificadas con códigos aleatorios. Las instrucciones se encontraban en un formato diseñado previamente y proporcionado a cada panelista.

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Las hipótesis que se formularon para el diseño experimental fueron las siguientes:

+

Para la prueba triangular para detectar la diferencia entre dos marcas del producto, se consideró lo siguiente: H0.- Los nuggets de pollo de la Empresa Pollería II Hermanos es similar a los de las marcas registradas, y H1.- Los nuggets de pollo de la Empresa Pollería II Hermanos es diferente a las marcas registradas.

+

Prueba de muestras múltiples para obtener el producto de preferencia: H0.- Si prefieren el producto (nuggets) de la Pollería II Hermanos, y H1.- No prefieren el producto (nuggets) de la Pollería II Hermanos.

Figura 2. Tabla Nutrimental de Nuggets congelados Pollería II Hermanos. Fuente: Pollería II Hermanos/UTVM, 2015.

Una vez aplicada todas las encuestas a los 21 panelistas, entre 18 a 22 años de edad, los resultados de la primera prueba se analizaron mediante las tablas de juicios mínimos correctos, que permitan establecer si existe diferencia significativa para pruebas de comparación, y la segunda mediante un diseño experimental Xi2 (Chi Cuadrada). Los valores obtenidos al realizar el análisis de Xi2 (Chi cuadrada) se muestra a continuación:

Tabla 1. Resumen de costos Pollería II Hermanos.

Figura 3. Diagrama de proceso de elaboración de nuggets de pollo, producto desarrollado y etiquetado bajo la NOM-051-SCFI/SSA1- 2010. Fuente: Pollería II Hermanos/UTVM, 2015.

Tabla 2. Ganancias de la empresa Pollería II Hermanos, periodo enero-septiembre 2014 y 2015. Fuente: Pollería II Hermanos/ UTVM, 2015.

Figura 1. Etiqueta de nuggets congelados de Pollería II Hermanos. Fuente: Pollería II Hermanos/UTVM, 2015.

Revista Científica

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Tabla 3. Análisis microbiológico de nuggets de pollo. Fuente: Pollería II Hermanos/UTVM, 2015.

Tabla 4. Cuadro comparativo de nuggets de la Pollería II Hermanos con otras marcas comerciales. Fuente: Pollería II Hermanos/UTVM, 2015.

Tabla 5. Resultados obtenidos en la evaluación sensorial de preferencia. Fuente: Pollería II Hermanos/UTVM, 2015.

Discusión de resultados Acorde a los resultados obtenidos en costos de pollo en canal, se identificó que, en ganancias, se tiene un total de -$13,532.75 para el 2014; por lo anterior, se puede decir que había más gastos de insumos que ganancias, debido a que el pollo no comercializado durante la venta del día se consideraba un producto que no podía ser recuperado, ya que los consumidores exigían pollo fresco; por esta razón, se desarrolló un producto (nugget) para aprovechar esta materia prima. Sin embargo, para el 2015 hubo un incremento de $673,934.51 en ganancias; se considera que fue debido a que no hubo fluctuaciones de precio en el año, manteniéndose a $16.00. Fluctuaciones que se presentaron en el 2014 debido a la problemática mundial de influenza aviar como lo mencionó el Grupo Consultor de Mercados Agrícolas (GCMA, 2013). Por lo encontrado en el análisis de costos e inventarios, es importante destacar que la empresa Pollería II Hermanos decidió cerrar dos locales por la situación detectada y enfocar los esfuerzos e inversión a los otros cuatro centros de distribución.

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Revista Científica


Respecto al costo del nugget, este fue de $36.06 por kilogramo, ya que la producción propuesta por lote es de dos semanas; es decir, 56 kilogramos de pollo. Si no se producen los dos lotes propuestos cada 15 días, el costo del producto se incrementaría.

Al ser evaluado estadísticamente, se concluyó que este producto fue del agrado del público consumidor. Se realizaron pruebas de freído para obtener un producto crujiente, mismas que se sugieren en el etiquetado (200°C/2 min).

Según la NOM-114-SSA1-1994 para determinación de Salmonella, se establece que la carne de pollo en canal, para su distribución, debe ser ausente, por lo que fue pertinente emplear esta técnica en el pollo en canal. Se obtuvo presencia de Salmonella en materia prima (pollo en canal) que se empleará para la elaboración de los nuggets. Sin embargo, en el producto terminado, se obtuvo un resultado de ausencia como lo muestra la Tabla 3. Estos resultados fueron debido a que la carne de pollo se congela para su moldeado. En las bacterias Salmonella spp, su temperatura óptima de crecimiento es de 30°C a 37°C y los alimentos no refrigerados rápidamente tienen un límite de crecimiento a 6°C, inactivándose a temperaturas a de congelación, inferiores a 0°C (Doyle, 2001).

El producto ya se comercializa en los diferentes establecimientos de distribución. Por el momento, se elaboran de manera manual; sin embargo, vale la pena mencionar que actualmente la empresa ya está adquiriendo el equipo necesario para poder incrementar su producción.

El nugget se comparó con diferentes marcas comerciales en proteína, lípidos hidratos de carbono. Los nuggets de Pollería II Hermanos obtuvieron un alto contenido proteínico (34%), bajo contenido en grasa (12.7%) e hidratos de carbono (0.6%) en relación a los nuggets comercializados por Bachoco, Tyson y Del día (Tabla 4). Lo anterior, hace pensar el empleo de estabilizantes para incrementar el rendimiento del producto terminado.

Para la prueba triangular, se emplearon las tablas de juicios mínimos correctos, para establecer diferencia significativa para pruebas triangulares (p=1/3). Además se encontró que sí existe diferencia entre el producto desarrollado contra marcas comerciales, sin embargo, se encontró que es de preferencia por el consumidor. Asimismo, es necesario remarcar que se deben promover políticas públicas en los subsidios por enfermedades o factores climáticos para productores de pollo en pie, para evitar fluctuaciones de precio durante el año y, por ende, no se vean afectados los productores de pollo en canal.

La Tabla 5 muestra los resultados obtenidos en la evaluación sensorial de preferencia, las cuales son: 238 (Pollería II Hermanos), 521 (Del Día), 643 (Bachoco) y 142 (Tyson). Los resultados obtenidos de 7.3809 al caer dentro del rango de distribución normal (Chi Cuadrada de tablas, Xi2t: 7.81), se acepta la hipótesis nula y se rechaza la hipótesis alterna; por tanto, el nugget de Pollería II Hermanos es el de mayor preferencia por los consumidores. Por último, es importante mencionar que la etiqueta, logotipo de la empresa y tabla de valor nutrimental, fueron diseñados y analizados en la Universidad Tecnológica del Valle del Mezquital y que han sido aceptado por la empresa (Figura 1 y Figura 2). A corto plazo, se pretende registrar la marca ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial, para que la empresa se sienta comprometida con la calidad y de cierto modo le dé identidad.

Conclusiones Se desarrollaron los nuggets como estrategia para dar un valor agregado a la carne de pollo que queda del día anterior de la empresa, misma que no se comercializa por no ser del gusto de las amas de casa el pollo refrigerado; además, el producto desarrollado obtuvo un alto valor nutrimental; alto en proteína y bajo en grasa, como lo muestra la Tabla 4; al hacer un comparativo con otras marcas comerciales, nuggets Pollería II Hermanos obtuvo un 12.7%, la marca Del Día un 14% y Bachoco 13.8% de grasa.

Revista Científica

86


Bibliografía

+

AOAC 991.14. Método Oficial. Instructivo técnico para Recuento de Coliformes y E. coli mediante técnica petrifilm.

+

Charley (2001). Tecnología de Alimentos: Procesos químicos y físicos en la preparación de alimentos. México. Editorial Limusa. ISBN-10 # 9681819535.

+

Doyle, M. (2001). Microbiología de los Alimentos: Fundamentos y fronteras. España. Editoral Acribia. ISBN-10 # 8420009334.

+

Lawrie, A. R. (1984). Avances de la ciencia de la carne. España. Edtorial Acribia. ISBN-10 # 8420005487.

87

+

NMX-F066-S-1978. Norma Mexicana. Determinación de cenizas en alimentos.

+

NMX-F-089-S-1978. Norma Mexicana. Determinación de extracto etéreo (Método Soxhlet) en alimentos.

+

NMX-F-608-NORMEX-2012. Norma Mexicana. Determinación de proteínas en alimentos.

+

NOM-051-SCFI/SSA12010. Norma Oficial Mexicana. Especificaciones generales de etiquetado para alimentos y bebidas no alcohólicas preenvasados.

+

NOM-F090 -S-1978. Norma Mexicana. Determinación de fibra cruda en alimentos.

+

NOM-112-SSA1-1994. Norma Oficial Mexicana. Determinación de Bacterias Coliformes. Técnica del número más probable.

+

NOM-114-SSA1-1994. Norma Oficial Mexicana. Método para la determinación de Salmonella en alimentos.

+

NOM-213-SSA1-2000. Norma Oficial Mexicana. Productos y servicios. Productos cárnicos procesados, especificaciones sanitarias, métodos de prueba.

+

+

NOM-251-SSA1-2009. Norma Oficial Mexicana. Productos y servicios.Prácticas de higiene para el proceso de alimentos, bebidas o suplementos alimenticios.

+

[SAGARPA, 1999. Situación actual y perspectiva de la producción de carne de pollo en México.

NOM-116-SSA1-1994. Norma Oficial Mexicana. Determinación de humedad en alimentos por tratamiento térmico. NOM-194-SSA1-2004. Norma Oficial Mexicana. Productos y servicios. Especificaciones sanitarias en los establecimientos dedicados al sacrificio y faenado de animales para abasto, almacenamiento, transporte y expendio. Especificaciones sanitarias de productos.

+ +

SAGARPA, 2009. Consumo per cápita de pollo en canal en México.

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, Industria Recuperación de Componentes en la

Medica

por Medio de la Logística Inversa

M.C Miriam Margarita Ruiz Sánchez1, Ing. Graciela López Clemente2, Dr. Iván Juan Carlos Pérez Olguín3 y M.C. Rosa Elba Corona Cortés4

1,2,3,4 Universidad Tecnológica de Ciudad Juárez, Av. Universidad Tecnológica, #3051, C.P. 32695, Ciudad Juárez, Chihuahua.

Enviado: 8 de agosto de 2015

R e s u m e n : En el presente documento se describe la implementación de concepto, a nivel micro, de la Logística Inversa. El concepto se usa desde el punto de consumo hacia el punto de origen, por lo cual se utiliza sólo en el proceso del subensamble y no en el producto final, ni cuando éste ha llegado al cliente. Otro concepto utilizado a lo largo de este informe es la metodología de análisis de movimientos y muestreo de trabajo. Se redacta acerca de la recuperación de componentes de un subensamble, conocido como “Inner Catheter” (Catéter Interno), el cual forma parte de un producto final que sirve para la anticoncepción permanente de la mujer, implantado en las Trompas de Falopio, es de invasión mínima y no requiere de anestesia general.

Aceptado: 7 de mayo de 2016

miriam_ruiz@utcj.edu.mx

La implementación del Laser Welded Catheter (Catéter Soldado por Láser) generó una disminución del desempeño de la línea y una pérdida monetaria por cada subensamble descartado por defectos de calidad. El objetivo es reincorporar el material considerado como defectuoso al proceso de producción, con un método de recuperación de componentes, logrando un ahorro promedio anual en la empresa de $ 10,000 dólares y a su vez, generar procedimientos para tener rastreabilidad del material sometido al mismo.

+

Revista Científica

Palabras clave: Logística inversa, catéter e industria médica.

Abstract: This paper describes the implementation of concept of Reverse Logistics to micro level. This concept is used from the consumption point to the origin point, and then this concept is used just in the sub-assembly process, not for the final product, even when this has reached the customer. Another concept used throughout this report is the motion analysis methodology and work sampling. Here is described about the recovery of components of a sub-assembly known as “Inner Catheter” (Catheter Internal) which is part of a final product that is used for permanent 88


contraception for women, which contains an insert that is implanted in the fallopian tubes, it’s minimally invasive and does not require general anesthesia. The Implementation of Laser Welded Catheter produced a decrease in performance of the line and a monetary loss for each sub-assembly discarded for quality defects. The aim is to reinstate the material deemed defective in the production process, a recovery components method, achieving an average annual savings in the company of $ 10,000 US dollars, and in turn generate procedures to have traceability of the same material.

+ Keywords: Reverse logistics, catheter and medical industry. Introducción Una de las prioridades en México se orienta en el Sector Salud, para la generación de tecnologías, medicamentos y servicios que garanticen el nivel universal de servicios médicos del país (García, 2009). Acorde a la NOM-137-SSA1-2008, un dispositivo médico es la sustancia, mezcla de sustancias, material, aparato o instrumento (incluyendo el programa de informática necesario para su apropiado uso o aplicación), empleado solo o en combinación en el diagnóstico, monitoreo o prevención de enfermedades en humanos o auxiliares en el tratamiento de las mismas y de la discapacidad, así como los empleados en el reemplazo, corrección, restauración o modificación de la anatomía o procesos fisiológicos humanos, (Toscano, 2008). Por tanto, los catéteres entran dentro de la clasificación de este concepto. De la misma forma, debido a que los dispositivos médicos se encuentran relacionados directamente con la salud de las personas, las empresas dedicadas a este giro se preocupan porque sus productos se encuentren libres de defectos. Por tanto, las normas que regulan la industria médica son exigentes y, por consiguiente, estas empresas cuentan con estrictos controles de calidad. En las industrias en las que intervienen un gran número de componentes, existe la pérdida de cierto porcentaje de esa inversión, debido al mal ensamble, deficiencias en el proceso, defectos y mal manejo de materiales. En la rama médica es común que el costo de los componentes sea elevado, por la precisión del acabado, la clasificación de los cuartos limpios, el nivel de limpieza requerido y el tipo de materiales utilizados. Debido a esto, se busca la oportunidad de optimizar la inversión en materiales, al implementar proyectos para recuperar componentes en los cuales no se vea afectada la funcionalidad del componente, por ejemplo: cuando se presenten defectos de tipo cosmético. La reutilización de los componentes en la manufactura de componentes médicos no es frecuente; este tipo de método es mayormente utilizado en las áreas para la recuperación de envases, embalajes y gestión de residuos, pero pocas veces son utilizados en las áreas de producción.

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Revista Científica


Planteamiento del problema En la empresa, recientemente, se implementó un cambio de proceso; anteriormente, el catéter era soldado de manera manual por operadores dentro de la planta, como parte del proceso. En 2012, se decidió buscar proveedores capaces de crear este subensamble y se decidió comprar un catéter soldado por láser (LWC, por sus siglas en inglés), para eliminar la dependencia de elaboración artesanal del catéter. Debido al cambio, el costo de los subensambles utilizados se incrementó. Por lo tanto, si una pieza es descartada en el proceso, el costo del desecho se eleva, motivo por el cual el presente proyecto propone la recuperación de material descartado para su reutilización. Por medio de la modificación en el proceso, se eliminó una estación de trabajo manual donde intervenían de 6 a 10 operadores, el cambio representa un ahorro para la empresa. Sin embargo, la empresa desea reducir aún más los costos debido a los cambios en el proceso. Al inicio de la investigación, la Tabla 1, muestra la cantidad de desechos (scrap) encontrado en 19 lotes de catéteres soldados por láser, donde se determina que el promedio de material defectuoso es de seis unidades diarias, lo que representa un costo de $160.50 dólares a la semana, $8,3460 dólares anuales. Tabla 1. Defectos por LWC.

Marco teórico Bowersox, Closs, y Cooper (2007) mencionan que el hombre ha necesitado mover cosas de un lugar a otro, casi desde el inicio de la civilización y siempre se ha topado con la problemática de cómo hacerlo de la manera mas eficiente, reduciendo el esfuerzo físico y mental. Éste problema aún sigue vigente y solamente, durante la segunda mitad del siglo veinte, es decir, sobre un rango de tiempo de 50 años, los gerentes se han preocupado y ocupado de realizar esta actividad de una manera confiable y a bajo costo. Por varios años, la logística dentro de las empresas fue considerada en un solo sentido: de proveedor a consumidor, en relación al movimiento de los materiales y la información que se manejaba dentro del sistema de logística. Sin embargo, Craing y Elram (1998), De Brito (2003) y otros autores, evidencian que una forma de reducir los desperdicios en las empresas por devoluciones del cliente consiste en la utilización apropiada de la logística inversa. Una definición sencilla de lo que es logística inversa es el proceso de mover bienes desde su destino final, con el propósito de capturar valor, o una disposición final apropiada de los mismos (Rogers y Tibben-Lembke, 1998). Entiéndase por valor, como materiales o productos que contribuyen en el costo del producto. Así pues, esta investigación utiliza esta técnica para la recuperación de componentes en los defectos encontrados en la producción de Catéteres Soldados por Láser.

De la Tabla 1, se desprende que 218 piezas son defectuosas, de las cuales 113 presentan problema con el LWC, representando el 51.83 por ciento de los defectos totales en la línea y que se pueden recuperar. Con este proyecto, se pretende recuperar al menos un 40 por ciento del total de LWC del área del Inner Catheter.

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Para comprender mejor el término de logística inversa, Rojas, Juan, Salazar, Sepúlveda, Sepúlveda y Santelices (2006) y Bereciartúa y Echazarra (2007), añaden a la definición anterior, que por medio de la logística inversa se logra la recuperación y el reciclaje de los envases, embalajes y residuos peligrosos, así como el proceso de retorno del inventario excesivo, las devoluciones del cliente, los productos obsoletos e inventarios estacionales. Soto (2005) enlista seis elementos mediantes los cuales se puede dar 90


una visión más amplia acerca del análisis en la logística inversa:

1 2 3 4 5 6

. Logística Inversa como un proceso. . Las entradas de dicho proceso. . Las actividades llevadas a cabo en el proceso. . Las salidas o consecuencias del proceso,

El inicio del proceso.

En dónde finaliza el proceso.

También De Brito y Dekkeer (2002), establecen un diagrama de flujo de materiales inversos en la cadena de suministro, para determinar los puntos de mayor recuperación, donde se observan 19 puntos (Figura 1).

Figura 2. Pirámide de valor de recuperación. Fuente: de Brito y Dekker (2002).

De la misma manera, la figura anterior muestra que existen seis caminos utilizados en la logística inversa (Cabeza, 2012), siendo los siguientes:

+ Camino 1: Reutilización o reventa.

Consiste en recuperar el producto para darle un nuevo uso, dado que este mantiene su forma y posee un nulo o escaso deterioro. En este caso, el producto es sometido a operaciones de limpieza y mantenimiento que permiten aprovecharlo en su totalidad, aunque existan mínimas diferencias con productos similares pero nuevos.

+ Camino 2: Reparación.

La reparación nace generalmente de la necesidad de sustituir alguna pieza o componente que haya alcanzado el fin de su vida útil.

+ Camino 3: Restauración.

Consiste en devolver el valor al producto usado mediante la utilización de nuevas tecnologías que permitan ampliar su vida útil.

+ Camino 4: Refabricación.

Los componentes sometidos a este tipo de recuperación tienen un grado de descomposición medio-alto y ofrecen a las empresas un beneficio significativo, ya que al emplearlos en la remanufactura de un producto original, se consiguen costes de fabricación en muchos casos cercanos al 50 por ciento de los de un componente nuevo.

+ Camino 5: Reciclaje.

Figura 1. Flujo de materiales en la cadena de suministro.

El diagrama anterior, De Brito y Dekkeer (2002), lo resumen en una pirámide (Figura 2), cuya base representa el mínimo de valor que puede ser recuperado y cuya cima representa el máximo valor que puede ser obtenido en un retorno.

91

Mediante el reciclaje, se busca la recuperación del material residual de un producto para reutilizarlo como materia prima en la elaboración de uno nuevo, el cual puede alcanzar los niveles de calidad de un producto original mediante el uso de tecnologías cada vez más avanzadas.

+ Camino 6: Vertedero e incineración.

Mediante estas opciones, se le pone punto final al ciclo de vida de un producto y se emplea cuando ya no puede ser acondicionado o reutilizado en alguna otra manera.

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Metodología La metodología a utilizar en el presente proyecto fue desarrollada por Charles H. Kepner, en 1965, y es conocida como el método Kepner-Tregoe, o matriz del perfil competitivo, la cual, acorde a García (2002), integra diversas características que lo hacen diferentes a las organizaciones, debido a que toma elementos de varias metodologías y se considera como una metodología flexible y aplicada en varios casos. La metodología del perfil competitivo Kepner y Tregoe (1965) consiste en los siguientes pasos:

1. Definición del problema: Se permite verificar la definición conceptual del sistema que estamos analizando para que, al momento de asignarle su descripción, no se pierda de vista el objetivo, que debe ser enfocarse en la resolución del problema; para hacer esta parte más sencilla, se sugiere soportar el análisis con un mapeo (análisis de movimientos) del sistema cuando sea posible. 2. Descripción del problema: Debe hacerse en cuatro dimensiones, como lo marcan los autores y estas dimensiones deben ser de identidad (¿Qué está funcionado mal?, ¿Cuál es la falla?), ubicación (¿Dónde se ubica y se observa la falla?), tiempo (¿Cuándo se observó por primera vez y cuando se ha observado desde entonces?) y magnitud (¿Cuál es la extensión del problema, cuántas unidades son afectadas o qué tan afectada está la unidad?). 3. Extracción de la información clave para descubrir las posibles causas: Aquí se debe obtener la infor-

mación necesaria para contestar a las preguntas planteadas en la etapa anterior. Los autores aconsejan que la recopilación de información no sea mayor a cuatro días; sin embargo, depende del sistema y de las condiciones del mismo.

4. Prueba para deducir cuál es la causa más probable: Dentro de esta etapa, se estudia la especificación, o en

otras palabras cuál es la condición normal de operación, esta como en todo proceso, puede tender hacia una condición estable o mejor. Una vez que se tiene la especificación, se procederán a buscar distingos; esto es, se comenzarán a buscar la característica distintiva cuando se le compara con otra unidad u operación similar, hasta que se detecte un cambio. Lo siguiente a realizar es generar las posibles causas por las cuales, ocurrió ese cambio y una vez que tengamos las posibles causas se procederá a validarlas con una prueba teórica; es decir, que se tratarán de encontrar causas para explicar las posibles desviaciones de la norma.

5. Verificación: Una vez que se tengan las teorías y se haya pensado en varias posibles explicaciones para cada una de ellas, se procederá a hacer una prueba práctica, la cual puede consistir en desarrollar una regla provisional para que la desviación no vuelva a ocurrir; una vez que se ha verificado de una manera práctica, se recomienda establecer una política, un manual de reglas concretas y definidas o un procedimiento estándar para evitar que dicha desviación pueda volver a surgir.

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Desarrollo En este apartado se desarrolla, paso a paso, acorde a la metodología Kepner-Tregoe de perfil competitivo, el proceso llevado a cabo en la investigación.

el dispositivo y el médico tendría que tomar otro dispositivo. Este producto, al ser considerado como un producto global, no puede permitirse una falla en el campo de aplicación. La Figura 3 muestra el subensamble, así como sus componentes básicos.

1. Definición del problema La línea, donde se desarrolla lleva alrededor de 8 años de funcionamiento en la empresa y participa en la producción de un sistema de anticonceptivos permanente para las mujeres. Con el paso del tiempo ha ido evolucionando y mejorando sus procesos de manufactura. El departamento de manufactura se encarga de cambios y mejoras en los procesos, encaminados a la generación de ahorros y mejoramiento continuo dentro de la empresa. Desde hace ocho años los modelos han cambiado evolutivamente. El producto actual es muy sensible y debe manejarse con cuidado. El dispositivo es manejado en pares, siendo insertado en las Trompas de Falopio de la mujer para evitar la concepción. El subensamble Inner Catheter está conformado por seis componentes, los cuales se enlistan a continuación:

+ + + + + +

Catéter Soldado por Láser. Banda de liberación. Banda dorada de 24K. Mangas encogidas corto. Mangas encogidas largo. Delivery Wire (Alambre de entrega).

2. Descripción del problema El subensamble Inner Catheter es el más delicado de todos, ya que de éste depende la implantación correcta del inserto; si por alguna razón alguno de estos componentes estuviera dañado al momento del procedimiento de implante, produciría una falla en

93

Figura 3. Subensamble Inner Cateter.

3. Extracción de la información clave para descubrir las posibles causas En primer lugar, se analizaron los problemas más comunes en el área de Inner Catheter. Estos defectos van desde:

+

Mangas encogidas (corto y largo) con presencia de arrugas.

+ + +

Bandas de liberación dañadas. Bandas doradas mal remachadas.

Contaminación en el subensamble, se le conoce como contaminación a todo aquel subensamble que presente partículas incrustadas o fibras en las mangas encogidas. Posteriormente, se procedió a analizar por medio de un diagrama de Ishikawa las causas principales de este tipo de problemas (Figura 4), que hasta el momento son considerados cosméticos.

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Figura 4. Diagrama de Isikawa para subensable dañado.

Para poder realizar este proyecto, es necesario hacer un análisis estadístico para determinar la confiabilidad de este proceso de recuperación. Dadas las características de los componentes involucrados, se hará por medio de atributos. Se utilizará una fórmula para saber el tamaño de la muestra para que ésta sea representativa, la cual está basada en una relación de confiabilidad / confianza de 95/95 de acuerdo a las estadísticas de fiabilidad (ASQ Quality Press, 1990).

4. Pruebas para reducir la causa más probable Como se observó en la Figura 5, el problema principal se encuentra ubicado en la sección de la banda dorada, por lo que se realizan las siguientes acciones:

+

Para un nivel del confianza del 95%, una confiabilidad del 95% el tamaño de muestra mínimo es de 59. Para el estudio se analizaron un total de 62 unidades, recolectadas de diferentes lotes, con los diferentes tipos de defectos mencionados anteriormente, como lo muestra la Figura 5.

+

+

+

+ +

+

Cortar de forma distal para remover la banda y establecer el procedimiento para remover la banda de manera segura. Posterior a ello, se procede a la remoción de la manga corta del proceso, si presenta arrugas acorde a la instrucción de trabajo. Remoción de la banda de liberación, cuidadosamente, por medio de los dedos. Revisar si la banda está dañada; en caso de no estarlo, puede ser reutilizada. Remueva el LWC del producto a recuperar. Remoción de la manga encogida larga. El proceso se puede realizar por medio de alcohol isopropílico al 70% o sin él, acorde a la instrucción. Remover cualquier tipo de residuos en el catéter soldado por láser, así como de las piezas recuperadas.

Figura 5. Defectos del área Inner Catheter.

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5. Verificación de la causa real

Tabla 3. Desempeño de la línea Inner Catheter.

Una vez que el estudio se realizó, se desarrolló un formato de producción específico para llevar la rastreabilidad de las unidades puestas bajo el proceso recuperación, consistente en identificar el defecto de los subensambles y marcarlo en el formato; una vez que es identificado el defecto, se procede con el proceso de recuperación. Una vez que el subensamble es puesto bajo el proceso, se inspecciona dimensionalmente para determinar si el catéter soldado por láser puede ser reincorporado al proceso de producción.

Resultados La Tabla 2, muestra los datos de cada lote, una vez que se han sometido al proceso de recuperación aplicando logística inversa, para el LWC. Como se puede observar, se logró recuperar el 100% del LWC del total de los defectos del área Inner Catheter. Esto representa en estos lotes el 59.4% de los defectos de la línea. Tabla 2. Piezas defectuosas recuperadas.

Como puede observarse, antes de la implementación se tenía un porcentaje promedio de rendimiento de 99.26%, mientras que con la implementación el rendimiento se logró aumentar hasta un 99.47%, lo que representa un incremento en el rendimiento del 0.21%.

Conclusiones Como se observó en la investigación, la logística inversa es muy útil en recuperación de componentes caros en un proceso productivo. También, se observa que esta técnica no resuelve o ataca los problemas de raíz, ya que lo ideal sería eliminar los defectos totales en la línea; sin embargo, es una buena estrategia de contención en lo que se trabaja para mejorar los procedimientos, herramentales y equipos que intervienen en un proceso. De la misma manera, los resultados muestran un gran beneficio de recuperación, no tanto así en el rendimiento del área Inner Catheter. Pero cabe señalar, que en la industria médica, no se pretende tener errores o defectos; sin embargo, al trabajar en la perfección de los procedimientos y productos, cada vez se vuelve más difícil lograr grandes cambios, cuando lo que ya se tiene es considerando bueno y se busca la excelencia. Como puede observarse hasta este punto, se logró rebasar la meta original, que pretendía recuperar al menos el 40% del material defectuoso. Se estima un ahorro anual de entre $9,210.50 a $10,047.30 dólares, ya que el promedio de piezas defectuosas por LWC, varía entre 5.5 y 6 piezas promedio por día. Otro beneficio adicional que se obtuvo con la implementación del procedimiento de logística inversa en la línea Inner Catheter, está relacionado con el desempeño del área. La Tabla 3 muestra los datos de desepeño de la línea, donde el método de recuperación fue implementado a partir de la semana 27.

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Revista Científica


Bibliografía

+

Bereciartúa, A. y Echazarra, J. (2007). Sistema Basado en Identificación Multiespectral para la Separación de Metales no Férricos en WEEE en Procesos de Logística Inversa. Primer Congreso de Logística y Gestión de la Cadena de Suministros, 45-52.

+

Bowersox, D.J.; Closs, D.J., y Cooper, M.B. (2007). Administración y Logística en la Cadena de Suministros. Segunda Edición. Editorial Mc.Graw-Hill Interamericana. Michigan, Estados Unidos. ISBN-13 # 9789701061329.

+

Cabeza, D. (2012). Logística Inversa en la Gestión de la Cadena de Suministro. Primera Edición. Editorial Mar-

ge Books. Barcelona, España. ISBN-13 # 9786076220238.

+

Craing, C. y Elram, L. (1998). Reverse Logistics: A Review of The Literature and Framework. Journal of Business Logistics, 19 (1), 85-102. ISSN # 2158-1592.

+

De Brito, M.P. (2003). Managing Reverse Logistics or Reversing Logistics Management. Erasmus University Rotterdam. Rotterdam: Erasmus University Rotterdam.

bajo. Segunda Edición. Editorial Mc. Graw-Hill Interamericana. ISBN-10 # 9701046579.

+

García, V.A. (2009). Auditorías para Fabricantes de Dispositivos Médicos. Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Química. México, D.F.

+

+

Kepner, C.H. y Tregoe, B.B. (1965). The Rational Manager: A Systematic Approach to Problem Solving and Decision-Making. Editorial Mc. Graw-Hill. Estados Unidos de América. ISBN-13 # 9780070341753.

+

Rogers, D. y Tibben-Lembke, R. (1998). Going Backwards: Reverse Logistics Trends and Practices. Nevada University, Reverse Logistics Excecutive Council.

De Brito, M., y Dekkeer, R. (2002). Reverse Logistic - A Framework. Erasmus University Rotterdam, Econometric Institute. Rotterdam: Erasmus University Rotterdam. García, R. (2002). Estudio del Trabajo: Ingeniería de Métodos y Medición del Tra-

Revista Científica

+

+

Rojas, A.; Juan, P.; Salazar, R.; Sepúlveda, A.; Sepúlveda, C. y Santelices, I. (2006). Residuos Sólidos Domiciliarios Logística: Una Herramienta Moderna Para Afrontar Este Antiguo Problema. Revista de Ingeniería Industrial, 77-87. ISSN # 0717-9103.

+

Soto, J.P. (2005). Reverse Logistics: Models and Applications. Universitat Pompeu Fabra.

+

Toscano, M.A. (2008). Norma Oficial Mexicana NOM-137-SSA1-2008, Etiquetado de Dispositivos Médicos. Diario Oficial de la Federación , Pág. 11.

96


97

Revista CientĂ­fica


D E S A R R O L LO D E L TA L E N TO H U M A N O E N L A S U N I V E R S I DA D E S A T R AV É S D E L MANEJO DE LA INTELIGENCIA

EMOCIONAL

M.A.L. Elizabeth Valdez Soto1 , M.I. Rubén Miguel Riojas Rodríguez2 , Evelyn Alejandra Medrano3 e Hilda Janeth Rodríguez Cisneros4

Instituto Tecnológico Superior de Monclova Ejército Mexicano, Monclova, Coahuila 1,2,3,4

Enviado: 22 de noviembre de 2015 Aceptado: 10 de junio de 2016

liz0110@hotmail.com rriojas@itsmva.edu.mx eve_ale02@hotmail.com rodriguezjaneth634@gmail.com

R e s u m e n : En este artículo se presentan los resultados obtenidos en la investigación realizada durante los 16 y 17 ¨Veranos Regionales de la Ciencia Región Centro¨, más dos semestres regulares con alumnos del Instituto Tecnológico Superior de Monclova Ejército Mexicano, sobre la importancia del manejo de la inteligencia emocional en el desarrollo del talento humano dentro de las universidades, no solo por parte del maestro, sino también de los alumnos, para que se propicie un mejor desempeño escolar y a la postre una mejor inserción en el mundo laboral. La sociedad y la industria requieren ahora profesionistas con un pensamiento holístico y una visión cabal sobre lo que es la interrelación entre los diversos actores de la sociedad y sus elementos integradores; por ello, se requiere de personas con un amplio espectro de formación, no sólo en lo académico, sino también en lo humanístico, destacándose la importancia de la inteligencia emocional para potenciar el desarrollo de las demás áreas del ser humano. Este proyecto pretende incidir en estas áreas tan sensibles del aprendizaje de los universitarios para desarrollar estrategias que los apoyen en esa tarea.

+

Palabras clave: Talento humano e inteligencia emocional.

A b s t r a c t : This article shows the results obtained throughout the investigation carried out during the 16th an 17th Summers Science Central Region and two regular semesters with students of the Instituto Tecnológico Superior de Monclova, Ejército Mexicano about the importance of managing emotional intelligence in the development of human talent within universities, not only by the teacher but also the students to a better school performance and a better integration into the workplace. Society and industry now require professionals with a holistic thinking and insight on what is the interrelationship between the various actors in society and integrating elements; therefore it requires people with a wide range of training, not only academically but also humanistic, highlighting the importance of emotional intelligence to boost the development of other areas of the human being. Revista Científica

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This project aims to influence these sensitive areas of learning of the university students to develop strategies to support them in this task.

+ Keywords: Human talent and emotional intelligence. Introducción En esta época de grandes complejidades y rápidos cambios en el mundo, se están presentando nuevos escenarios en la sociedad, las instituciones y la industria, que requieren ahora profesionistas con un pensamiento holístico y una visión cabal sobre lo que es la interrelación entre los diversos actores de la sociedad y sus elementos integradores, que puedan desarrollar sus talentos, competir, tener motivación y buenas actitudes, las cuales los llevarán al éxito, en lo personal y en lo laboral. Y poder así formar a profesionistas con un amplio espectro de formación, no solo en lo académico sino también en lo humanístico, ya que el cociente de inteligencia (CI) utilizado habitualmente para medir el potencial de éxito en los estudios y en la vida profesional y laboral, se ha convertido en una herramienta obsoleta. Esto se da, ya que “en el mejor de los casos, el CI contribuye aproximadamente en un 20% a los factores que determinan el éxito en la vida, con lo que el 80% queda para otras fuerzas” (Goleman, 1998). Aunque en el año 1983, Howard Gardner, psicólogo e investigador de la Universidad de Harvard, planteó la teoría de las inteligencias múltiples, en el cual discurría sobre la existencia de ocho tipos de inteligencia, a saber:

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Inteligencia lingüística-verbal. Inteligencia lógico-matemática. Inteligencia espacial. Inteligencia musical. Inteligencia corporal-kinestésica. Inteligencia naturalista. Inteligencia intrapersonal. Inteligencia interpersonal.

Fue Daniel Goleman quien se focalizó en la importancia de las emociones dentro de las relaciones humanas y el desarrollo de los individuos. A pesar del innegable prestigio y reconocimiento de Gardner y el creciente interés en relación a sus teorías, por razones de dominio e interés en el tema, fue que se inició esta investigación. Se buscó destacar la importancia de la inteligencia emocional para potenciar el desarrollo del talento humano en los universitarios. Aunque los resultados obtenidos son solo en base a cuestionarios aplicados a alumnos de las escuelas de nivel superior de la ciudad de Monclova, Coahuila, se puede fácilmente hacer la transferencia de los mismos hacia el resto del país ya que los jóvenes tienen ahora más que nunca mucha semejanza en sus preferencias y costumbres debido, sobre todo, a la globalización y al acceso que tienen a las redes y recursos varios de comunicación a su alcance.

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Descripción del método Se realizó una investigación documental para obtener un marco referencial y así diseñar la investigación para poder elaborar una prueba piloto que se aplicó a los docentes del ITSMEM. Esta primera parte se efectuó durante el 16 Verano de la Ciencia Región Centro y como productos finales se tuvieron listos tres instrumentos de levantamiento de datos: la “TMMS-24”, “Habilidades en el aula” y “Cuestionario para alumnos”. Se hizo además la prueba piloto con 20 docentes del Instituto Tecnológico Superior de Monclova Ejército Mexicano. Para evaluar la inteligencia emocional de la muestra, se implementó la Trait Meta-Mood Scale-24 (TMMS-24), escala sobre rasgos de meta conocimiento y sobre estados emocionales de Salovey y Mayer (1990). Ésta mide, sobre todo, las destrezas con las que puede la persona ser conscientes de sus propias emociones, así como el poder saber cómo manejarlas y controlarlas. El instrumento estuvo integrado por 24 ítems, que proporcionaron un indicador de los niveles de inteligencia emocional. La escala estuvo compuesta por tres sub factores: atención a los propios sentimientos, claridad emocional y reparación de los estados de ánimo.

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El segundo instrumento utilizado fue el cuestionario llamado “Habilidades en el aula”, con el cual se buscó verificar las habilidades que implementan los profesores en el aula y el desarrollo de la inteligencia emocional mediante actividades que ayuden al alumno a llevarlo a cabo. El tercer instrumento diseñado fue el “Cuestionario para alumnos”, con el que se buscó detectar la percepción que los alumnos tienen sobre la relación con sus docentes. En el semestre regular de diciembre 2014 a enero 2015 se creó la plataforma digital para almacenar y clasificar los datos que se recabarían. Luego se desarrolló la investigación para medir y verificar con datos estadísticos la inteligencia emocional de los docentes y los alumnos para lo cual se aplicaron durante el semestre de febrero a julio de 2015 los cuestionarios ya diseñados. Se señaló a los alumnos, la voluntariedad, la finalidad del trabajo y el anonimato de los resultados individuales. En la cuarta parte, la fase cuantitativa del proceso, se analizaron e interpretaron los resultados, tomando en cuenta los factores principales de la inteligencia emocional para poder llegar a las conclusiones que se exponen en este escrito.

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Población y muestra La primera muestra se llevó a cabo con docentes del Instituto Tecnológico Superior de Monclova Ejército Mexicano, de todas las especialidades que se imparten en la misma. Y posteriormente se realizaron 299 encuestas a los alumnos de diferentes universidades y especialidades, la edad de los participantes se distribuía entre 17 y 25 años de edad hombres y mujeres.

Aunque hay ciertos detalles en cuanto a los tres factores de evaluación, en los cuales se tiene que trabajar. En la Tabla 1, 2 y 3 se observan las puntuaciones obtenidas en las distintas dimensiones evaluadas. Tabla 1. Puntuaciones totales obtenidas de la evaluación de la dimensión de atención emocional.

Las muestras se calcularon por parte de los alumnos de informática encargados de esta etapa, utilizando la calculadora de tamaño de muestras en línea Survey Monkey, con un nivel de confianza de 95%, en base a universos de 65 docentes y aproximadamente 3,500 alumnos respectivamente. Tomando como base la primera parte realizada, se consideró que la metodología más adecuada para realizar la siguiente etapa de la investigación era de tipo mixta; es decir, cuantitativa y cualitativa, usando datos estadísticos, observaciones, investigaciones de campo, entro otras. En esta última fase se empleó el mismo método; de igual manera, y de acuerdo a las encuestas realizadas en la fase anterior, se hicieron registros pertinentes y acordes a la investigación.

Tabla 2. Puntuaciones totales obtenidas en la muestra evaluada en la dimensión de claridad emocional.

Tipo de investigación En principio, se realizó una investigación documental para poder tener un marco referencial y así poder abordar de manera objetiva y con antecedentes válidos el proceso de elaboración de una prueba piloto para dimensionar los resultados.

Tabla 3. Puntuaciones totales obtenidas en la muestra evaluada en la dimensión de reparación emocional.

Enseguida, se elaboraron tres instrumentos de levantamiento de datos que se aplicaron primero a una muestra de 20 docentes del Instituto Tecnológico Superior de Monclova Ejército Mexicano, para posteriormente extender esa actividad a los alumnos de las universidades de la localidad, concluyendo con un análisis de los mismos, dando por resultado un tipo de investigación mixta que combina lo documental con el trabajo en el campo.

Resumen de resultados En las primeras etapas, se analizaron los resultados obtenidos mediante la prueba piloto aplicada a los docentes del ITSMEM, por lo que se pudo llegar a las siguientes conclusiones:

Es importante resaltar que, aunque el personal docente del ITSMEM tiene noción acerca de lo que es la educación emocional y su importancia en los procesos de enseñanza-aprendizaje, es necesario enriquecer su labor mediante herramientas que promuevan el desarrollo emocional de los estudiantes universitarios.

+Test Trait Meta-Mood Scale-24 (Anexo 1) Un 50% de las docentes y un 60% de los docentes, tienen un buen manejo de sus sentimientos y emociones; por ende, están arriba de la media en cuestiones de la inteligencia emocional.

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+ Cuestionario “Habilidades en el aula” (Anexo 2) De acuerdo a la información presentada en la Tabla 4, se puede determinar que la mayoría de los docentes del ITSMEM valoran varias posibles soluciones cuando se presenta un problema de tipo emocional en el aula. Para poder evaluar los resultados de este cuestionario, relacionado con las habilidades que desarrollan e implementan los profesores en el aula con los alumnos, se tomaron tres parámetros, separando los rangos de puntaje y poniendo una descripción del estado en el que se encuentra conforme a la aplicación de la inteligencia emocional en el aula, claro está que es mediante las habilidades. Los parámetros son los siguientes: 1-20 puntos necesita fortalecer más las habilidades aplicadas en el aula. De 21-40 puntos tiene aplicación de habilidades de inteligencia emocional. De 41-60 puntos aplica de manera adecuada.

Tabla 4. Puntuaciones obtenidas en el cuestionario “Habilidades en el aula.

Se puede observar que en las mujeres que cuentan con edades que oscilan entre 29-44 años de edad, cuentan con un mínimo de 30 y un máximo de 49 puntos, esto quiere decir que ninguna de ellas está en el rango más bajo, el cual requiere fortalecer las habilidades en el aula. Un 60% de ellas se cuentan con la aplicación de actividades para el desarrollo de la inteligencia emocional, mientras que el 40% tiene una buena aplicación de las habilidades y manejan en una manera moderada la inteligencia emocional de sus alumnos; se puede dar por hecho que éstas profesoras tienen una buena inteligencia emocional. En el caso de los hombres, que cuentan con edades que oscilan entre 30-50 años de edad, tienen un mínimo de 30 y un máximo de 55 puntos; estos puntos indican que, al igual que las mujeres, no hay ningún hombre que esté en el rango de emergencia ósea el más bajo de las calificaciones. Con una diferencia muy notoria de las féminas, los hombres sólo un 20% de ellos tienen un adecuada aplicación de la inteligencia emocional, aunque solo falta trabajarlo un poco para lograr una buena proyección con su clase, y un 80% tiene una buena y adecuada, aplicación de las habilidades, lo cual indica que tienen mejor control de sus emociones en conjunto con su alumnado y existe un buen vínculo. Esto refleja interés y preocupación por el bienestar de sus estudiantes, lo cual evidencia empatía por parte del profesorado, al involucrarse y preocuparse por las vivencias emocionales de sus alumnos.

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Figura 1. Escala gráfica de la Tabla 4, puntuaciones obtenidas en el cuestionario “Habilidades en el aula”.

+ “Cuestionario para alumnos” (Anexo 3) Para poder evaluar los resultados de este cuestionario, relacionado con las actitudes que toma el alumno en cuanto a su desarrollo académico y emocional, se analizaron las preguntas individualmente y después se graficaron, para analizar las más relevantes, obteniendo los siguientes datos: El 41% de los alumnos afirma que su estado de ánimo cambia su forma de aprender en clase, seguido por un 23% que afirman que con frecuencia su estado de ánimo es vital para su aprendizaje, con lo que es posible afirmar que la manera de aprender sí se ve afectada o favorecida de acuerdo al estado de ánimo, una manera más concreta es asumir que su rendimiento escolar se ve afectado directamente por sus emociones (Figura 2).

Un total de 99 alumnos, lo que equivale a un 33% de los estudiantes encuestados, afirman que algunas veces los profesores brindan la confianza para ayudarlos a resolver sus problemas emocionales; con esto, se dice que los docentes muestran poca disposición en cuanto a ayudar a los alumnos a mejorar su estado de ánimo, ya que la escuela es la segunda casa del alumno y deberían poner más atención a este tema, puesto que como ya se comprobó, darse cuenta de cómo se siente el alumno emocionalmente y ayudarlo, puede mejorar de manera positiva su rendimiento. La información se obtiene de la pregunta 10 y se observa en la Figura 3.

Figura 3. Porcentajes totales obtenidos en la pregunta 10.

Figura 2. Porcentajes totales obtenidos en la pregunta 6.

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En el caso de la pregunta que cuestiona si los alumnos han faltado alguna vez a clase por tener algún problema emocional, los resultados muestran dos porcentajes similares: un 35% con la opción nunca y 32% con la opción siempre, esto nos muestra que algunos pueden controlar sus emociones, dejar sus problemas en casa e ir a clases; en cambio, otros no pueden y permiten que afecte su entorno. La información se presenta en la Figura 4.

esta nueva sociedad de la información y comunicación se corre el peligro que las relaciones interpersonales queden sustituidas por las tecnologías y esto puede provocar un aislamiento físico y emocional del individuo. Por otro lado, se destaca el papel fundamental que juegan los profesores, es decir, no solo deben de preocuparse por el desarrollo de las habilidades sociales y emocionales de sus alumnos, sino también por su propio desarrollo emocional y la aplicación de esas habilidades, ya que el desarrollo emocional debe tener un carácter participativo, debe ser flexible y adaptable. Con respecto a las implicaciones educativas, eminentes educadores modernos conceden más importancia a la inteligencia emocional en detrimento de la meramente intelectual o racional, destacando que para triunfar en la vida, no solo hay que poseer muchos conocimientos sino que es indispensable tener capacidad para establecer relaciones positivas con los demás, gozar de profunda autoestima, tener habilidades para superar las dificultades, valorar a las personas, no amilanarse ante los fracasos; en síntesis, hay que desarrollar la afectividad hacia los otros y, asimismo, saber manejar las propias emociones.

Figura 4. Porcentajes totales obtenidos en la pregunta 11.

Conclusiones Los resultados demuestran la importancia que tiene la inteligencia emocional en la vida de las personas para lograr un buen equilibrio, lograr control sobre las emociones, sentimientos y alcanzar la motivación personal. Un docente con un alto sentido de la inteligencia emocional sabrá interactuar con los demás, podrá trabajar en grupo, tolerará situaciones difíciles y controlará sus impulsos. El nivel de inteligencia emocional más alto en las mujeres se aprecia en la dimensión de atención emocional, mientras que las partidas más destacadas en el sexo masculino fueron las de claridad de sentimiento y reparación de las emociones. En general, los docente del ITSMEM tienen un nivel de inteligencia emocional que oscila entre el 85% a 93%, ya que desarrollan competencias y estrategias en cuanto a la toma de decisiones, solución de conflictos de manera creativa y exitosa, el trabajo eficiente en equipo tanto dentro como fuera del aula. Sus emociones positivas mejoran su bienestar y facilitan un ambiente que contribuye eficientemente al bienestar y la felicidad de los alumnos al igual que del ámbito educativo en general. La investigación realizada, permitió observar que el desarrollo emocional debe entenderse como un elemento fundamental para la persona; es decir, como una totalidad que abarca cuerpo, emociones, intelecto y espíritu. Sin embargo, sabemos que existen conflictos que afectan a los sentimientos, de tal forma que en ocasiones pueden producirse respuestas violentas incontroladas, pero en

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Este estudio impactó favorablemente en el instituto ya que a partir del mismo se acordó implementar estrategias de apoyo respecto a la inteligencia emocional de los alumnos en uno de los grupos de segundo semestre con la intención de abarcar en el ciclo agosto-diciembre del 2016 a todos los grupos de primer y tercer semestre dentro del programa institucional de tutorías con las estrategias que hayan rendido buenos resultados.

Recomendaciones Dado que los alumnos con motivación al logro, compromiso, perseverancia, iniciativa y optimismo son más exitosos en sus estudios y en general en lo que emprenden, además de que son fuentes de inspiración para las personas que están a su alrededor. Se sugiere que, para lograr una mayor efectividad y compenetración en su ámbito de competencia, las instituciones universitarias estén dispuestas a asumir nuevos compromisos encaminados a propiciar el desarrollo de la inteligencia emocional de sus alumnos.

¿Cómo? A modo de sugerencias:

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Que cada institución educativa de nivel superior cuente con su propio departamento de desarrollo del talento humano a través del manejo de la inteligencia emocional.

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Que haya apoyo institucional para la capacitación en inteligencia emocional, como en el caso del Instituto Tecnológico Nacional, que implementó el Mode lo Talento Emprendedor en todos los institutos del país.

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Que se incluyan estrategias de enseñanza-aprendizaje de habilidades de inteligencia emocional en las instrumentaciones didácticas de cada materia, para que el docente las considere en su planeación semestral.

Dentro del aula, los profesores podrían implementar estrategias encaminadas a:

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Propiciar en el alumno las actitudes de respeto, cooperación y libertad. Crear ambientes que propicien las habilidades emocionales y la solución de conflictos interpersonales. Lograr la libre exposición de experiencias personales. Desarrollar la empatía, entre otras.

Bibliografía

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Goleman, Daniel (1998). La Inteligencia Emocional. Editorial Litoarte, S.A de C.V.

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Castillo Aponte, José D. (2014). Gestión del Talento Humano, rescatado de: www. unitexto.net

+

Salovey, P. y Mayer, J. D. (1990). Emotional Intelligence. Imagination, Cognition, and Personality, 9 (3). Páginas: 185211. Rescatado de: www.unh.edu

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Rivas, Ariana (2012). Inteligencia Emocional y Clima Organizacional. Rescatado de: www.gestiopolis.com

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+

Publicaciones y Artículos Gestión del Talento Humano. Rescatado de: www.woeldwidetrainings.com

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Herrera, Jordan (2006). Inteligencia Emocional. Rescatado de: www.monografias.com

+

Escobar Torres, Jorge Gonzalo; Domínguez Hernández, Ania Allin y García Cruz, Rubén (2009). La Expresión Emocional en el Aula y su Relación con el Aprendizaje Significativo: Estudio Cualitativo en Alumnos de la Licenciatura en Psicología de la UAEH. Rescatado de: www.uaeh.edu.mx

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Molina de Colmenares, Nora (2002). Inteligencia Racional Versus Inteligencia Emocional: Implicaciones para la Educación Integral. Laurus,

¿Qué se lograría? Mucho, entre otras cosas:

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+ + + + +

Conocer cuáles son las emociones y reconocerlas en los demás. Clasificar sentimientos, estados de ánimo. Desarrollar la tolerancia a las frustraciones diarias. Adoptar una actitud positiva ante la vida. Prevenir conflictos interpersonales

Mejorar la calidad de vida escolar, familiar y comunitaria.

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Aprender a vivir y a servir con calidad.

8(14). Páginas: 61-70. Rescatado de: www.redalyc.org

+

Seo, Patricia (2011). La Mente Emocional Versus la Mente Racional. Rescatado de: www. emprendices.co

+

Leal, Alfonso (2011). Antecedentes de la Inteligencia Emocional. Rescatado de: www. csicsif.es

+

Zerón Félix, Mariana; Mendoza Cavazos, Guillermo y Hernández Rodríguez, Abigail (2009). El Desarrollo de la Inteligencia Emocional en el Profesionista del Mañana, 1(9). Rescatado de: www.eumed.net

+

Martínez Ferreira, Matías (2007). Importancia de la Inteligencia Emocional en la Empresa. Rescatado de: www. gestiopolis.com

+

Salazar, Mirian (2009). Estrategias en la Formación del Talento Humano. Rescatado de www.gestiopolis.com

+

Jadue, Gladys (2002). Factores Psicológicos que Predisponen al Bajo Rendimiento Escolar. Rescatado de: mingaonline.uach.cl

+

Fernández Berrocal, Pablo (2008). La Inteligencia Emocional en la Educación. Rescatado de: www.redalyc.com

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Caballero, Rosario; Ruiz Aranda, Desiree y Fernández Berrocal, Pablo (2010). Docentes Emocionalmente Inteligentes. Rescatado de: www. redalyc.org

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Anexos

Anexo 1

Test “Habilidades en el aula”

Test de autoconocimiento “TMMS-24”

Anexo 2

Anexo 3

“Cuestionario para alumnos”

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P R O P U E S TA D E M E J O R A M I E N T O C O N T I N U O PA R A E L

DISEÑO y CONSTRUCCIÓN D E U N A E S TA C I Ó N D E T R A B A J O PA R A E L R A M O INDUSTRIAL EN UNA INSTITUCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

Ing. Francisco Alexander Rincón-Molina1 y Dr. Reiner Rincón-Rosales2

1 Departamento de Posgrado. Universidad Valle de México, Blvd. Los Castillos #375, Fracc. Montes Azules, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México, C.P. 29050.

2 División de Estudios de Posgrado e Investigación, Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez, Carretera Panamericana Km. 1080. Tuxtla Gutiérrez, Chiapas. C.P. 29050.

Enviado: 14 de marzo de 2016 Aceptado: 29 de mayo de 2016

francisco.rincon@uvmnet.edu.

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Resumen: Hoy en día, las empresas justifican la utilización de las estrategias de calidad y eficiencia para mantenerse en un mercado cada vez más competitivo en el que, a través de utilizar determinadas técnicas de estudios de ergonomía, 5’S e ingeniería de métodos, es posible modificar los resultados de eficiencia de un proceso, lo cual permite mejorar, así como modificar y eliminar las causas que hacen que un proceso no sea realmente funcional. El diseño y construcción de una estación de trabajo piloto en la Universidad del Valle de México (UVM), permite la aplicación práctica y difusión de las carreras de Ingeniería Industrial, Tecnologías de Manufactura y Negocios, ya que estos elementos sirven como guía o muestra de la forma cómo la ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía permiten mejorar un proceso industrial; es decir, un proceso que anteriormente era considerado como ineficiente y que a través de la aplicación de estas técnicas se pueda lograr optimizarlo.

+

Palabras clave: Ergonomía, ingeniería de métodos y filosofía 5’S.

A b s t r a c t : Today companies justify the use of strategies to maintain quality and efficiency in an increasingly competitive market, in which through certain techniques used ergonomics studies, 5’S and engineering methods, we can modify the results of efficiency of a process which improves and modify and eliminate the causes that make a process is not really functional. The design and construction of a pilot station work at Universidad del Valle de México (UVM), allows the practice and dissemination applying the careers of Industrial Engineering and Manufacturing Technologies and Businesses, as it serves as a guide or sample of how the techniques of engineering methods, 5’S and Ergonomics allow to improve an industrial process, i.e, a process which was previously considered inefficient and through the application of these techniques can achieve optimize it.

+ Keywords: Ergonomics, methods engineering and 5’S philosophy.

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Introducción Las estrategias de calidad y eficiencia permiten a las empresas mantenerse en un mercado que cada vez se ha vuelto más competitivo, en donde la productividad es un elemento clave. Asimismo, las empresas eficientes crecen y sobreviven, a diferencia de las que no lo son. Una empresa que es capaz de lograr sus objetivos es una empresa eficaz, es decir, sí logra utilizar sus recursos de la mejor manera posible. La eficiencia requiere el compromiso y el esfuerzo de todos los trabajadores de una empresa, para poder lograr un trabajo bien hecho. Las empresas eficientes son capaces de satisfacer tanto los requerimientos de sus clientes como de sus propios trabajadores (Mondelo, 1994), además de promover su crecimiento y constante capacitación. A través del diseño y construcción de una estación piloto en sistemas educativos, el alumno puede adquirir las competencias básicas para el diseño de estaciones a nivel industrial. En esta investigación, se pretende probar la hipótesis referente a que “la aplicación de los principios de ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía, aumentará la eficiencia y productividad de una estación de trabajo en una Institución de Educación Superior”. Asimismo, el diseño y construcción de una estación modelo para el ramo industrial permitirá determinar la forma en que los principios de ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía influyen significativamente en la eficiencia de un proceso de producción.

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Ingeniería de métodos La ingeniería de métodos se puede definir como el conjunto de procedimientos sistemáticos de las operaciones actuales para introducir mejoras que faciliten más la realización del trabajo, y permita que éste sea hecho en el menor tiempo posible y con una menor inversión por unidad producida (Niebel y Freivalds, 2009). Los analistas de métodos utilizan el análisis de operaciones para estudiar todos los elementos productivos y no productivos de una operación, incrementar la productividad por unidad de tiempo y reducir los costos unitarios con el fin de conservar o mejorar la calidad. Cuando se utiliza adecuadamente, el análisis de métodos se desarrolla un mejor método para hacer el trabajo mediante la simplificación de procedimientos operativos y manejo de materiales, y la utilización del equipo de una manera más eficaz. Por lo tanto, las compañías pueden incrementar la producción y reducir los costos unitarios, garantizar la calidad, reducir la mano de obra defectuosa, incrementar el entusiasmo del operador a través de las mejoras de las condiciones de trabajo, la minimización de la fatiga y la obtención de los salarios más atractivos, a través de un Kaizen. Según (López Saldarriaga, 2010), Kaizen es una palabra japonesa que encierra la filosofía de la mejora continua enfocada a todos los aspectos de la vida; sin embargo, en esta investigación, se tratará sobre el impacto que este enfoque de mejora continua puede lograr en la eficiencia de una estación de trabajo.

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Ergonomía

+

La ergonomía es el estudio del trabajo en relación con el medio ambiente o del entorno donde se lleva a cabo, busca la manera de que el lugar se adapte al trabajador y no que el trabajador se tenga que adaptar al lugar o puesto de trabajo. Esta técnica se utiliza para adaptar herramientas, equipos o lugares de trabajo, con el objeto de reducir la fatiga y la tensión, los cuales representan problemas de salud, lesión y accidentes.

Shitsuke/Sostener: Se refiere al mantenimiento de los estándares; de esta forma, se asegura que el sistema se mantenga y no se regrese a las prácticas anteriores.

Una forma de aprender en español la filosofía 5’S y que resulta más práctico de recordar es con la palabra DALIO: D (disciplina), A (acomodo), L (limpieza), I (impecable) y O (ordenado), esto facilita la educación a los operarios.

Según Mondelo (1994), una primera aproximación a la ergonomía colocaría a ésta en la posición de estudio del ser humano en su ambiente laboral, lo que permitiría pensar en la ergonomía como en una técnica de aplicación en la fase de conceptualización de proyectos (ergonomía de concepción o preventiva), o como una técnica de rediseño para la mejora y optimización (ergonomía correctiva).

Filosofía de la calidad 5’S Según Krajewski, Ritzman y Malhotra, (2008), es una metodología para organizar, limpiar, desarrollar y sostener un entorno de trabajo productivo. Representa cinco términos relacionados, que en inglés y japonés empiezan con S. Estos términos describen prácticas en el lugar de trabajo que propician los controles visuales y la producción esbelta. Estas cinco prácticas de separar, ordenar, limpiar, estandarizar y sostener se aplican sistemáticamente para lograr sistemas esbeltos; la implementación de las prácticas 5’S puede abatir los costos, mejorar las entregas puntuales y aumentar la productividad y la calidad de los productos, además de promover un entorno de trabajo seguro Las 5’S, entonces, están basadas en cinco palabras en japonés que comienzan por la letra S:

+

+

+

+

Seiri/Clasificar: Se debe mantener únicamente lo necesario en el puesto de trabajo, el resto debe ser removido. Seiton/Ordenar: Una vez se han definido los elementos o herramientas necesarias para el trabajo, éstas deben ser ordenadas e identificadas de manera que sean de fácil acceso y uso. Seiso/Limpiar: El área y lugar de trabajo debe mantenerse limpio para mantener un alto desempeño. Seiketsu/Estandarizar: Eliminar las causas de la suciedad y el desorden y hacer un estándar de las tres primeras S.

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Situación actual de la industria

+

Correlacional:

A través del diseño y construcción de una estación piloto industrial, se pretende ver el grado de correlación de los resultados alcanzados en cuanto al incremento de la eficiencia del proceso industrial, en función de las herramientas o técnicas implementadas de ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía.

Falta de eficiencia en los procesos de producción.

Variable dependiente: Eficiencia del proceso de producción.

Falta de estabilidad emocional del operario debido a la falta de confort de la estación de trabajo.

Variable independientes: Ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía.

3.

Enfoque deficiente en cuanto a la cultura de 5’S.

Actualmente las empresas se encuentran en un ambiente cada vez más globalizado, en donde la única manera de competir es a través de ofrecer productos con mejor calidad, eficiencia y productividad para poder sobresalir entre los demás. Las empresas se enfrentan a un problema muy fuerte respecto a:

1. 2.

De ahí la importancia de poner en práctica ciertas técnicas de ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía como estrategias que podrían dar respuesta a todos estos problemas.

+

Explicativo: Se pretender explicar el grado de alcance de la eficiencia de la estación piloto, como resultado dependiente de las técnicas de ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía.

+

Causa: Aplicación de las técnicas de ingeniería

+

Efecto: Eficiencia de la estación piloto.

Hipótesis La hipótesis que se probó fue: “la aplicación de técnicas como la ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía aumentan la eficiencia en los procesos de producción”.

+ Variable dependiente: Eficiencia en los procesos de producción.

+ Variable independientes: Ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía.

de métodos, 5’S y ergonomía.

Instrumentos de investigación Para la realización de esta investigación se utilizaron varios instrumentos de medición que permitieron realizar un diagnóstico de la situación actual de un proceso de producción; para este caso se utilizó como producto modelo: Multicontactos con dos conectores trifásicos (Figura 1).

{

La pregunta de investigación y/o supuestos de investigación fueron:

¿A través de la puesta en práctica de los principios de ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía, se aumentará la eficiencia de una estación de trabajo?

Alcance El alcance de esta investigación es:

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Figura 1. Multicontactos con dos conectores trifásicos.

Una de las principales herramientas que se utiliza es la observación y ésta es importante, ya que a través de observar es posible analizar cómo se realiza el proceso de producción actual a la hora de fabricar multicontactos para poder encontrar elementos que no agregan valor al trabajo, eliminarlos y al mismo tiempo empezar a proponer el diseño óptimo para la realización de este producto.

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Dentro de los principales instrumentos que se utilizan estan:

1.

Formato de toma de tiempos.

2.

Formato de Problema – Causa – Contramedida (PCC).

3.

Short Kaizen.

4.

Para el diagnóstico de la situación actual del proceso de producción que tenía antes del diseño de la estación de trabajo, se procedió a realizar un estudio de tiempos y movimientos a través del uso de un formato establecido para tal estudio, como lo muestra la Figura 2.

Formato para evaluar la eficiencia ergonómica de una estación de trabajo.

+

El Formato de toma de tiempos. Este formato permite realizar un estudio de tiempos y movimientos, registrando 10 muestras de toma tiempos por cada elemento de trabajo, arrojando al final su tiempo máximo, mínimo y su fluctuación (diferencia del tiempo mayor menos el menor) de un proceso de producción; asimismo, permite calcular el Takt time (máximo de tiempo disponible para cumplir los requerimientos del cliente) y esto permitirá tener un diagnóstico de la situación actual del proceso de producción.

+

El formato de Problema – Causa - Contramedida. Este formato permite analizar los problemas que se presentan

en el diagnóstico de la situación actual de un proceso de producción, mediante la explicación detallada del problema, así como identificar sus causas posibles, proponer las acciones remediales y preventivas a realizar para eliminar y prevenir una situación futura del problema.

+

El formato de Short Kaizen. Conocido también como mejora rápida o corta, en este formato se presenta los resultados del antes y después de implementar las acciones que dan como resultado una mejora rápida en el proceso de producción, así como el tiempo empleado en su aplicación y los beneficios obtenidos.

Análisis de resultados El método de investigación utilizado fue el de la ingeniería de métodos, el cual inicia con la observación de la situación actual del proceso de producción, para posteriormente realizar un desglose de la secuencia de los elementos de trabajo para poder analizarlos a través del estudio de tiempos y movimientos, para luego identificar, explicar las causas y aplicar las contramedidas necesarias para eliminar todos aquellos elementos de trabajo que no agreguen valor al producto; es en este punto donde se lleva a cabo el diseño de la nueva estación de trabajo para poder aplicar las mejoras rápidas y eliminar los llamados mudas (elementos de trabajo basura), para luego pasar a la última etapa que es la evaluación de la efectividad, a través de realizar una toma de tiempos para verificar que se cumple la meta de producción, así como un incremento de la misma y una encuesta cualitativa que se le aplica al operario para que evalúe la eficiencia de la nueva estación.

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3.

No se especifica las áreas de trabajo en la estación, lo cual impide que se siga un estándar en el proceso de producción.

4.

No existe un lugar específico e identificado de dónde colocar el atornillador, por lo cual el operario lo puede dejar en cualquier parte de su mesa de trabajo.

5.

Posición incómoda e insegura a la hora de montar los contactos a la chalupa o caja, debido a que el operario ocupa únicamente una sola mano, ya que la otra lo ocupa para sostener la chalupa, realizando así un movimiento innecesario.

6.

Operario no sigue un estándar, puesto que no tiene definida una instrucción de trabajo en la estación. Una vez analizado todas las causas de ineficiencia del proceso de producción, se procedió a realizar el diseño de la nueva estación de trabajo, guiándose de las técnicas de ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía, como se muestra a continuación:

Figura 2. Tabla de estudio de tiempos del proceso de producción, antes del diseño de la estación de trabajo.

La toma de tiempos del antes arroja como resultado que el tiempo mínimo de ciclo en que se termina una pieza es de 42.7 segundos, un tiempo máximo de 70.6 segundos y una variación de 27.9 segundos; tomando el tiempo máximo, arroja un estimado de 51 piezas por hora, el requerimiento de piezas por hora es de 80 piezas, lo cual indica un atraso de 29 piezas que representa un 36.3% de atraso final por hora (Figura 3).

Figura 4. Propuesta del diseño de la estación de trabajo.

Figura 3. Gráfica de banda del porcentaje de producción antes del diseño de la estación de trabajo.

Dentro de los problemas encontrados en la estación actual de trabajo antes de aplicar los conceptos de ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía, se encuentran:

1.

Tiempo excesivo en buscar y alcanzar los materiales, causado porque no existe un orden, ya que la estación de trabajo no contaba con bandejas identificadas para poder colocar el material a utilizar.

2.

Posición incómoda del operario, debido a que tiene que adoptar una postura encorvada porque la altura de su mesa de trabajo está 60 centímetros y esto puede provocarle dolor de espalda.

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Figura 5. Estación de trabajo piloto para producir multicontactos.

En la Figura 4 y 5 es posible ver la estación de trabajo piloto para fabricar multicontactos, la cual ya cuenta con todo lo necesario para poder trabajar, aplicando las técnicas de ingeniería de métodos, ergonomía y 5’S, lográndose de esta manera que este proceso sea más eficiente. En la toma de tiempos del después, arrojó como resultado un cumplimiento del 100% de la meta de producción de 80 piezas, incluso superándola en 11 unidades; además, se logró mejorar el confort y la seguridad del operario. Como se puede ver el impacto que tiene esta estación de trabajo piloto es significativo conforme a la meta deseada de producción, ya que permite al operario realizar su operación de manera adecuada logrando un 113.75% de eficiencia en el cumplimiento de la misma, como se observa en la Figura 6.

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Bibliografía

+

Krajewski, L. J., Ritzman, L. P., y Malhotra, M. K. (2008). Administración de Operaciones. Procesos y Cadena de Valor. México: Pearson Educación. ISBN # 9789702612179.

+

Mondelo, P. R. (1994). Ergonomía 1. Fundamentos. México: Mutua Universal. ISBN # 9788483014813.

+

Figura 6. Gráfica comparativa de banda de la eficiencia, antes y después del proceso de producción, una vez implementada la nueva estación de trabajo.

Con estos resultados se puede dar respuesta a la hipótesis anteriormente planteada: “la aplicación de técnicas como la ingeniería de métodos, 5’S y ergonomía aumentan la eficiencia en los procesos de producción”. Por lo anterior, una vez validado los resultados, se concluye que se logró el objetivo deseado de mejorar y aumentar la eficiencia en el proceso de producción de multicontactos en la estación piloto para esta Institución de Educación Superior.

Niebel, B., y Freivalds, A. (2009). Ingeniería Industrial; Métodos Estándares y Diseño del Trabajo. México: Mc Graw Hill. ISBN # 9781615022441.

+

López Saldarriaga, J. (2010). Kaizen: Filosofía de mejora continua. El caso Facusa. Ingeniería Industrial, 41-57.

Conclusión La ingeniería de métodos juega un papel importante en el análisis de un proceso de producción y en este trabajo se logró comprobar que, al aplicar el estudio de movimiento y tiempos, brinda ayuda para analizar los elementos que no agregan valor al producto, así como identificar posiciones inadecuados del operario y al mismo tiempo incentiva a la aplicación de mejoras rápidas en cuanto al diseño de la estación de trabajo. El análisis de toma de tiempos permitió determinar que la manera como actualmente se fabrican los multicontactos no es la adecuada, ya que se espera tener, en promedio, un atraso de 29 a 30 piezas por hora de una meta de producción de 80 unidades por hora, lo cual perjudica la eficiencia del trabajo del operario; no solo este factor, si no también se descuida la parte ergonómica y la filosofía de las 5’S, por lo que el diseño de la nueva estación de trabajo piloto en la Universidad del Valle de México ayuda significativamente a incrementar la eficiencia de la producción, incluso superándolo en un 13.75%.

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DESARROLLO DE APLICACIÓN

para LA VERIFICACIÓN DE

medidores DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN APP INVENTOR

M.C. Sergio Quiroga Labastida1

Universidad Tecnológica de Morelia, Avenida Vicepresidente Pino Suárez #750 C.D. Industrial Morelia, Michoacán, México, C.P. 58200. 1

Enviado: 29 de marzo de 2016 Aceptado: 9 de junio de 2016

sergio.quiroga@cfe.gob.mx

Resumen: El presente artículo describe el desarrollo, la implementación, el uso y la justificación de una aplicación programada mediante la plataforma App Inventor, que permita utilizar un dispositivo tipo tablet o Smartphone, con Sistema Operativo Android, y que permita hacer una verificación rápida del porcentaje de error aproximado en la registro de un medidor de energía eléctrica, por medio de los datos de placa del medidor y la medición del tiempo de integración de energía eléctrica, el cual es señalizado por el medidor mediante el conteo de revoluciones indicadas por el paso de la mancha en el canto del disco o el tiempo entre destellos del led indicador correspondiente y la comparación, sea con una carga conocida por datos de placa, o la medición de corriente-voltaje y el correspondiente cálculo de potencia.

+

Palabras clave: Medidor, verificación, Sistema Operativo Android, App Inventor y watthorimetro.

A b s t r a c t : This article describes the development, implementation, use and justification of an application program by the inventor app platform that allows use a tablet or smart phone type device that handles the android operating system, and allow us to make a quick check of the approximate percentage of error recording a power meter through data plate meter, and time measurement integration of electricity, which is indicated by the meter by counting revolutions indicated by step stain on the edge of the disc or the time between flashes of the LED corresponding indicator and comparison, with either a known load data plate or measuring current and voltage and the corresponding power calculation.

+ Keywords: Meter, verification, android operating system, app inventor and watthourmeter.

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Introducción El nivel de electrificación en México es del orden del 98% por lo tanto, los medidores de energía eléctrica son parte constante del panorama urbano y rural, en casi la totalidad de hogares y negocios existe algún instrumento de este tipo; adicionalmente, como parte de las estrategias para el ahorro y control de la energía consumida en nuestros hogares y negocios, es importante asegurar primeramente que la energía consumida está bien medida, es por esta razón que una herramienta barata, portátil y fácil de usar sería de utilidad para la verificación del medidor y complementar un diagnóstico energético adecuado (CFE-DM30001-0).

Por el otro lado, los medidores electrónicos funcionan digitalizando las señales de voltaje y corriente y calculando la potencia y la energía por medio de operaciones de matemática discreta, ejecutadas por el microprocesador que opera y dirige todas las funciones del medidor, exhibiendo directamente energía en la pantalla del medidor (Aguilar Mercado, 1987). La Figura 3 despliega el funcionamiento del medidor electrónico.

Medidores de energía eléctrica y su funcionamiento

Figura 1. Medidor de energía eléctrica electromecánico (izquierda) y electrónico (derecha).

Actualmente, conviven dos tecnologías en estos equipos; los medidores electromecánicos y los medidores electrónicos (Figura 1); adicionalmente a esta clasificación, los medidores se pueden subclasificar en monofásicos, bifásicos y trifásicos, dependiendo de la alimentación que tenga contratado el usuario. Los medidores electromecánicos basan su funcionamiento en el hecho de convertir a su equivalente de campo magnético, la señal de corriente y la de voltaje que alimentan a la carga del cliente, mediante bobinas de corriente y voltaje montadas en un estator, el cual induce en un disco rotativo corrientes que generan un torque proporcional a la potencia suministrada, la cual es integrada en el tiempo por medio del conteo de las revoluciones y la indicación de energía consumida mediante la diferencia de lecturas, indicadas por manecillas en diales acoplados mecánicamente con el eje rotativo del disco (Figura 2).

Figura 2. Esquema del funcionamiento del medidor electromecánico.

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Figura 3. Esquema del funcionamiento del medidor electrónico.

Especificaciones de los medidores de energía eléctrica Cuando un instrumento de medición interviene en una transacción comercial, debe de cumplir con ciertos requisitos por ser parte de la metrología legal; en este caso como lo mandata el Artículo 17 de la Ley Federal de Metrología y Normalización, que nos habla de su calibración y, en su caso el ajuste y del cumplimiento con su clase de exactitud, especificada en una Norma Oficial Mexicana (NOM), para el caso de los medidores electromecánicos la NOM que aplica es la NOM-044-SCFI-2008, y en el caso de los medidores electrónicos la NOM que aplica es la NOM-127SCFI-1999, dentro de estos documentos de carácter oficial y de cumplimiento obligatorio, están establecidas las características técnicas de los equipos, así como los métodos de prueba que incluyen los puntos donde se deben de calibrar y sus clases de exactitud a cumplir, por lo que para el fin de este artículo, resumiremos en la Tabla 1 dichas clases de exactitud esperadas, y lo que éstas representan. Por ejemplo, en caso de los medidores electromecánicos, si se le inyectara 100Wh de energía a la carga, y el medidor midiera 98Wh o 102Wh, estaría dentro del error tolerado; en el caso del medidor electrónico, si el medidor midiera 99.5Wh o 100.5Wh, estaría cumpliendo con el error tolerado (DOF 24/08/2012). Tabla 1. Clases de exactitud esperadas en medidores de energía eléctrica (error máximo tolerado).

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Pruebas a medidores de energía eléctrica Para aclarar el fin de la aplicación desarrollada habrá primero que aclarar algunos conceptos que suelen usarse como sinónimos aun cuando no lo son:

Calibración:

Proceso de comparar los valores obtenidos por un instrumento de medición con la medida correspondiente de un patrón de referencia (o estándar). Según la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, la calibración es una operación que, bajo condiciones específicas, establece en una primera etapa una relación entre los valores y las incertidumbres de medida provistas por estándares e indicaciones correspondientes con las incertidumbres de medida asociadas y, en un segundo paso, usa esta información para establecer una relación para obtener un resultado de la medida a partir de una indicación.

Ajuste:

Es un conjunto de operaciones realizadas sobre un sistema de medida para que proporcione indicaciones prescritas, correspondientes a valores dados de la magnitud a medir. En otras palabras, ajuste implica mover tornillos, ajustar potenciómetros, quitar y colocar agujas de medición o configurar el equipo mediante un software de ajuste para que el instrumento mida lo más cercano al valor de medición del patrón de referencia.

Verificación:

Es el procedimiento de comprobación de algo. En un sentido general, estamos verificando información, datos y procesos de manera muy habitual. En el manejo de utensilios, se realiza para saber si funcionan correctamente. La verificación es una práctica cotidiana y permite tener un grado de certeza elevado sobre la situación de algo (CFE-MED-7005).

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La aplicación que se ha desarrollado e implementado se encuentra orientada y enmarcada en la parte de la verificación, es decir, se verificará que el medidor se encuentre dentro de parámetros esperados de registro; obviamente, una calibración tiene un peso documental y legal mayor, por ser un procedimiento metrológico adecuado para obtener valores de error del instrumento con alta precisión y exactitud, así como trazabilidad y las incertidumbres correspondientes, pero asimismo su coste es mucho mayor, por los equipos y personal involucrado (CFE-MED-7004). Para llevar a cabo una verificación del medidor por medio de una prueba de cronometro, se utiliza la constante de integración del medidor, llamada Kh, dada en Watthoras por revolución o Watthoras por pulso, que es un dato de placa del medidor y que señaliza el valor de energía integrado por el medidor en el tiempo que le toma dar una revolución o un intervalo indicado entre destellos del Led con una cierta potencia demandada por la carga del usuario; también, la medición del tiempo que le llevó al medidor dar un cierto número de revoluciones o pulsos y con esto calcular la carga que está conectada, para ilustrar esto, véase el siguiente ejemplo: Sea un medidor cuya Kh es de 1 Wh/revolución, se le tomó el tiempo que tardó en dar una revolución y fueron 59 segundos. Sea entonces:

Y con el dato de la potencia calculada se comparará sea con el dato de placa de la carga conectada o con una medición de voltaje y corriente, con el cálculo de la potencia presente y se estima el porcentaje de error en la registración del medidor con la siguiente fórmula: Porcentaje de error = ((Potencia calculada – Potencia de Placa)/ (Potencia de Placa))*100 Si la carga hubiera sido un foco de 60W, el porcentaje de error sería: Porcentaje de error = ((61.017W-60W)/ (60W))*100 = 1.69%

Finalmente, el criterio de aceptación de la prueba puede ser entre el 10% y 15 % de error, ya que al tratarse de una verificación, no tiene la precisión necesaria para determinar si el medidor cumple o no con la norma, esto debido a varias fuentes de error presentes, como el error de dedo; es decir, el retraso de tiempo entre presión de arranque y paro, las variaciones en el voltaje ocasionarían una variación de la potencia de placa o de la potencia presente, sin embargo, es una primera aproximación. Si el error después de repetir la prueba fuera persistentemente mayor del 15%, lo correcto sería solicitar una calibración del medidor para asegurar si el cumplimiento con su clase de exactitud.

1 Wh/rev * 1 rev/59 s = 1 Wh/rev * 1 rev/ (59s*1 h/3600s) = 61.017 W

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Implementación en App Inventor Google App Inventor es una plataforma de Google Labs para crear aplicaciones de software para el Sistema Operativo Android. De forma visual y a partir de un conjunto de herramientas básicas, el usuario puede ir enlazando una serie de bloques para crear la aplicación. El sistema es gratuito y se puede descargar fácilmente de la web. Las aplicaciones fruto de App Inventor están limitadas por su simplicidad, aunque permiten cubrir un gran número de necesidades básicas en un dispositivo móvil (Sierra, 2014).

El editor de bloques de la plataforma App Inventor, utiliza la librería Open Blocks de Java para crear un lenguaje visual a partir de bloques. Estas librerías están distribuidas por Massachusetts Institute of Technology (MIT) bajo su licencia libre (MIT License). El compilador que traduce el lenguaje visual de los bloques para la aplicación en Android utiliza Kawa como lenguaje de programación, distribuido como parte del sistema operativo GNU de la Free Software Foundation.

La plataforma se puso a disposición del público el 12 de julio de 2010 y está dirigida a personas que no están familiarizadas con la programación informática. En la creación de App Inventor, Google se basó en investigaciones previas significativas en informática educativa.

App Inventor pueden tener su primera aplicación en funcionamiento en una hora o menos, y se pueden programar aplicaciones más complejas en mucho menos tiempo que con los lenguajes más tradicionales, basados en texto.

Figura 4. Vista de diseño del App Inventor.

Figura 5. Vista de programación a bloques del App Inventor. Revista Científica

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Así, el algoritmo antes explicado se programó en bloques y se generó el archivo APK para su instalación en un Smartphone o tableta con sistema android; en la Figura 4, se puede apreciar la vista de diseño, y en la Figura 5 se puede apreciar la vista de programación a bloques.

Figura 7. Distribución de los errores encontrados en la prueba de la app.

El funcionamiento de la app corriendo en una tablet, tanto junto con un medidor (lado izquierdo), como un zoom a la app (lado derecho), se puede apreciar en la Figura 8.

Figura 6. Desarrollo de CFE de una aplicación similar en App Inventor.

Cabe mencionar que como se puede apreciar en la Figura 6, existen más desarrollos de aplicaciones similares, en este caso en playstore, dado lo accesible de la herramienta app inventor. Figura 8. App funcionando y resultado de prueba.

Conclusión Finalmente, la app se puso a prueba verificando una muestra de medidores a diferentes condiciones de carga, con 80 grados de libertad y con un nivel de confianza de k=2, con aproximadamente el 95% de nivel de confianza y con resultados satisfactorios en cuanto a los errores obtenidos con un promedio de y una desviación estándar de y distribuidos de manera normal, dentro del intervalo esperado del ± 10% de error en la registración, como se pude apreciar en la Figura 7.

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Como conclusiones del desarrollo de la aplicación, se puede apreciar la importancia de utilizar herramientas tecnológicas de vanguardia como el App Inventor, que aun limitado su alcance en cuanto a lo básico de las aplicaciones, pude ser la puerta para desarrollos con mayores alcances y como un complemento ideal de casi cualquier proyecto dada la gran presencia de dispositivos con Android, así como su hacerlo interactuar con otras tecnologías abiertas y en pleno auge, como el arduino.

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Bibliografía

+

CFE-DM30001-01 Medición de Energía. CENAC. Comisión Federal de Electricidad, Edición Junio 2008.

+

CFE-MED-7004 - Procedimiento para el Desarrollo del Programa de Pruebas Externas e Internas. Comisión Federal de Electricidad, Edición Mayo 2002.

+

CFE-MED-7005 Pruebas a Equipos de Medición. Comisión Federal de Electricidad, 1994.

+

DOF 24/08/2012 – Ley de Servicio Público de Energía Eléctrica. Diario Oficial de la Federación, 2012.

+

Aguilar Mercado, Roberto (1987). “El Watthorimetro”. Editorial Limusa‐Noriega. México. ISBN-10 # 9681824555 / ISBN-13 # 9789681824556.

+

Sierra, Alberto (2014). “Aprendiendo App Inventor”. Editorial Bohodon. México. ISBN-13 # 9788415976233.

+

Capítulo 100-Distribución. Reglamento de Seguridad e Higiene de CFE. Comisión Federal de Electricidad, 2002.

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propuesta de administraciÓN DE

almacén e n u n a P y M E a T r a v é s d e E R P, R F I D y W M S

Ing. Dagmar Jiménez Santiago1, M.C. Vicente Figueroa Fernández 2 y Dr. Miguel Ángel Morua Ramírez3

1 Instituto Tecnológico de Tláhuac III, Avenida General Leandro Valle, 1088, Colonia Villa Centroamericana, C.P. 13210.

2 Instituto Tecnológico de Celaya, Avenida García Cubas, 600.

3 Instituto Tecnológico de Tláhuac III, Avenida General Leandro Valle, 1088, Colonia Villa Centroamericana, C.P. 13210.

Enviado: 6 de abril de 2016 Aceptado: 30 de mayo de 2016

djimenezs4@hotmail.com vicente.figueroa@itcelaya.edu.mx miguel.angel.morua@gmail.com

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R e s u m e n : El objetivo de este artículo es proponer un sistema de administración de almacén en una Pequeña y Mediana Empresa (PyME) en base a la planificación de los recursos de la empresa (ERP), sistema de gestión de almecenes (WMS) y tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID), con la finalidad de que permita optimizar los recursos e incrementar el servicio al cliente; a través de esta propuesta, se busca integrar el sistema de planificación de la producción e inventarios, con el sistema de almacenes inteligentes, y solucionar desde la perspectiva de la administración de las operaciones la administración empírica, la falta de tecnología y satisfacción del cliente, que hacen muy difícil su supervivencia ante la competencia natural de las mismas y es un fuerte obstáculo para su crecimiento.

+

Palabras clave: Inventarios, ERP, RFID, WMS, almacenes inteligentes y PyMES.

A b s t r a c t : In this paper propose a system of production management and inventory in a Small and Medium Enterprises (SMEs) based on the enterprise resource planning (ERP), intelligent warehouse (WMS) and technology of Radio Frequency Identification (RFID), in order to so as to optimize resources and increase customer service, through this proposal seeks to integrate the system of production planning and inventory system with intelligent warehouses and resolve from the perspective of the Administration Operations; empirical management, lack of technology and customer satisfaction, which make it very difficult to survive with the natural competition of them and is a major obstacle for growth.

+ Keywords: Inventories, ERP, RFID, WMS, intelligent warehouse and SMEs.

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Introducción Las PyMEs se identifican porque la responsabilidad de las funciones de planeación estratégica, producción, administración de personal y ventas, recae en una sola persona con poca especialización. La administración de producción, entonces, no se reduce a optimizar cada paso de la producción, sino que requiere una acción integral que responda a circunstancias cambiantes del mercado, que logre una eficiencia global creciente, reduciendo la demora entre desarrollo y manufactura de nuevos productos (Chapman, 2006). Los principales proveedores de planificación de los recursos de la empresa (ERP) han desarrollado estrategias de ventas para brindar los servicios de sus sistemas segmentando el mercado en diversos módulos que integren las diferentes áreas de la empresa, y a la vez sirvan de vínculo entre las operaciones y la administración propia de la organización. Un sistema ERP es una herramienta que brinda bastantes beneficios al momento de administrar y operar una empresa, ya que permite integrar, automatizar y controlar los procesos de negocio, en el marco de la estrategia de la organización. En la actualidad, con la llegada del internet, ha revolucionado el uso del software ERP, y específicamente en los últimos cinco años el concepto de la Nube o Cloud ha contribuido en gran medida a que estos sistemas ERP se alojen en la nube como un Software as a Service (SaaS), que consiste en regalar las licencias del software, pero cobran el mantenimiento, alojamiento de archivos y acceso; esto ha permitido que los ERP sean más baratos y accesibles a las PyMEs. Los ERP en modo alquiler progresarán año tras año hasta superar las soluciones principales de un ERP; para poder trabajar cómodamente en las PyMEs, deben contar con un ancho de banda suficientemente grande, lo cual sería una desventaja en nuestro país, debido al poco desarrollo tecnológico y al no contar con acceso a internet de calidad. La tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID) se ha establecido desde sus inicios como una herramienta de vanguardia para la gestión logística de la cadena de suministro, reemplazando en muchos aspectos los códigos impresos en productos (Acevedo Cárdenas, Arias Osorio y Ramón Suárez, 2014). RFID es una tecnología de identificación automática de objetos y transmisión de información por medio de lectores RFID contenida en etiquetas electrónicas como Tags; cuando están en el área de cobertura de un lector RFID, transmiten por medio de ondas de radio frecuencia la información almacenada en la memoria sin necesidad de que exista contacto físico o visual. El funcionamiento de estos sistemas se basa en la señal de radio que emite la tarjeta RFID adherida al producto, en la que con anterioridad se ha grabado la información pertinente del objeto. Un lector físico recibe la señal, transforma los datos y transmite la información a un apps que administra RFID (Jones y Chung, 2008).

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La tecnología RFID se encuentra en un estado de madurez e innovación tal que se han desarrollado numerosos paquetes informáticos como complemento de esta tecnología, y con ello, día a día surgen nuevas aplicaciones, principalmente en áreas como cadena de suministro, control de inventarios y distribución; en el sector comercial y la industria manufacturera, la convergencia con otro software, redes y sensores hacen que esta tecnología sea más eficaz (Acevedo Cárdenas, Arias Osorio y Ramón Suárez, 2014). En los próximos años las organizaciones podrán, a través de las tecnologías de comunicación como el Internet, intercambiar información y trabajar de forma coordinada, convirtiéndose así en organizaciones inteligentes (HTK-RFID, 2013). Para que este futuro funcione es necesario la integración de hardware para lectura, identificación, rastreo en conjunto con transponders específicamente seleccionados y aplicaciones que puedan intercambiar datos entre éstas (Middleware) que puedan generar interfaces de la información a ERP existentes (HTKRFID, 2013). Los sistemas de gestión de almacenes (WMS) son una herramienta informática que identifica las mercancías y muestra su ubicación, administra los recursos para su movilidad, regula la mano de obra, organiza el trabajo, elimina los movimientos vacíos y gana segundos gracias a la precisión de cada desplazamiento (Hernández, 2015).

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La integración de WMS a ERP permitirá el control y la gestión de una manera inteligente como: +

Recepción y reubicación de mercancías.

+

Re-ubicaciones con re-asignaciones automáticas.

+

Localización y picking de productos.

+ +

Expedición con opción de preparación y garantizar la carga. Parametrizaciones y configuraciones personalizadas.

Registrando los movimientos y las operaciones en tiempo real, para obtener el stock o inventario online. Al implementar WMS, se podrá optimizar todos los movimientos, procesos y operaciones dentro de la organización. Esto se traduce en un ahorro de costos y una mejora en la calidad del servicio. La propuesta que se plantea en este artículo tiene como objetivo proponer un sistema de administración de almacén en una pequeña y mediana empresa (PyME), en base a la planificación de los recursos de la empresa (ERP), ubicaciones inteligentes y tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID), con la finalidad de que permita optimizar los recursos e incrementar el servicio al cliente, requiriendo de diversos procesos tecnológicos que llevan a las PyMEs a explorar los procesos automatizados dentro de ellas mismas, debido a los requerimientos del mercado, 126


como el de disponer de su mercancía de la manera más adecuada, a la capacidad, la distancia de los puntos de comercialización y disposición de productos, todo relacionado favorablemente para una operación adecuada del negocio, permitiendo a esas empresa lograr un mayor retorno de su inversión, optimizar sus recursos y proporcionar el mejor servicio posible a sus clientes.

Materiales y métodos En la presente investigación se desarrollará un método de administración PyME por ERP, RFID y WMS que permitirá plasmar el objetivo principal de la misma, las etapas de la investigación son descritas a continuación:

a)

Estado del arte: Estudio del entorno presente de los sistemas de administración de la producción e inventarios en una PyMEs, con base en un ERP. Estudio de la situación actual de la tecnología RFID en el contexto ERP para realizar la administración de las operaciones y cómo operar en una empresa manufacturera PyMEs. Estudio de la situación actual de los software ERP. Modelo de ubicaciones dinámicas para la administración de la producción e inventarios.

b)

Elección de la PyME: Definir la empresa en base a estudio de la problemática en administración de la producción e inventarios en la delegación de Tláhuac o por invitación de la empresa para solucionar su problemática actual.

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c)

Análisis operativo: Descripción de cómo la empresa manufacturera PyME administra sus operaciones.

d)

Identificación de la solución: Definición de los diferentes módulos de un ERP aplicables a la empresa, identificar las áreas a implementar acciones de control y ubicación, especificar los factores de decisión para la adopción de la tecnología RFID, resaltando los beneficios y los peligros de la implantación de un sistema de este tipo.

e)

Descripción de la solución: Proponer un modelo de ERP que administre las operaciones de producción e inventarios de la empresa y formular un sistema de administración de la producción e inventarios por ubicaciones dinámicas. Plantear la forma en cómo se pueden integrar la tecnología RFID con el software ERP y el modelo de ubicaciones dinámicas, para lograr optimizar los recursos e incrementar el servicio al cliente.

f)

Ejecución de la solución: Proponer los resultados obtenidos a la empresa PyME.

g)

Evaluación: Revisión de los resultados obtenidos luego de la ejecución de la solución, para analizar si concuerda con lo esperado en la administración de la producción e inventarios.

h)

Aprobación: Validar la propuesta y cuáles son las fases que puedan ser temas en un siguiente desarrollo.

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Análisis de los resultados Durante el estudio del estado del arte que puede verse en la introducción, se observa la tendencia a la utilización de las aplicaciones como un medio no solo de mejora de producción; se han encontrado mejoras en otros departamentos de plantas productivas, así como en otros rubros productivos, lo que incentiva el hecho de mejora potenciada derivada de la combinación de ambas aplicaciones en una PyME.

Figura 1. Mapeo de flujo de valor.

Durante la elección de la PyME experimental se buscó una en la localidad que no tuviese privilegio de ubicación o de alta demanda, pretendiendo una PyME que se mantuviese como tal durante un largo periodo de tiempo, adicionalmente que el factor de evolución de personal y gerencial fuese favorable, así como la resistencia al cambio tecnológico permisible. Con estos factores la PyME se espera poco contaminada por resistencia al cambio del personal, creando una perspectiva para poder medir el efecto productivo y en satisfacción del cliente.

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Tabla 1 Características productivas de la planta

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El estado actual de producción se encuentra bajo dos líneas productivas: una de producto masivo y otra en producto especial; esto no se encuentra definido en forma espacial, sin embargo se visualiza una constante en consumibles por esto, el objetivo de aplicación se identifica como almacenes internos distribuidos en la planta para mejorar su alcance en los puntos de trabajo, como lo muestran la siguiente Figura 2.

Figura 2. Distribución de planta.

La distribución de almacenes de consumibles permitirá la mejora de espacio, por lo que se vuelve necesario un planteamiento de distribución de espacio ante esta aplicación; sin embargo, es primordial el estudio de gasto actual para dicho evento, por lo que las aplicaciones se proponen aplicar en los almacenes internos. La Figura 3 presenta el mapeo del flujo del valor (VSM) futuro para la familia de producto estudiada de la empresa, los resultados son: cada pieza tarda ahora 10 días para salir de la planta hacia el cliente, e incluso el tiempo de procesamiento se ha visto reducido a 6,810 segundos.

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Figura 3. Mapeo de flujo de valor para un producto en específico.

Discusión Dado este planteamiento, el acoplamiento ERP, RFID y WMS, se permite el estudio de costo beneficio con la finalidad de determinar si existe una ventaja económica para la empresa, dicho estudio es presentado a continuación:

Proyecto A: No hacer nada. Proyecto B: Propuesta de ERP, RFID y WMS. Tabla 2 Estudio de costo beneficio para la propuesta ERP, RFID y WMS

En el trabajo se expone un análisis de los costos beneficios que brinda el utilizar un ERP, RFID y WMS en la administración de la producción y los inventarios en una PyME, así como las posibilidades que poseen estos para ser implementados, el cual nos muestra que los beneficios económicos son viables. En la actualidad, las grandes empresas utilizan modelos de teorías de la calidad para mejorar sus procesos, modelos de gestión de almacenamientos y operaciones de distribución, y permanecer entre los más competitivos; sin embargo, esto no es privativo para la PyME, y es por ello que es importante definir estrategias para llevar a cabo implementaciones en otros tipos de empresas. Cabe preguntarse porqué elegir un ERP, RFID Y WMS para administrar la producción e inventarios en la empresa, a lo cual se responde. Para el caso de esta propuesta, el seleccionar un ERP, RFID Y WMS para administrar la producción e inventarios en la empresa tiene como único objetivo maximizar los resultados de la empresa, esta elección no es una simple prueba, sino que es primordial para que la empresa alcance el éxito en su rubro y mercado. El valor de la propuesta está en la observancia de la rentabilidad de la PyME con una visión a futuro. Implantar un ERP con RFID y WMS es el camino que todas las PyMEs deben de realizar para seguir creciendo; no obstante, si este paso no se acompaña de cambios en la estructura, así como en la mentalidad de toda la organización, terminará por ser pasajero y se tomará solo como una gran idea. Para finalizar, se resalta que lo presentado en el apartado de materiales y métodos incisos d) al h), se pondrá a prueba posteriormente y presentado en futuras publicaciones, como resultados de dicha propuesta.

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Bibliografía

+

Acevedo Cárdenas, E. D.; Arias Osorio, J. E. y Ramón Suárez, J. H. (2014). Análisis de los Beneficios de la Identificación por Radiofrecuencia en un Centro de Distribución Textil Colombiano. AVANCES Investigación en Ingeniería, XI(2), 29-37.

87

+

Jones, E. y Chung, C. (2008). RFID in Logistics a Practical Introduction. Editorial Taylor & Francis Group, LLC. Estados Unidos de América. ISBN-13 # 9780849385261.

+

Hernández, A. (2015). WMS: Herramienta Desconocida pero Indispensable. Obtenido de Revista de Logística http://www.revistadelogistica. com/wms-herramienta-desconocida.asp

+

HTK-RFID (2013). Tecnología RFID. Recuperado de http://www.htk-rfid.com/identificacion_de_la_tecnologia_rfid. html

+

Chapman, Stephen N. (2006). Planificación y Control de la Producción. Editorial Pearson Education. México. ISBN-10 # 9702607717 / ISBN13 # 9789702607717.

Revista Científica


UTCJ Theorema Revista Científica 3era Edición Enero-Junio 2016  

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