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Revista CientĂ­fica

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Revista CientĂ­fica


+ Gobierno del Estado

Lic. Javier Corral Jurado

Gobernador Constitucional del Estado de Chihuahua

Lic. Pablo Cuarón Galindo

Secretario de Educación y Deporte

+ Secretaría de Educación Pública

Ing. Héctor Arreola Soria

Coordinador General de Universidades Tecnológicas y Politécnicas

+ Universidad Tecnológica de Ciudad Juárez

RIO

+ DIRECTO

+ CONSEJO TÉCNICO

Dr. Iván Juan Carlos Pérez Olguín Universidad Autónoma de Ciudad Juárez (SNI C) Universidad Tecnológica de Ciudad Juárez Director de Obra

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Encargado del Despacho de Rectoría

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Universidad Tecnológica de Ciudad Juárez

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Ing. Felipe Augusto Peniche Mendoza Universidad Tecnológica de Ciudad Juárez

+ CONSEJO EDITORIAL Lic. María Teresa Álvarez Esparza Subdirectora de Extensión Universitaria

Lic. Jacinto Antonio Segura Garnica Jefe del Departamento de Prensa y Difusión

Lic. Idalí Meléndez Domínguez Universidad Tecnológica de Ciudad Juárez UTCJ THEOREMA REVISTA CIENTÍFICA Edición No. 4, julio/diciembre 2016 Av. Universidad Tecnológica No. 3051 Col. Lote Bravo II C.P. 3265 Tels. (656) 649.06.00 a 26 Ciudad Juárez, Chihuahua U tc j. e d u.m x

Coordinadora del área Editorial

Lic. Carlos Noé González Gutiérrez Corrector de estilo

L.D.G. Pamela Hinostroza Espinoza Diseño Gráfico

Revista Científica

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CONTENIdo+

+ Artículo arbitrado # 1

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Adsorción de Acetaminofén sobre Compósitos de Carbón Activado/Ferritas para Aplicaciones Medioambientales y Biomédicas

+ Artículo arbitrado # 13 12

Noriega Loredo y Luis Alberto Ruiz Aguilar

Emmanuel Hernández Mayoral

20

con Cuadriplejia

26

y Agroindustriales de México (1993-2015): Un Análisis con Pruebas de Raíz Unitaria

32

+ Artículo arbitrado # 15

Factores de Competitividad que Influyen en el Clima Organizacional de una Empresa del Sector Servicios en Toluca estado de México

arbitrado # 16 + Artículo Control Cinético de la Disolución de la Sulfosal Pirargirita

44

del Carmen, Elorza-Rodríguez Enrique

arbitrado # 17 + Artículo Impacto de la Modulación en la Vida Útil de un Inversor

Mónica Rodríguez Ortiz, Fabiola González Betanzos, Sonia Villagrán Rueda,

Fotovoltaico

David Jasso Velázquez, María Dolores Aldaba Andrade

Chan Puc Freddy, Flota Bañuelos Manuel, Espinoza Trejo Diego, Pacheco Catalán

Fotodegradación de Colorantes Tipo Azul en Medio Acuoso con Catalizadores de Paladio y Dióxido de Titanio

50

arbitrado # 18 + Artículo Metalurgia de las Aleaciones de Zirconio para Productos Nucleares

Berenice Ángel Hernández, Fernando Hernández Aldana

Francisco Javier A. Díaz Camacho

Edulcorantes artificiales en lugar de azúcar como valor agregado: Factores a considerar antes de sustituir

56

122

Daniella, Sánchez Huerta Víctor, Escobedo Hernández Enrique

Gabriela Pérez Osorio, José Carlos Mendoza Hernández, Janette Arriola Morales,

+ Artículo arbitrado # 8

114

Salazar-Hernández Ma. Mercedes, García-Torres Verónica, Salazar-Hernández Ma.

en Educación Superior

+ Artículo arbitrado # 7

108

(Ag3SbS3) en el Sistema Na2S-NaOH

Néstor Contreras Rodríguez, Andrés Pereyra Chan, Hermila Ulibarri Beníte

arbitrado # 6 + Artículo Perfil de Ingreso, Rendimiento Escolar y Estilos de Aprendizaje,

98

La Investigación y Desarrollo en Nanotecnologías en el Tratamiento de Agua en México

Fernando Pedroni Lara Dania Elba Villaseñor Padilla y Helga Heise González

Carlos Méndez González, Ariel Gutiérrez Ortiz , Óscar Bernardo Reyes Real

Recursos y Capacidades que Influyen en la Competitividad en las Empresas: Un Enfoque Conceptual

+ Artículo arbitrado # 14 José Domingo Rafael Castañeda Olvera

Viridiana Serna Pérez, Hugo Rodríguez Escalera, Javier Gutiérrez González

+ Artículo arbitrado # 5

92

Interferencia Producida por Dos Rendijas Cuadradas Mediante un Modulador Espacial de Luz por Reflexión Benito Canales Pacheco, León Felipe Austria Gonzalez, Raymundo Sergio

en Aerogeneradores de Gran Potencia

arbitrado # 4 + Artículo Exportaciones e Importaciones Agropecuarias

86

Implementación del Paso 1 del Mantenimiento Autónomo Basado en la Metodología TPM (Mantenimiento Productivo Total) en una Línea Productiva en Empresa del Ramo Automotriz Gordillo y Rubén Cano Cañada

Xochitl Sofía Ramírez Gómez

arbitrado # 3 + Artículo Diseño de un Estabilizador Postural para Personas

+ Artículo arbitrado # 12

Karla Paola Osorio Estrada, Miguel Fernando Herrera Morales, Teresita Villalobos

J.C. Rios-Hurtado, Elia Martha Múzquiz Ramos, C. López-Badillo, B. Cruz-Ortíz,

arbitrado # 2 + Artículo Análisis de los Aspectos de la Calidad de la Energía

arbitrado # 19 + Artículo Modelo de Programación Lineal Utilizado para la Elaboración

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de una Mezcla de Alimento para Ganado Bovino

Araceli Hernández Tinoco, Sánchez Vázquez Federico Samuel, Mares Pérez

Rosa Verónica Aburto Ruíz, Adriana Arrellano Montes, Enrique Torres Chávez,

Genoveva, Gallardo Rivera Andrea Geraldin, Flores Sánchez Martha Isela,

Sandra Guadalupe García Aburto

Cruz García José Gilberto

+ Artículo arbitrado # 9

64

Diseño de un Robot Activado por Cables para Tareas de Traslado en Grandes Sistemas de Almacenamiento Sergio Javier Torres Méndez, José Rafael Mendoza Vázquez, Vicente Ramírez Palacios, Irma Delia Rojas Cuevas

+ Artículo arbitrado # 10

70

SIGA: Sistema Integral de Gestión Académica Alanís Urquieta José David, Lara Álvarez Jaime, López Palacios Rosa Aurora, Valdivia Carranco Carlos , Vázquez Mora Paulo Daniel, Sánchez Flores Guillermo

+ Artículo arbitrado # 11

Implementación de un Sistema de Ingeniería de Software para la Administración de la Información de la Notaría Número 15 de Tierra Blanca, Veracruz

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Eva Mora Colorado, María del Rosario Moreno Fernández Revista Científica

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UTCJ THEOREMA REVISTA CIENTÍFICA, año 3, No. 05, es una publicación semestral, enero-junio 2017, editada por la Universidad Tecnológica de Ciudad Juárez, Avenida Universidad Tecnológica #3051, Col. Lote Bravo II, C.P. 32695, Tel. (656) 6490604, www.utcj.edu.mx. Editor responsable: Idalí Meléndez Domínguez. Reserva de Derechos al Uso Exclusivo No. 04-2016061713532700-203, ISSN: 2448-7007, ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor. Responsable de la última actualización de este número, Departamento de Prensa y Difusión, L.D.G. Pamela Hinostroza Espinoza, Avenida Universidad Tecnológica #3051, Col. Lote Bravo II, C.P. 32695, fecha de la última modificación 8 de mayo de 2017. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Queda prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Instituto Nacional del Derecho de Autor.


+ itorial

ed Como en cada edición, UTCJ Therorema Revista Científica muestra a la comunidad en general trabajos de investigación desarrollados por docentes y expertos en diversas ramas. Es un orgullo para esta Casa de Estudios el sumar esfuerzos con Instituciones de Educación Superior comprometidas con la difusión de estudios en donde se manifiesta la innovación en ciencia y tecnología.

En esta ocasión, son 19 artículos que abarcan temas de diferentes campos, como la medicina, energías renovables, comercio internacional, metalurgia, educación, administración y nanotecnología, entre otros. Nuestra portada presenta tres trabajos sobresalientes: * Adsorción de Acetaminofén sobre Compósitos de Carbón Activado/Ferritas para Aplicaciones Medioambientales y Biomédicas. * Análisis de los Aspectos de la Calidad de la Energía en Aerogeneradores de Gran Potencia.

* Diseño de un Estabilizador Postural para Personas con Cuadriplejia. Sin lugar a dudas, la investigación científica es una parte medular en el quehacer académico que debemos impulsar de manera constante, es por ello que reiteramos la disposición de este espacio de expresión para todo aquel docente que desee publicar su trabajo de investigación. Es un privilegio informarles que en cada llamado a publicar, UTCJ Theorema Revista Científica incrementa su número de exponentes, lo cual nos motiva a continuar y reforzar las estrategias para entregar a la comunidad un trabajo de calidad, acorde a las exigencias del sector económico y la comunidad científica en nuestro país y en el mundo.

Lic. Guillermo José Álvarez Terrazas Rector

Revista Científica

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Adsorción De

Acetaminofén Sobre Compósitos De Carbón Activado/Ferritas

Para Aplicaciones Medioambientales Y Biomédicas

J.C. Rios-Hurtado1, Elia Martha Múzquiz Ramos2,C. López-Badillo3, B. Cruz-Ortíz4 y Xochitl Sofía Ramírez Gómez5

1,2,3,4

Universidad Autónoma de Coahuila Blvd. V. Carranza y José Cárdenas Valdés Saltillo, Coah., México, C.P. 25280.

Universidad de Guanajuato Av. Ing. Javier Barrios Sierra, 201, esq. Av. Baja California Ejido de Santa María del Refugio, Celaya, Gto., México, C.P. 38140 5

emuzquiz@uadec.edu.mx Recibido: Noviembre 11, 2016. Recibido en forma revisada: Diciembre 28, 2016. Aceptado: Enero 10, 2017.

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Revista Científica

Resumen: El acetaminofén es uno de los medicamentos más utilizados en la actualidad como antipirético y analgésico. Este fármaco, al ser de fácil acceso, se ha convertido en un contaminante emergente y un posible compuesto tóxico para el organismo en concentraciones elevadas. Una de las tecnologías más importantes para la remoción de este contaminante es la adsorción sobre carbón activado. Es posible modificar la superficie del carbón con diversos compuestos, como pueden ser ferritas magnéticas, según la aplicación requerida. En este trabajo de investigación se presentan los resultados de adsorción de acetaminofén sobre la superficie de un compósito de carbón activado (CA) y ferritas: magnetita y ferrita de manganeso-zinc (Fe3O4 y Mn0.4Zn0.6Fe2O4, respectivamente). Se realizaron isotermas de adsorción a diferentes pH y temperaturas, con el fin de determinar la posible aplicación del material. El material se caracterizó mediante magnetometría de muestra vibrante (MMV), microscopía electrónica de barrido (MEB) y titulaciones potenciométricas. El material obtenido con mayor capacidad de adsorción fue el compósito CA/Fe3O4 a pH 3 y una temperatura de 25 °C.

+

Palabras clave: Acetaminofén, adsorción, carbón activado, ferritas magnéticas.


Abstract: Acetaminophen is one of the main drugs used as antipyretic and analgesic. This drug has become an emerging contaminant and possible toxic compound to the body at high concentrations. One of the most important technologies for the removal of this contaminant is the adsorption on activated carbon. Furthermore, modification of the surface with various compounds such as magnetic ferrites has been studied. The results of acetaminophen adsorption on the surface on composites of activated carbon (AC) and ferrites: magnetite and manganese-zinc ferrite (Fe3O4 and Mn0.4Zn0.6Fe2O4 respectively) are presented. Adsorption isotherms at different pH and different temperatures were performed in order to determine the possible application of the material. The materials were characterized by vibrating sample magnetometry (VSM), scanning electron microscopy (SEM) and potentiometric titrations. Finally, the composite with higher adsorption capacity was the CA/Fe3O4 at pH 3 and a temperature of 25 °C.

+ Keywords: Acetaminophen, activated carbon, adsorption, magnetic ferrites.

Introducción El acetaminofén o paracetamol es un ingrediente activo en cientos de medicamentos de venta sin receta. Entre sus principales aplicaciones son las de aliviar el dolor y la fiebre y, cuando se combina con otros ingredientes, se puede encontrar en medicamentos para tratar alergias, tos, resfriados, gripe e insomnio, Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA por sus siglas en Inglés, 2015). Es relevante destacar que este medicamento puede causar daño hepático grave si la dosis es mayor a la indicada, Organización Mundial de la Salud (OMS, 2012), por lo que la FDA ha tomado medidas para mejorar la seguridad de los pacientes a la hora de usar este fármaco (FDA, 2015). Diversos estudios han señalado al acetaminofén como un contaminante emergente en dosis de hasta 271.3 µg/L (Pal, Gin, Lin y Reinhard, 2010), causando daños hepáticos severos en invertebrados. Por lo anterior, diversas tecnologías se han utilizado para la remoción de estos contaminantes, como puede ser el uso de bioreactores de membrana (Shariati , Mehrnia, Salmasi, Heran, Wisniewski y Sarrafzadeh, 2010), procesos enzimáticos (Lu y Mao, 2009), reacciones foto-Fenton (De Luna, Veciana, Su y Lu, 2012), procesos electroquímicos (Feng, van Hullebusch, Rodrigo, Esposito y Oturan, 2013) y adsorción en carbón activado (Rybolt, Burrel, Shults y Kelley, 1988; Mestre, Pires, Nogueira, Parra, Carvalho y Ania 2011). La adsorción es un fenómeno superficial, y se entiende como una operación de transferencia de masa en la cual las sustancias presentes en la fase líquida son adsorbidas o acumuladas en la fase sólida, y por lo tanto removidas de la fase líquida (Crittenden, 2005). Diversos adsorbentes se han utilizado en el uso de esta técnica, tales como alúmina activada, zeolitas y carbón activado (Kuznetsov Filippov, Kuznetsov, Gerlivanov, Dobrinsky y Malashin, 1999). El carbón activado es una forma cruda de grafito con una estructura amorfa, altamente porosa, con una amplia gama de tamaños de poros, de grietas y hendiduras visibles hasta de dimensiones moleculares (Hamerlinck, Mertens y Vansant, 1994). Este adsorbente es producido por la carbonización, empleando una calcinación lenta de un sustrato

precursor en ausencia de aire por debajo de 600 ºC, esto elimina los compuestos volátiles (Hamerlinck, Mertens y Vansant. 1994). Además, en investigaciones recientes, se ha utilizado el carbón activado como una superficie de anclaje de las ferritas para optimizar sus propiedades. Shao, Ren. Zhang y Chen (2012) lograron sintetizar directamente sobre la superficie del carbón activado, una ferrita de manganeso. En trabajos anteriores, Taylor, Krupskaya, Kramer, Fussel, Klingeleker, Buchner y Wirth (2012) lograron introducir partículas de ferritas en carbón activado y además, estos materiales obtenidos, lo aplicaron para técnicas de hipertermia. Ai, Huang, Chen, Wei y Jiang (2010) determinaron que era posible la formación de ferritas de cobalto sobre el carbón activado mediante la coprecipitación de nitratos de hierro y cobalto. Ramanujan, Purushotham y Chia (2007) probaron la formación de un compósito de carbón activado con ferritas, mediante un método simple: la mecanosíntesis. El objetivo de este trabajo de investigación fue la obtención de compósitos de carbón activado con dos ferritas distintas: magnetita y ferrita de manganeso-zinc. Posteriormente, se probaron estos materiales en la adsorción de paracetamol para aplicaciones medioambientales y biomédicas, variando el pH y la temperatura.

Metodología

Síntesis de la magnetita Para la síntesis de esta ferrita, se mezclaron FeCl3*6H2O y FeCl2*4H2O (2:1) en 50 mL de agua desionizada. Por otro lado, se colocaron 150 mL de agua desionizada en un matraz bola de 500 mL y se calentó a 70 ºC, en agitación constante. Una vez que se alcanzó la temperatura, se agregaron 50 mL de hidróxido de amonio concentrado, con el fin de propiciar un medio básico en la solución, y se dejó en agitación y calentamiento hasta alcanzar una temperatura de 70 ºC. Posteriormente, se agregó gota a gota la mezcla de cloruros de hierro a la solución y se dejó en agitación constante durante media hora. Una vez transcurrido el tiempo, el precipitado obtenido se lavó con 2 L de agua desionizada con el fin de eliminar el exceso de cloruros, dejándose secar a temperatura ambiente durante tres días. Finalmente, el producto obtenido se lavó con 1 L de agua y 250 mL de etanol y se dejó secar a temperatura ambiente.

Síntesis de la ferrita de manganeso-zinc Conforme a lo reportado en la literatura por Zhang, Zhong, Yu, Liu. y Zeng (2009), se procedió a realizar la síntesis de la ferrita de manganeso y zinc. En un matraz bola de 500 mL se colocaron hidróxido de amonio y una solución de bicarbonato de amonio, en una relación de 1.2 mL de bicarbonato de amonio por cada mililitro de hidróxido de amonio, a una temperatura de 50 ºC, con agitación constante. Por otro lado, se preparó una solución que contenía los iones metálicos Fe+2, Zn+2 y Mn+2, correspondientes a los sulfatos de estos metales. Esta solución se agregó gota a gota al matraz bola y se dejó en agitación constante durante una hora. Revista Científica

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Para finalizar el proceso, el precipitado obtenido se lavó con suficiente agua desionizada, hasta que se obtuvo el pH neutro del agua de lavados y se dejó secar a temperatura ambiente durante tres días. Por último, se realizó un lavado con etanol y se dejó secar durante 24 horas.

Preparación de los compósitos carbón activado/ferritas mediante mecanosíntesis Una vez obtenidas las ferritas, se procedió a sintetizar los compósitos de carbón activado/ferritas mediante la técnica de mecanosíntesis. Este procedimiento se llevó a cabo en un molino planetario de la marca FRITSCH, modelo Pulverisette 6. Cierta cantidad de carbón activado y ferritas se agregaron al contenedor de ágata y se colocaron en el molino a 400 rpm durante tres horas en una relación porcentual de 40:60. Finalmente, el producto se lavó con etanol y se dejó secar a temperatura ambiente. Este proceso se realizó para los dos tipos de ferrita obtenidas.

Caracterización Para obtener los patrones de difracción de rayos X (DRX) de las ferritas sintetizadas, se empleó un equipo de marca Siemens, modelo D-5000, con un rango de barrido de 10 a 80° en la escala 2θ y una velocidad de barrido de 0.02°/s, con radiación tipo CuKα a una longitud de onda de 1.54 Å, las condiciones de operación fueron de 25 mA y 35 kV. Para la determinación de las propiedades magnéticas de las ferritas obtenidas fue empleado un magnetómetro SQUID (Quantum Design, PPMS modelo 6000) con un campo aplicado de ± 20 KOe. Se pesaron aproximadamente 10 mg de cada muestra, la cual se colocó en el portamuestras del equipo. La medición fue llevada a cabo a temperatura ambiente y se obtuvieron la curva inicial de magnetización y el ciclo de histéresis. 8

Revista Científica

Con el fin de determinar la forma en que se encontraban distribuidas las partículas sobre la superficie del carbón activado, se realizaron estudios con un microscopio electrónico de barrido (MEB) de emisión de campo. El tamaño y forma de las partículas de las ferritas sobre la superficie de carbón activado se observaron en un microscopio JEOL JSM-7401F. La determinación de la distribución de carga mediante titulaciones potenciométricas es de importancia para determinar el comportamiento de la superficie material con respecto al pH. El punto de carga cero se determinó de la siguiente manera: se colocaron, en tubos de propileno de 100 mL, 100 mg del material a analizar con 50 mL de una solución 0.01M de NaNO3. Ésta solución se dejó en agitación durante 12 horas. Pasado el tiempo, se agregó una solución de HCl 0.1N, hasta obtener un pH de 2.5, y posteriormente la solución se tituló con NaOH 0.1 M. Estas valoraciones se llevaron a cabo en la tituladora automática Mettler Toledo (PL 70).

Adsorción de acetaminofén Se llevaron a cabo experimentos para comprobar la eficiencia del material para la adsorción de acetaminofén a tres diferentes pH: 3, 7 y 10. El pH de las soluciones a utilizar se ajustó mediante la adición de soluciones 0.1 N de HNO3 o NaOH. En tubos cónicos de 50 mL, se colocaron 100 mg de los materiales a analizar y se sumergieron en soluciones de concentración conocida de acetaminofén. Posteriormente, estos tubos se colocaron en una incubadora FELISA a 37 ºC. Al alcanzar el equilibrio 72 horas, las muestras se filtraron y el acetaminofén remanente en la solución se determinó en el equipo UV-Vis JENWAY 7315 Spectrophotometer a una longitud de onda de 292 nm.


Resultados y discusiones

Estructura cristalina de las ferritas sintetizadas. En la Figura 1 se presentan los difractogramas de las ferritas Fe3O4 y Mn0.4Zn0.6Fe2O4, comparadas con sus patrones de difracción. Estos patrones se analizaron mediante el software Match, arrojando las cartas patrón que se adecúan a la fase obtenida en la síntesis de las ferritas. La magnetita obtenida (Fe3O4) corresponde al patrón de difracción de la magnetita JCPDS 075-0449 (Joint Committee on Powder Difraction Standars), con una estructura de tipo espinela inversa. Para la ferrita de manganeso-zinc se encontró que el patrón que correspondía fue una especie de ferrita de zinc (ZnFe2O4).

Además, en la Tabla 2, se muestra una comparación de las propiedades magnéticas de las ferritas sintetizadas y los compósitos. En esta, se puede observar que todas las propiedades magnéticas de los compósitos, en comparación con las ferritas, disminuyen. Estos resultados concuerdan con los esperados debido a la presencia del carbón activado, el cual es un material diamagnético orgánico que no presenta un comportamiento magnético (Mendes, Koch, Bachmatiuk, El-Gnedy, Krupskaya, Springer, Klingeler, Schmidt O, Buchner, Sanchez y Rummeli, 2014).

Tabla 2. Propiedades magnéticas de las ferritas y sus compósitos.

Morfología de los compósitos Figura 1. Patrones de difracción de rayos X de las ferritas sintetizadas a) Fe3O4 y b) Mn0.4Zn0.6Fe2O4. Por otra parte, también se calcularon los valores de tamaño de cristalita mediante la ecuación de Debye-Scherrer. Los resultados se resumen en la Tabla 1.

Tabla 1. Tamaño de cristalita de las ferritas sintetizadas.

En la Figura 3 se presentan las microscopías electrónicas de barrido del carbón activado y de los compósitos de carbón activado y ferritas magnéticas. En la Figura 3A se observa la superficie del carbón activado, donde se encuentra la estructura amorfa y porosa del mismo. Una vez que se realiza el proceso de mecanosíntesis (Figura 3B y Figura 3C), las ferritas magnéticas parecen estar depositadas sobre la superficie del carbón activado, presentando una forma esférica, la cual es típica de estos compuestos. También, existe una aglomeración de las mismas, que puede deberse a la alta cantidad de grupos oxigenados en la superficie del carbón activado, los cuales permiten el anclaje de las ferritas. Estas imágenes nos pueden indicar que la formación del composito CA/ Ferritas fue exitosa.

Propiedades magnéticas de los compósitos En la Figura 2 se presentan las magnetometrías de muestra vibrante (MMV) de las ferritas y los compósitos obtenidos, donde a simple vista se puede observar que todos los materiales presentan un comportamiento superparamagnético. De acuerdo a Amiri y Shokrollah (2013), un comportamiento superparamagnético de un material se da cuando los valores de remanencia y coercitividad son muy cercanos a cero.

Figura 2. Magnetometrías de muestra vibrante de ferritas y compósitos.

Figura 3. Microscopias obtenidas para los materiales sintetizados. A) Carbón activado, B) Compósito CA/Fe3O4 y C) Compósito CA/ Mn0.4Zn0.6Fe2O4 .

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Adsorción de paracetamol De acuerdo a las pruebas preliminares de adsorción a diferentes pH, la más alta capacidad de adsorción se exhibió a pH 3, por lo que sólo se presentan los resultados de las isotermas de adsorción a este pH, variando la temperatura, 25 °C y 37 °C. Como se puede observar en la Figura 4, la capacidad de adsorción máxima es de alrededor de 45 mg del acetaminofén por gramo del compósito CA/Fe3O4. Lo anterior puede ser debido a que se presenta una saturación del acetaminofén en la superficie del composito CA/ Mn0.4Zn0.6Fe2O4, lo que puede generar una baja capacidad de adsorción (Q). Además, es relevante destacar que el compósito CA/Fe3O4 demostró tener una mayor capacidad de adsorción que el CA/Mn0.4Zn0.6Fe2O4 en ambas temperaturas probadas y en los pH estudiados. También, el compósito CA/Fe3O4 demostró tener una mayor capacidad de adsorción en temperaturas menores (25 °C). Se procedió a incorporar estos valores en modelos de Langmuir, o en su defecto Freundlich; sin embargo, estos valores corresponden al inicio de la isoterma, por lo que se recomienda para posteriores estudios probar concentraciones más altas.

En la Figura 5, se presentan las distribuciones de carga para los compósitos. El perfil ácido de los materiales se puede atribuir a la presencia de un carbón activado como matriz, el cual presenta propiedades superficiales ácidas. Esto puede dar un indicio de que el paracetamol está siendo adsorbido mediante cargas electrostáticas, donde la carga del compósito a pH 3 es positiva y los pares de electrones libres de los oxígenos en la estructura química del paracetamol pueden generar una interacción, y de esta manera ser adsorbidos en la superficie (Moreno-Castilla, 2004). Además, puede existir adsorción por interacciones π entre la superficie del carbón activado y la estructura del acetaminofén (Li, Lei y Huang, 2009; Lladó, Lao-Luque, Ruiz, Fuente, Solé-Sardans y Dorado, 2015).

Conclusiones Fue posible la obtención de compósitos de carbón activado/ferritas con propiedades superparamagnéticas. Las ferritas están distribuidas sobre la superficie del carbón activado, debido a los grupos oxigenados presentes en ésta superficie. Además, los materiales presentan una buena capacidad de adsorción de acetaminofén a pH 3 y 7, por lo que pueden ser utilizados para la remoción de este fármaco en aplicaciones medioambientales, así como también para desintoxicación gástrica en aplicaciones biomédicas, debido a que interactúa mejor a pH 3 por la carga parcial positiva de la superficie, similar al pH del estómago.

Símbolos Figura 4. Isotermas de adsorción de acetaminofén sobre la superficie de los compósitos a pH3, variando la temperatura (25 °C y 37 °C). Por otro lado, y con el fin de determinar el mecanismo de adsorción de acetaminofén sobre la superficie de los compósitos, se realizaron titulaciones potenciométricas para determinar la carga superficial de los materiales.

Figura 5. Distribución de carga superficial con respecto al pH de los compósitos sintetizados.

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°/s Velocidad °C Temperatura 2θ Ángulo de difracción Å Distancia emu/g Magnetización h Tiempo kOe Intensidad del campo magnético kV Potencial eléctrico L Volumen M Concentración mA Intensidad de corriente eléctrica mg Masa mL Volumen N Concentración nm Distancia Oe Intensidad del campo magnético pH Grado de acidez Q Capacidad de adsorción rpm Velocidad μg/L Concentración

(grados por segundo) (grados Celsius) (dos tetha) (angstrom) (emu por gramo) (hora) (kilo oersted) (kilovoltio) (Litro) (molaridad) (miliamperios) (miligramo) (microlitros) (normalidad) (nanómetro) (oersted) (potencial de hidrógeno) (miligramos de adsorbato por gramo de adsorbente) (revoluciones por minuto) (microgramos por litro)


Bibliografía

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Revista Científica

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ANÁLISIS DE LOS ASPECTOS DE LA

C A L I DA D D E L A E N E R G Í A

en

AEROGENERADORES DE GRAN POTENCIA

Emmanuel Hernández Mayoral1

Universidad del Istmo Tehuantepec Av. Universitaria Bo. Santa Cruz s/n Santo Domingo, Tehuantepec, Oaxaca, México, C.P. 60670 1

emanuel.mayoral7@gmail.com

Recibido: Noviembre 15, 2016. Recibido en forma revisada: Noviembre 28, 2016. Aceptado: Enero 12, 2017.

Resumen: El funcionamiento de los aerogeneradores tiene un impacto en la calidad de la energía conectada a la red eléctrica. Dependiendo de la configuración de la red eléctrica y del tipo de aerogenerador a implementar, pueden surgir diferentes problemas de calidad de energía. Estos aerogeneradores tienen una producción de energía dependiendo de las variaciones naturales en la velocidad del viento. Si el aerogenerador opera a velocidad fija, los gradientes de la sombra de torre y de la velocidad del viento resultarán en una potencia fluctuante causando perturbaciones de voltaje (flickers). En el caso de aerogeneradores de velocidad variable, la inyección de corrientes armónicas en la red eléctrica resulta ser un gran inconveniente. Dependiendo del tipo de inversor utilizado, se producen diferentes órdenes de armónicas. Por esta razón es importante conocer los principales problemas de la calidad de la energía cuando el aerogenerador se conecta a la red eléctrica.

+ cia.

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Revista Científica

Palabras claves.- Calidad de la energía, aerogenerador, variación de frecuen-


Abstract: The operation of wind turbines has an impact on the power quality when they connect to the electrical network being the configuration of the network and the type of wind turbine used who determinate the power quality problems may arise. For this is considered very important to know the natural variations of the wind. The wind turbine, for the operation velocity is divided in: Fixed-speed and variable-speed: If the wind turbine is operating at fixed-speed, the tower shadow and wind speed gradients will result in fluctuating power. The power fluctuations caused by the turbine may cause flicker disturbances. In order to evaluate the significance of flicker, measurements and subsequent flicker calculations must be performed. In the case of variable-speed wind turbines, one drawback is the injection of harmonic currents into the electrical network. Depending on the type of inverter used, different orders of harmonics are produced. For this reason it is important to know the main problems of power quality presented in wind turbines connected to the network electrical.

+

Keywords: power quality, wind turbines, frequency variations.

Introducción La energía eléctrica representa el principal insumo que mueve al mundo industrial, por eso es vital saber administrarla ya que cerca del 55% de la energía eléctrica producida en México es consumida por los sectores comercial e industrial. Por lo tanto el buen uso de la energía eléctrica permite una economía que tiende a la globalización, así el ahorro de energía es una alternativa viable para reducir costos de operación y mejorar los niveles de competitividad dentro del mundo industrial. La calidad de la energía puede definirse como la ausencia de interrupciones, sobre-voltajes y deformaciones producidas por armónicas en la red eléctrica y variaciones de voltaje rms suministrado al usuario; esto referido a la estabilidad del voltaje, la frecuencia y la continuidad del servicio eléctrico. El papel de las redes de distribución se limita principalmente a la interconexión entre sistemas eólicos de generación y transmisión por un lado y centros de carga por el otro. La integración de la energía eólica en las redes de distribución las transformará de pasivas a redes activas. Varios trabajos publicados están relacionados con este tema; Larsson, Demoulias y Dokopoulos, (1996) han demostrado que los generadores embebidos en las redes de distribución pueden afectar el funcionamiento en dichas redes eléctricas de varias maneras como pueden ser: nuevas prácticas de protección para proporcionar protección a la red contra condiciones anormales, afectar las pérdidas de las redes de distribución, problemas de estabilidad y problemas de calidad de energía. La calidad de potencia se refiere a factores que describen la variabilidad del nivel de voltaje, así como la distorsión de las formas de onda de voltaje y corriente. Los diferentes parámetros de calidad de la energía se dividen en diferentes categorías, según la escala de tiempo de los fenómenos examinados. Este documento da una clara explicación a los fenómenos de la calidad de la energía eléctrica de acuerdo a las normas internacionales, y así llegar a un estudio más profundo de los fenómenos electromagnéticos de la calidad de la energía eléctrica. Se ha publicado un gran número de trabajos relacionados con la calidad de la energía. Freris (1990) da una introducción histórica breve de la calidad de la energía. Cuando se trata de la calidad de la energía de los generadores embebidos, en general, y de los aerogeneradores, en particular, sólo son relevantes algunos problemas específicos de calidad de la energía. Trabajos publicados que abarcan este campo son: La mejora de la calidad

de la energía de los parques eólicos (Johnson, 1985), la mejora de la calidad de la energía de los parques eólicos mediante la utilización de compensadores estáticos avanzados (Gardner, 1993) y la calidad de la energía y la conexión a la red eléctrica de los aerogeneradores (Gerdes y Santjer, 1994). La potencia de los aerogeneradores puede subdividirse en diferentes fenómenos. Algunos trabajos publicados que tratan de diferentes fenómenos de calidad de energía son; Cálculos de flujo de carga (Larsson y Thiringer, 1995), flickers (Larsson, Carlson, Sidén, 1995), análisis armónico (Thorborg, 1988), protección contra descargas atmosféricas y sobrevoltajes (Jenkins, 1996). También se ha publicado un trabajo sobre las normas internacionales para la calidad de la energía de los aerogeneradores (Jorgensen, Christensen, Tande, Vikkels y Norgård, 1996) y los sistemas de medición de la calidad de la energía de los aerogeneradores (VDEW Publication, 1994).

Existencia de la calidad de la energía en aerogeneradores Los aerogeneradores conectados a la red eléctrica afectan a la calidad de la energía dependiendo de la interacción entre la red eléctrica y el aerogenerador. La frecuencia de los sistemas de gran potencia es normalmente muy estable y por lo tanto no hay problema. En las redes autónomas donde, por ejemplo, se utilizan motores diesel, un aerogenerador no causará muchas interrupciones en una red de alto voltaje. Por lo tanto, las interrupciones no serán consideradas en este escrito. Al final cualquier desviación de voltaje, corriente o frecuencia que provoque la mala operación de los equipos de uso final y deteriore la economía o el bienestar de los usuarios debe erradicarse. Los efectos asociados a problemas de calidad de la energía en aerogeneradores de gran potencia son: incremento en las pérdidas de energía, daños a la producción, a la economía y la competitividad empresarial e incremento del costo, deterioro de la confiabilidad, de la disponibilidad y del confort.

Aspectos de la calidad de la energía en aerogeneradores

Transitorios Es un cambio súbito y unidireccional en la condición de estado estable del voltaje, la corriente o ambos y de frecuencia diferente a la frecuencia del sistema de potencia. Son de moderada y elevada magnitud pero de corta duración (orden de los microsegundos). Normalmente están caracterizados por sus tiempos de ascenso (1 a 10 μsec) y descenso (20 a 150 μsec) y por su contenido espectral. En la Tabla 1 se muestra la clasificación de diferentes fenómenos electromagnéticos de la calidad de la energía. Los transitorios se presentan principalmente al arrancar y detener los aerogeneradores de velocidad fija (Demoulias y Dokopoulos, 1996). Los aerogeneradores se encuentran conectados a la red eléctrica cuando la velocidad del viento supera los 3 - 4 m/s. Durante la secuencia de conexión, la velocidad del aerogenerador se eleva hasta que la velocidad del generador es cercana a la velocidad síncrona. El generador se conecta entonces a la red eléctrica. Para evitar una gran corriente de arranque, se utiliza un arrancador suave para limitar la corriente durante la secuencia de arranque. Cuando los bancos de capacitores están conectados, se produce un pico de corriente grande. Este transitorio a veces alcanza un valor del doble de la corriente nominal del aerogenerador. Revista Científica

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Tomado de la Norma IEEE Estándar 1159 de 1995. Tabla 1. Clasificación de los fenómenos electromagnéticos de la calidad de energía.

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Revista Científica


Depresiones de Voltaje (Sags o Dips) Un Sag de voltaje, o Dip de tensión, es una reducción en el voltaje de excitación con una duración de entre un ciclo y unos segundos. Estas depresiones de voltaje son normalmente asociadas a fallas del sistema, a la energización de grandes cargas, al arranque de motores de elevada potencia y a la energización de transformadores de potencia (Bollen, 1996). Aunque debidamente equipados con arrancadores suaves, los aerogeneradores no causan caídas de voltaje. De acuerdo con la norma sueca SS 421 18 11, la caída de voltaje durante la secuencia de puesta en marcha de los motores debe limitarse al 5%. Los efectos nocivos de las depresiones de voltaje dependen de su duración y de su profundidad. También presenta efectos sobre la velocidad de los motores. Existen diferentes estrategias para mitigar los efectos de estos problemas. En la Figura 1 se muestra la forma de onda característica de un sag de voltaje.

Figura 1. Sags de voltaje.

Crestas de voltaje (Swells) Una cresta (Swell) se define como un incremento del valor rms de entre 1,1 y 1,8 p.u. con una duración desde 0,5 ciclos a un minuto del voltaje o la corriente. Como en el caso de las depresiones, las crestas son asociadas a fallas en el sistema aunque no son tan comunes como las depresiones. Un caso típico es la elevación temporal del voltaje en las fases durante una falla línea a tierra. También pueden ser causadas por la desconexión de grandes cargas o la energización de grandes bancos de capacitores. En la Figura 2 se muestra la forma de onda característica de un Swell de voltaje.

Figura 2. Swell de voltaje.

R eRveivs itsat aC iCeine tní tf íi fciac a

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Variaciones de voltaje de larga duración Son aquellas desviaciones del valor rms del voltaje que ocurren con una duración superior a un minuto. La norma ANSI C84.1 especifica las tolerancias en el voltaje de estado estable en un sistema de potencia. Una variación de voltaje se considera de larga duración cuando excede el límite de la ANSI por más de un minuto. Debe prestarse atención a los valores fuera de estos rangos.

Sobrevoltaje Es el incremento del voltaje a un nivel superior al 110% del valor nominal por una duración mayor de un minuto. Los sobrevoltajes son usualmente el resultado de la desconexión de grandes cargas en los aerogeneradores o debido a la conexión de bancos de capacitores. Generalmente se observa cuando el sistema es muy débil para mantener la regulación del voltaje o cuando el control del voltaje es inadecuado. La incorrecta selección del tap en los transformadores puede también ocasionar sobrevoltajes en el sistema.

Distorsión de la forma de onda Fuente: Norma ANSI C84.1. Tabla 2. Tabla de rangos deseables y aceptables.

Subvoltaje

Es la reducción en el valor rms del voltaje a menos del 90% del valor nominal por una duración mayor de un minuto. La conexión de una carga o la desconexión de un banco de capacitores pueden causar un bajo voltaje hasta que los equipos de regulación actúen correctamente para restablecerlo. Los circuitos sobrecargados pueden producir bajo voltaje en las terminales de la carga. El sobrevoltaje y el subvoltaje generalmente no se deben a fallas en el aerogenerador sino que son causadas comúnmente por variaciones de la carga u operaciones de conexión y desconexión.

Desbalance de voltaje El desbalance de voltaje en un sistema eléctrico ocurre cuando los voltajes entre las tres líneas no son iguales y puede ser definido como la desviación máxima respecto al valor promedio de los voltajes de línea, dividida entre el promedio del voltaje de línea, expresado en porcentaje. Las fuentes más comunes del este desbalanceo de voltaje son las cargas monofásicas conectadas en circuitos trifásicos, los transformadores conectados en delta abierto, fallas de aislamiento en conductores no detectadas, etc. Por norma se recomienda que el desbalance sea menor al 2%.

La distorsión de la forma de onda es una desviación estable del comportamiento idealmente senoidal del voltaje o la corriente a la frecuencia fundamental del sistema de potencia. Se caracteriza, principalmente, por el contenido espectral de la desviación. Existen cinco formas primarias de distorsión de la forma de onda: corrimiento CD, armónicas, Inter-armónicas, ruido electromagnético. Se definirán solo las que se presentan más a menudo en los aerogeneradores de gran potencia.

Armónicas Las armónicas son voltajes o corrientes senoidales cuya frecuencia es un múltiplo integral de la frecuencia fundamental del sistema. Las formas de onda distorsionadas son descompuestas, de acuerdo con Fourier, en la suma de una componente fundamental más las componentes armónicas. La distorsión armónica se origina, fundamentalmente, por la característica no lineal de las cargas en los sistemas de potencia. El nivel de distorsión armónica se describe por el espectro total armónico mediante las magnitudes y el ángulo de fase de cada componente individual. Es común, además, utilizar un criterio denominado Distorsión Armónica Total (THD) como una medida de la distorsión. Dentro de los efectos nocivos que presentan las armónicas, se pueden citar los siguientes:

+

Las fuerzas electrodinámicas producidas por las corrientes instantáneas, asociadas con las diferentes corrientes armónicas, causan vibraciones y ruido acústico en transformadores, reactores y máquinas rotativas.

+ Provocan la disminución del factor de potencia. 16

Revista Científica


+ Están asociados con el calentamiento de capacitores. + Pueden provocar ferroresonancia. + Provocan calentamiento debido al incremento de las pérdidas en

transformadores y máquinas.

+

Al incrementarse la corriente debido a las armónicas, se aumentan el calentamiento y aumentan las pérdidas en los cables.

+

Las armónicas de voltaje pueden provocar disturbios en los sistemas electrónicos. Por ejemplo, afectan el normal desempeño de los tiristores.

La mitigación de los efectos nocivos de los armónicos puede llevarse a cabo mediante:

+

El monitoreo constante de los sistemas para detectar la presencia de armónicas indeseables.

+La utilización de filtros para eliminar las armónicas indeseables. + El dimensionamiento los transformadores, máquinas y cables

teniendo en cuenta la presencia de corrientes no senoidales (presencia de armónicas). La distorsión armónica puede ser cuantificada por varios métodos diferentes. Uno de los métodos más comunes es la Distorsión Armónica Total (THD). Otro método para cuantificar las armónicas es la distor-

sión armónica individual. Por ejemplo, en las Normas IEC 1000-2-2 y CENELEC EN 50160 se indica el THD máximo y el valor máximo permitido de un componente individual. Hoy en día, las normas nacionales e internacionales no incluyen armónicos entre 2-10 kHz. Si se utilizan inversores forzados, las armónicas de orden inferior serán reemplazadas por armónicas de orden superior. Mediante el uso de PWM se eliminan las armónicas de baja frecuencia y la primera armónica tendrá una frecuencia alrededor de la frecuencia de conmutación (5 a 10 kHz).

Inter-armónicas Se llaman inter-armónicas a los voltajes o corrientes con componentes de frecuencia que no son múltiplos enteros de la frecuencia a la cual trabaja el sistema. Las inter-armónicas se pueden encontrar en redes de todas las clases de voltajes. Las principales fuentes de inter-armónicas son los convertidores estáticos de frecuencia, los cicloconvertidores, los motores asincrónicos y los dispositivos de arco (Hernández y Madrigal, 2014). Efectos de calentamientos, similares a los producidos por las armónicas, son causados por las inter-armónicas.

Flickers Las cargas que muestran variaciones rápidas y continuas de la magnitud de la corriente pueden causar variaciones de voltaje que son frecuentemente denominadas “flicker”. El término flicker se deriva del impacto de las fluctuaciones de voltaje en las lámparas al ser percibidas por el ojo humano como parpadeos. Una de las causas más comunes de las fluctuaciones de voltaje en los sistemas de transmisión y distribución son Revista Científica

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los hornos de arco. La señal de flicker se define por su magnitud rms expresada como por ciento del voltaje nominal. Si se conoce la emisión de flicker de un aerogenerador, entonces la magnitud del flicker conectado a la red eléctrica podría calcularse siendo el propósito la medición del nivel de emisión de flicker del aerogenerador en condiciones de referencia en cualquier condición de la red y de la velocidad del viento.

Variaciones de frecuencia La frecuencia está directamente relacionada con la velocidad de rotación de los generadores que componen el sistema. Normalmente existen ligeras variaciones de frecuencia debido a la fluctuación del balance entre la generación y la demanda de potencia de un sistema eólico. El Consejo de la Industria de Tecnología de la Información (ITIC) describe los valores tolerables y la duración de las variaciones de voltaje que pueden ocurrir sin dañar o interrumpir las funciones de operación del aerogenerador. Estos valores son aplicables a sistemas de 120 V a 60 Hz. Se definen tres regiones; la región prohibida, donde no es posible la explotación, la zona de operación sin interrupciones y la región donde no deben suceder daños permanentes a sus equipos ante variaciones de dicha magnitud.

Conclusión Existen diferentes tipos de aerogeneradores disponibles en el mercado y se dividen en: velocidad fija y velocidad variable. Ambos grupos de aerogeneradores tienen ventajas y desventajas en cuanto a la interacción con la red y la calidad de la energía. Los diferentes fenómenos de calidad de la energía producidos por los aerogeneradores de velocidad fija y variable se resumen en la Tabla 3.

Tabla 3. Problemas de calidad de la energía causados por aerogeneradores de velocidad fija y velocidad variable. 18

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Los aerogeneradores tienen una producción de energía desigual después de las variaciones naturales del viento siendo esta producción la misma para todo tipo de aerogeneradores. Si el aerogenerador está funcionando a velocidad fija, la sombra de la torre resultará en una potencia fluctuante. Tanto la producción de energía como la fluctuación de la energía causan variaciones de voltaje. Los cálculos de flujo de carga pueden usarse para calcular las variaciones lentas en el voltaje causado por la producción de energía de los aerogeneradores. Las fluctuaciones de energía causadas por la sombra de la torre pueden también causar perturbaciones de flicker. Para calcular el impacto en el flicker, se debe conocer la magnitud de las caídas de voltaje o la emisión de flicker del aerogenerador. Con respecto a los aerogeneradores de velocidad fija, éstos no producen armónicas pero cuando se trata de aerogeneradores de velocidad variable, la situación es lo contrario. Dependiendo del tipo de inversor utilizado, se producen diferentes órdenes de armónicas. Los transitorios parecen ocurrir principalmente cuando los aerogeneradores son arrancados y detenidos simultáneamente pero equipados con un arrancador suave se puede evitar una gran corriente de arranque y, por lo tanto, una caída de voltaje. Cuando el banco de capacitores se encuentre conectado se producirá un pico de corriente grande afectando sustancialmente el voltaje en el lado de bajo voltaje del transformador. El uso de sofisticados aerogeneradores de velocidad variable puede mejorar la frecuencia eliminando este problema. Actualmente no se tienen en cuenta todos los diferentes tipos de fenómenos de calidad de la energía presentes en los sistemas eólicos. Los métodos, cálculos y los modelos utilizados son demasiado simplificados. Por esa razón es necesario desarrollar modelos que permitan analizar y mitigar los fenómenos electromagnéticos generados por una pobre calidad en la energía garantizando el buen funcionamiento del sistema eléctrico de potencia con el fin de predecir la interacción entre los aerogeneradores y la red eléctrica necesitando nuevos y mejores modelos que incluyan todas las características de los aerogeneradores. Estos modelos podrían ser herramientas útiles para predecir la calidad de energía en los aerogeneradores. Los tipos de aerogeneradores que, en combinación con la red eléctrica, ocasionaran problemas de calidad de la energía podrían ser rechazados y reemplazados en una etapa temprana de la planificación por un tipo más apropiado de aerogenerador.


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DISEÑO DE UN

ESTABILIZADOR POSTURAL PARA PERSONAS CON CUADRIPLEJIA

Viridiana Serna Pérez 1, Hugo Rodríguez Escalera 2, Javier Gutiérrez González 3

Ingeniería en Diseño Industrial, Universidad Politécnica del Bicentenario (UPB), Carretera Estatal Silao – Romita Km. 2, San Juan de los Durán, Silao, Gto. México, C.P. 36283, 1,2,3,

114030029@upbicentenario.edu.mx Recibido: Noviembre 11, 2016. Recibido en forma revisada: Noviembre 24, 2016. Aceptado: Enero 9, 2017.

Resumen: Los estabilizadores posturales son dispositivos utilizados por personas con discapacidad motora, estos equipos logran mantener en postura bípeda a los pacientes y así mejorar la circulación sanguínea. El presente artículo muestra el desarrollo del diseño y análisis estático del equipo, cuidando los requerimientos ergonómicos, antropométricos y sin poner en riesgo la integridad del paciente, además de un bajo costo de manufactura. Se elaboró una metodología de diseño adecuada al tipo de dispositivo, a partir de la cual se obtuvo una propuesta modelada con software CAD, se logró encontrar la posición del centro de gravedad del sistema, a fin de realizar un análisis de estabilidad en la posición vertical de la cama con el paciente. También analizó la resistencia mecánica de los componentes críticos del estabilizador con la realización de un análisis estático mediante software de Análisis por Elemento Finito, con lo cual se validó el diseño.

+ Palabras clave: Estabilizador postural, bípeda, cuadriplejía, análisis de estabilidad, análisis estático.

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Revista Científica


Abstract: The postural stabilizers are devices used by people with motor disabilities, these equipments manage to maintain patients in a biped position and thus improve blood circulation. The present article shows the development of the static design and analysis of the equipment, taking care of the ergonomic, anthropometric requirements and without compromising the integrity of the patient, besides with a low cost of manufacture. A design methodology was developed, adapted to the type of device, from which a proposal was modeled with CAD software, through which it was possible to find the position of the center of gravity of the system, in order to perform an Analysis of stability in the vertical position of the bed with patient. The mechanical resistance of the critical components of the stabilizer was also analyzed by performing a static analysis using Finite Element Analysis software, which validated the design.

+

Keywords: Stabilizing posture, bipedal, quadriplegia, stability analysis, static analysis.

Introducción La discapacidad más frecuente en México es la de movilidad que representa el 58% de los cinco millones 739 mil 270 personas con discapacidad (INEGI, 2013). Dentro de esta discapacidad se encuentra la cuadriplejia que es la deficiencia para mover las extremidades superiores e inferiores, que constituye un 54% de los casos. “Se calcula que la incidencia anual de lesión medular en México es de 18.1 por millón de habitantes y ocurre con más frecuencia en hombres en edad productiva (16 a 35 años de edad)” (Estrada, 2007).

Figura 1. Porcentaje de discapacidad en México (INEGI, 2013). Muchas de las complicaciones de la cuadriplejía suceden por la falta de movimiento, causando la mala circulación de la sangre, esto a su vez puede causar llagas de presión, hinchazón de los pies y coágulos de sangre peligrosos sobre todo en las piernas; además, existe la posibilidad de presentar problemas en el funcionamiento de la vejiga y mayor predisposición a infecciones del tracto urinario (Werner, Thuman y Maxwell, 2013). Los estabilizadores posturales ayudan a evitar todos estos problemas, pues su función principal es mantener una postura bípeda, logrando así regular la sangre de los pacientes. El objetivo de este proyecto es diseñar un estabilizador postural para

personas adultas con cuadriplejía que cumpla los requerimientos ergonómicos, antropométricos y sin poner en riesgo la integridad del paciente, además de cumplir con el requerimiento principal que es un bajo costo de manufactura. Para la elaboración de este diseño se determinaron las características principales: el acolchonamiento de la cama, el cuidado de los pies y la seguridad del paciente, estas características son indispensables para el desarrollo del dispositivo que se realiza mediante un software CAD; gracias a esto, se procede a hacer un análisis de estabilidad con el fin de que no se presente una volcadura y un análisis estático en software de Análisis por Elemento Finito, donde se comprueba el esfuerzo y la deflexión de los materiales utilizados.

Metodología El proceso de diseño completo se muestra en la Figura 2, es una lista de verificación elaborada para este proyecto. Comienza con la identificación del problema general y la decisión de hacer algo al respecto; después de varios seguimientos, termina con la solución para satisfacer la necesidad. Tal vez el tipo más sencillo de método con un marco de referencia lógico es la lista de verificación. La lista exterioriza lo que se tiene qué hacer, de manera que no sea necesario recordar todo mentalmente y para que no se pase por alto alguna cosa. Las listas también permiten el trabajo en equipo o la participación de un grupo más amplio (Cross, 2010).

Figura 2. Etapas del diseño.

Características del diseño Para la elaboración del diseño se tomaron en cuenta las siguientes características, con el fin de que brinde seguridad y ergonomía:

+

Seguridad del paciente: Para evitar que la persona se caiga al momento de la inclinación del estabilizador, se deben de utilizar correas de sujeción a nivel del tórax, la cadera y las rodillas. Revista Científica

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+ Acolchonamiento:

Para prevenir llagas de presión en la piel del paciente, el colchón debe ser suave, con una colchoneta firme.

+ Cuidado de los pies:

Materiales del diseño Los materiales para el estabilizador postural se muestran en la Tabla 1, de ellos depende la resistencia, maleabilidad y confort que brinde el diseño.

Cuando hay espasticidad es fácil que se desarrollen contracturas que hacen que los pies se engarroten; por esta razón se recomienda mantener los pies apoyados el mayor tiempo posible, como se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Colocación de las correas de sujeción a nivel del tórax, cadera y rodillas y colocación adecuada de los pies (Werner, Thuman y Maxwell, 2013). 22

Revista Científica

Tabla 1. Materiales del diseño.


Análisis de estabilidad Un cuerpo rígido es aquel que está sometido a un sistema de fuerzas externas y momentos de par, que es el resultado de los efectos de fuerzas gravitacionales, eléctricas, magnéticas o de contacto causadas por cuerpos adyacentes (Hibbeler, 2010). Un estabilizador postural se puede considerar como un cuerpo rígido, pues en él actúan las fuerzas del peso del paciente y del equipo, la fuerza de gravedad, las fuerzas de reacción y los momentos de par, por esta razón, es necesario hacer un análisis de estabilidad a este diseño para asegurar que no exista una volcadura frontal del equipo y el paciente. Se dice que “cuando la fuerza y el par son iguales a cero, las fuerzas externas forman un sistema equivalente a cero y el cuerpo rígido se encuentra en equilibrio” (Beer, Johonston, & Eisenbeg, 2007). Para efectuar el análisis, se realiza la primera propuesta de diseño mediante SolidWorks®, con el objetico de encontrar la posición del centro de gravedad (Figura 4). Se analiza esta propuesta de diseño donde se aplican las ecuaciones de equilibrio estático cuando Ѳ=80°, debido a que es la posición máxima que inclina el dispositivo y es en esta posición donde hay más probabilidad de una volcadura, además que la fuerza que ejerce el peso del estabilizador y del paciente es f1= 1977N. Mediante la sumatoria de momentos y de fuerzas en el punto A, se obtienen las reacciones Ry1 y Ry2 para la estabilidad del sistema.

(a) (b) Figura 5. (a) Modelo del dispositivo con el rediseño de la estructura, (b) diagrama de cuerpo libre del dispositivo con el rediseño de la estructura.

A comparación de la primera propuesta, el momento que ejerce la fuerza es de 769.39Nm, se considera mayor porque la distancia de la posición de f1 con respecto al punto A en el eje x es de 0.37m.

Análisis estático (a) (b) Figura 4. (a) Primer diseño del dispositivo mediante SolidWorks®, (b) diagrama de cuerpo libre de la primera propuesta.

Para estimar la integridad de la estructura del estabilizador se realiza un análisis estático estructural mediante el uso de Elemento Finito, a través del software ANSYS®. Como mencionan Saavedra García y San Antonio (2013), “la velocidad de operación (en este tipo de dispositivos) es muy baja, por lo que los componentes se comportan más como elementos estáticos que dinámicos”. A partir del rediseño de la estructura de la base, se realiza un análisis estático, mediante un software de Análisis por Elemento Finito, para determinar la viabilidad de los materiales seleccionados y la configuración del diseño; se analizan dos zonas críticas, que son el mecanismo de elevación y la base que da soporte. Para ambos casos se seleccionó un tipo de malla con elementos tetraédricos predominantes; para el mecanismo, se utilizó una malla con 10312 nodos y 51495 elementos, mientras que para la base se generó una malla de 23969 elementos y 77358 nodos.

El momento que ejerce f1, el cual es de 166.85Nm, surge porque la posición de esta fuerza se encuentra a una distancia de -0.0844m en el eje x, quedando fuera de la estructura de la base. Por esta razón, se rediseñó la base que se muestra en la Figura 5, y de igual forma se le realiza un análisis de estabilidad, pero en este caso f1=2074.03N y Ѳ= 80°

Figura 6. Malla del mecanismo de elevación.

Figura 7. Malla de la base. Revista Científica

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Se consideraron distintos casos de carga, el más crítico es cuando el paciente y la cama están en posición horizontal, pues es ahí donde algunos de los eslabones del mecanismo están sometidos a mayor flexión. Se usó una carga remota de 1705 N, que representa el peso del paciente y de la cama en la posición adecuada.

Figura 8. Posición de la fuerza en el mecanismo.

Discusión y resultados El diseño completo del estabilizador postural se muestra en la Figura 9, se creó mediante SolidWorks; además, se desarrollaron los resultados del análisis de estabilidad y del análisis estático en ANSYS.

Figura 9. Diseño final del estabilizador postural mediante un software CAD. De los dos análisis de estabilidad que se realizaron, la segunda propuesta resulta más confiable, debido a que el diseño de la estructura mostró una mejor distribución del peso del sistema (paciente-estabilizador) sobre las reacciones; además, la posición del centro de gravedad se encuentra a una distancia de 0.37 m con respecto al punto de apoyo en el eje de las x, lo que asegura que no existirá una volcadura frontal del equipo y del paciente. Los valores obtenidos en las reacciones y el momento que ejerce la fuerza de los dos análisis de estabilidad se muestran en la Tabla 2.

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Tabla 2. Comparación de resultados del análisis de estabilidad de la primera propuesta con la propuesta del rediseño de la estructura. Por otro lado, en el análisis de estabilidad para el mecanismo (Figura 10) se usó un perfil de acero inoxidable de 2 pulgadas, calibre 11 (de 3.05 mm de espesor), se rediseñaron las orejas donde el pistón actuador se conecta al eslabón conductor por unas de base más ancha, con la intención de disminuir los esfuerzos presentes en esta zona que resultó ser la más crítica, con estos cambios, se obtuvo un factor de seguridad de hasta 4.8, lo cual es un FS muy amplio para el diseño. En el caso de la base se obtuvo un factor de seguridad de 1.9 (Figura 11) por lo que se recomienda cambiar los perfiles inferiores de 2 pulgadas de calibre 14 a un calibre de 12.

rediseño en el mecanismo se obtuvo un factor de seguridad alto de hasta 4.8, lo que significa que no existe un riesgo de fractura en todo el diseño. Por lo tanto, con las modificaciones, el diseño resulta satisfactorio de acuerdo al objetivo propuesto, ya que satisface las necesidades del paciente en cuanto a la ergonomía, la antropometría, cumpliendo con una propuesta de diseño económica de manufacturar y segura de utilizar para los pacientes con cuadriplejía. SIMBOLOGÍA

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Figura 11. Factor de seguridad en la estructura de la base.

Conclusiones Con los resultados del segundo análisis de estabilidad, se determina analíticamente que el equipo queda completamente equilibrado; sin embargo, es necesario la fabricación de un prototipo para poder asegurar la no volcadura en condiciones de uso normal, además de la realización de pruebas con pacientes que padezcan la mencionada discapacidad. En cuanto el análisis estático se obtuvo un factor de seguridad de 1.9 en la base, por lo que se cambiarán los perfiles inferiores de 2” calibre 14 a un calibre de 12 (de 2.66 mm de espesor), debido a que en esta zona es donde se presentan los mayores esfuerzos y por ende el menor factor de seguridad, y de esta manera asegurar la integridad estructural. Con el

Ronald Saavedra, Eduin García, Thalía San Antonio (2013). Diseño de un equipo de bipedestación. Centro de Investigaciones en Mecánica (CIMEC), Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela. Revista Ingeniería UC, Vol. 20, No. 1.

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Exportaciones E Importaciones Agropecuarias Y Agroindustriales n A nálisis C on De México (1993-2015): UP ruebas D e R a í z U nitaria Carlos Méndez González1, Ariel Gutiérrez Ortiz2 y Óscar Bernardo Reyes Real3

Facultad de Comercio Exterior de la Universidad de Colima. Av. Elías Zamora Verduzco, No. 269, Valle de las Garzas, Manzanillo, Colima, México, C.P. 28219. 1 ,2,3

cmendez6@ucol.mx

Resumen: En esta investigación se analiza la tendencia de las exportaciones e importaciones agropecuarias y agroindustriales de México para el periodo1993-2015. Se realizan pruebas de raíz unitaria (series de tiempo de frecuencia mensual con 276 observaciones) para identificar si las variables de estudio tienen un comportamiento estocástico o determinístico, de tener éste último caso, se concluiría que es una variable muy predecible; por el contrario, si tienen raíz unitaria, se puede decir que el comportamiento de estas variables sufre de choques aleatorios que dificultan su predicción debido a que son volátiles. La hipótesis es que las exportaciones e importaciones agropecuarias y agroindustriales de México tienen tendencia determinística.

+ Palabras clave: Exportaciones agropecuarias y agroindustriales, pruebas de raíz unitaria, tendencia determinística, México.

Recibido: Noviembre 2, 2016. Recibido en forma revisada: Noviembre 28, 2016. Aceptado: Enero 1, 2017.

Abstract: We analyzed the trend of mexican agricultural and agroindustrial exports and imports during the period 1993-2015. We performed unit root tests (sample: 276 observations) to identify whether the study variables have a stochastic or deterministic trend (behavior), deterministic variables are very predictable, but on the other hand if the variable has a unit root, it can be said that the behavior of the variable suffers from random shocks that hinder their prediction because it is volatile. Our hypothesis is that mexican agricultural and agroindustrial exports and imports have a deterministic trend.

+ Keywords: Agricultural and agroindustrial exports, unit root tests, deterministic trend, Mexico. 26

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Revisión literaria Los cambios drásticos realizados por México en su política de comercio y las reformas económicas aplicadas en los 80’s (GATT) y 90’s (TLCAN), generaron un surgimiento dramático en el comercio mexicano de productos agrícolas y no agrícolas durante las últimas dos décadas, siendo Estados Unidos el principal destino al absorber el 86% del total de las exportaciones agrícolas y alimenticias de México (Málaga y Williams, 2010). De acuerdo con Mora, Matus y Martínez (2002), las políticas para el comercio exterior como el GATT y el TLCAN, deberán facilitar la fluidez y reducir gradualmente las barreras comerciales entre los países signatarios. Sin embargo, las exportaciones agrícolas y ganaderas mexicanas pueden variar ante cambios en los precios y en el tipo de cambio. Uno de los problemas de interés en medición económica tiene que ver con la determinación del tipo de tendencia presente en una serie de tiempo: se debe decidir si una tendencia aleatoria o una determinística está presente en una serie de tiempo dada. Esta distinción es importante, puesto que la naturaleza de la permanecía de los choques macroeconómicos sobre la serie depende del tipo de tendencia que posea: mientras que en una serie con tendencia determinística el choque solamente tiene una permanencia temporal, en una con tendencia aleatoria dichos impactos son de naturaleza permanente (Castaño y Martínez, 2009). Durante varios años, se ha debatido si las series de tiempo económicas y financieras poseen una raíz unitaria o si pueden ser mejor representadas por procesos que son estacionarios alrededor de una tendencia determinística y/o de cambios de nivel (Castaño y Sierra, 2012). Una de las prácticas más comunes en la literatura empírica es la de realizar test de raíces unitarias a series de tiempo macroeconómicas (Chumacero, 2000). En la presente investigación, se realizan estas pruebas a las exportaciones e importaciones agropecuarias y agroindustriales de México, con el objetivo de determinar si el comportamiento de estas series es estocástico o determinístico. El crecimiento de una variable puede deberse, entre otros, a la existencia de un proceso estacionario alrededor de una tendencia puramente determinística o a la presencia de una tendencia estocástica, posiblemente con una deriva si la serie es generada por un proceso estacionario alrededor de distintos cambios de nivel, los cuales podrían haber sido causados por diferentes eventos exógenos; es decir, el proceso tiene una raíz unitaria (Castaño y Sierra, 2012).

Metodología El presente trabajo de investigación sigue el método deductivo que de acuerdo a Cid, Méndez y Sandoval (2011) en éste se procede a buscar datos empíricos que confirmen una explicación general, a observar si una idea formulada como hipótesis tiene sustento real.

El conocimiento científico es predictivo, la predicción es una manera eficaz de poner a prueba la hipótesis y la clave del futuro desarrollo de los acontecimientos (Cegarra, 2004). En cierta forma, estere trabajo busca conocer qué tan predecibles son las exportaciones e importaciones. Esta investigación es de tipo cuantitativa, ya que “usa la recolección de datos para probar hipótesis, con base en la medición numérica y el análisis estadístico, para establecer patrones de comportamiento y probar teorías” (Hernández, 2010). Para su elaboración, se recurrió a fuentes de información secundarias, se obtuvo la balanza comercial, exportaciones e importaciones agropecuarias y agroindustriales de México para el periodo 1993-2015. La frecuencia de las series es mensual, por lo que se obtuvieron 276 observaciones. La unidad de medida en todas las variables está expresada en miles de dólares. Se graficaron las variables, se trazaron líneas de tendencia, se obtuvo la ecuación de regresión que ofrece el software Excel y se interpretaron los resultados. Posteriormente, se introdujeron los datos al software econométrico E-views para ajustar la estacionalidad (antes de realizar las estimaciones empíricas) que por naturaleza presentan la mayoría de las variables relacionadas al agro (normalmente por cuestiones de temporada, cosecha y climatológicas). Todas las variables se transformaron a logaritmos. Finalmente, para contrastar la hipótesis, se realizaron pruebas de raíz unitaria (Dickey Fuller Aumentada y Philips Perron) tanto a las exportaciones como a las importaciones, para determinar si tienen raíz unitaria o si por el contrario tienen tendencia determinística. Nuestra hipótesis es que las exportaciones e importaciones agropecuarias y agroindustriales de México tienen tendencia determinística.

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Análisis e interpretación de los resultados La balanza comercial agropecuaria y agroindustrial de México para el periodo de estudio ha sido muy oscilante, aunque la tendencia general está ligeramente a la baja (déficit comercial).

Figura 1. Balanza comercial agropecuaria y agroindustrial de México (1993-2015). Fuente: Elaboración propia a partir de Banco de México (2016). El estadístico R cuadrado es de 0.0696, por lo que el poder explicativo del tiempo como variable predictor es muy bajo y realizar un pronóstico sería muy arriesgado; entonces, se considera pertinente analizar la balanza por separado.

Figura 2. Exportaciones agropecuarias y agroindustriales de México (1993-2015). Fuente: Elaboración propia con datos de Banco de México (2016).

La variable exportaciones para el periodo estudiado muestra, a nivel visual, una notoria tendencia a la alza, y la ecuación de regresión indica que las exportaciones agropecuarias y agroindustriales han crecido en promedio 230 mil dólares cada mes en el periodo 1993-2015. Por otro lado, las importaciones han crecido en promedio 257 mil dólares (ver Figura 2) cada mes en el mismo periodo. Se observa una marcada y predecible estacionalidad en las exportaciones agropecuarias y agroindustriales, ya que estas caen regularmente de julio a octubre de cada año.

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Al parecer las importaciones son más sensibles en periodos de recsión ya que en el año 1995 se observa un pico a la baja y en el periodo 20082009 se observa una caída abrupta y considerable en esta variable, a diferencia de las exportaciones.

Figura 3. Importaciones agropecuarias y agroindustriales de México (1993-2015). Fuente: Elaboración propia con datos de Banco de México (2016).

Prueba de hipótesis La hipótesis de esta investigación es que las exportaciones e importaciones agropecuarias y agroindustriales de México tienen tendencia determinística. La hipótesis se contrastó aplicando pruebas de raíz unitaria (Dickey-Fuller y Philips Perron) a las variables exportaciones e importaciones agropecuarias y agroindustriales de México. La hipótesis nula establece que la serie de tiempo tiene raíz unitaria, y la hipótesis alternativa establece que la serie de tiempo tiene tendencia determinística.

Las pruebas de raíz unitaria se pueden especificar de tres formas:

Donde Yt= es la variable correspondiente en el periodo actual. Yt-1= es la variable rezagada. ԑt= es el término de perturbación.

Tabla 1. Pruebas de raíz unitaria exportaciones agropecuarias y agroindustriales de México. Fuente: Elaboración propia.

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Una vez realizadas las pruebas de hipótesis, se encontró que en niveles, ambas variables (exportaciones e importaciones agropecuarias y agroindustriales de México) tienen un orden de integración 0, esto significa que tienen tendencia determinística.

Conclusiones Pronosticar la balanza comercial agropecuaria y agroindustrial de México puede ser muy difícil e impreciso, ya que presentan marcadas oscilaciones transitando frecuentemente de un superávit a un déficit, por lo que parece más sensato estudiar cada uno de los componentes de la balanza por separado si lo que se busca es una predicción. Por otro lado, las pruebas de raíz unitaria confirman que tanto las exportaciones como las importaciones son estacionarias en niveles; es decir, tienen tendencia determinística, esto significa que las variables tienen media y varianza constante, cabe mencionar además que la mejor especificación del modelo es considerando intercepto y tendencia (a la alza) en ambas variables. De acuerdo con Chumacero (2000), la gran mayoría de las variables macroeconómicas no son estacionarias, sin embargo, el mismo autor indica que no hay que dar por sentado tal afirmación, ya que hay variables macroeconómicas que no tienen raíz unitaria (es decir, son estacionarias en niveles). En conclusión, tanto las exportaciones como las importaciones agropecuarias y agroindustriales muestran estar relativamente libres de choques aleatorios y estocásticos para el periodo de estudio, es decir, no son volátiles, son predecibles y ambas tienen una tendencia a la alza. A través de los hallazgos de esta investigación y su difusión, se pretende beneficiar tanto a los productores y exportadores como a los hacedores de política. Sería interesante en futuras investigaciones analizar la relación actual entre el tipo de cambio y la conducta de las exportaciones e importaciones agropecuarias y agroindustriales de México, ya que como se vio en la revisión literaria, el comportamiento de estas variables puede ser sensible al tipo de cambio según Mora, Matus y Martínez (2002), y de acuerdo a INEGI (2016) el tipo de cambio peso-dólar ha registrado históricamente importantes variaciones, preponderantemente alzas y en los últimos meses, éstas han sido más acentuadas.

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en la

Recursos Y Capacidades Que Influyen Competitividad En Las Empresas:

Un Enfoque Conceptual

Néstor Contreras Rodríguez1, Andrés Pereyra Chan2 y Hermila Ulibarri Benítez3

Instituto Tecnológico de Mérida Av. Tecnológico, km 4.5 S/N , Mérida, Yucatán. C.P. 97118. 1,2,3

contreras.rodriguez.nestor@gmail.com

Recibido: Octubre 31, 2016. Recibido en forma revisada: Diciembre 12, 2016. Aceptado: Enero 1, 2017.

Resumen: Desde un enfoque empresarial, la competitividad representa el compromiso de ofrecer mejores servicios o productos a los consumidores pertenecientes a un segmento en particular. Actualmente en el mercado, ante un incremento de empresas que ofrecen productos o servicios similares, es importante diseñar e implementar estrategias eficientes que logren atraer a más consumidores, obteniendo las ventajas competitivas determinantes ante la competencia. Por ende, esta publicación tiene por objetivo principal revisar y presentar una investigación documental que parta desde el enfoque de la competitividad, así como la teoría de los recursos y capacidades desde una perspectiva de análisis estratégico e interno, destacando el modelo diseñado por Grant (2006), el cual se basa en analizar los recursos y capacidades desde un doble nivel de análisis, tomando como referencia de estudio un contexto competitivo cada vez más dinámico para la creación de ventajas competitivas.

+ Palabras clave: Competitividad empresarial, estrategias, teoría de los recursos y capacidades, ventajas competitivas.

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Abstract: From an entrepreneurial approach, competitiveness represents the commitment to offer better services or products to consumers belonging to a particular segment. Currently on the market, to an increase in companies that offer similar products or services, it is important to design and implement effective strategies that achieve to attract more consumers, getting the competitive advantages determinants before the competition. Therefore, this publication has as its main objective the review and submit a documentary investigation that part from the approach of the competitiveness as well as the theory of resources and capabilities from a perspective of strategic analysis and internal, highlighting the model designed by Grant (2006) by which is based on analysing the resources and capabilities from a double level of analysis, taking as a reference of study a competitive context increasingly dynamic for the creation of competitive advantages

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Keywords: Business Competitiveness, strategies, theory of resources and capabilities, competitive advantages.

Resultados y discusión Antecedentes del término competitividad A lo largo de la historia misma han surgido actores que definen, a partir de sus propios pensamientos y contribuciones, al término competitividad, involucrando a las naciones, industrias e incluso aspectos sociales. Saavedra (2012) considera que la competitividad es un concepto tan complejo que puede ser estudiado desde diferentes perspectivas y disciplinas; por lo tanto, no es posible definir un solo concepto. El término competitividad encierra características económicas que surgen a partir de las exigencias constantes de adquirir altos niveles de éxito. En la actualidad, ante los estragos que deja a su paso el proceso de la globalización, la competitividad misma es un elemento que ha adquirido mayor importancia ante la inquietud de conocer los atributos para alcanzar el éxito. Por ello, resulta esencial realizar esta investigación. A continuación se presenta el proceso evolutivo del término competitividad

Introducción La competitividad de las empresas dependerá de las capacidades de la alta gerencia en identificar factores internos y externos determinantes en el sector por el cual compiten. Pero, ¿Qué factores internos y externos las empresas deberán identificar para lograr un alto nivel competitivo? Respondiendo a esta pregunta, las empresas, aquella organización que logra desarrollar un conjunto de actividades comerciales e industriales capaz de proveer bienes y servicios para mejorar la calidad de vida de las personas y, asimismo, la productividad de una economía nacional (Anzola, 2010). Tendrá la capacidad de identificar, describir y analizar el uso efectivo de sus propios recursos intangibles, tangibles, humanos y de capital organizacional; además, desarrollar las estrategias para lograr las ventajas competitivas determinantes para el éxito empresarial. Por consiguiente, no menos importante evaluar aquellos factores externos que limite la administración de la misma. Por ejemplo, factores económicos, político-legales, sociales, tecnológicos y educativos. Para esta investigación, se analizarán los recursos y capacidades internas de las empresas desde un enfoque conceptual, describiendo la importancia de los recursos mencionados anteriormente y la capacidad de la gerencia en transformar estos en estrategias eficientes para conseguir ventajas competitivas que determine el éxito en el sector, por el cual compiten las empresas. Por lo tanto, se enfocará este estudio, a partir de un análisis interno a través del enfoque estratégico-empresarial, es decir, “las organizaciones más eficientes en la gestión de sus propios recursos y capacidades podrían obtener beneficios extraordinarios aun en el largo plazo” (Fong, 2005).

Materiales y métodos Esta investigación es de carácter documental, por lo tanto, tiene como firme objetivo demostrar una revisión literaria referente sobre la teoría de los recursos y capacidades, especialmente desde el modelo desarrollado por Grant (2006), el cual especifica los tipos de recursos que integran a las empresas y la funciones que ejercen las capacidades para el desarrollo de estrategias y ventajas competitivas en determinado sector. De acuerdo con Hernández (2014) el tipo de investigación documental “extraer y recopila la información relevante y necesaria para enmarcar nuestro problema de investigación”. Justificar que para elaborar dicha investigación documental, se estructuró a partir de documentos escritos como: libros, revistas electrónicas, conferencias escritas, notas periodísticas, etcétera (Bernal, 2010).

Figura 1. Evolución del término competitividad basada en Garelli (2006).

Después de analizar el antecedente evolutivo al término de la competitividad, se establece referencias al término del mismo en los niveles: país, sector y empresa, además de distinguir la conceptualización desde cada enfoque. Conceptos de competitividad El contexto del término competitividad abandera tanto elementos del entorno macroeconómico así como términos empresariales; por lo tanto, no existe una definición única y en ocasiones la definición del mismo se mal interpreta. Por ejemplo, Porter (1991) define que este concepto puede ser diferente cuando se menciona una empresa, nación o país, por último, de acuerdo con la especialidad o enfoque que lo defina. Por lo tanto, en consideración con la información definida previamente, se plantea realizar revisión de información referente a la literatura misma. A continuación se menciona los conceptos más importantes del mismo.

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Tabla 1. Definiciones de competitividad. Fuente: Elaboración basada en Chudnovsky y Porta (1990); Porter (1990); Krugman (1994); Suh (2008); Bonilla y Martínez (2009); Asociación española de contabilidad y administración (2010); Informe de competitividad mundial (2010); Benítez (2012); Castellano y Ramírez (2013); Martín (2014); Instituto de competitividad de escuela de negocios internacionales (2015); Instituto Mexicano para la competitividad (2015). 34

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Competitividad empresarial Ávalos (2009) establece tres factores determinantes para la competitividad empresarial, los cuales se muestran en la siguiente Figura 2.

Figura 2. Factores determinantes para la competitividad empresarial de acuerdo a Ávalos (2009). Según Figura 2, los principales factores determinantes para la competitividad empresarial son los siguientes: la innovación, factor central del desarrollo económico que dependerá de las disposiciones de las personas y organizaciones para aumentar la capacidad de aprender, sin dejar a un lado, la constante renovación; este último, uno de los principales recursos. Mencionar que la gestión del conocimiento y la integración empresarial generan nuevas competencias y beneficios en la competitividad empresarial. Posteriormente la gestión del conocimiento, capaz de generar nuevos sistemas de aprendizajes, además es una de las bases de los bienes intangibles y principal fuente de recursos de los sistemas de innovación. Dentro de esta perspectiva, el desempeño, la expe-

riencia y la capacidad de dar respuestas ante nuevos desafíos, propiciarán a un alto nivel de competitividad para una organización. Por último, la integración empresarial, es decir, el vínculo o redes de colaboración interempresariales orientadas a la innovación y apoyadas por diversas instituciones públicas y privadas por medio de un contexto institucional capaz de fomentar la misma. Pero, ¿Qué factores microeconómicos determina la competitividad empresarial?, la productividad es creada por el uso eficiente de los recursos y dependerá en última instancia de la mejora de la capacidad microeconómica. De acuerdo a este último término, Ramírez (2015) señala tres factores microeconómicos determinantes para la competitividad empresarial, los cuales son: I) calidad del ambiente de negocios, II) estado de desarrollo de clúster y III) sofisticación de las estrategias y operaciones de las firmas. Por lo tanto, el proceso colaborativo de estas tres fases genera un entorno ideal para el desarrollo económico a través de la participación del gobierno en múltiples niveles, compañías mediante implementación de estrategias que genere mejoras en la ventaja competitiva y además el fortalecimiento estructural de las instituciones de enseñanzas. Es decir, el compromiso de establecer una economía basada en innovación por medio de mejoras en habilidades y conocimientos, instituciones científicas – tecnológicas. Adicionalmente, esto desencadena factores microeconómicos determinantes para la competitividad empresarial. A continuación se menciona algunas definiciones de competitividad empresarial:

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Tabla 2. Definiciones de competitividad empresarial. Fuente: Porter (1990), Barney (1994), Fong (2005), Delgado (2007), Ramírez (2008), Martínez (2010), Estrada y Vargas (2015). Mientras tanto, Wiklund (1998) define cuatro factores claves para el desarrollo de la competitividad empresarial, estos son: I) El entorno, conocer si el crecimiento de las empresas es causa de los factores internos o si los factores externos ejercen un cambio transcendental en el desarrollo empresarial. II) Las estrategias, planifican respuestas a cambios constantes que propician la progresión de las firmas; III) Recursos, las estrategias se consolidan a partir del análisis de los recursos propios de las empresas; IV) Motivación, la meta de los empresarios es obtener a través de los bienes y servicios, altos beneficios por medio de la creación de valor de los mismos. Modelos de estudio para la competitividad El concepto de competitividad es demasiado amplio, de acuerdo a la diversidad de definiciones señalada con anterioridad. Aspectos específicos y limitados del mismo, hasta complejos, confundiendo conceptos con las palabras desarrollo y crecimiento económico. Según Bueno (1994), “es posible encontrar definiciones en varios niveles: las basadas en las firmas, en el sector y las que tiene como referencia la economía nacional como un todo”. Adicionalmente, de acuerdo con Castellano y Ramírez (2013), en el ámbito internacional existen metodologías que permiten determinar el estado de competitividad en los

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diferentes países, adquiriendo como base para su aplicación: al país (macroeconómico), sector (mesoeconomico) y empresa (microeconomico); es decir, los niveles que conforman la competitividad. Asimismo, el ministerio de economía de la provincia de Buenos Aires (2006), partiendo de la idea de que existen, una serie de indicadores para intentar medir la competitividad, entre las que destacan, el precio, los costos, la productividad, tecnología, entre otros, además de servir como elementos de puntos de comparación con la competencia. En cambio, para López y Cabrera (s.f) la competitividad empresarial, es un tema muy controversial, puesto que se ha convertido en un reto el desconocimiento de lo que es y los factores que inciden para su análisis de estudio. Estas evidencias dejan en claro que no existe un modelo de estudio único y claro para analizar y evaluar la competitividad. Sin embargo, el análisis parte de acuerdo a los diferentes niveles que conforman la misma. A continuación se presenta algunos modelos que ilustran el comportamiento de este término mencionado con previa anterioridad. Referente al ámbito nacional, la aportación del economista Michael Porter, que por medio del modelo de “Diamante de Porter”, contempla cuatro elementos determinantes para las empresas. Estas logran alcanzar la ventaja compe-


titiva a partir de aquellas naciones capaces de innovar, y además, superando cualquier barrea que impida alcanzar el éxito empresarial. Sobre la base de las ideas expuestas con anterioridad, estos atributos son los siguientes de acuerdo a Porter (1991) Condiciones de los factores, mano de obra especializada, infraestructura; II) Condiciones de la demanda, exigencias del mercado interno a productos o servicios del sector; III) Sectores afines y auxiliares, encargados de suministrar los mejores recursos; IV) Estrategia, estructura y rivalidad de las empresas, el ambiente por el cual se organizan y crean las empresas. En la siguiente figura, se muestra los determinantes de la ventaja competitiva nacional. Cada sistema se encuentra ligadamente relacionado, de manera que por medio de la disponibilidad de los recursos y la información que cada eslabón recibe en relación a las actividades que realizan, logran conseguir el éxito competitivo. Además, las constantes inversiones en temas relacionados a innovaciones en procesos, productos y diseños, generan un nivel alto de valor agregado que distingue las empresas pertenecientes a una nación desarrollada.

los compradores; estos dos últimas fuerzas, se refiere a la capacidad de estos elementos por fijar las condiciones determinantes de la negociación.

Figura 4. Modelo de las cincos fuerzas de Porter (2008). Adicionalmente, el siguiente modelo es denominada competitividad sistémica. De acuerdo con Esser, Hillebrand et al (1996) expone que un país, no puede establecer cualquier cantidad de políticas. Por lo tanto, es necesario un sistema complejo de cuatro niveles que están interconectados, mismos que mientras más desarrollados se encuentren, un país formará una gestión más competitiva. Estos niveles son: meta, capacidad de integración de la sociedad (cultura, costumbre); macro, implica la intervención del gobierno al formular políticas para una economía en general; meso, se diseñan políticas públicas específicas de apoyo a las empresas; micro, esfuerzo individual de cada una de las empresas.

Figura 3. Los determinantes de la ventaja competitiva nacional de acuerdo a Porter (1991).

Todo lo anterior, crea el ambiente por el cual las empresas empiezan a desarrollarse y a competir; de acuerdo al modelo del diamante, el país o nación es el ente capaz de crear los recursos y las destrezas necesarias para el desarrollo de las empresas. Otras de las dimensiones es el modelo denominado las cinco fuerzas de Porter, encargado de identificar las limitantes presente en una industria en particular. Este modelo ayuda a la parte diréctica empresarial a identificar las oportunidades y amenazas que puedan presentarse en el ambiente industrial y diseñar las estrategias adecuadas ante ciertos imprevistos. Las cinco fuerzas del modelo está estructurado por: I) Rivalidad entre competidores existentes, se refiere al tipo de industrias competitivas, es decir, fragmentadas o consolidadas, la demanda de los clientes como indicador en aumento o disminución de la rivalidad; II) Amenazas de nuevos entrantes, relacionada con la intervención de más competidores, aunque en ocasiones no compiten directamente, tienen la habilidad de hacerlo si así lo proponen; III) Amenaza de productos o servicios sustitutos, empresas que no compiten directamente pero la variedad de su oferta satisface de manera genérica las necesidades de los clientes; IV) El poder de negociación de los proveedores, y V) El poder de negociación de

De la evidencia anterior, Villarreal y Ramos (2002) proponen una restructuración del modelo sistémico de Esser, Hillebrand et al (1996), al representar por círculos un esquema de seis niveles: el microeconómico, se define a partir de las características de las empresas basado ante un nuevo modelo de gestión empresarial; el mesoeconomico, atribuido a un modelo industrial; macroeconómica, variables determinantes del crecimiento; internacional, asociado a la apertura de comercialización mundial; institucional y gubernamental, modelo de gestión gubernamental proveedora de servicios públicos y políticas publicas eficientes; político social, determinado por el capital social encargado de resolver asuntos problemáticos en relación a bienes públicos, etcétera. En la Figura 5 se puede apreciar el modelo propuestos por Villarreal y Ramos (2002).

Figura 5. Competitividad sistémica de acuerdo a Villarreal y Ramos (2002)

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En otro sentido, se realizó un caso de estudio en el cual se propone un modelo para evaluar la competitividad de las empresas telefónicas en México, a cargo por Romo y Rivas (2012), estableciendo que “El precio fue el único factor que explica la competitividad en términos de su rentabilidad; en la segunda regresión, la calidad y la productividad fueron los factores que explicaron la competitividad en términos de posición de mercado” A continuación se muestra la figura que representa el modelo de competitividad de estas empresas:

Figura 6. Modelo causal que explica la competitividad de las empresas móviles en México de acuerdo a Romo y Rivas (2012).

la empresa de forma semipermanente como las marcas, el conocimiento tecnológico propio, el empleo de habilidades personales, los contactos comerciales, los procedimientos eficientes, el capital, etcétera”. Barney (1994) “Una empresa obtiene beneficios extraordinarios cuando la tasa de beneficios que generan sus recursos y capacidades es mayor que lo necesario para atraer esos recursos y capacidades a la empresa”. Es así como esta teoría generó una ideología totalmente distinta a los modelos que evalúan a la competitividad de acuerdo al entorno competitivo, como bien señala Navas y Guerras (2002) “Se adopta, por lo tanto, una orientación interna más que externa, en la formulación de la estrategia de la empresa”. Por su parte, Grant (1996) distingue un doble nivel de análisis, señala el concepto de recursos, un conjunto de elementos que poseen o controlan y las capacidades que representan formas de hacer las actividades y de utilizar los recursos. Las capacidades sólo existen en la medida en que dichas personas colaboran entre sí y se coordinan para resolver un problema o realizar una actividad. Para Adame, Mohedano y Benavides (2012) los recursos se caracterizan por ser independientes, simple y estáticos mientras las capacidades, carácter colectivo, complejo y dinámico. La Figura 7, representa los recursos y capacidades como un doble nivel de análisis.

Teoría de los recursos y capacidades Con respecto al análisis de los modelos que estudian la competitividad a nivel nacional, sectorial y empresarial, existe un modelo denominado recursos y capacidades,que se encarga de analizar la estructura interna de elementos que conforman a una organización, es decir, los recursos y capacidades propios que forma parte de las empresas. Para posteriormente diseñar las estrategias determinantes que generen ventajas competitivas únicas y así obtener una mejor posición en un sector específico, de acuerdo a Hernández, Quevedo y Hernández (2015). A finales de la década de los ochenta, el análisis de la ventaja competitiva se centró más en los aspectos internos de la empresa, apreciándose menos el interés de la empresa sobre su posición en el mercado y más en la explotación de recursos y capacidades internas únicas. Pero, ¿Que son los recursos y capacidades? ¿Son dos elementos que comparten ciertas relaciones? A continuación se describe cada uno de estos elementos que conforma dicha teoría, sin antes mencionar el origen de la misma. De acuerdo a Fernández y Suárez (1997) “El origen de la teoría de recursos y capacidades se sitúa oficialmente en el año 1984, con el artículo The resource–based view of the firm, del profesor Binger Wernerfelt, trabajo que posteriormente estableció el nombre a esta corriente del pensamiento”. Sin embargo, dicha teoría se planteó después de haber analizado los argumentos de Penrose (1959) al definir a las empresas, una serie de colección de recursos capaz de generar competencias individuales, proporcionando diversos servicios y además una organización compuesta por un conjunto de conocimientos. A todo lo anterior, se define recursos y capacidades en términos general, como señala Huertas (2004) “Aparece un primer problema terminológico, ya que mientras algunos autores hablan de recursos en un sentido muy general incluyendo tanto los activos como las capacidades, otros distinguen un doble nivel de análisis”. Es elemental señalar que estos participan ante un contexto competitivo cada vez más dinámico para la creación de ventajas competitivas (Weerawardena, Mort, Liesch, y Knight, 2007 y Evers, 2011). A continuación los principales autores sobre esta teoría definen los recursos y capacidades en un sentido general. Wernerfelt (1984) “Aquellos activos (tangibles e intangibles) que se vinculan a

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Figura 7. Relación entre recursos, capacidades y ventajas competitivas de acuerdo a Grant (2006).

Visualizando la Figura 7, cada uno de los recursos son elementos que forma parte de toda empresa, con funciones distintas, valiosas, únicas y se plantea la idea que estos son difícilmente imitables. Además de formar parte de los atributos esenciales para toda organización, generan conocimientos y posteriormente decisiones estrategias en relación a la interpretación de cada uno de los recursos. Al mismo tiempo, se evalúan los resultados obtenidos; si estos son favorables sobre todo al éxito competitivo entre las empresas, se obtendrá una ventaja competitiva clave en determinado sector. A continuación, en la Tabla 3 se describen los elementos que conforman cada uno de los recursos con base en aportaciones de diferentes autores.


Tabla 3 Resumen de los elementos que conforman cada recurso en una empresa. Porter (1985); Steiner y Solen (1988); Barney (1991); Jacobson (1992); Yusuf (1995); Salas (1997); Hatch y Dyer (2004); Lynskey (2004); Grant (2005); Diefenbach (2006); Grant (2006); Helouani (2007); Bravo-Ibarra y Herrera (2009); Grant (2010); Manotas (2010); Cardona (2011); Santos, Figueroa y Fernández (2011); Thompson, Peteraf, Gamble, y Strickland (2012); Núñez (2014).

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Con base a la distinción de elementos que conforman cada uno de los recursos esenciales pertenecientes a una empresa (intangibles, tangibles, humanos y capital organizacional), una empresa obtendrá una posición competitiva mayor o menor en relación a la naturaleza inherente de sus propios recursos. Estos últimos son controlados por la empresa, permitiendo concebir y poner en marcha sus estrategias (Barney, 1994). Sin embargo, los recursos mencionados con anterioridad no generan éxito competitivo si estos no generan las actividades que las empresas necesitan para ser más competitiva en el mercado. Una empresa es capaz de ser competitiva si cuenta con las capacidades directivas necesarias para marcar la diferencia en relación a la competencia. Por lo tanto, una capacidad es la habilidad que tiene una organización para desempeñar las actividades o tareas básicas de la empresa, de una forma más eficiente y efectiva que los competidores (Grant, 2010; Amit y Schoemaker, 1993, y Collis, 1994). En el mismo sentido, Hill y Jones (2005) se refieren a capacidad que tiene una organización para coordinar sus recursos y colocarlos en usos productivos, residiendo en las reglas, rutinas y procedimientos de la empresa a través del cual se toman decisiones. Por consiguiente, existe una siguiente definición a las capacidades, al denominarse con el adjetivo dinámicas. Para Teece y Pisano (1994) se refiere al término de capacidad al “conjunto de habilidades que tiene la empresa para integrar, construir, reconfigurar las competencias internas y externas de la empresa a fin de poder responder rápidamente a los cambios del entorno. En consecución de formas novedosas de ventaja competitiva”. Otras aportaciones relacionan las capacidades directivas como sistema de aprendizaje e innovación; a este último, Valencia (2015), define “gestionar la tecnología en beneficio de la organización frente a los compe-

tidores y en conformidad con el resto de sus funciones estratégicas”. Además, se desarrolla una cultura de colaboración y experimentación manteniendo un flujo de información entre distintas áreas de la empresa, facilitando la transferencia de distintos conocimientos (Lichtenthaler, 2009). Grant (2010) establece realizar dos tipos de análisis para obtener las capacidades distintivas de una organización. Un análisis funcional que identifica cada una de las principales áreas funcionales de la empresa y la cadena de valor, que separa las actividades de la empresa en una cadena secuencial. Estrategias, ventajas competitivas y el sector como factores claves de éxito para la competitividad empresarial. Ante cualquier problemática que afecte el proceso competitivo de las organizaciones, se requerirá de decisiones en conjunto para solucionar cualquier evento imprevisto. Porter (1980, citado por Hill y Jones, 2009) considera que parara que una empresa logre obtener ventajas competitivas que la distinga de sus rivales necesita crear tres tipos de estrategias, dicho autor las denominó genéricas, las cuales son: liderazgos en costes, bienes o servicios a un costo unitario menor que los competidores, la diferenciación, productos que se logre percibir distinto a otros y el enfoque, empresa que logra posicionarse en un segmento particular. Asimismo, es necesario definir las estrategias competitivas, Castro (2010) establece un análisis de definiciones a diferentes autores en relación a estrategias competitivas; para esta investigación, se menciona las variables en relación a las aportaciones de cada autor, los últimos dos autores de la Tabla 4, es análisis de recopilación de tipologías del autor Quero (2008).

Tabla 4. Clasificación de las estrategias competitivas por variables. Elaboración basada en Castro (2010) y Quero (2008). 40

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Se debe agregar que en la información anterior, cada empresa establece un modelo de negocio en una determinado sector. Por ende, la importancia de diseñar estrategias que se adapten a dicho modelo y la capacidad de generar mayores niveles de rentabilidad dependerá del nivel de eficiencia de las estrategias a implementar. Así pues al definir las estrategias necesarias, trae consigo resultados que incurra a obtener mejores niveles de rentabilidad marcando la diferencia a los competidores, a esto se le denomina ventajas competitivas que, de acuerdo con Fong (2006), afirma que las empresas soportan sus ventajas competitivas a partir de los recursos individuales y superiores. Por consiguiente señala tres características principales a estos últimos. La primera de ellas determina contar con una productividad más alta que el promedio; la segunda, poseer atributos que permiten la diferenciación del producto y por último, la capacidad para proteger la ventaja competitiva de la empresa. En este sentido, se obtendrá los beneficios extraordinarios incluso en un largo periodo de tiempo. En relación a la teoría de los recursos y capacidades, Barney (1991) asegura que las ventajas competitivas se logran mediante la implementación de estrategias que explotan las fortalezas internas de la empresa como respuestas de oportunidades del entorno. Por otra parte, Grant (2010) señala que los factores claves de éxito determinantes en el sector, por el cual, rodean el ambiente de las industrias son: la economía nacional e internacional, tecnología, gobiernos y políticas, entorno natural, estructuras demográficas y estructura social. Además, define que el entorno de la industria es una interacción en conjunto con los clientes, competidores y proveedores. Para Miralles (2013) el entorno contribuirá a ser competente en el mercado y además es un factor de contingencia clave, puesto que recoge todas las magnitudes que sin pertenecer a la organización, influyen en su comportamiento y valor. Por lo tanto, si las empresas consideran el entorno general como el entorno específico o interno, éstas podrán conseguir grandes resultados y superar a los adversarios en su sector.

y distintivas. Lo cierto es que, las empresas integran elementos que logran distinguirse entre ellas mismas. Por lo tanto, evaluando las actividades empresariales que estén aplicando en el sector por el cual compiten, se lograría identificar las fortalezas de sus propios recursos y redefinir aquellos que no estén generando las ventajas competitivas. Pero, ¿por qué partir de una evaluación interna en los elementos que conforman a las empresas y no un análisis externo de las mismas? Respondiendo a esto, los factores del entorno externo de las industrias son elementos inestables en constante cambio, difícilmente medibles y predecibles. Aunque partiendo de una constante observación por parte de los dueños o directivo de las empresas a partir de estos elementos externos, se adaptaría nuestros propios recursos desarrollando las habilidades distintivas para la organización con base a las exigencias del entorno exterior. El modelo de Grant (2006) define la importancia de generar capacidades o habilidades de las empresas a partir de los recursos o elementos que integran la misma. Por consiguiente, a través de un análisis exhaustivo de dichos elementos de estudio, se diseñarán las estrategias competentes ante un sector.

Conclusiones Una vez realizado este proceso de investigación teórica con base a conceptualizaciones, parte desde un estudio general para la competitividad, modelos de estudio de la misma, el análisis de la teoría de los recursos y capacidades desde la perspectiva del modelo de Grant (2006), basándose en variables como: recursos tangibles, intangibles, humanos y capital organizacional; asimismo, las capacidades directivas, estrategias, factores claves de éxito del sector y ventajas competitivas. Se concluye que las empresas, para mantenerse en un sector en constantes cambios, requieren de fortalecer estrategias que puedan prevenir, mermar la productividad y competitividad de las mismas. El objetivo de esta investigación se enfoca en analizar los elementos internos que conforman la organización, obteniendo beneficios de éstos si se llega aplicar las estrategias correspondientes, estableciendo ventajas competitivas propias

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PERFIL DE INGRESO, RENDIMIENTO ESCOLAR Y ESTILOS DE APRENDIZAJE

EN EDUCACIÓN SUPERIOR

Mónica Rodríguez Ortiz1, Fabiola González Betanzos2, Sonia Villagrán Rueda3, David Jasso Velázquez4, María Dolores Aldaba Andrade5

Universidad Autónoma de Zacatecas Jardín Juárez, No. 147 Col. Centro. Zacatecas, Zac. México, 1,2,3,4,5

monipsic2014@gmail.com

Recibido: Noviembre 11, 2016. Recibido en forma revisada: Diciembre 2, 2016. Aceptado: Enero 1, 2017.

Resumen: El presente artículo se desprende de la investigación realizada con estudiantes de la licenciatura en psicología de la Universidad Autónoma de Zacatecas, generación 2009-2014. El objetivo principal fue analizar las variables: perfil de ingreso, estilos de aprendizaje y el promedio al finalizar la carrera. La muestra constó de 106 estudiantes. El estudio se orientó con un enfoque cuantitativo-correlacional, de cohorte transeccional. Del proyecto se analizó el Cuestionario de Honey y Alonso de los Estilos de Aprendizaje (CHAEA), utilizado en el proceso de admisión de esa generación para conocer el perfil de ingreso de los aspirantes. El análisis se realizó por medio de la prueba estadística X2, para hallar la correlación de las variables: perfil de ingreso, estilos de aprendizaje y promedio. Dentro de los principales resultados se encontró que no existe correlación significativa con el rendimiento escolar de los universitarios y sus estilos de aprendizaje.

+ Palabras clave: perfil de ingreso, rendimiento escolar, estilos de aprendizaje.

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Abstract: This article comes off from a reserch carried out with students from the Bachelor in psychology of the Autonomous University from Zacatecas, generation 2009-2014. The main target was to analize the variables: admission profile, learning styles and the average at the end of the career. The simple consisted of 106 students. The study was oriented with a quiantitative-correlational approach, of transactional cohort. From the proyect was analized the questionnaire form Honey and Alonso about the learning styles (CHAEA), used in the admission process fron this generation in order to know the admission profile from the the candidates of this mentioned generation. The analisis was performed by an stadistic test X2, to find the correlation among the variables: admission profile, learning styles and average. Within the main outcomes was found that doesn´t exist significant correlation between the school performance of the university students and their learning styles.

+ Key words: admission profile, scholl performance, learning styles.

Introducción En este artículo se presentan los resultados arrojados de la investigación desarrollada en la Facultad de Psicología de la Universidad Autónoma de Zacatecas, de la generación 2009-2014. El propósito principal del proyecto fue analizar la correlación que existe entre el perfil de ingreso, el rendimiento académico y los estilos de aprendizaje de los estudiantes. El motivo por el que surge la inquietud de analizar la temática mencionada, es debido a que se manifestaron actitudes y conductas poco adecuadas, en algunos estudiantes de la generación en estudio, por mencionar algunos ejemplos se encontraron: falta de interés hacia el estudio, poco compromiso con la institución, conducta negativa y retadora hacia la planta docente, psicopatologías graves, bajo rendimiento académico etc. Sin embargo llama la atención que, aunque los estudiantes al ingresar a la carrera, presentaron el examen psicométrico, a cargo del Centro de Atención y Servicio al Estudiante (CASE), el rendimiento académico y la trayectoria escolar al finalizar la carrera presentaron inconsistencia importantes. La novedad y relevancia de esta investigación es que no existen precedentes relacionados con el tema, tanto en la Facultad de Psicología y en la propia universidad. Las variables ha contrastar fueron: el rendimiento académico (promedio general al finalizar la licenciatura) y los estilos de aprendizaje. En los siguientes apartados se abordarán las temáticas inmersas, resultados y discusión de nuestra investigación.

Trayectoria escolar El abordaje teórico se desarrolló en el marco de los factores implicados en la trayectoria escolar de los estudiantes, mismos que pudiesen influir positivamente o negativamente en el rendimiento académico; en el peor de los escenarios abonar a la deserción escolar, problemática que puede presentarse en todos los niveles educativos. El dar seguimiento a la trayectoria escolar implica considerar una serie de escenarios y circunstancias fundamentales y relevantes encaminadas a: conocer, entender, comprender y generar escenarios que

propicien una trayectoria académica exitosa. Existen estudios en los que se advierte, la complejidad del primer año universitario; al respecto Silva (2011) señala: “El primer año constituye un punto nodal en la decisión de abandonar o proseguir los estudios y, en ello, el involucramiento o compromiso del joven con sus estudios es determinante. Los estudiantes enfrentan dificultades que responden a factores externos a la escuela, pero también a variables propias del ambiente institucional que pueden modificarse para favorecer las trayectorias estudiantiles. Las instituciones deben conocer al estudiante de primer año para instrumentar programas de apoyo y estrategias que transformen la experiencia aúlica estimulando su compromiso y persistencia. Así la mejor estrategia para lograr la retención es brindar una atención integral y una educación de buena calidad”.

Perfil de ingreso Cuando se aborda la temática sobre el perfil de ingreso relacionado con una Institución de Educación Superior, es necesario considerar un conjunto de variables que pudiesen ser predictoras de una trayectoria escolar favorable. Algunas de las variables son la puntuación del bachillerato, los hábitos de estudio, el capital cultural, puntuación del examen general de conocimientos. “Factores como el bachillerato de procedencia, los rasgos de personalidad y las características del pensamiento creativo pueden influir en el desempeño académico de un estudiante. Sin embargo, existen aspectos que agrupan varias propiedades como son los hábitos de estudio, las habilidades académicas, los conocimientos previos e incluso, los rasgos de personalidad, uno de ellos parece ser la calificación del Examen General de Conocimiento, (Vargas, Ramírez, Coretes y Heinze, 2011)”. En la construcción del perfil de ingreso se deben integrar variables que midan realmente lo que se espera conocer del sujeto y lo que es más importante, identificar si las variables elegidas son predictoras de una trayectoria académica exitosa. Es necesario que el perfil de ingreso de una Institución de Educación Superior funja realmente como un filtro confiable, objetivo y supervisado, dejando a un lado prácticas que lejos de proporcionar elementos para captar a los estudiantes con las aptitudes, actitudes y conocimientos, necesarios para el perfil de ingreso requerido, según la carrera, se encauzan a todo lo contrario. Se deben de dejar atrás vicios en las que se niegue el ingreso a aspirantes que: 1) no cubran con el perfil requerido para la carrera de psicología (a pesar de que presentaron el examen psicométrico), 2) aspirantes que no pasaron por ningún tipo de filtro, 3) erradicar el Revista Científica

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ingreso debido a favores políticos.

Participantes Los participantes fueron 106 estudiantes que ingresaron y culminaron la carrera de psicología (10 semestres).

Trayectoria escolar en educación superior En las universidades nacionales; en las que existen precedentes sobre el seguimiento de trayectorias son: la Universidad de Guadalajara en el Centro de la Ciénega (CUCI), la Universidad Veracruzana de Xalapa, la Universidad de Sonora, la Universidad Autónoma de México, la Universidad de Quintana Roo y la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Los resultados han permitido generar estrategias de intervención para atacar la deserción escolar y aumentar la eficiencia terminal. Por otro lado, también se han identificado algunos indicadores de la trayectoria académica con un valor predictivo respecto al rendimiento académico.

Objetivo general Identificar si existe relación entre el perfil de ingreso, los estilos de aprendizaje y el promedio de calificaciones al concluir la licenciatura de los alumnos pertenecientes a la cohorte generacional 2009-2014 de la carrera de psicología.

Hipótesis de trabajo

Existe relación entre el nivel de adecuación del perfil de ingreso y el promedio de calificaciones al final de la licenciatura.

Hipótesis alterna

Existe relación entre el nivel de aptitud de los estilos de aprendizaje y el nivel de calificación promedio al final de la licenciatura.

Hipótesis estadísticas

Ho: πestilos de aprendizaje-promedio calificaciones = 0 Ho: πestilos de aprendizaje-promedio calificaciones ≠ 0

El instrumento utilizado fue el Cuestionario Estilos de Aprendizaje (CHAEA). Este test de estilos de aprendizaje, es un cuestionario que se puede aplicar a adolescentes y adultos, de manera individual y/o colectiva, se utiliza preferentemente en el ámbito educativo. El tiempo aproximado de aplicación es de 30 minutos. Evalúa básicamente cuatro dimensiones de estilos de aprendizaje 1) el estilo de aprendizaje activo, 2) el estilo de aprendizaje reflexivo, 3) el estilo de aprendizaje teórico, y 4) el estilo de aprendizaje pragmático. El material del test se conforma por el cuestionario de aplicación y el manual. Cada estilo de aprendizaje está representado por 20 preguntas, sumando un total de 80 afirmaciones distribuidas en orden aleatorio, a lo largo de todo el cuestionario que hace referencia a actividades propias del estudio y el aprendizaje, los aspirantes tienen que indicar solamente aquellas con las cuales se siente identificados; esto es con la finalidad de que el estudiante no falsee datos al identificar las preguntas para cada uno de los estilos de aprendizaje. Para las sumatoria, se unifican los indicadores y la mayor puntuación determina cuál es el estilo de aprendizaje predominante en el alumno (a). Existe una gráfica en el test original, en el que se obtiene un perfil en forma de rombo, se unen los resultados con una línea de cada uno de los estilos de aprendizaje. Sin embargo, en los datos proporcionados para esta investigación, no aparecen las puntuaciones de cada estilo, únicamente aparece la palabra “si” en el estilo de aprendizaje con la puntuación más alta y en ocasiones esta etiqueta aparece en dos estilos. No obstante es necesario subrayar que según la literatura en la que se apoyan los autores para la construcción del test, los cuatro forman parte de un ciclo en el que se da el aprendizaje, por lo que un estilo de aprendizaje no es mejor que el otro. Para la interpretación de los resultados existe un baremo general abreviado de preferencias en estilos de aprendizaje. El primer criterio para la interpretación de la información obtenida en el CHAEA es la relatividad de las puntuaciones obtenidas en cada estilo, no significa lo mismo obtener una puntuación en un estilo que en otro. En la Tabla 1 se presenta el BAREMO para interpretar resultados obtenidos en el Cuestionario de Honey Alonso.

Método

El presente estudio se desarrolló con un enfoque cuantitativo; el alcance de la investigación es correlacional “ya que tiene como finalidad conocer la relación o grado de asociación que exista entre dos o más conceptos, categorías o variables, en un contexto en particular” (Hernández, Collado y Lucio, 2015). En el caso de nuestro estudio, se aborda la correlación entre el perfil de ingreso con el promedio de calificaciones y la variable estilos de aprendizaje.

Tipo de diseño

El diseño de la investigación es no experimental, ya que no se presentó manipulación de las variables en ningún momento con corte transeccional, ya que los datos se recolectaron en un único momento.

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Instrumentos

Revista Científica

Tabla 1. Baremo General de Preferencia en Estilos de Aprendizaje.

El promedio Este se obtuvo del promedio final de cada uno de los estudiantes, de la sumatoria de los 10 semestres. Información proporcionada por Departamento Escolar de la Unidad Académica de Psicología.


Resultados Con el objetivo de identificar si existe relación entre el perfil de ingreso (nivel de aptitud) y el rendimiento académico (promedio de calificaciones) se analizó por medio de la prueba estadística de (X2). En las dimensiones del instrumento, se identifica el grado de aptitud (1= no apto, 2= medianamente apto y 3= apto) para ingresar a la Licenciatura en Psicología, y el porcentaje de alumnos que tenían estas características dependiendo del rango de calificación que obtuvieron en la licenciatura (bajo = 6 a 7.9; medio =8 a 9 y alto promedio = 9 o más). La hipótesis que se prueba es saber que existe relación entre las variables mencionadas, de forma más específica se desea saber si los alumnos con perfil más apto tendrán mejor promedio en la licenciatura y por el contrario, aquellos que sean evaluados con perfiles no aptos, tendrán menor promedio al terminar la licenciatura.

Niveles de aptitud en la Variable Estilos de Aprendizaje Se presentan un conjunto de gráficos en los que se representa el porcentaje de alumnos por niveles de aptitud en la variable estilos, de aprendizaje y su rango de calificaciones. Este instrumento evalúa cuatro estilos entre los que se encuentran: activo, reflexivo, pragmático y teórico. En la Figura 1 se muestran los porcentajes de alumnos por nivel de aptitud en la variable de estilos de aprendizaje, por rango de calificaciones.

Figura 1. Porcentaje de alumnos por nivel de aptitud en la variable estilos de aprendizaje por rangos de calificaciones. R eRveivs itsat aC iCeine tní tf íi fciac a

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En la Tabla 2 se muestra el porcentaje de alumnos por nivel de aptitud en las variables estilos de aprendizaje, por rango de calificaciones.

Bibliografía

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Tabla 2. Porcentaje de alumnos por nivel de aptitud en la variable estilos de aprendizaje, por rango de calificaciones. En el caso de los estilos de aprendizaje, se evaluaron básicamente cuatro. El estilo de aprendizaje idóneo para el estudiante que ingresa a la carrera de psicología es el teórico, por lo que se esperaría que en la mayoría de los aspirantes predominase más este tipo de aprendizaje en relación con los resultados encontramos en, [X2=382.000, gl=22, p=.00]; no existe correlación significativa entre el estilo de aprendizaje y el promedio de los estudiantes.

Discusión En nuestro estudio, en la variable estilos de aprendizaje, realmente no existe una correlación significativa entre el estilo de aprendizaje y el rendimiento académico; además como dato adicional, en la generación 20092014, los aspirantes fueron aptos en esta variable; es decir todos obtuvieron color verde en el semáforo; esto significa que en la construcción de esta variable hubo errores, ya que los niveles de aptitud no existen, y como consecuencia, discriminar entre los mejores aspirantes se vuelve una acción complicada, es necesario que se reestructure la forma de evaluar esta variable o bien que se elimine. Las diferencia del estudio de Esguerra (2010), es que el CHAEA se utilizó con la finalidad de identificar los estilos de aprendizaje de los estudiantes ya cursando la licenciatura, y de esta manera generar programas y estrategias de intervención para elevar el rendimiento académico, en quien lo necesite. Por otro lado, López (2014) señala en una investigación cómo pueden transformarse los estilos de aprendizaje en el transcurso de la carrera. Creemos que el evaluar el estilo de aprendizaje es válido siempre y cuando exista una razón justificada del porqué de la medición y constatar si realmente predice el rendimiento escolar alto, como lo muestran los estudios de Gutiérrez, Salmerón, Martín y Salmerón (2013); Esguerra y Guerrero (2010); Manzano e Hidalgo, (2009); González, Castro y González (2008). Es necesario darle preferencia a un estilo de aprendizaje para la carrera de psicología, según la literatura revisada las personas presentaremos los cuatro estilos, sin embargo nos inclinaremos en uno en específico, en nuestros estudiantes la inclinación fue mayormente del estilo reflexivo.

Conclusión Este estudio se podría considerar un parteaguas significativo respecto al tema ya que nos permite identificar la existencia de ciertas debilidades que pudiesen ser perfectibles para mejorar el perfil de ingreso y el proceso de admisión de la carrera y de esta manera lograr captar a los alumnos con mejores trayectorias académicas previas. 48

Revista Científica

Gutiérrez-Braojos, C., Salmeron-Vilchez, P., Martín-Romera, A., y Salmerón, H. (2013). Incidencia de estilo de aprendizaje en el rendimiento académico en el curso virtual. Anales de Psicología, 29(1), 159-170.

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Revista CientĂ­fica

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FOTODEGRADACIÓN DE COLORANTES TIPO AZUL EN MEDIO ACUOSO CON CATALIZADORES DE PALADIO Y DIÓXIDO DE TITANIO Gabriela Pérez Osorio1, José Carlos Mendoza Hernández2, Janette Arriola Morales3, Berenice Ángel Hernández4 y Fernando Hernández Aldana5

Facultad de Ingeniería Química, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Avenida San Claudio S/N, Ciudad Universitaria, Colonia San Manuel, C.P. 72570 Puebla, México. 5 Centro de Química del Instituto de Ciencias de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Avenida San Claudio S/N, Ciudad Universitaria, Colonia San Manuel, C.P. 72570 Puebla, México. 1,2,3,4

gabriela.perez@correo.buap.mx fernando.hernandez@correo.buap.mx

Utilizando el fotorreactor Batch, se observó degradación significativa de los colorantes azul erionyl y azul maxilón entre los minutos cinco y 10 del proceso con luz UV y TiO2, mientras que con los catalizadores de paladio la degradación se presentó entre los minutos 15 y 25 del proceso. En conclusión, los catalizadores de paladio tienen un rendimiento cercano a los catalizadores de TiO2 convencionales en la fotodegradación de estos colorantes.

Recibido: Noviembre 11, 2016.

+ Palabras clave: Fotodegradación, fotorreactor, colorantes, erionyl, maxilón,

Recibido en forma revisada: Diciembre 4, 2016.

catalizadores de paladio, radiación UV.

Aceptado: Enero 4, 2017.

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Resumen: En esta investigación, se evaluó la fotodegradación de dos colorantes tipo azul (erionyl AR y maxilón GRL 300) en medio acuoso usando un fotorreactor. Se utilizaron dos catalizadores de paladio (Pd/ Al80Ce10Zr10 y Pd/Al90Zr10) y dos catalizadores comerciales de dióxido de titanio (TiO2 y Ce/TiO2).

Revista Científica


Abstract: In this research, the photodegradation of two blue dyes in aqueous solution (erionyl AR and maxilon GRL 300) using a batch photo reactor was evaluated. Two palladium catalysts (Pd/Al80Ce10Zr10 and Pd/ Al90Zr10) and two commercial catalysts of titanium dioxide (TiO2 and Ce/ TiO2) were used. With the batch photo reactor, significant degradation of the blue dyes maxilon and erionyl was observed, between 5 and 10 minutes of process with UV light andTiO2. Meanwhile, degradation of dyes was observed between 15 and 25 minutes with palladium catalysts. In conclusion palladium catalysts have a performance close to conventional TiO2 catalysts in the photodegradation of these dyes.

+

Keywords: Photodegradation, dyes, palladium catalysts, UV radiation.

Introducción Una de las descargas de aguas residuales más preocupantes es la de la industria textil, por la presencia de los colorantes, sobre todo los del tipo azul que se utilizan en el teñido de la mezclilla, como lo son el color azul erionyl AR y azul maxilon GRL300. Además, se ha reportado que los colorantes pueden contener sustancias como ácido benzoico y ácido acetilsalicílico, las cuales pueden inducir alergias y reacciones asintomáticas en personas sensibles; incluso, algunos colorantes o sus productos de degradación natural pueden ser cancerígenos (Garcia-Montano, 2006). Los colorantes textiles tienen gran persistencia en el ambiente y los métodos de eliminación clásicos en el tratamiento de aguas residuales no son totalmente viables, dado que las oxidaciones o reducciones parciales de los colorantes pueden generar productos secundarios altamente tóxicos (Baughman y Weber, 1994). Algunos estudios reportados acerca de estos temas, dan a conocer casos en los que se trabaja con el TiO2 y el Fe3+ combinados con diversos tipos de luz (radiación solar, lámparas de luz ultravioleta, etc.), con el fin de lograr una máxima remoción de color (Garcés Giraldo y Rodríguez Restrepo, 2004). La aplicación de procesos fotoquímicos ha tomado gran importancia por su alta eficiencia en procesos de eliminación de contaminantes en agua, debido a que estos procesos, en el caso ideal, transforman moléculas de sustancias contaminantes en sustancias inertes como CO2 y H2O (Nan Chong, Jin, Chow, y Saint, 2010). En el caso del semiconductor TiO2 utilizado en los procesos de oxidación avanzada, se han observado algunas desventajas como son las grandes dosis requeridas, del orden de 1 g/L, lo que se asocia a la generación de turbidez (Ibrahim Gaya y Halim Abdullah, 2008). Ante esto, las investigaciones se enfocan en buscar materiales que tengan un desempeño similar pero que eviten los problemas anteriores (Charapanhari, Umare y Sasikala, 2013). En algunos casos se propone el uso de óxidos metálicos que sin ser semiconductores, pueden actuar como sensibilizantes del colorante y promover su degradación a través de reacciones de oxidación y reducción. En este sentido, los catalizadores ampliamente utilizados en los convertidores catalíticos de los automóviles tienen la posibilidad de ser aplicados dada su capacidad de promover reacciones simultáneas de oxidación y reducción (Noronha, Baldanza, Monteiro, Aranda, Ordine, y Schmal, 2001). Por lo que en esta investigación, se realiza la degradación de los tres tipos de colorantes antes mencionados utilizando luz UV obtenida con una lámpara de mercurio de presión media, y se determina el desempeño de cuatro diferentes catalizadores: dos de paladio soportado y dos catalizadores convencionales con TiO2.

Materiales y métodos El soporte de los catalizadores de paladio se preparó de la siguiente manera se colocaron los reactivos acetilacetonato de cerio (III) /Ce (C5H7O2)*XH2O y 2,4-pentanodionato de zirconio (IV) /C20H28O8Zr en un vaso de precipitado con 25 mL de etanol, se mantuvo en agitación continua durante cuatro horas se colocó la suspensión anterior a un matraz de bola con 25 mL de hexilenglicol y secbutóxido de aluminio, manteniendo la agitación constante con temperatura de 94°C durante tres horas. Gota a gota se agregaron 25 mL de agua desionizada para dar paso a la hidrólisis y se dejó madurar el gel por 10 horas en condiciones controladas de agitación y temperatura para llevar a cabo la etapa de envejecimiento. Posteriormente, se procedió a realizar el secado de los solventes con vacío y temperatura controlados. El material resultante se sometió a tratamiento térmico con flujo de nitrógeno a 450°C durante 12 horas, y finalmente se calcinó en aire a 650°C por 4 horas. El soporte se impregnó con una solución de cloruro de paladio a 40°C. La muestra se filtró y se secó, para darle nuevamente un tratamiento térmico a 650°C por cuatro horas. La concentración nominal de paladio soportado es de 0.3 % en peso. Posteriormente se caracterizaron los cuatro catalizadores. La difracción de rayos X (DRX) se realizó con un equipo Brucker D8 Discover. La microscopia electrónica de barrido (MEB) se llevó a cabo con un equipo JEOL JSM-6610 LV con filamento de tungsteno (15 V) con el cual se obtuvieron las imágenes de la morfología de los catalizadores. Este microscopio cuenta con un detector que permite determinar la composición química elemental de las muestras. Se realizaron en total 8 pruebas con el fotorreactor batch, irradiando durante 30 minutos, y tomando alícuotas de 10 mL cada 5 minutos para ser analizadas con el espectrofotómetro UV-VIS Perkin Elmer, modelo Lambda 20 y posteriormente con un fotómetro se determinaron la cantidad de color y turbidez de cada muestra. El fotorreactor batch tiene capacidad de un litro, está equipado con una lámpara de vapor de mercurio (Hg) de presión media modelo PUV-1022 de 110 mm de longitud, 1000 Watios, tensión de 145 Voltios y corriente de 7.5 Amperes. En este sistema se evaluaron los dos catalizadores de paladio: Pd/Al80Ce10Zr10 y Pd/Al90Zr10, y los catalizadores TiO2 y Ce/TiO2. Dentro del fotorreactor batch se colocaron 850 mL de la solución acuosa coloreada con una concentración de 50 ppm del colorante azul y 0.03 g de catalizador por cada prueba.

Resultados La Figura 1 presenta los difractogramas de Rayos X de los cuatro catalizadores utilizados. Para el caso de los catalizadores de TiO2 se observa alta cristalinidad y se identifican fácilmente sus fases anatasa, rutilo y brookita (International Centre for Diffraction Data, 2009). Los catalizadores de paladio presentan picos anchos característicos de materiales amorfos, pero con cierta cristalinidad que permite identificar las fases presentes. El catalizador Pd/Al90Zr10 presenta Al2O3 y ZrO2, mientras que Pd/Al80Ce10Zr10 posee tres tipos de combinaciones entre los componentes, óxido de Cerio y Zirconio [Ce2(Zr2O7)] con estructura cúbica, Aluminio Zirconio (Zr2Al) en forma tetragonal y se encontró Aluminio Cerio (AlCe3) (International Centre for Diffraction Data, 2009). En ambos catalizadores no se identifica la presencia de paladio debido a que se encuentra dispersado en el soporte y a baja concentración (0.3% en peso).

Revista Científica

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Tabla1. Composición química elemental de los catalizadores, expresada en porcentaje de peso.

Figura 1. Difractogramas de Rayos X de los catalizadores: TiO2, Ce/TiO2, Pd/Al90Zr10 y Pd/Al80Ce10Zr10. La Figura 2 presenta los resultados de microscopía electrónica de barrido, en donde se observa que los catalizadores de paladio poseen morfología y tamaños irregulares, mientras que el TiO2 presenta partículas con formas esféricas y tamaños regulares. En la Tabla 1, se presentan los porcentajes en peso de los elementos que componen cada catalizador, obtenidos por EDS, lo que confirma el buen desarrollo del proceso de síntesis de sol-gel y la dispersión del paladio en la superficie del material dado que no se identifica tampoco por esta técnica. Las Figuras 3 y 4 muestran los espectros de absorción UV-Vis comparando el inicial con los tomados cada cinco minutos durante el proceso de degradación de los dos colorantes con el fotorreactor batch. En el caso del colorante maxilón (Figura 3), se toma como referencia una banda de absorción UV ancha entre 450 y 700 nm, correspondiente a la solución inicial del colorante, con su máximo alrededor de 600 nm. La disminución en la intensidad de dicha banda de absorción se asume como degradación del colorante. Los cuatro catalizadores alcanzan la degradación total del azul maxilón en diferentes tiempos: el TiO2 en cinco minutos, el catalizador de Pd/Al90Zr10 en 10 minutos, el Ce/TiO2 en 20 minutos y finalmente el catalizador Pd/Al80Ce10Zr10 en 25 minutos. Se considera que ha ocurrido la mineralización total del colorante. 52

Revista Científica

Figura 2. Micrografías de los catalizadores, de izquierda a derecha y de arriba a abajo, TiO2, Ce/TiO2, Pd/Al90Zr10 y Pd/ Al80Ce10Zr10. La solución del colorante azul erionyl presenta una banda de absorción UV entre 450 y 700 nm, con dos máximos de absorción, el primero en 580 nm y el segundo en 640, aproximadamente (Figura 4). Este colorante fue degradado completamente en el fotorreactor batch por los catalizadores: TiO2 en 10 minutos, Ce/TiO2 en 15 minutos y Pd/ Al80Ce10Zr10 en 25 minutos. El catalizador Pd/Al90Zr10 disminuye la concentración del colorante azul de erionyl aproximadamente al 50% en 35 minutos sin llegar a la degradación total. En ambos casos, se observa un desempeño catalítico favorable por parte de los catalizadores de paladio, incluso muy cercana al desempeño del catalizador convencional TiO2 utilizado como referencia. Para el colorante maxilon, el orden decreciente de eficiencia fue TiO2 > Pd/Al90Zr10 > Ce/TiO2 > Pd/Al80Ce10Zr10,


mientras que para el erionyl fue TiO2 > Ce/TiO2 > Pd/Al80Ce10Zr10 > Pd/Al90Zr10. Es notable que las diferencias en la estructura química del colorante influyen en el desempeño de los catalizadores, dado que no se repite la misma tendencia en ambos casos. A pesar de que los catalizadores de paladio no poseen propiedades semiconductoras como el TiO2, promueven la degradación del colorante, en donde sus moléculas pueden estar siendo fotosensibilizadas por la incidencia de la radiación UV, lo que da inicio a la degradación la cual es seguida por reacciones de oxidación y reducción que, se sabe, ocurren en la superficie de los catalizadores de paladio.

Figura 4. Espectros UV-Vis de la degradación del colorante azul erionyl con diversos catalizadores en el fotorreactor Batch obtenidos a partir del espectrofotómetro UV-Visible Perkin Elmer. modelo Lambda 20.

Figura 3. Espectros UV-Vis de la degradación del colorante azul maxilón con diversos catalizadores en el fotorreactor Batch obtenidos a partir del espectrofotómetro UV-Visible Perkin Elmer, modelo Lambda 20.

En la Tabla 2 se pueden observar algunos datos de la degradación de los colorantes con el fotorreactor Batch en función de la disminución de los parámetros de color y turbidez, medidos con la ayuda del fotómetro SQ118, marca Merck. Para el colorante erionyl se observa la mayor remoción de color con el TiO2, en el fotorreactor Batch en comparación con el catalizador de paladio. En el caso del colorante maxilón, los catalizadores de paladio tienen una degradación entre 66 y 78.5 %. El TiO2 es bien conocido por su propiedad de semiconductor, por la cual forman el par hueco-electrón al recibir energía suficiente para lograr el salto de un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción. Lo anterior da paso a la formación de radicales •OH, responsables del inicio de la degradación de contaminantes en agua denRevista Científica

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tro de los procesos de oxidación avanzada (Halim Abdullah y Ibrahim Gaya, 2008). Lo anterior les permite degradar compuestos como BTEX y colorantes ( Veréb, Ambrus, Pap, Kmetykó, Dombi y Danciu (2012); (Barakat, 2011). La principal desventaja del TiO2 en aplicaciones fotocatalíticas reside en su gran banda prohibida (3,2 eV), lo que limita el espectro de fotones que pueden crear pares electrón-hueco para participar en las reacciones de oxidación o reducción para la región UV y corresponde a sólo el 4 % de la energía solar incidente. Por lo tanto, la reducción de la banda prohibida de TiO2 para que coincida con el espectro visible es el objetivo principal de investigaciones basadas en el dopaje, implantación de iones, la carga de metal y semiconductores compuestos. En el caso de los catalizadores de paladio, su aplicación se centra en su capacidad de oxidar y reducir gases contaminantes en los convertidores catalíticos de los automóviles. Las investigaciones sobre estos materiales se centran en el método de preparación, sus propiedades estructurales y de textura, de las cuales depende su aplicación y desempeño catalítico (Van Vegten, Masiejewski, Krumeich y Baiker, 2009); (Iglesias-Juaréz, Hungría, Martínez Arias, Anderson y Fernández García, 2009). A pesar, de que los catalizadores de paladio utilizados no son semiconductores, podría decirse que en esta investigación están actuando como fotosensibilizantes; es decir, sus componentes son excitados por luz de una longitud de onda específica, como la radiación UV y solar, y subsecuentemente transfieren su energía a otras moléculas reactantes, como las de los colorantes. El comportamiento electrónico de los catalizadores de paladio, (Pérez Osorio, Fuentes Moyado, Petranovskii y Simakov, 2006) demuestra que el Al2O3-CeO2 presenta una energía de banda prohibida de 3,13 eV, después de la adición de zirconia la banda prohibida se desplaza a 2,96 eV para el Al2O3-(Ce0.75Zr0.25)O2 y además se observa un cambio gradual si se aumenta el contenido de zirconia. En estos resultados se confirma que los catalizadores con zirconia en el soporte tienen mejor desempeño, por la reducción de la banda prohibida.

Tabla 2. Evaluación de la degradación de los colorantes con el fotorreactor Batch, en función de la disminución de los parámetros de color y turbidez.

Conclusión Los catalizadores demuestran un desempeño variable en la fotodegradación de los colorantes tipo azul con radiación UV, obtenida de una lámpara de mercurio de presión media, esto se debe a las diferentes características estructurales y químicas de cada colorante y a la intensidad y concentración de luz UV. Como es sabido, los catalizadores convencionales en este tipo de procesos son los de TiO2, dada su propiedad de semiconductor; sin embargo, se observa un comportamiento cercano a estos con los dos catalizadores de paladio propuestos. Los catalizadores de paladio degradan los colorantes azul maxilón y erionyl en tiempos ligeramente mayores sólo por 10 o 20 minutos, comparados con los de TiO2 en el fotorreactor Batch. No obstante, los catalizadores evaluados en esta investigación representan una opción viable para el tratamiento 54

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de aguas residuales con colorantes tipo azul descargados por la Industria Textil. Lo que se traduce en una disminución del impacto hacia el medio ambiente y en un menor costo de tratamiento por el uso bajas concentraciones de catalizadores.


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Edulcorantes artificiales

en l u gar de a z ú car co m o valor agregado :

Factores a considerar antes de sustituir

Araceli Hernández Tinoco1, Sánchez Vázquez Federico Samuel2, Mares Pérez Genoveva3, Gallardo Rivera Andrea Geraldin4, Flores Sánchez Martha Isela5 , Cruz García José Gilberto6

Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias Camino Ing. Ramón Padilla Sánchez 2100 Predio la Agujas, Nextipac, Zapopan, Jalisco, MéxicoC.P. 44600. 1,2,3,4,5,6

araceli.hernandez@academicos.udg.mx

Recibido: Noviembre 11, 2016. Recibido en forma revisada: Noviembre 28, 2016. Aceptado: Enero 1, 2017.

Resumen: El presente trabajo es el resultado de una revisión que hicieron alumnos de la carrera de Ciencias de los Alimentos durante una de sus competencias. Todo surge de la pregunta de si es en realidad valor agregado el utilizar endulzantes sustitutos (edulcorantes artificiales) en lugar de azúcar en alimentos, ¿qué se les ofrece a los consumidores en realidad? En el escrito, se definen los edulcorantes artificiales, su procedencia, clasificación y algunos de sus usos. Se presentan algunos de los edulcorantes más comúnmente utilizados en alimentos, nombre comercial, su fuente de obtención y valor calórico. Se sabe que son reconocidos como alimentos Generalmente Reconocidos como Seguros (GRAS, por sus siglas en Inglés), pero no hay suficiente información al consumidor de la existencia del valor de Ingesta Diaria Admisible para éstos productos, ni de cómo se obtienen basados en una fracción del Nivel sin Efecto Observable (NOEL, por sus siglas en Inglés), Nivel de Efecto No Observado en la especie más sensible. Se sabe que estos edulcorantes son compuestos de composición muy variada, muchos de ellos inexistentes en cualquier producto natural, sin ventajas a la salud excepto ser inocuos, en niveles de consumo aceptables, bajos en calorías o no calóricos y de sabor dulce, nada nutricional ni funcional. Se presentan algunos de los daños documentados en experimentos con animales de laboratorio de diferentes compuestos edulcorantes. Hay mucho que analizar antes de pensar incluir edulcorantes artificiales en un producto nuevo en lugar de azúcar, todo dependerá de lo que en realidad se quiere ofrecer al consumidor final y el nivel de ingesta que se le dará al producto.

+ Palabras clave: Edulcorantes artificiales, valor calórico, nutrición, Ingesta Diaria Recomendada, NOEL, GRAS. 56

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Abstract: The present work is the result of a revision made by students of the mayor of Sciences Foods while one of its subjects. The teme comes from the question of whether it is actually added value to use substitute sugars (artificial sweeteners) instead of sugar in foods, what are they really offering to consumers? In this paper we defined sweeteners, their source, classification and some of their uses. Some of the most commonly used sweeteners in food, commercial name, source of production and caloric value are presented. It is known that they are recognized as GRAS foods, but there is insufficient information to the consumer about the existence of the Admissible Daily Intake value for these products, or how they are obtained based on a fraction of NOEL (level of effect not observed in the species most sensitive). It is known that these sweeteners are compounds of very wide composition, many of them non-existent in any natural product, with no health advantages except being harmless, at acceptable levels of consumption, low calorie or caloric and sweet taste. Some of the documented damages are reported in experiments with laboratory animals of different sweetening compounds. There is a lot to analyze before thinking about including artificial sweeteners in a new product instead of sugar, it will all depend on what you really want to offer the public and the level of intake that will be given to the product.

Introducción El presente trabajo es resultado de una revisión del tema de edulcorantes que los alumnos de la materia de Lectocomprensión de Literatura Técnica en Inglés II, de la carrera de Ciencia de los Alimentos, de la Universidad de Guadalajara, realizaron como entregable final de la competencia. Los estudiantes, interesados en el uso de edulcorantes para sus productos de desarrollo, buscaron información para hacer una “revisión” del tema y con esto soportar el sustento de si sería o no “valor agregado” el usar edulcorantes sustitutos para creación de nuevos productos alimenticios. Los edulcorantes artificiales se emplean para reemplazar completa o parcialmente el azúcar en alimentos, esto para control de peso, cuidado dental, control metabólico y cuidado de diabéticos, principalmente. Sin embargo, hay estudios científicos que demuestran que las bebidas dietéticas contribuyen al incremento de peso y obesidad (Echavarría y Velasco, 2012) ya que el bajo aporte calórico propician que el cuerpo siga deseando comer más para satisfacer su apetito o bien por la baja ingesta calórica, las personas se den permiso de comer hasta dos o tres veces más. Pero, ¿qué es un edulcorante? “Se define como edulcorante sintético a la sustancia orgánico-sintética que puede sustituir parcial o totalmente el dulzor de los edulcorantes naturales” (SSA, 1994). Otros autores definen a los edulcorantes artificiales como “sustancias sápidas sintéticas que, sin tener cualidades nutritivas poseen un poder edulcorante superior al de la caña de azúcar, remolacha o cualquier hidrato de carbono que se pretenda sustituir” (Camean y Repetto, 2006). Todos se caracterizan por no aportar energía o por proporcionar cantidades poco significativas, resultando un producto con menor aporte calórico. Existen dos tipos de edulcorantes, “los nutritivos o calóricos y los no nutritivos o no calóricos. Representativos de los primeros son la

fructosa y la levulosa o sacarosa, la cual aporta 4Kcal/gramo, es de lenta absorción y se convierte en glucógeno en el hígado; además, necesita de insulina para ser metabolizada. Sus alcoholes derivados de sacarosa (sorbitol), manosa (manitol) y xilosa (xilitol) proporcionan al igual que la glucosa 4Kcal/gr, 2Kcal/gr y 3Kcal/gr, respectivamente, pero todos son de absorción lenta. Los edulcorantes no nutritivos aportan menos del 2% del valor calórico de la sacarosa. Pueden ser naturales o sintéticas, se consideran no nutritivos e incapaces de producir ácido por la vía glicolítica, o que no propician producción de insulina, por tanto, incapaces de producir caries. Entre los más representativos se tienen: Sacarina, aspartame, accesulfame-K, ciclamato, etc.,” (García-Reyna, 2004). En la Tabla 1 se presentan algunos de los edulcorantes más utilizados en la industria de los productos light y/o bajos en calorías, fuente de obtención, poder edulcorante y su estructura, y fórmula química, la fuente de la tabla son los trabajos de Benjumea y Correa (2000); Dunayer (2006), Durán, Cordón y Rodríguez (2013); García-Reyna (2004); Whitehouse, Boullata y McCauley (2008) y Guerrero y Mora (2014). Revista Científica

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Tabla 1. Edulcorantes sustitutos de azúcar más utilizados en la industria de los alimentos. Muchos fueron creados de forma accidental y sin la menor intención de querer generar un producto nutritivo o que diera ventaja alimenticia a los seres humanos. Algunos ni siquiera fueron creados en laboratorios de alimentos. Sus estructuras y fórmulas no permiten ser metabolizados por el organismo y aunque algunos autores declaren que son inocuos por el solo hecho de ser desechados casi totalmente por el organismo, no se están considerando los mecanismos de que hace uso el cuerpo para deshacerse de tales compuestos. Como ejemplo, tenemos la forma en que el cuerpo metaboliza el alcohol, no existe mecanismo especifico en el organismo para metabolizar alcohol; sin embargo, éste entra al ciclo de Krebs y como resultado genera compuestos tóxicos responsables de las famosas resacas. La mayoría de los edulcorantes son compuestos que de ninguna otra forma comiendo frutas, semillas y carnes y derivados podríamos acceder. Como ejemplo tenemos la sacarina, que es resultado de la síntesis química del tolueno, un hidrocarburo que se utiliza para elaborar poliuretano, medicamentos, perfumes TNT y detergentes. Pero con tantas opciones y la tendencia de su uso en alimentos, ¿son mejor opción para productos de valor agregado?, es decir, ¿su presencia ofrece valor agregado a los productos que los contienen? Este punto vale la pena ser analizado detenidamente. Además de la información referente a su aporte calórico, valdría la pena mencionar que estos productos, por ser moléculas muy diversas y variadas, representan riesgos potenciales múltiples, entre los que se encuentran: interferencia en la absorción, metabolismo o excreción de nutrientes o cualquier metabolito intermedio, reacción alérgica, acumulación en los tejidos, efectos sobre la flora intestinal normal, alteración de la regulación de la glucosa en sangre, o la interacción con otros fármacos o drogas (García-Almeida, 2013). Muchos de estos compuestos, que no estarían en el organismo por consumo de ningún producto natural conocido, fueron creados en laboratorios o extraídos de minas y/o modificados.

Existe la hipótesis de que la ingesta de edulcorantes artificiales junto con comidas o bebidas conteniendo azúcares, podría permitir una absorción más rápida de azúcares, con el incremento de la secreción de GLP1 e insulina, afectando peso, apetito y la glucemia (Brown, De Banate Rother, 2010) . En productos tecnificados, al sustituir la sacarosa se tienen que agregar otros compuestos, para darle funcionalidad y condiciones tecnológicas al producto, que al final resultan en un productos con más calorías que la versión azucarada que reemplaza. Estudios demuestran que la disociación del dulzor con el aporte calórico bajo, condiciona el incremento de apetito, originando mayor consumo energético y ganancia de peso (Swithers, Martin y Davidson 2008 ). Esto no representa ventaja de su uso; por otra parte, el origen “natural” de los edulcorantes también es motivo de confusión entre los consumidores, ya que los hace creer que natural es sinónimo de inocuo, cuando esto es falso. El veneno de la cobra es natural y mata y no olvidemos que la toxina más potente del planeta, es la toxina botulínica y que es producida por bacterias de forma natural. Existen grandes controversias sobre la seguridad del uso de edulcorantes, aunque los informes de las agencias afirman que su consumo es seguro. Los edulcorantes sustitutos son la mayor fuente de quejas ante la FDA, mayor que ningún otro producto o medicamento. Muy probablemente y debido a todo lo anterior, los productores de alimentos en el mundo comenzaron a utilizar combinaciones de edulcorantes, como se presenta en la Tabla 2.

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A pesar de toda esta información, se utilizan en alimentos y su uso y consumo sigue en aumento. Los estudios que aquí se reportan se realizaron con concentraciones que se supone son excesivas, pero nadie sabe en realidad cuál es el consumo de los productos cuando son consumidas en exceso por las personas. Se requieren más estudios a largo plazo, estudios comparativos de los niveles de consumo en los patrones actuales de la población y estudios de los mecanismos de transporte y excreción del cuerpo.

Tabla 2. Edulcorantes combinados utilizados en alimentos light y bajos en calorías. No existen estudios a largo plazo ni evidencia de no daño a los humanos por su uso prolongado, ni de los edulcorantes de forma individual ni de sus combinaciones. Pareciera que los productores diluyen evidencias y cambian condiciones constantemente, lo que imposibilita llevar el historial de efectos y consecuencias derivadas del consumo de determinados productos. Asociación de consumo de edulcorantes comerciales con daños. Estos productos se supone que tienen niveles de consumo diario y se expresan mediante el valor de Ingesta Diaria Admisible (IDA), que representa la cantidad de sustancia que puede ser consumida todos los días durante toda la vida de una persona sin producir daños a la salud. Pero los productos no reportan en sus etiquetas éste valor de IDA de los edulcorantes utlizados, ni cuántos productos al día rebasarían esa IDA. Por ejemplo, el Aspartame tiene una IDA de 0-40 mg/Kg/día (FAO/OMS). Este valor se establece mediante una batería de ensayos varios, el IDA establece el nivel de efecto no observado (NOEL). FDA fija el IDA con los niveles de seguridad en los alimentos, basado en el nivel 1/100 del NOEL en la especie más sensible. Nada sustentado en estudios en humanos, ni a largo plazo (Alonso, 2010). Existe mucha evidencia de daños potenciales a la salud derivado de edulcorantes utilizados en la industria. La Tabla 3 muestra algunos de ellos. 60

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Conclusión Los edulcorantes artificiales son sustancias creadas en laboratorios, con estructura y composición que de ninguna otra forma se consumirían a través de algún producto natural conocido, motivo por el cual hay desconocimiento de la forma en que son transportados, metabolizados y/o excretados. Los edulcorantes artificiales no ofrecen ventajas o aportes nutricionales en su consumo, excepto el aparente no daño por su ingesta, sabor dulce y pocas o nulas calorías por su consumo. No existen estudios a largo plazo que establezcan la seguridad del uso de edulcorantes en alimentos, ni análisis que reflejen los resultados de un consumo en exceso de los mismos ni el conocimiento de cuánto representaría un exceso para humanos. Sería preferible que la población disminuyera su gusto por lo dulce, lo que permitiría utilizar sustancias conocidas en menor cantidad con ventajas nutricionales y de rutas metabólicas conocidas. Natural no es sinónimo de inocuo y GRAS no es del todo seguro, siempre dependerá del tipo de edulcorante, la cantidad y/o frecuencia de su ingesta. Pocos saben que estos productos tienen un valor de Ingesta Diaria Admisible, arriba de la cual pueden causar daño, solo creen que son inocuos y las etiquetas no ofrecen información alguna al respecto. Tabla 3. Daños asociados al consumo de algunos edulcorantes artificiales. Revista Científica

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ROBOT ROBOT ACTIVADO ACTIVADO

DISEÑO DE UN

POR CABLES PARA TAREAS DE TRASLADO EN GRANDES SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO Sergio Javier Torres Méndez1, José Rafael Mendoza Vázquez2, Vicente Ramírez Palacios3 e Irma Delia Rojas Cuevas4

Instituto Tecnológico de Puebla Avenida Tecnológico, No. 420, Colonia Maravillas Puebla, Puebla, México, C.P. 72220

1,2,3,4

serm7007@yahoo.com.mx

Recibido: Noviembre 11, 2016. Recibido en forma revisada: Diciembre 28, 2016.

Resumen: En este trabajo se presenta el diseño de un sistema robótico para el traslado de partes en almacenes de grandes dimensiones. El sistema propuesto consiste de una serie de ocho cables que son conectados a un efector final, el cual se mueve por la acción de dos servomotores a un conjunto de tambores, quienes recolectan o liberan el cable de forma apropiada. La disposición de los ocho cables permite que el efector final alcance grandes distancias, manteniéndose paralelo a la tierra y con tensión en todos los cables. Se presentan resultados numéricos del espacio de trabajo de la propuesta de diseño para validar la viabilidad de la construcción de un prototipo

+ Palabras clave: Robots activados por cables, Análisis del espacio de trabajo, sistemas de almacenaje.

Aceptado: Enero 1, 2017.

Abstract: In this paper, a novel robotic system design for moving parts inside large storage buildings is presented. The proposed system uses eight cables which are connected to a suspended end-effector. The end-effector moves to a desired position by the action of two servomotors to a set of spool mechanisms which collect o release the cables accordingly. The arrangement of the eight cables allows the end-effector reaches large workspace keeping its base parallel to the ground with positive tension among cables. Finally, the workspace of a proposed robot design is analyzed and simulated in order to validate the feasibility of its prototyping.

+ Keywords: Keyword: Cable robots, Workspace analysis, storage systems. 64

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Introducción Entre las tareas típicas que son realizadas por los sistemas de almacenaje se pueden mencionar el movimiento de un efector-final hacia el objeto a ser trasladado, la sujeción de dicho objeto, el traslado del objeto a una posición específica y, por último, la liberación del objeto. La automatización de estas tareas ha permitido el desarrollo de sistemas robóticos que, comparados con las operaciones manuales, han logrado la optimización del espacio de trabajo, el mejoramiento del flujo de material y una reducción significativa de errores de posicionamiento. Sin embargo, la creciente demanda de los requerimientos de productividad han motivado la búsqueda de diseños que aseguren que el traslado de los objetos sea de una manera suave, rápida y precisa, con un mínimo consumo de energía. Los movimientos suaves reducen la generación de vibraciones, evitando los cambios bruscos que podrían dañar los motores, y que ocasionarían que el objeto se suelte del efector final. Los movimientos a altas velocidades reducen los tiempos de traslados y en consecuencia los costos operativos, y el posicionamiento preciso de los objetos a posiciones predefinidas facilita el agarre y el depósito de los objetos. Entre los sistemas robóticos tradicionales utilizados en los procesos automatizados de almacenamiento, se encuentran los llamados robots de coordenadas cartesianas o robots tipo pórtico, constituidos básicamente de eslabones rígidos. Aunque estos sistemas robóticos son populares en aplicaciones industriales por su versatilidad y alta capacidad de cubrir grandes distancias, el movimiento de sus elementos rígidos requiere del uso de costosos sistemas de potencia y de actuación. Los robots activados por cables se han convertido en una solución al problema planteado anteriormente, al sustituir los elementos rígidos por elementos flexibles. El uso de elementos flexibles (cables o cordones) permite en principio reducir el peso de los elementos móviles y en consecuencia la generación de movimientos rápidos en grandes espacios de trabajo. Entre los robots activados por medio de cables más representativos se encuentran el NIST RobotCrane (Albus, Bostelman y Dagalakis, 1993), Skycam (Cone, 1985), el IPANEMA (Miermeister y Pott, 2010), y el Deltabot (Behzadipour, Dekker, Khajepour y Chan, 2003). El NIST RobotCrane es un robot tipo grúa. El Skycam es una cámara suspendida por medio de cuatro cables. El IPANEMA es un robot espacial que utiliza ocho cables actuados. El Deltabot combina la flexibilidad de seis cables y la rigidez de un elemento neumático. Estos robots son comúnmente clasificados en base a cómo su efector final es restringido con respecto a la plataforma estática, específicamente los llamados robots incompleta y completamente restringidos. Los robots incompletamente restringidos o tipo grúa (Figura 1), se caracterizan por la forma en que los cables son distribuidos alrededor del efector final, necesitando de la fuerza de gravedad para asegurar su posición.

Por otro lado, los robots completamente restringidos dependen enteramente de la distribución de sus cables para fijar una posición del efector final. En ambas situaciones se debe tener en cuenta que los cables solo trabajan bajo tensión y, por lo tanto, es necesario la colocación de cables extras que actúen en forma antagonista incrementando su número en comparación con los eslabones rígidos. Bajo estas circunstancias, es indispensable conocer las variaciones de las tensiones de los cables para cada posición alcanzable del efector final, previniendo de la pérdida del control del efector final. Así, diferentes configuraciones han sido propuestas para encontrar un balance entre alcanzar las máximas distancias mientras se mantiene la tensión en los cables con la mínima energía. Algunos autores (Ming y Higuchi,1994; Kawamura, Choe, Tanaka, y Pandian, 1995; Maeda, Tadokoro, Takamori, Hiller, y Verhoeven, 1999) basan sus estudios en determinar la óptima ubicación de los puntos de conexión tanto en el efector final y la plataforma estática con el máximo número de grados de libertad, mientras otros (Behzadipour y Khajepour, 2005; Lim, Yeo, Yang, y Mustafa, 2009; Castelli, Ottaviano, y González, 2010), lo buscan con el número mínimo suficiente para realizar la tarea deseada. En este artículo, se presenta el desarrollo de la propuesta de diseño de un sistema robótico activado por cables, cuya disposición óptima permite al efector final alcanzar un máximo de posiciones controlables dentro de un área rectangular permisible con un mínimo de energía en los actuadores.

Figura 1. Componentes generales del sistema robótico propuesto. Revista Científica

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Configuraciรณn del robot La arquitectura del sistema robรณtico propuesto es mostrada en la Figura 1, donde una plataforma rectangular (efector final) se encuentra suspendida con respecto a otra plataforma estรกtica por medio de ocho cables. Los cables son agrupados de tal manera que cuatro de ellos son localizados a cada lado del efector final, siendo recolectados o liberados por medio de dos sistemas de tambores que son controlados por dos servomotores. Los tambores son montados sobre ejes que se mueven en forma helicoidal, lo que permite que el punto de entrada se mantenga constante. De esta manera los puntos extremos de cada cable se mantienen constantes mientras son enredados o liberados en los tambores, permitiendo que la longitud de cada cable pueda ser determinada por la distancia entre los puntos de conexiรณn del efector final y los puntos de entrada a la plataforma estรกtica. Por ejemplo, como se puede ver en la Figura 2, la distancia para el cable 2 estรก determinada por los puntos A2 y B2. En la misma figura se puede observar que existen puntos de coincidencia tanto en la plataforma estรกtica como en el efector final. Por ejemplo, los pares de cables 1 y 5, y 3 y 7, tienen sus puntos de coincidencia en el efector final, mientras los pares de cables 2 y 6, y 4 y 8 tienen sus coincidencias en la plataforma estรกtica.

Figura 3. Componentes generales del sistema robรณtico propuesto Para que los mecanismos tipo paralelogramo se mantengan en todo movimiento del efector final, se deben cumplir las siguientes condiciones:

Bajo las condiciones establecidas en la ecuaciรณn (2) y la ecuaciรณn (3), el efector final, se encuentra restringido a moverse solamente sobre el plano frontal siempre y cuando exista tensiรณn en los cables ejercida por el peso del efector final; por lo que, la configuraciรณn del robot propuesta tiene dos grados de libertad que son de traslaciรณn pura.

Anรกlisis cinemรกtico y estรกtico

Figura 2. Detalle de la conexiรณn de cables en el efector final.

Tal y como es mostrado en la Figura 4, un sistema de coordenadas mรณvil xyz es asignado al efector final, cuyo origen o coincide con el centro de masa del efector final. El origen O del sistema coordenado de referencia XYZ coincide con el centro de la plataforma estรกtica. La plataforma estรกtica estรก determinada por los parรกmetros e, f, y g, los cuales definen su largo, alto y espesor, respectivamente.

Se identifica que cada par de cables forma un triรกngulo isรณsceles, cuyos vรฉrtices estรกn formados por los puntos de conexiรณn en el efector final y la plataforma estรกtica. Esto es, el par de cables 2 y 6 estรก formando un triรกngulo isรณsceles cuyos vรฉrtices en el efector final estรกn definidos por los puntos A2 y A6, mientras el punto coincidente en la plataforma estรกtica estรก definido por B2=B6. La forma triangular tipo isรณsceles hace que la longitud de cada cable que pertenece a un par sea de igual longitud: (1) Una vista frontal del robot, mostrada en la Figura 3, permite observar la construcciรณn de dos mecanismos tipo paralelogramo. En particular, los dos mecanismos tipo paralelogramo son construidos por los siguientes puntos proyectados sobre la vista frontal del robot: a la izquierda se forma por los puntos Ap1Bp1Bp3Ap3, mientras que a la derecha el paralelogramo esta forma por los puntos Ap2Bp2Bp4Ap4.

Figura 4. Parรกmetros cinemรกticos de la plataforma estรกtica. Un vector s=[sx 0 sz 0 0 0] es utilizado para determinar la posiciรณn absoluta del centro de gravedad del efector final. Se asigna un vector pi para ubicar la posiciรณn de cada punto de conexiรณn sobre el efector final con respecto al sistema mรณvil xyz, y cada vector qi define la posiciรณn de cada punto de entrada a la plataforma estรกtica con respecto al sistema coordenado de referencia XYZ. Asรญ, la longitud de cada cable se puede determinar por medio de la aplicaciรณn de la norma euclidiana de la forma: (4)

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Los parámetros cinemáticos del efector final son mostrados en la Figura 5. Los parámetros a, c, y d definen el largo, alto y espesor del efector final, mientras que el parámetro b define la ubicación de los puntos de conexión en la parte superior del efector final.

La velocidad de los cables se obtiene por medio de la diferenciación de la ecuación (4), que en forma compacta es típicamente expresada como dl/dt=J ds/dt donde el Jacobino o matriz Jacobiana está definida como:

Figura 5. Parámetros cinemáticos del efector final. La sustitución de los parámetros cinemáticos en la ecuación (5), resulta en la solución de la cinemática inversa del robot:

Las posiciones singulares son determinadas al analizar la deficiencia en el rango de la matriz Jacobiana, lo que resulta en las siguientes condiciones de posicionamiento no singulares del efector final:

El análisis estático trata con la obtención de las tensiones de los cables que logren alcanzar un equilibrio con las fuerzas y momentos aplicados al efector final. Usando la segunda ley de Newton, se tiene que:


En otras palabras, el equilibrio estático del efector final con una masa ms y que está sujeta a un conjunto de fuerzas Fe y momentos Me, se logra al igualarse con las fuerzas y momentos generados por las tensiones τi de los cables. En una forma compacta, las ecuaciones (8) y (9) pueden representadas como:

donde W es el vector que agrupa las fuerzas y momentos externos aplicados al efector final; A es la matriz estructural, la cual contiene las orientaciones de los cables, y τ es el vector de las tensiones en los cables.

Análisis del espacio de trabajo El análisis del espacio de trabajo trata con la identificación de todas las posiciones en las cuales se puede ubicar el efector final con todos los cables bajo tensión. Por lo tanto, el análisis del espacio de trabajo requiere de la solución de la ecuación (10) para las tensiones de los cables. Lo anterior incluye encontrar la inversa de la matriz estructural A, que en el caso general es una matriz no cuadrada. El uso de la pseudoinversa Ap como una solución al problema, implica la obtención de la solución con las tensiones mínimas en los cables y la adición de un vector arbitrario Nu para balancear las tensiones en los cables redundantes. La matriz N representa el espacio nulo de la matriz A y u es un vector a ser determinado, para asegurar que todos los cables estén en tensión. Esto es,

La formulación (11) es conocida como el espacio de trabajo de cierre de fuerzas (Stump y Kumar, 2006; Gouttefarde, Merlet, y Daney, 2006; Lim, Yang, Yeo, Mustafa, y Chen, 2009), que se basa principalmente en asumir que no existe limite en la cantidad de fuerza que se aplicar en cada cable que nulifique cualquier fuerza o momento externo que se aplique en el efector final. Así, es común el uso de algoritmos computacionales de búsqueda de cada posición alcanzable no singular por el efector final. Basado en el método de búsqueda anteriormente mencionado, se analiza el espacio de trabajo tensionable en base a los parámetros dados en la Tabla 1.


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Conclusión El trabajo de investigación presenta la descripción de un robot activado por cables para aplicaciones de almacenamiento en estructuras de gran tamaño. La descripción incluye el análisis Cinetoestático y del espacio de trabajo de la propuesta de diseño. La propuesta incluye un efector final que se encuentra suspendido con respecto a una plataforma estática a través de ocho cables. La distribución de los ocho cables restringe al efector final a realizar solamente movimientos de traslación sobre el plano frontal. El espacio de trabajo es determinado asumiendo que se pueden aplicar fuerzas de tensión ilimitadas a los cables. Resultados numéricos basados en valores asignados a los parámetros del robot propuesto, muestran una reducción del 12.9% del espacio inicial alcanzable por el robot, con una tensión máxima en los cables de 200 Newtons.

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+

Lim, W. B., Yang, G., Yeo, S. H., Mustafa, S. K., & Chen, I. M. (2009, May). A generic tension-closure analysis method for fully-constrained cable-driven parallel manipulators. In Robotics and Automation, 2009. ICRA’09. IEEE International Conference on (pp. 2187-2192). IEEE. Revista Científica

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SIGA: Sistema Sistema Integral SIGA: de Gestión Gestión Académica Académica de

Alanís Urquieta José David1, Lara Álvarez Jaime2, López Palacios Rosa Aurora3, Valdivia Carranco Carlos4, Vázquez Mora Paulo Daniel5 y Sánchez Flores Guillermo6

1,2,3,4,5,6

Universidad Tecnológica de Puebla Antiguo Camino a la Resurrección 1002-A, Zona Industrial Oriente Puebla, Puebla, México C.P: 72300

david.alanis@utpuebla.edu.mx

Recibido: Noviembre 11, 2016 Recibido en forma revisada: Noviembre 28, 2016

Resumen: En este trabajo se presenta el diseño y la implementación de un Sistema Integral de Gestión Académica para la Universidad Tecnológica de Puebla. Se trata de un software realizado a la medida, con una estructura robusta, que sistematiza los procesos clave en la gestión de horarios, asignación de carga horaria, disponibilidad de cursos, materias, etc. El sistema impide traslapes, errores y asignaciones no equilibradas. Este software permite mayor flexibilidad, aprovechamiento de los recursos existentes en la producción de software, usabilidad, además de la explotación de la programación orientada a objetos. El sistema se realizó mediante PHP con Mysql lo que proporciona una manera sencilla y adaptable a las necesidades de usabilidad y funcionalidad. Los resultados del uso de este sistema al instalarlo en plataforma Linux CENTOS son adecuados para los fines planteados, El sistema ya ha sido probado y está funcionando desde el cuatrimestre Mayo Agosto de 2013.

Aceptado: Enero 9, 2017

+ Palabras clave: Software libre, CENTOS, MySQL, PHP, programación orientada a objeto 70

Revista Científica


Abstract: In this document the design and the implementation of a management academic integral system to the Universidad Tecnológica de Puebla is presented. It is treat of a software made to the measure, with a robust structure, systematization of key process in the management of the schedules, schedule charge assign, availability of courses, matters, etc. The system prevents overlaps, mistakes and assignments not equilibrated. This software allows more flexibility, taking in advantage of the existents resources in the production of the software, usability, moreover of the exploitation of the object oriented programming. The system was made through PHP with Mysql that provide an simple form and adaptable of the needs of usability and functionality. The results of the use of this system to setup it in Linux CENTOS platform are adequate to the established objectives. The system has already been tested and it is working since the period May August 2013

+

Keywords: Free software, CENTOS, MySQL, PHP, object oriented programming

Introducción La Universidad Tecnológica de Puebla, es un organismo público descentralizado del gobierno del estado. Ofrece carreras a nivel técnico superior universitario e ingeniería. Para lograr este propósito es necesario la contratación y asignación de profesores para las diferentes carreras, con horarios establecidos para cada materia y con un estricto apego a las normas jurídicas y legales establecidas para la asignación de carga para profesores por asignatura y de tiempo completo. La logística y programación de estas actividades se realizaban a través de los Directores de Carrera y la Secretaría Académica de esta casa de Estudios. El proceso se comenzó a tornar dificultoso, confuso e inclusive engorroso en muchos sentidos, debido a la necesidad de atacar, en ocasiones con pocas personas, los siguientes problemas principales: gestión de horarios y asignación de cargas académicas con los reglamentos específicos, disponibilidad de horarios, materias, cursos, etc., y dado este proceso se tienen traslapes, errores y asignaciones desequilibradas entre otros muchos problemas que se generan con procesos manuales. Aunado a todo lo anterior se tienen tiempos bastante largos que comienza con la recolección de las disponibilidades para los profesores de las distintas carreras y culmina con la asignación de carga en el cuatrimestre correspondiente, lo que ha implicado un gran esfuerzo por parte de los actores involucrados y sobre todo tiempos extendidos, a veces indefinidamente. Por todo lo anterior la Secretaría Académica de la UTP ha tenido a bien solicitar a la Carrera de Tecnologías de la Información y Comunicación la automatización casi total de este proceso a través de herramientas y aplicaciones que puedan correr en plataforma web y que al mismo tiempo realice las operaciones de manera automatizada, robusta, sin acoplamiento a los sistemas, con una alta usabilidad y amigabilidad para distintos grupos de usuarios con sus respectivos privilegios.

Marco Teórico Una página web es una aplicación programada empleando tecnologías que utilizan el sistema cliente/ servidor. Para desarrollar el proyecto presentado en este documento es necesario un servidor local, que sea factible y viable, esta es la base del servidor Web. Este servidor puede ser tanto local como remoto, la diferencia estriba en la ubicación dentro del internet o de manera local (equipo actual de trabajo). Una vez desarrollada la aplicación será ubicada en un servidor remoto dentro de la infraestructura de la red de la Universidad Tecnológica de Puebla, con acceso desde la nube, es decir, se usará un servidor remoto. Los programas que necesitaremos para el desarrollo del proyecto serán los siguientes:

+ Servidor de Páginas Web. + Lenguaje para Páginas Web. + Servidor de Base de Datos. Dado que la aplicación no debe generar costos por licenciamiento de software se ha decidido utilizar Software Libre, en este caso las herramientas muy populares que son:

+ Apache Web Server. + Interprete de PHP. + MySQL Servidor de Base de Datos. Para ilustrar de mejor manera la forma como se programa una aplicación Web dados los requerimientos antes mencionados se propone comenzar con la descripción de las herramientas necesarias para cumplir con los estándares de calidad del producto y del proceso.

PHP PHP (acronimo de “PHP: Hypertext Preprocessor”) es un lenguaje interpretado de alto nivel embebido en páginas HTML y ejecutado en el servidor. Se trata de un lenguaje orientado a objetos, como paradigma central de programación. Al nivel más básico, PHP realiza las funciones propias de la programación Web como son: procesar la información de formularios, generar páginas con contenidos dinámicos, o mandar y recibir cookies [1]. La potencia de PHP es su soporte para una gran cantidad de bases de datos. Escribir un interfaz via web para una base de datos es una tarea simple con PHP. Prácticamente a cualquier motor de base de datos le es posible de tener una interfaz con PHP [4]. En combinación con javascript explota de manera importante las características de orientación a objetos, de entre las más destacables se encuentran: polimorfismo, herencia, interfaces, manejo de excepciones y eventos [1].

Revista Científica

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Se trata de un lenguaje muy flexible, en particular se han explotado, los controles de usuario, es decir el colocar una sesión de acuerdo al nivel de privilegios que se necesite y planteando escenarios conforme a ese nivel [1]. La funcionalidad en términos de los tipos y fuentes de letra, de la adaptación a un diseño HTML de alto nivel, limpio, además de que el código de PHP es invisible para el navegador en sí y esto aumenta la funcionalidad de los componentes que se “empotran” ó colocan dentro de la aplicación Web [1] y [4]. Entre otra característica importante se encuentra el ser multiplataforma, lo que lo coloca en ventaja con respecto de otros lenguajes Web, pues esto se aprovecha cuando se requiere ingresar a las aplicaciones por diversos tipos de dispositivos: de escritorio, móviles, clientes ligeros, etc. Por último muchos de los programas de software de diseño de paginas web lo incluyen como una parte fundamental de la suite de productos que ofrecen, dada su popularidad y la gran cantidad de documentación que existe dentro de su propio sitio y en la internet en general. [1]

MYSQL El software MySQL™ proporciona un servidor de base de datos SQL (lenguaje de consulta estructurado) rápido, multi-hilo, multi usuario y robusto. El Servidor MySQL está diseñado para sistemas de producción de misión crítica, carga pesada, así en cuanto a la inclusión en el software desplegado en masa, el software MySQL es licencia doble, los usuarios pueden optar por usar el software MySQL como un producto Open Source bajo los términos de la GNU o pueden adquirir una licencia comercial estándar de Oracle [3]. Dentro de las múltiples posibilidades que los sitios dinámicos ofrecen al usuario esta la obtención de información almacenada en una base de datos en el servidor. En el mercado existen diversos sistemas de base de datos. Para el desarrollo de este proyecto se utiliza MySQL, por varias razones. Por una parte es gratuito (aunque también existen licencias comerciales); por otra parte, los datos se almacenan en archivos que tienen un tamaño mucho menor que otras bases de datos, eso sin contar que MySQL ofrece una gran seguridad sobre la integridad de los datos almacenados [3] y [4]. 72

Revista Científica

Una razón importante para el desarrollo de la aplicación radica en que está basado en SQL, por lo cual es posible realizar migración a otros sistemas de gestión de base de datos sin muchos cambios y obteniendo los mismos resultados a través de las mismas consultas [3]. En particular el nivel de seguridad del gestor de base de datos posee un nivel de seguridad alto, dada la encriptación de la información para la gestión de usuarios y contraseñas [4]. Ofrece una gran cantidad de tipos de datos soportados para la generación de tablas y maneja de manera eficiente tanto los datos como los metadatos. Una ventaja adicional que se puede utilizar son los índices de datos, soporta hasta 32 índices sobre los datos que se estén manejando [4] y [3]. Aunado a lo anterior este gestor de base de datos tiene entre otras ventajas importantes el poder interactuar, mediante API’s con distintos programas y lenguajes de programación, entre ellos de manera ampliamente conocida el PHP [4].

Apache Web Server Dado lo expuesto anteriormente es necesario conectar o ensamblar de alguna manera la comunicación entre los datos (base de datos) y la aplicación Web, o el programa (PHP en este caso). Para lograrlo se decidió por la instalación, configuración e implementación de un Servidor Web denominado Apache, desarrollado por Apache Software Foundation, como una interfaz de conexión para aplicaciones entre un lenguaje que es manejado por el cliente y otro por el servidor [4]. Una de las ventajas que tiene Apache con respecto a sus competidores es que es altamente configurable, posee una amplia gama de extensiones para diversos formatos de datos, lenguajes, intérpretes, etc. Además puede correr en diversas plataformas de software y de hardware. Es posible explotar la arquitectura modular de su funcionamiento para asegurar niveles de seguridad dentro de las aplicaciones y del mismo Apache [1] y [4].


Se considera además que este servidor es adecuado para una aplicación que contempla el software libre o abierto en su construcción, dado que es necesario realizar una integración adecuada para obtener buenos resultados en la implementación [5]. Al realizar un desarrollo basado en las herramientas ya descritas, el desarrollo de un software con los requerimientos planteados, aunque sea de manera general, propician un ambiente adecuado para la implementación de un sistema que sea robusto, flexible, potente y eficiente, pero sobre todo multi-plataforma. Dadas las características de los programas y su conveniente combinación resulta menos engorroso el desarrollo de software cumpliendo las expectativas de los sistemas de gestión de la calidad, tanto de la institución, como de manera general en el sistema de gestión de calidad en el desarrollo de sistemas.

Diseño de la Solución El Sistema Integral de Gestión Académica (SIGA), tiene su fundamento en una Base de Datos relacional realizada en Mysql, normalizada hasta la tercera forma normal, en la Figura 1 se muestra la base de datos completa. Como se puede apreciar los procesos básicos que maneja la Base de Datos son los siguientes:

+ Gestión de horarios. + Asignación de cargas académicas de acuerdo a los reglamentos específicos.

+ Recibir y gestionar disponibilidad de horarios, materias, cursos,... + Consulta por parte de los usuarios de horarios, materias, salones y tutores.

El propósito de este trabajo es describir el Sistema Integral de Gestión Académica (SIGA), en su diseño e implementación, añadiendo el manejo de los grupos de usuarios divididos como sigue: Administrador, Secretaría Académica, Dirección de Carrera y Usuarios, resaltando la explotación de la programación orientada a objetos, su realización en software libre totalmente y la adición de algoritmos particulares para la solución de los problemas antes enunciados. Además, se describe el diseño del sistema tomando en consideración la base de datos y los algoritmos para evitar traslapes, así como la implementación de los detalles de control de usuarios y seguridad del sistema. Porteriormente, se muestran los resultados y pruebas de la implementación, así como las pruebas realizadas al sistema a través de los distintos usuarios que se han programado. Y finalmente, se dan algunas conclusiones y trabajos futuros que se pueden implementar de acuerdo con el trabajo realizado, además de describir los beneficios que se han recibido una vez que las autoridades han aprobado y utilizado el software.

Este diseño permite el manejo de la información de los profesores, así como su integración hacia otras partes del sistema y su gestión para los horarios, por lo que se han agregado otras dos funcionalidades que son:

+

Evitar errores, traslapes, desequilibrios y reducir el tiempo de administración, gestión y consulta.

+ Seguridad y autentificación de los usuarios. Así la Secretaría Académica de la Universidad Técnológica de Puebla solicitó que se distinguieran los siguientes usuarios para cada función como sigue:

+ Recursos Humanos. + Secretaría Académica. + Dirección de Carrera. + Usuarios. Revista Científica

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Figura 1. Base de Datos del SIGA, normalizado hasta la Tercera Forma Normal [5].

En la construcción de este software se explota la programación orientada a objetos, el diseño de base de datos y la programación Web a través del uso de software libre: PHP 5.3, Mysql 5.1, Apache Web Server. Todo montado sobre un servidor Intel(R) Xeon(R) Quadcore CPU Modelo E5504, 6 Gb de RAM y 512 Gb de Disco Duro, el Sistema Operativo es Linux CENTOS 6 que se maneja internamente en la Universidad, bajo el dominio utpuebla.edu.mx. Por último la aplicación puede ser manejada dentro y fuera de la institución, siendo visible con prácticamente todos los navegadores.

1. En horario de grupo. + Al enviar el formulario se hace un chequeo de actividades

por día y hora en cada docente, en caso que se encuentre un empalme, se guarda la asignatura dejando pendiente al docente para impartirla.

2.

De horario individual por docente [2] y [5].

+

Se lleva un control similar al de grupo, una cuadrícula por día y hora, en cada celda las posibles actividades a realizar.

Algoritmo para traslapes

Para la asignación se verifican sus actividades mostrando:

+

A continuación se describe de manera breve como se controlan los traslapes, pieza fundamental en la creación del sistema [6].

De color verde, la disponibilidad seleccionada por el docente.

Empalmes de actividades, este control se realiza de dos maneras posibles:

Los nombres de las divisiones donde imparte actividades de clases.

+

+ Combos de selección para las actividades complementarias o de apoyo.

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En la Figura 2 se aprecia cómo se implementó esta parte del algoritmo para evitar los traslapes [2] y [6]:

Figura 2. Implementación de parte del algoritmo para traslapes de actividades para Profesores.

Resultados e Implementación

• Módulo de Recursos Humanos

Una vez que se han realizado todos los requerimientos que se han mencionados, merece pena mencionar que el sistema no transmite las contraseñas de manera transparente sino encriptados. Para acceder al sistema en la barra de navegación de cualquier navegador se coloca: http://siga.utpuebla.edu.mx. Lo cual lo traslada a la siguiente ventana:

Figura 4. (a) Módulo para buscar un profesor en un período. (b) Información de los profesores, PROMEP y Cuerpo Académico. (c) Horas asignadas por división o carrera. (d) Reporte de Profesores en listado completo por bloques.

Figura 3: Portal de Entrada a SIGA.

Revista Científica

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• Módulo de Secretaría Académica

La flexibilidad y la explotación de la programación orientada a objetos así como el software libre ha generado un software que realmente abate costos dado que está totalmente hecho en software libre. El sistema se ha probado ya en el cuatrimestre Mayo – Agosto 2013 con muy buenos resultados, ya que toda la funcionalidad ha resultado adecuada, resolviendo la problemática de errores, traslapes, etc. y sobre todo también abatiendo en mucho el tiempo que se necesita para realizar una planeación exitosa. En trabajos futuros se propone utilizar este mismo sistema para acoplarlo con el control escolar para la universidad, debido a que es posible agregar cierto número de tablas al diseño y realizar una integración exitosa para atacar el problema de un Control Integrado de proceso, esta vez a los estudiantes, que entre otras cosas necesitan módulos para su estadía práctica, inscripciones, pagos y un largo etc.

Figura 5. (a) Fijar fechas y activación de período, (b) Consulta de información por materias y por carreras, (c) Generación de formatos para horas de apoyo, (d) Consulta de grupos por carrera y por programa.

• Módulo de Director de División y Docente En la Figura 4 se muestra el módulo de docente que es individual y para captura de su disponibilidad y el módulo de Director de División que es el que realiza la captura de horarios, grupos, materias y profesores.

Bibliografía

[1]

Cowburn Peter et al. Manual de PHP, Traducido por Pedro Antonio Gil Rodríguez et al. [en línea]. Ver. 2017. The PHP Documentation Group, 1997 -2017 [fecha de consulta: 16 de Diciembre de 2016]. Disponible en:<http://php.net/manual/es/ features.php>

[2]

Murphey Rebeca, Traducción, Corrección y Adaptación de Leandro D’Onofrio Fundamentos de JQuery, Libro Digital Gratuito, Actualizado en Agosto 2013, disponible en:< http://librojquery.com/> consultado Abril 2013.

[3]

Oracle and/or its affiliates, MySQL 5.0 Reference Manual, traducido por Oracle and/or affiliates [en línea] Ver 5.0 2014 [fecha de consulta 16 de Diciembre de 2016] Disponible en: < http:// downloads.mysql.com/docs/refman-5.0-es.pdf> Figura 6. (a) Pantalla de inicio para docentes, consultar horarios y ver su perfil académico, (b) Pantalla de Director de Carrera arma horarios adecuarse a las materias de cada grupo y cuatrimestre.

[5]

Ullman, Jefrey, Window Jennifer, First Course of Database Systems, Ed. Prentice Hall, New Jersey USA, 2008 ISBN 9780136006374.

[6]

Conclusiones Se ha presentado el diseño e implementación de un sistema ya utilizado en la Gestión Académica de la Universidad Tecnológica de Puebla. Entre las principales funcionalidades que este sistema posee son las siguientes: asignación de carga horaria, disponibilidad de cursos, materias, activar y establecer fechas, gestionar la información de los profesores en cuatro niveles distintos: Secretaría Académica, Recursos Humanos, Directores y Docentes.

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[4]

Steve Suehring, MySQL Bible, Ed. Wiley Publishing Inc, USA, 2002, ISBN 0-7645-4932-4.

Revista Científica

Valdivia Carranco Carlos, Sistema para Clasificar Asistencia, Basado en Lógica Difusa y Bases de Datos Relacionales, Junio 2008, Tesis de Licenciatura en Ciencias de la Computación.


Revista CientĂ­fica

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IMPLEMENTACIÓN DE UN

SISTEMA DE INGENIERÍA DE SOFTWARE PA R A L A A D M I N I S T R A C I Ó N D E L A I N F O R M A C I Ó N D E L A N O TA R Í A N ÚM E R O 1 5 D E T I E R R A B L A N C A , V E R A C R UZ

Eva Mora Colorado1 y María del Rosario Moreno Fernández2

Instituto Tecnológico Superior de Tierra Blanca Av. Veracruz s/n Esq. Héroes de Puebla. Tierra Blanca, Veracruz, México, C.P. 95180. 1,2

avemc2003@hotmail.com chayayin74@hotmail.com

Recibido: Noviembre 11, 2016 Recibido en forma revisada: Diciembre 5, 2016 Aceptado: Enero 10, 2017

Resumen: Con el desarrollo de los sistemas de ingeniería del software se hizo posible que las actividades que se realizan de manera convencional se transformaran de manera significativa, lo que antes era trabajar en papel invirtiendo tiempo extra en las actividades laborales, ahora con el uso de la tecnología los tiempos se han reducido de manera drástica. En la presente investigación se logra una visión más clara de lo que requiere el sector productivo en el área, debido a que el desarrollo de proyectos de software realizados para las empresas permite a los investigadores de la carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales puedan continuar con la práctica de sus habilidades fuera de la institución. En este documento encontrará la forma en la que se desarrolló e implementó un sistema de ingeniería de software para la administración de la Notaría Número 15, en el que se consideraron dos vertientes, por un lado se fundamenta en la investigación científica, enfocada en el diseño cuantitativo y como enfoque de investigación será causal, por el lado de la ingeniería de desarrollo de software se utilizó la metodología XP, bajo el paradigma de desarrollo Web basada en Yii Framework.

+ Palabras clave: Procesamiento de la información, transferencia de tecnología, investigación interdisciplinaria. 78

Revista Científica


Introducción En el presente artículo encontrará las herramientas tecnológicas empleadas para la implementación de un sistema de Ingeniería de Software, así como la forma de emplear el paradigma Web basada en Yii Framework. La investigación que se empleo es de corte cuantitativo por la naturaleza de la empresa para la que se desarrolla el sistema de software, así como los parámetros que se miden en cuestión de tiempos de respuesta, administración y mejoramiento de las actividades que se realizan en la Notaría Número 15 de Tierra Blanca, Veracruz, para el control de documentos electrónicos, pagos e impuestos de los clientes, presupuestos, actos notariales, expediente único por compareciente, administración documental, administración de clientes, etc. Debido a lo involucrado que están hoy en día los avances tecnológicos y lo indispensable que se ha vuelto el uso de internet en la vida del ser humano, es necesario que se haga uso correcto de las herramientas tecnológicas; actualmente los servicios educativos deben incorporar actividades de desarrollo y vinculación entre el sector productivo y las instituciones educativa, de tal forma que se pueda apoyar la formación profesional de manera orgánica, interactiva y sustantiva; para el caso de la carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales se desarrollan proyectos de ingeniería del software, que permiten a los alumnos y personal que labora en ésta área poner en práctica todo los conocimientos que transmiten a sus educandos, es por ello que se están realizando trabajos de investigación y desarrollo tecnológico con herramientas alternas, aplicando las Tecnologías de Información y Comunicación.

Proceso del Software

Abstract: With the development of software engineering systems, it became possible for the activities carried out in a conventional way to be transformed in a significant way, which was previously to work on paper by investing extra time in work activities, now with the use of technology Times have drastically reduced. In the present investigation, a clearer vision of what the productive sector in the area requires is achieved, since the development of software projects carried out for companies allows researchers in the field of Computer Systems Engineering to continue with the Practice their skills outside the institution. In this document you will find the way in which a software engineering system was developed and implemented for the administration of Notary No. 15, which considered two aspects, on the one hand is based on scientific research, focused on design Quantitative and as a research approach will be causal, by the engineering software development side we used the XP methodology, under the paradigm of Web development based on Yii Framework.

+

Key Words: Data processing, Technology transfer, Interdisciplinary research.

Un proceso define quién hace qué, cuándo y cómo, para alcanzar un objetivo (Jacobson, Booch y Rumbaugh, 2008), en el entorno de trabajo de la ingeniería del software es un enfoque adaptable que permite que las personas hagan el trabajo, busquen y elijan un conjunto apropiado de acciones y tareas para el trabajo, es por ello que para el desarrollo del software que se realizó fue necesario coordinarse entre las diferentes personas involucradas, como son el personal que trabaja en la Notaría Número 15 y el equipo de software, para ello fue necesario realizar una serie de actividades centradas en la administración, el seguimiento y control del proyecto. Para el desarrollo de este proyecto de software las actividades estructurales se aplicaron en forma iterativa a medida que fue avanzando el proyecto, cada iteración produjo un incremento del software que contribuyó a que los involucrados en el proyecto identificaran un conjunto de características y funcionalidades generales del software.

Modelado y administración del proyecto de software Análisis de los requerimientos Para que se pueda entender la problemática sobre la que se desarrolló el sistema, se explican las actividades que se desarrollan en la Notaría Número 15, para este procedimiento se realizaron algunas entrevista con preguntas indirectas a las personas que se encargarían de utilizar directamente la aplicación web en la Notaría Número 15. Revista Científica

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“Las entrevistas realizadas al inicio del proyecto deben contener preguntas “libres de contexto”. Estas preguntas ayudan a iniciar la conversación esencial para la obtención exitosa. Sin embargo, la sesión de preguntas y respuestas se debe usar sólo para los primeros encuentros” (Pressman, 2006). Como resultado de las entrevistas realizadas se comprendió que los notarios elaboran un índice de los libros, de manera electrónica y física, por lo que esta notaría solo lo llevaba físicamente y no cumplía con la norma que el colegio de notarios establece; era difícil consultar una escritura a menos que la persona que la realizaba dejara una nota o diera parte de la ubicación de los libros y apéndices que había elaborado; cada empleado de la notaría conservaba o eliminaba lo que le parecía oportuno; se integraba una hoja donde se asentaba los números del libro y del instrumento, así como los diversos documentos que lo incorporaban tales como credencial de elector, actas de nacimiento, RFC, CURP, entre otros, relacionados con letras de manera alfabética, los archivaban en orden progresivo de acuerdo al número de escritura, acta o certificación, esto se realizaba así, por lo tanto no se garantizaba su seguridad y orden establecido. Por otra parte, los registros de los pagos e impuestos se elaboraban manualmente, solo utilizaban como herramienta ofimática la que se encuentra dentro del paquete de software de Microsoft Office, conocido como Excel, y por esto los archivos que se creaban estaban pesados e inmanejables, al abrirlos en la computadora de la Notaría se tardaban en cargar y podía llegarse a perder todos los datos al no realizarse una copia de seguridad, la herramienta ofimática Microsoft Office Excel puede llegar a ser inestable, su herramienta de auto-recuperación no siempre es 100% fiable, su opción de autoguardado tiene el defecto de reescribir siempre el mismo archivo, además de entre otras fallas técnicas o físicas ajenas a los empleados. Otros inconvenientes de utilizar solo la herramienta Microsoft Office Excel para generar reportes, es que la función de SUMA( ), aplicada sobre rangos muy amplios, esta se vuelve lenta al

realizar los cálculos, otro inconveniente es que Microsoft Office Excel tiene muchas hojas de libro y provocaba que los datos se vuelvan dispersos. Esta notaría no cuenta con una base de datos para almacenar grandes cantidades de información de una forma segura y de acceso concurrente así como de respaldo de la información. Después del proceso de levantamiento de requerimientos, identificando los requerimientos funcionales y no funcionales, características de los usuarios, y describir las cosas (objetos) que serán manipuladas por el sistema; ser realizó el análisis de requerimientos para establecer acuerdos y canales de comunicación que sirvieran para el diseño, desarrollo del sistema, así como todas las etapas que se involucran en el proceso de desarrollo del software.

Selección de modelo y metodología para el desarrollo de la aplicación Un enfoque del modelado de requerimientos, considera que los datos y los procesos que los transforman son entidades separadas. Los objetos de datos se modelan de modo que se definan sus atributos y relaciones, para este proyecto se seleccionó el Patrón de Arquitectura MVC (Modelo-Vista-Controlador), “el cual define componentes para la representación de la información y la interacción con el usuario, se basa en ideas de reutilización de código y la separación de conceptos, características que buscan facilitar la tarea de desarrollo de aplicaciones y su posterior mantenimiento” (Bahit, 2011). Las interfaces de la página Web se desarrollan con el lenguaje de programación PHP utilizando el patrón de MVC (Modelo / Vista / Controlador), mediante Yii framework. Este patrón permite la estructuración de la aplicación Web en capas, al separar la lógica de negocio (modelo), la respuesta del servidor a la petición del cliente (controlador) y la interfaz de usuario (vista). Esto a su vez permite que el mantenimiento sea más sencillo en la aplicación. En cuanto a la metodología de desarrollo de software, se utilizó la XP por ser adaptable a las necesidades requeridas ya que no sigue un régimen muy estricto para poderla seguir. Además a comparación con otras metodologías como la RUP es rápida, ya que la metodología XP conlleva a menos protocolo (ver Figura 1).


Diseño de la base de datos, prototipo y desarrollo de la aplicación La metodología XP sugiere, que hay que conseguir diseños simples y sencillos; para procurar hacerlo todo lo menos complicado posible para el usuario o cliente consiguiendo un diseño fácilmente entendible y manejable que a la larga cueste menos tiempo y esfuerzo para desarrollarlo. Diseño simple Se elabora un diseño simple y sencillo con la finalidad que el cliente fácilmente pueda entender la solución de su historia, también se elabora el glosario de términos para familiarizarse con estos. Tarjetas CRC Las tarjetas CRC se diseñan para saber quiénes son las clases, responsabilidades y colaboradores. Figura 1.- Fases de la metodología XP La Figura 1 muestra cada una de las fases de la metodología XP utilizada en el desarrollo del sistema de administración de la Notaria Número 15.

Planeación Una vez que se realiza una entrevista con el cliente para conocer la historia del proceso que se lleva a cabo en la Notaria Número 15, cuando el cliente solicita que le elaboren una escritura lo primero que pregunta el cliente es el costo del documento mencionado anteriormente, el tiempo que tarde en realizar el trámite y los requisitos que tiene que presentar. Es importante mencionar que el cliente de la notaría quiere consultar el status de la escritura, desde casa para saber si puede pasar por su documento. Además se establecen criterios de pruebas de aceptación y realizar la planeación de cada iteración, es en esta etapa en donde se realiza toda la planeación que se involucra para el desarrollo del sistema de ingeniería del software.

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Tabla 1.- Tarjeta CRC En la tabla 1 se muestra una tarjeta de cliente, responsabilidad y colaboradores de la Notaría Número 15, misma que es de gran utilizada para asignar las funciones y relaciones entre clases. Base de datos Identificando los requerimientos y la información necesaria, se continuó con el diseño de la base de datos para la Notaría Número 15, utilizando como herramienta CASE el software DBDesigner4, “herramienta de diseño e interfaz de usuario claro y sencillo para ofrecer de manera más eficiente, para gestionar sus bases de datos. Se pueden ver rápidamente los campos de una tabla o cómo cada cuadro se refiere a los

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demás. Después que se finaliza la creación de las tablas y sus relaciones, DBDesigner4 puede exportar el esquema de la base de datos en un archivo del tipo SQL” (Carvajal, 2011). Una vez creado el diseño de la base de datos se procede a generar el código SQL para crear la base de datos en el gestor de base de datos MYSQL, para hacer uso del gestor mencionado se instala XAMPP1.8 y se activa el servicio de apache.

Codificación La codificación se lleva a cabo por parejas y se hace un CRUD (listar, registrar, actualizar, eliminar) con PHP en las pantallas de registro de libro, registro de pago, registro de elaboradores, registro de estados. Pruebas Se realizan las pruebas de funcionalidad para saber si el sistema de administración de la Notaria Número 15 presenta algunos errores, con la finalidad de eliminarlos. Una vez que se realizaron las pruebas al sistema y se corroboró que no hubiese detalles y dudas con respecto a la funcionalidad, se procedió a dejar instalado el sistema de ingeniería del software, algunas de las pantallas del sistema de administración de la Notaria Número 15 se presentan en la siguiente sección.

Implementación del proyecto El usuario es una parte más del equipo de desarrollo; su presencia es indispensable en las distintas fases de la metodología XP. A la hora de 82

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codificar una aplicación, la presencia del usuario es aún más necesaria. En esta fase de la codificación los clientes y los desarrolladores del proyecto deben estar en comunicación para que los desarrolladores puedan codificar todo lo necesario para el proyecto que se requiere, en esta fase está incluida la codificación o programación por parte de los desarrolladores del proyecto. Uno de los pilares de la metodología XP es el uso de test para comprobar el funcionamiento de los códigos que se implementen. Dado los resultados preliminares que el prototipo dejó, se continuó con el desarrollo y mejoramiento de la aplicación, haciendo los cambios necesarios para que el prototipo fuera evolucionando a la aplicación web como tal. Esto tomó un poco más de tiempo, se presentó de nuevo al usuario, para que lo revisara y lo aprobara, el cual dio por bueno, solo con algunos cambios mínimos. Cuando se introduce una nueva tecnología exitosa, el concepto inicial se mueve a través de un “ciclo de vida de innovación”, Kurzweil sugiere que, dentro de 20 años, la evolución tecnológica acelerará a un ritmo cada vez más rápido, lo que al final conducirá a una era de inteligencia no biológica que se fusionará con la inteligencia humana en formas que son fascinantes de imaginar. Por ello, al momento de instalar el sistema fue de gran innovación para la Notaría Número 15, debido a que con este sistema se obtendría un mejor control de las actividades que se realizan en la empresa. Al momento que el usuario desea ejecutar el sistema para ser utilizado (Figura 2) se aprecia el mensaje de bienvenida al sistema de la notaria, indicando con ello que se cargan todas las bibliotecas necesarias para ponerse en marcha.


En la Figura 4 se puede apreciar el formulario para crear un nuevo libro e importar archivos del tipo pdf en la sección de documentos anexos, dentro del área contable se conoce como libro a un documento que contiene datos relacionados a los documentos que se registran en la notaría, es por esto que se requiere que los usuarios ingresen el número de libro, el número de escritura, fecha de elaboración, acto jurídico a realizar, personas que intervienen, estado actual del libro, domicilio del predio, así como los documentos necesarios que refuerzan la integración del nuevo libro. Figura 2. Pantalla de bienvenida

Figura 5. Registro de libro

Esta Figura 5 muestra el registro principal de libros, es decir en esta parte del sistema se presenta la información guardada, esto con el objeto de realizar diversas acciones como ver, editar, eliminar y buscar por filtros específicos, así como su botón de nuevo, en caso de realizar un expediente nuevo solicitado por algún cliente a la notaría.

Figura 3. Login. Posterior al arranque del sistema en la Figura 3 se muestra el acceso al sistema, donde solicita al usuario los campos requeridos, el primero de ellos es el username (nombre del usuario) dónde debe de colocar los caracteres que identifiquen al usuario, el siguiente campo será el Password mismo que al ser tecleado se oculta colocando un asterisco por cada carácter que sea introducido (***), en esa misma figura le indica al usuario que ingrese como usuario o administrador, dando los datos username como “demo o admin” y password como “demo o admin”; en caso de que el usuario desee guardar sus datos para no volverlos a teclear, la próxima entrada al sistema solo deberá colocar un clic en el recuadro para que aparezca una marca de recordar la próxima vez.

Figura 6. Vista registros de pagos

En la Figura 6 se muestra la lista de pagos creados, cada registro cuenta con una fecha, escritura, cédula catastral, acta jurídica, certificado catastral, estos datos son importantes para verificar el estatus, las contribuciones, quién lo elabora así como sus respectivas acciones (visualizar, editar, eliminar); una característica importante es que cuenta con un buscador entre rango de fechas para generar reportes en Excel.

Figura 7. Vista de registro de elaboradores

En la Figura 7 se muestra la interfaz de creación y registro de los elaboradores de escrituras con sus respectivas acciones ver, editar y borrar.

Figura 4. Vista nuevo libro Revista Científica

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mismo lugar; resuelve el problema que tenía de no contar con una base de datos en la cual puede ingresar una gran cantidad de información sin que el sistema se vuelva lento y sea de fácil acceso.

Figura 8. Vista de registro de estados

Cuándo se desea conocer el estado en el que se encuentra una escritura (Figura 8), se puede ver la interfaz de creación y registro de los estados de las escrituras, las acciones que se pueden realizar sobre las escrituras son ver, editar y borrar, en caso de que el usuario desee crear una nueva escritura solo tendrá que dar clic en el botón Agregar

El estudio ha ayudado a resolver el problema original al aplicar las metodologías y modelos existentes para que a través de una serie de pasos estratégicos se resolviera el problema de una forma rápida, ordenada y en el menor tiempo posible. Entre las contribuciones o aplicaciones que se pueden extraer del trabajo es la manera de aplicar la metodología, así como la forma de solucionar el problema de una manera autodidacta, por medio de la investigación, yendo más allá de lo convencional.

Conclusión El proyecto logra cumplir con los objetivos planteados los cuales eran el desarrollo así como la implementación de un sistema de Ingeniería de Software en la Notaría Número 15, donde el personal está satisfecho con la aplicación web, ya que entre sus características principales es que da entrada inmediata, a través de un navegador web y puede acceder desde cualquier equipo de cómputo, siempre y cuando el equipo principal permanezca activo, ya que forja el papel de servidor principal, además de cumplir fielmente con los requerimientos que los usuarios necesitaban. Resuelve el principal problema de la notaría, él cual es que no sólo elaborará índices de los libros de forma manual, sino que también los puede hacer de forma electrónica, como lo marcan las normas del colegio de notarios; además de resolver otros problemas como el de agilizar las búsquedas entre los libros hechos; hay un mejor control en cuanto a los usuarios que elaboran escrituras, ya que todo queda registrado en un

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Por otra parte en cuanto al registro de pagos e impuestos, ya no tendrá los problemas que surgían al utilizar solo Microsoft Office Excel, ahora en la aplicación se pueden realizar los cálculos directos y al generar los reportes, el usuario utiliza solo los que necesita y pueden seguir almacenados en el sistema, al menos que el empleado decida eliminarlos.

Revista Científica

Otra contribución más es el cuidado del medio ambiente, porque se ha reducido el consumo de papel en la notaría en un 60%, con el uso del sistema el cliente tiene la oportunidad de conocer su estatus desde su cualquier lugar y a cualquier hora, sin necesidad de asistir a la notaría en un horario establecido, incide en menor gasto por concepto de recepción física de documentos en un 100%, su clasificación, archivo y conservación, la protección al entorno ecológico.

Agradecimientos Al Instituto Tecnológico Superior de Tierra Blanca por todas las facilidades para la creación del sistema, así como a la Notaría Pública Número 15 ubicada en la ciudad de Tierra Blanca, Veracruz, por la disposición para brindar la información que ayudó al análisis, diseño e implementación del sistema.


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Revista Científica

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IMPLEMENTACIÓN DEL PASO 1

DEL MANTENIMIENTO AUTÓNOMO BASADO EN LA METODOLOGÍA TPM (MANTENIMIENTO PRODUCTIVO TOTAL) EN UNA LÍNEA PRODUCTIVA EN EMPRESA DEL RAMO AUTOMOTRIZ Karla Paola Osorio Estrada1, Miguel Fernando Herrera Morales2, Teresita Villalobos Gordillo3 y Rubén Cano Cañada4

Instituto Tecnológico de Celaya Campus II Antonio García Cubas #1200 Celaya, Guanajuato, México, C.P. 38010 3 KOLBENSCHMIDT S. DE R.L DE C.V. Carretera Panamericana KM 284 Celaya, Guanajuato, México, C.P. 38110 1,2,4

ruben.cano@itcelaya.edu.mx

Recibido: Noviembre 11, 2016.

Resumen: Actualmente, existen una gran cantidad de empresas que compiten en los mercados, sobre todo en la industria automotriz, donde el valor agregado y las características diferenciadoras son aquello que las vuelve más competitivas y las mantiene a la vanguardia, lo cual no es suficiente si la empresa no se encuentra mejorando sus instalaciones para lograr un control de su mantenimiento y con ello evitar las grandes pérdidas que atañen a la producción, tales como son: averías, defectos, accidentes laborales y mejorar la producción, así como otros aspectos que colaboren al funcionamiento correcto de la empresa, he ahí la importancia del TPM y el mantenimiento autónomo como una filosofía aplicada en las líneas de producción para evitar todo aquello que influye en la deficiencia de la producción y otros problemas.

Recibido en forma revisada: Noviembre 28, 2016.

+ Palabras clave: Mantenimiento Autónomo, Pérdidas, Líneas de Producción,

Aceptado: Enero 17, 2017.

Deficiencia, Automotriz.

Abstract: Currently there are a large number of companies that compete in the markets, especially in the automotive industry where added value and differentiating characteristics are what make them more competitive and keep them at the forefront which is not enough if the company does not Is improving its facilities to achieve a control of its maintenance and with it to avoid the great losses that affect the production such as: breakdowns, defects, accidents at work, to improve the production, as well as other aspects that collaborate to the correct operation of the Company is the importance of the TPM and the autonomous maintenance as an applied philosophy in the production lines to avoid all that influences the deficiency of production and other problems.

+

Keywords: Autonomous Maintenance, Losses, Production lines, Deficiency, Automotive.

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Introducción En la actualidad existen un sinfín de empresas, las cuales compiten entre ellas para ganar un mayor mercado, por lo que éstas hacen uso de las herramientas Lean Manufacturing (ITCL, 2015) para volverse más competitivas, estando siempre a la vanguardia, mejorando sus instalaciones para contar con un control de su mantenimiento y con ello evitar averías, defectos, accidentes laborales y mejorar la producción, así como otros aspectos que colaboren al funcionamiento correcto de la empresa.

Estas situaciones generan que la línea no cumpla con los indicadores de eficiencia establecidos, generando un gran número de desecho en comparación con otras líneas (Figura 2), y que su proceso de producción no sea continuo a pesar de ser una de las líneas con mayor importancia en la planta, ya que en ella se fabrica un porcentaje alto de los pistones fabricados por la empresa; por ello, surge la necesidad de implementar el método de TPM, en específico, el primer pilar de Mantenimiento Autónomo o Paso 1.

Para que un proceso de producción pueda ser eficaz y eficiente, las líneas de producción deben operar de forma continua durante largos periodos de tiempo; sin embargo, pueden surgir accidentes y averías, los cuales pueden parar una planta entera y poner en peligro vidas y entorno, ocasionando pérdidas financieras que pueden ser devastadoras (ARBURG, 2015). Si bien es cierto, una empresa puede aspirar a un futuro seguro siempre y cuando establezca un proceso para satisfacer y superar las expectativas de sus clientes; las compañías deben esforzarse por ser las mejores mediante la perfección y la renovación constante de sus logros, es por ello que las empresas se apoyan de la herramienta de Mantenimiento Productivo Total (TPM), con la cual se logra diseñar un plan de mantenimiento para el mejor aprovechamiento de los equipos (Pérez, 2015). Las organizaciones siempre están pensando cómo mejorar la eficiencia y seguridad de sus trabajadores y equipos, por esto el TPM constituye una poderosa herramienta que involucra todos los procesos de la organización, mejora la gestión de los mismos y, en consecuencia, eleva la productividad de las organizaciones. El TPM no es un simple programa de mantenimiento, requiere cooperación y participación de todos los empleados, desde la alta dirección hasta los operarios de planta, donde cada uno debe asumir su parte (Melo, 2015).

Figura 2. Porcentaje de desecho respecto a la producción línea 10 contra línea 04.

Descripción del método Las etapas del método utilizado se muestran a continuación en la Figura 3.

El TPM estimula la creación de lugares de trabajo seguros y productivos, optimizando las relaciones entre las personas y el equipo que emplean. El Mantenimiento Productivo Total debe ingresar a una organización identificando nuevas metas de progreso, concentrando esfuerzos en la fabricación, en el trabajo en campo, impulsando la mejora continua, la innovación y la creatividad como tarea de todos (Rey, 1998).

Planteamiento del problema Actualmente se presentan problemas en la línea 10 del bloque diésel en la empresa Kolbenschmidt, debido a que ésta es una de las líneas que tiene mayor cantidad de fallas en el equipo (López, 2005), lo cual se traduce en gran cantidad de paros registrados al día, que se pueden apreciar en la Figura 1, debido a diversos factores de mantenimiento, herramientas, limpieza, ajustes, fallas mecánicas, cambios de modelo, inspección de material, lubricación y calibradores.

Figura 3. Método de la investigación.

Diagnóstico previo y evaluación En esta etapa se plantean algunas preguntas que nos indicarán el estado actual de la línea para poder planear las acciones que se deberán tomar de manera más específica durante la implementación. Es muy importante identificar cuál es la situación actual de la línea y hacer una evaluación previa que se pueda contrastar al término de este trabajo, y también así poder definir un punto de partida más objetivo y con ello, tener una base para definir las acciones que se deben realizar para poder implementar el Paso 1 del Mantenimiento Productivo Total.

Rastreo de documentos, libros y artículos Figura 1. Tiempo de paro en horas línea 10 contra línea 04

En esta etapa se realizará el rastreo de los libros, artículos y documentos, los cuales permitirán ampliar el panorama acerca de la temática Revista Científica

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en cuestión y de esta forma se podrá cuantificar la información existente de la cual se dispone y asimismo, identificar la información necesaria para completar las bases sobre las cuales se trabajará y se desarrollará la investigación. Una vez con la información obtenida, se puede plantear y formular la estructura de la investigación para posteriormente definirla y establecerla de manera puntual, lo cual permitirá que se trabaje de una forma más organizada y poder así estratificar y plantear las acciones que se habrán de tomar.

Identificación de involucrados y definición de grupo de trabajo En esta etapa se definen a los involucrados, tanto con la investigación como con el proyecto, con el fin de especificar roles y responsabilidades para llevar a cabo las etapas de esta investigación. Es importante que, en base a las etapas se definan de una manera adecuada los miembros de los grupos de trabajo; una vez definidos, se comienzan a precisar sus responsabilidades y la participación que tendrá cada miembro en la etapa de aplicación, y de esta forma se puede evaluar de una mejor manera los avances que se tendrán durante las etapas y el cumplimiento logrado por cada equipo de trabajo.

Planificación y estratificación de actividades Como en todo proyecto empresarial, debe haber una planificación previa de las diferentes actividades a realizar con el objetivo de conseguir la implementación y la posterior evaluación para validar el paso correspondiente aplicado. Como primera fase, se debe realizar una primera reunión con la dirección y todo el personal con responsabilidad directa en el proyecto, en la cual se debe informar de las actividades que se llevarán a cabo, con el fin de obtener los resultados esperados y definir los índices que se utilizarán para evaluar esos resultados. Como segunda fase, se deben determinar las herramientas necesarias para llevar a cabo la implementación mediante el estudio del diagnóstico de la empresa y establecimiento del marco en el que se encuentra, identificar al personal involucrado, designación de funciones y responsabilidades mediante la comunicación a todo nivel y selección fundamentada del personal apto, así como asegurar los recursos físicos y organizar las áreas de trabajo, mediante el registro y mantenimiento del inventario de la empresa y verificación de las áreas de trabajo.

Implementación estratégica por etapas En esta fase se realiza la implementación de las estrategias ya definidas y se comienzan a caracterizar los procesos a seguir, con el propósito de estratificar y estructurar las etapas progresivas que se seguirán para la implementación. También, se analizan los procesos productivos con la finalidad de definir qué es lo que comprenden cada uno de ellos, como se van a modificar los mismos y qué resultado se espera lograr en los mismos, además de que se define qué documentación es necesaria y cuál información se debe documentar y cómo hacerlo, ya que éste soporte será necesario para cuando se tengan que evaluar los resultados y realizar las 88

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conclusiones; de igual manera, se deben llevar a piso los instrumentos y herramientas ya definidos para evaluar su eficacia y analizar los resultados que se tienen de ellos.

Seguimiento y medición de resultados obtenidos En esta fase se realiza la medición y el seguimiento de los resultados que se obtengan con el fin de poder tener una base más estructurada para el análisis posterior, es aquí donde se hace un escrutinio de los datos cuantitativos y se utilizan las escalas e instrumentos de medición ya definidos. Es justo en ésta etapa donde se comienza la transformación de los datos cuantitativos a datos cualitativos que pueden ser transformados de manera sencilla en conclusiones. De igual manera, es cuando se da el seguimiento adecuado a los resultados para tomar acciones previas a la culminación y así mantener el curso adecuado durante todo el proceso de implementación.

Análisis y discusión de resultados obtenidos Esta etapa consiste en analizar los resultados obtenidos al final de la


implementación de una manera más puntual, sin concentrarse de manera específica en los resultados cuantitativos, más bien es definir qué es lo que estos representan y transformarlos en resultados cuantitativos para desde este punto poder hacer aseveraciones que permitan determinar el grado de cumplimiento y el estatus generado por las estrategias que se definieron al principio y de esta manera llevarlos ante el grupo de trabajo y presentarlo de manera puntual para poder desarrollar las conclusiones pertinentes.

Conclusiones y proposición de mejoras Una vez que se generaron las conclusiones, el análisis se centra en éstas para poder contrastar lo obtenido y lo que se esperaba obtener con el fin de verificar si lo que se esperaba se logró, si esto no ha sucedido, lo que se debe proseguir es la proposición de mejoras específicas para complementar lo obtenido con el fin de que se complementen las deficiencias y se aprovechen las oportunidades para después pasar a la validación posterior, en la cual será necesario que estén cubiertas todas aquellas deficiencias detectadas.

Validación, cierre y avance En dicha etapa se deben establecer los mecanismos de seguimiento, medición y análisis necesarios para poder validar si se cumplió con los requerimientos que se tienen establecidos y validar la implementación del Paso 1 del mantenimiento autónomo, y proceder con la calificación pertinente de cada aspecto: si esto se logra de manera exitosa, lo consiguiente es dar el cierre al proceso, lo cual incluye desde documentar lo realizado hasta la felicitación al equipo de trabajo y después avanzar al siguiente paso del mantenimiento autónomo donde se deberá realizar un proyecto similar para su implementación.

Metodología El Mantenimiento Productivo Total (TPM) es una metodología de mejora que permite asegurar la disponibilidad y confiabilidad prevista de las operaciones de los equipos y del sistema, mediante la aplicación de los conceptos de prevención, cero defectos, cero accidentes y participación total de las personas. Cuando se hace referencia a la participación total, esto quiere decir que las actividades de mantenimiento preventivo tradicional pueden efectuarse no solo por parte del personal de mantenimiento, sino también por el personal de producción, un personal capacitado y polivalente (Salazar, 2016).

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encuentran bajo el enfoque del Mantenimiento Productivo Total (TPM) se asegurara la mejora continua de la línea y la satisfacción tanto de los clientes internos como externos. A continuación, se presenta la Tabla 1 con los índices que se deben de cumplir para validad y acreditar el Paso 1 del Mantenimiento Autónomo.

Tabla 1. Resultados esperados.

Figura 4. Metodología del Mantenimiento Productivo Total (TPM)

De acuerdo a los índices de autonomía y el seguimiento de las tarjetas (Figuras 5), se pude confirmar que los índices de la aplicación del Paso 1 del Mantenimiento Autónomo se muestran en una tendencia positiva ya que cada vez se abren más tarjetas de hallazgos lo cual nos demuestra el compromiso de los operadores por detectar las problemáticas y registrarlas; además el punto más importante se observa en la autonomía de los operadores que representa cual es el porcentaje de tarjetas abiertas que realmente contribuyeron a cerrar, por lo cual es más objetivo que solo analizar las tarjetas abiertas.

Reseña de las dificultades de la búsqueda El estado actual de la línea dificulta la implementación de la norma del Mantenimiento Productivo Total debido a que en las cuestiones y requerimientos que este propone la línea se puede considerar virgen ya que no se tienen ningún avance o base para partir la implementación, ya que entre sus principales obstáculos se encuentra la resiliencia de los grupos de trabajo y la falta de conocimientos del tema, por lo cual el implementar mejoras es sencillo debido a que hay gran campo de aplicación, pero falta de capacitación y estandarización en sus procesos, así como, falta de medición y seguimiento a las acciones previas que se habían tomado. Estos obstáculos hacen que la implementación del Mantenimiento Productivo Total anteriormente mencionado quede fuera de tiempo y forma, a comparación de empresas más desarrolladas.

Resumen de resultados Con la implementación del Mantenimiento Productivo Total, completamente estructurado, validado y por consiguiente implementado, se espera obtener un crecimiento en los indicadores de la línea y mejorar los resultados que esta tiene, ya que la creación de una nueva perspectiva bajo la filosofía del Mantenimiento Autónomo, objetivos e indicadores de desempeño, le permitirá a la empresa analizar periódicamente sus actividades y realizar una toma de decisiones, asegurando una planeación estratégica y mejoras en menor tiempo además de reducir todos los desperdicios de la línea a un porcentaje menor y menos significativo que no sea un sesgo de la eficiencia de la misma y de esta manera poder evitar las grandes pérdidas monetarias tanto directas como indirectas a causa de la línea. Además, con el establecimiento y estandarización de los procesos de trabajo a través de las diversas herramientas que se 90

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Figura 5. Autonomía de los operadores en el cierre de tarjetas

Conclusión El Mantenimiento Productivo Total (TPM) no es una metodología que resuelve los problemas de manera instantánea ni se involucra directamente con otros aspectos como la calidad y la producción; esto se debe a que es un proceso largo y por etapas que lleva un avance progresivo, que influye de manera indirecta en los diferentes aspectos y problemáticas de un proceso productivo, más sin embargo, el Mantenimiento Productivo Total (TPM) no tendrá ningún efecto si los involucrados de todos los niveles no muestran un alto nivel de compromiso ya que ésta no es tal cual una herramienta que éste definida de manera específica, sino que es flexible y se presta a que el usuario pueda implementarla de diferentes maneras y la adapte a sus necesidades, por lo cual es importante todo el análisis previo, el constante monitoreo y seguimiento del mismo, ya que si se deja una vez que se logra completar una etapa, éste no tendrá el impacto esperado.


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Revista Científica

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I nte r f e r encia

prod u cida por dos rendi j as c u adradas m ediante

u n

modulador espacial de luz por re f le x ión

Benito Canales Pacheco1, León Felipe Austria Gonzalez2, Raymundo Sergio Noriega Loredo3 y Luis Alberto Ruiz Aguilar4

Universidad Tecnológica de la Sierra Hidalguense Carretera México-Tampico, Km 100 Zacualtipán de Ángeles, Hidalgo, México, C.P. 43200.

1,2,3,4

benito.canales@utsh.edu.mx Recibido: Noviembre 11, 2016. Recibido en forma revisada: Enero 1, 2017. Aceptado: Enero 17, 2017.

Resumen: La interferometría óptica ha sido una herramienta básica e importante para desarrollar instrumentos ópticos, mejor conocidos como interferómetros, que son capaces de analizar superficies ópticas. Este trabajo se enfoca en el experimento de Young, que es uno de los interferómetros más importantes y reconocidos en la literatura científica debido a que ha resuelto muchos problemas a lo largo de la historia. Una de tantas aplicaciones que tiene este interferómetro es en las pruebas ópticas. Algunos autores han tomado la idea de Young y han trabajado sobre ella para probar sistemas ópticos tal y como se puede encontrar en el trabajo de S.D. Chalmer, (1950), donde utiliza un arreglo interferométrico de división de frente de onda para analizar un lente de manera local. Siguiendo la propuesta de Chalmer para probar superficies ópticas, en este artículo se caracteriza una mini pantalla optoelectrónica que remplazada a las rendijas del experimento de Young, permite una versatilidad al proyectar dos aberturas que actúan como dos fuentes de luz secundarías, y que estas se superponen en algún punto. Igualmente, se muestra a detalle la caracterización de la minipantalla para que funcione como un divisor de frente de onda, asimismo se muestra el estudio del comportamiento de sistema, cuando se proyectan aberturas con diferentes tamaños, separación y direcciones sobre la minipantalla, a través de una computadora.

+ Palabras clave: Experimento de Young, Pruebas Ópticas, Modulador espacial de luz.

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Abstract: The optical interferometry has been a basic and important tool to develop optical instruments better known like interferometers, these are capable of analyzing optical surfaces. This work is based in Young’s experiment that is one of the interferometers most important and recognized in the scientific literature because it has solved many problems throughout history. One of so many applications that this interferometers has is in the optical tests. Some authors have taken his Young’s idea and have worked on her to prove optical systems it is possible to find in the S.D Chalmer´s work. Some authors have taken his Young’s idea and have worked on her to test optical systems it is possible to find in the Chalmer´s work. Where he uses an interferometry array of wavefront division to analyze a lens locally. Following the proposal of Chalmer to test optical surfaces, this article features a mini opto-electronic screen that replaced to the slits of Young’s experiment, allowing a versatility to project two openings that act as two secondary light sources, and that these superpose in some point. Equally the characterization of the miniscreen appears detailed in order that it works as a divisor abreast of wave, likewise the study of the system behavior appears, when openings are projected by different sizes, separation and directions on the miniscreen, across a computer.

+ Keywords: Young experiment, optical testing, spatial light modulator.

Introducción La mayoría de las pruebas ópticas que actualmente se implementan en los talleres de fabricación analizan una superficie de manera global, como lo son la prueba interferométricas de Fizeau, Newton, Ronchi, Alambre, Estrella, Foucault, prueba de Chalmer, de Foucault, la prueba Ronchi y anillos de Newton (Malacara, 2007), permitiendo conocer el promedio de los defectos de toda la superficie. Estas pruebas permiten obtener información sobre la derivada del frente de onda (∂w/∂y). Por otra parte están las denominadas pruebas interferométricas que obtienen información directa del frente de onda, como por ejemplo: el Interferómetro de Tyman Green, Fizeau, Newton, Murty (Desplazamiento lateral) (Malacara, 2007). También existen pruebas interferométricas, que no necesitan de una superficie de referencia, como son los interferómetros de Esparcimiento, Difracción por Punto, experimento de Young, prueba de Chalmer (Martin,1950), todos estos métodos son de fácil implementación y altamente confiables, es por ello que este trabajo se enfoca en el experimento de Young para caracterizar un modulador espacial de luz por reflexión RSLM (por sus siglas en inglés Reflective spatial Ligth Modulator).

Experimento de Young El experimento de Young clásico se muestra en la Figura 1. Este experimento consta de una fuente extendida So que ilumina una rendija convirtiéndose en una fuente primaria que produce un frente de onda espacialmente coherente que ilumina a dos rendijas S1 y S2 juntas que se encuentran separadas en una pantalla Σa, estas rendijas constituirán como dos fuentes secundarias que se propagan y se superponen en una pantalla de observación Σo. De esta forma se puede producir franjas alternas brillantes y oscuras mejor conocidas como franjas de interferencia (Born y Wolf, 1999).

Figura 1. Diagrama del experimento de Young. De la literatura escrita sobre el fenómeno de interferencia de la luz (Jenkis, 1981) se sabe que, si dos ondas monocromáticas son superpuestas en algún punto P, el campo eléctrico en P es:

Entonces la intensidad total en el punto P es:

donde:

La intensidad máxima será:

donde:

La intensidad mínima es:

donde:

En el caso especial, cuando I1=I2, de la Ecuación 2 se tiene

Y la intensidad varía entre el valor máximo Imax=4I1, y el valor mínimo Imin. (7)

Modulador espacial de luz por Reflexión El modulador espacial de luz RSLM (por sus siglas en inglés Reflective Spatial Ligth Modulator), es un dispositivo optóelectrónico que contiene una capa de cristal líquido ferro eléctrico de materiales birrefringentes, Revista Científica

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y tiene una modulación de 1280 X 1024 pixeles y un área activa de 17.43 X 13.95 mm, cada píxel tiene un tamaño de 13.62 µm. La pantalla de cristal líquido forma parte de un dispositivo con circuitos integrados, que junto con una computadora, puede funcionar como una pantalla auxiliar, en la cual es posible proyectar imágenes y videos. Con las propiedades que presenta el RSLM, el usuario puede controlar el funcionamiento de este dispositivo a través de una computadora. Con un software de dibujo gráfico se evita el reflejo de luz hasta un 90%, esto se logra a través de imágenes generadas en computadora con fondo negro y cuadros blancos para que funcione como la rendijas del experimento de Young, donde las zonas blancas actúan como fuentes secundarias que, al ser iluminadas producirán dos frentes de onda esféricos que se van a propagar y superponer en una cámara CCD (Charge Coupled Device); la intensidad de luz reflejada será mayor en la zona blanca y por el contrario, en la zona negra existirá un reflexión de intensidad menor. La generación de imágenes con aperturas de diferentes separaciones, posiciones y tamaños, como se muestra en la Figura 2a, son proyectadas en el RSLM como se muestra en la Figura 2b Esto se realiza para conocer las limitaciones que tiene el sistema.

Figura 2a. Selección de zonas blancas en diferentes posiciones y separaciones de la pantalla. Figura 2b. Proyección de dos zonas blancas de (272.4 X 272.4µm). 94

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Arreglo experimental El arreglo experimental consta de un láser Helio – Neón (λ=632.8 nm) con una potencia de 3mW, este fue colocado en una montura con movimientos en los ejes x, y; en seguida, se coloca un objetivo de microscopio de 60X de amplificación que permite expandir el haz de luz proveniente de la fuente, para así iluminar un espejo de Prueba (Ep) de diámetro de 13 cm y un radio de curvatura de 60 cm colocado a 60 cm de distancia de la fuente de luz. El espejo tiene un giro de 3° respecto al eje óptico permitiendo que la luz reflejada se dirija hacia un polarizador de luz que es montado en una pieza graduada, como se observa en la Figura 3. El Haz que se ha trasmitido por el polarizador converge hacia el centro de curvatura del espejo; justo antes de este punto se coloca el modulador óptico RSLM, de tal manera que el diámetro del spot cubra el área activa del dispositivo. Este último elemento está inclinado 23° sobre el eje óptico permitiendo redireccionar la luz hacia un segundo polarizador, donde finalmente la luz incide sobre una cámara CCD, la cual permitirá capturar las imágenes provenientes del RSLM. La cámara CCD tiene las siguientes características: modelo XCST50, modulación 680X480 pixeles y un área activa del sensor 6.4 X 4.8 mm.

Figura 3. Arreglo experimental.


Interferogramas experimentales La proyección de las imágenes en el modulador de luz actúan como las rendijas en el experimento de Young, que al ser iluminadas por luz proveniente del láser trabajan como dos fuentes secundarias produciendo un frente de onda esférico que se va a propagar y a superponer en la cámara de detección. El patrón de interferencia va a corresponder a una zona muy específica de toda la superficie del espejo, como se observa en la Figura 4. Si la superficie está libre de aberraciones se obtendrán franjas rectas y paralelas igualmente especiadas; de lo contrario, las franjas estarán distorsionadas, indicando que el espejo está mal fabricado y tiene deformaciones físicas.

se observa un patrón de interferencia que contiene tres franjas, esto fue producido por dos círculos de diámetro de 408.6 µm, una separación de borde a borde de 204.3 µm. En la Figura 5b se muestra un patrón de interferencia con siete franjas, esto fue producido por una imagen de dos círculos de diámetro de 408.6 µm y separados por 1.662 µm, en particular este patrón presenta poca visibilidad en sus franjas. La Figura 5c presenta un patrón de interferencia con cinco franjas inclinadas a 45°, esto fue producido por una imagen de dos círculos inclinados a 45° con un diámetro de 544.8 µm separados por 1362 µm. En la Figura 5d se muestra un patrón de difracción producido por una imagen de dos círculos de diámetro de 1362 µm, separados por 3541.2 µm, este efecto se debe a que la separación de borde a borde de los círculos es lo suficiente mente grande para actuar como dos fuentes separadas, produciendo así cada una, un patrón de difracción.

Figura 4. Diseño experimental.

Resultados Los interferogramas obtenidos usando el arreglo experimental mostrado en la Figura 3, se presentan a continuación, donde en la Figura 5a,

Figura 5. Patrones de interferencia producidos por dos aberturas de tamaño. (a) 408.6 – 204.3 µm, (b) 408.6 – 1362 µm, (c) 544.8 – 1362 µm a 45°, y (d) 1362 – 3541.2 µm.

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Para encontrar el tamaño y la separación de las aperturas que va permitirá obtener un interferograma con buena visibilidad en las franjas, se generaron cuadros de diferentes tamaños y separaciones. En la Tabla 1 se muestran diferentes tamaños de aperturas con diferentes distancias entre ellas, también se muestra el número de franjas observadas en el interferograma. En general, para estos resultados, la visibilidad de las franjas depende de las características de las aberturas.

Conclusión En este trabajo se ha mostrado que, a partir del interferómetro desarrollado por Young en el siglo XVII, fue posible obtener patrones de interferencia utilizando una mini pantalla optóelectrónica, la cual funcionó como un divisor de frente de onda y resultó una herramienta muy importante, porque facilita el análisis local de una superficie óptica debido a que se pueden proyectar imágenes en el dispositivo en tiempo real provocando que sea un mecanismo útil. Para obtener un mini interferograma con buena visibilidad y contraste, se realizó un estudio donde se proyectaron diferentes aberturas con distintos tamaños y separaciones, esto permitió conocer el tamaño adecuado para el caso ideal. El mejor resultado fue al proyectar aberturas de 544 µm de tamaño por 544 µm de separación.

Co

Símbolos

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Tabla 1. Resultados obtenidos con diferentes tamaños y separaciones de aperturas proyectadas en el RLSM.

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LA IN V ESTI G ACI Ó N Y DESARROLLO EN

NANO TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUA EN

M É X ICO

José Domingo Rafael Castañeda Olvera1

1 Universidad Tecnológica Fidel Velázquez Av. Emiliano Zapata s/n Col. Tráfico Nicolás Romero, Estado de México, México, C.P. 54400.

rafaelcastaneda10@yahoo.com.mx

Recibido: Noviembre 11, 2016. Recibido en forma revisada: Diciembre 10, 2016. Aceptado: Enero 16, 2017.

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Resumen: El estrés hídrico global como resultado de su uso intensivo en los sectores agrícola e industrial, aunado a una política gubernamental acuífera ineficiente respecto a la gestión de las aguas residuales de tipo residencial, ha hecho necesario el desarrollo de tecnologías alternativas para el tratamiento de los cuerpos de agua en México. Esta investigación se propone mostrar el panorama de la Investigación y el Desarrollo (IyD) de las nanotecnologías (NTs) aplicadas a las diferentes etapas de la cadena de valor en el tratamiento de aguas en nuestro país. Con esta investigación, se busca aportar una base de datos que permita servir como nexo tanto a investigadores como a grupos de investigación, ya que no existe una sistematización de tal orden en nuestro país.

+ Palabras clave: Nanotecnologías, tratamiento de agua, aguas residuales, cadena de valor, sistemas de purificación de agua, impactos ambientales.


Abstract: Global water stress as a result of its intensive use in agricultural and industrial sectors, coupled with an inefficient governmental water policy regarding the management of residential wastewater, has made it necessary to develop alternative technologies for the water treatment in Mexico. This research aims to show the research and development (R&D) landscape of nanotechnologies (NTs) applied to the different stages of the value chain in water treatment in Mexico. With this research, we seek to provide a common database that allows linking both researchers and research groups, since there is no systematization of such order in our country.

+ Keywords: Nanotechnology, water treatment, wastewater, value chain, water purification systems, environmental impacts.

Introducción La problemática del agua es un asunto con características globales. Fenómenos colaterales como el crecimiento demográfico, la urbanización, la migración y la industrialización, al lado del incremento de la producción y el consumo, han generado demandas cada vez mayores del recurso hídrico (UNESCO, 2015). Aunado a esto, su disponibilidad está siendo gravemente afectada por la contaminación de los cuerpos de agua gracias a su uso intensivo en el sector agrícola, en la producción industrial y en la minería. El uso indiscriminado de fertilizantes y de materiales químicos ha contribuido a la eutrofización de ríos y a la creación de “zonas muertas” en distintos hábitats (UNESCO, 2016).

El objetivo de este artículo es, por tanto, analizar el panorama de la IyD de las NTs en México y sus aplicaciones en estos tres rubros. Se analiza qué centros de investigacion, universidades e institutos desarrollan IyD sobre el tema y en qué área de aplicación se enfocan. Al no haber un plan o estrategia nacional en México alrededor de las NTs, se busca sistematizar esta información para coadyuvar a la generación de nexos entre investigadores o grupos de investigación que, de alguna u otra forma, están estudiando y generando conocimiento en área similares pero con esfuerzos aislados.

Método La metodología utilizada para identificar quiénes realizan IyD sobre NTs para el tratamiento de agua en México se dividió en dos partes. La primera consistió en indagar en los Cuerpos Académicos (CA) del Programa para el Desarrollo Profesional Docente (PRODEP); la información recabada se basó en lo ofrecido en su página web . La página ofrece los siguientes filtros de búsqueda (Tabla 1):

Debemos sumar a este panorama una ausencia evidente de políticas públicas efectivas para la gestión adecuada de las aguas residuales de uso doméstico (Corcoran, Nellemann, Baker, Boj, Osborn y Savelli, 2010). La preocupación por la disponibilidad y el acceso a agua de calidad en los próximos años ha creado una necesidad por desarrollar nuevas tecnologías y materiales innovadores que puedan garantizar este objetivo.

Tabla 1. Criterios de búsqueda de CA en PRODEP.

En este sentido, las nanotecnologías (NTs) han propuesto y desarrollado una serie de mejoras para los métodos de tratamiento de agua tradicionales en las diferentes etapas de la cadena de valor (Brame, Qilin y Álvarez, 2011). A escala nano, la materia adquiere características fisicoquímicas diferentes de los mismos materiales en escala mayor, propiedades que las hacen especialmente apropiadas para el tratamiento del agua, ya que tienen el potencial de mejorar procesos como el de adsorción, catálisis y desinfección, o bien de acelerarlos y hacerlos más “limpios” (Kharisov, 2012).

Para el primer filtro se seleccionaron las siete opciones que el subsistema ofrece; en el segundo filtro se seleccionaron las áreas de conocimiento: Agropecuarias, Naturales y Exactas, e Ingeniería y Tecnología; en el tercer filtro, el grado de consolidación del CA, se seleccionaron las tres opciones; para el cuarto filtro se utilizaron las palabras clave nanotecnolog* y agua. Posteriormente se realizó un análisis manual, ya que algunos CA arrojados no se especializaban en el tratamiento de aguas con NTs, por lo que se hizo necesaria la afinación de la selección.

Una categorización clásica hecha con base al tipo de tratamiento de los cuerpos de agua los agrupa en tres grandes bloques: tratamiento y remediación, captura y detección, y prevención de la contaminación (Cloete et al., 2008). Esta clasificación, sin embargo, ha evolucionado a tres categorías donde se identifican las áreas potenciales para la aplicación de las NTs en el tratamiento de aguas: purificación, remediación y desalinización (Rickerby y Morrison, 2007; Vaseashta, Vaclavikova, Vaseashta, Gallios, Roy y Pummakarnchana, 2007; Qu, Brame, Li y Álvarez, 2012; Prachi, Gautam, Madathil y Brijesh, 2013; Bora y Dutta, 2014). Se comparte en este artículo, este esquema de áreas de aplicación de las NTs para el tratamiento de agua.

Cfr. http://promep.sep.gob.mx/ca1/

La segunda parte de la búsqueda consistió en indagar aquellas Instituciones de Educación Superior (IES) y Centros de investigación fuera del PRODEP. Este es un grupo por demás importante, ya que ahí se localizan los centros de investigación dependientes del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), así como los grupos de investigadores de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), del Instituto Politécnico Nacional (IPN), de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) y de las universidades privadas (para nuestro interés, la Universidad de las Américas -UDLA- y el Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey -ITESM-, ya que ambos ofrecen las carreras de nanotecnología y poseen, también, cuerpos de investigación). Para lograr este objetivo, se hizo una búsqueda manual para selecRevista Científica

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cionar aquellos que cumplieran con los criterios mencionados (Tabla 2): remediación/purificación, filtración/detección y desalinización.

Tabla 2. Criterios de búsqueda de instituciones educativas y centros de investigación independientes al PRODEP. Estos criterios ayudaron a identificar manualmente a aquellos investigadores que se localizan en las IES más importantes del país (UNAM, IPN, UAM, entre otros) y los centros de investigación que desarrollan IyD en NTs (IPICYT, CINVESTAV, CIMAV, etc.). Si bien es cierto que establecer estos criterios de búsqueda seguramente no agotaron las posibilidades de todas aquellas instituciones o grupos de investigación que en México se dedican al tema de nanoagua, nos parece que es un punto de partida posible a perfeccionarse con el tiempo y la investigación misma sobre el tema.

Discusión y resultados Con base en esta metodología, hemos identificado a 41 investigadores que realizan IyD en NTs referidas al tratamiento de agua en México. 14 de ellos pertenecen a CA, con líneas de investigación enfocadas a las NTs y su aplicación al tratamiento de aguas (Tabla 3).

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Tabla 3. Investigadores que realizan IyD en NTs referente al tratamiento de agua en MĂŠxico.

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Debido a su naturaleza, el PRODEP compromete a sus miembros a generar artículos de difusión y redes de colaboración con sus pares en instituciones educativas del país. De hecho, ambos elementos son factores determinantes para lograr su grado de consolidación. Los 14 CA que desarrollan IyD de NTs para el tratamiento de agua, sin embargo, están en Proceso de Consolidación, lo que denota una ausencia de comunicación y nexos entre estos. Esta lógica es una consecuencia de la ausencia de una estrategia nacional alrededor de la IyD de las NTs en nuestro país. Una tarea fundamental del subsistema de Universidades Tecnológicas, por ejemplo, es generar lazos de comunicación entre aquellos CA cuyas líneas de investigación tengan denominadores comunes, en un afán de compartir conocimiento, divulgarlo y acrecentar su impacto real. Por su parte, aquellos investigadores que por la naturaleza de su institución no pertenecen al PRODEP suman 27. Se dividen de la siguiente forma: 13 a institutos y centros de investigación ligados al Instituto Politécnico Nacional (IPN), seis a la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), cuatro al Instituto Potosino de Investigación en Ciencia y Tecnología (IPICYT), dos a la Universidad de Yucatán, uno al Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM) y uno más a la Universidad de Los Ángeles (UDLA), en Puebla.

De inmediato, salta a la vista que la concentración de investigaciones alrededor de las dos principales instituciones de educación superior en México (el IPN y la UNAM) es evidente –cerca del 70%. Las líneas de investigación que esencialmente se desarrollan en estos giran alrededor del análisis de materiales nanoestructurados, su caracterización, así como las posibles aplicaciones para purificación/remediación de cuerpos de agua. Hay, en consecuencia, una carga importante de investigaciones dirigidas a la remediación/purificación de agua, ya que 29 de los 41 investigadores en el país se centran en este aspecto; 9 de CA (64%), mientras que en instituciones fuera de CA se identificaron 20 (74%). Cabe anotar que, de estas 29 investigaciones, 20 centran su estudio en el análisis de materiales nanoestructurados que sirvan como catalizadores para acelerar y “limpiar” este método. Por su parte, 9 de los 14 CA registran IyD dirigida hacia la filtración/ detección dentro de los cuerpos de agua (71%), mientras que en instituciones ajenas a CA son 19 de 27 (70%). Por último, sólo hay registrada una investigación dirigida hacia la desalinización del agua a través del ósmosis inversa centrífuga: en la FaRevista Científica

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cultad de Ingeniería Química de la Universidad Autónoma de Yucatán. Cabe mencionar que trece líneas de investigación combinan la investigación en remediación/purificación con el análisis y la experimentación en la filtración/detección del grado de contaminación de cuerpos de agua, investigaciones que han tenido éxito en algunos casos documentados tanto en CINVESTAV como en ITESM . En la UAM, en IPICYT y en CINVESTAV Sede Chihuahua y Ciudad de México se concentran la IyD con los niveles de sinergia más avanzados, ya que se estudian a la par la caracterización de nanomateriales, su uso en remediación/ purificación y su uso en filtración/detección. Otro dato que resalta es que 20 de los 41 investigadores se hospedan en alguna de las tres ciudades de mayor importancia socioeconómica del país: Jalisco, Monterrey o en la Ciudad de México (incluyendo su zona metropolitana), lo cual habla también de la centralización educativa y de investigación alrededor de los centros urbanos más importantes del país donde, a su vez, se presentan los conflictos socioambientales con mayor gravedad en México y los problemas de estrés hídrico más preocupantes. Sin embargo, no existen parámetros claros que nos permitan demostrar que tanto investigadores como líneas de investigación respondan necesariamente a las necesidades sociales, ya que la ausencia de una estrategia gubernamental nacional alrededor de la IyD en NTs impide dirigirlas hacia problemáticas específicas y/o regiones vulnerables. Este hueco genera que la relación entre investigación, industria y sociedad haya encontrado otras figuras como los clusters, sin que ello haya repercutido en mejoras sociales para la población. Por último, es importante señalar que existen pocos registros de casos donde se haya pasado a la fase de experimentación en prototipo, con condiciones reguladas o a mediana escala. Huelga decir que no hay un solo caso en el que la IyD se haya puesto en marcha en cuerpos de agua contaminados en México; es decir, donde la aplicación real de NTs pueda medirse en su escala social.

Conclusiones La problemática del agua a nivel mundial ha generado una búsqueda de alternativas en los métodos de tratamiento de agua convencionales. Las políticas públicas alrededor del uso racional del agua han sido poco eficaces y los métodos de saneamiento de los cuerpos de agua contaminados son cada vez más rebasados tanto por el tipo de contaminantes vertidos sobre ellos como por la velocidad en la que este fenómeno sucede. Se han buscado, entonces, respuestas desde las nuevas ciencias. Las NTs las ofrecen gracias a la oferta de nanopartículas que poseen caracte-

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rísticas innovadoras que permiten hacer más eficientes dichos métodos: aceleran la adsorción y la remoción de sustancias químicas y de materiales pesados, capturan algunos otros que suelen ser de difícil trato e, inclusive, sirven como sensores para detectar el grado de contaminación en un cuerpo de agua. Es por ello que esta oferta es altamente atractiva. El impacto del uso de NTs para remediar e incluso potabilizar el agua en regiones con poblaciones altamente vulnerables sería inmediato, ya que gran parte de la contaminación de los cuerpos de agua en estas regiones es resultado de las actividades industriales y de los desechos de casa-habitación que se siguen vertiendo sobre ellos. Diversos estudios han mostrado cómo el binomio contaminación / pobreza se entrelazan en regiones como la latinoamericana, y en nuestro país los ejemplos abundan alrededor de nuestro territorio. Las zonas con mayores índices de marginalidad y pobreza en el país suelen tener, al mismo tiempo, los índices más altos de contaminación, de enfermedades y muerte por uso y consumo de agua de mala calidad. Pensar en la posibilidad de atacar de frente a estas problemáticas es una de las grandes promesas que han traído consigo las NTs. En regiones como la ZMCM, donde la cantidad de agua tratada es muy poca en comparación con la que se contamina, el uso de NTs aparece como una alternativa para el saneamiento de aguas, hecho que impactaría de manera inmediata en la calidad de vida de las personas al ser el acceso al agua de calidad un elemento puntual para lograr un incremento en los índices de desarrollo humano. Hay ya en nuestro país un cúmulo importante de investigadores trabajando en el tema, muchos de ellos en contextos diferenciados; sin embargo, México no cuenta con una estrategia nacional para la IyD de las NTs, hecho que genera obstáculos para unir las necesidades sociales con las investigaciones que se llevan a cabo en el rubro. La urgencia de cubrir este hueco dio pie a esta investigación. Sin embargo, cabe mencionar que existe una creciente preocupación científica por el uso de NTs ya que, a escala nano, algunos materiales presentan una toxicidad mucho mayor, por lo que una parte importante de la investigación nanotecnológica se debe centrar en los impactos al medio ambiente y a la salud humana que el uso de estas puede traer consigo. Los efectos colaterales del uso de las nuevas tecnologías deben ser estudiados a la par, ya que la experiencia en el uso de nuevas tecnologías durante el transcurso de la historia humana ha dejado sabores amargos, ejemplo de estos son las plantas nucleares que prometían acabar con los problemas energéticos mundiales, el uso de agroquímicos que prometían acabar con las hambrunas en países de tercer mundo, el uso de DDT, asbestos y un largo etcétera, colocan signos de interrogación a las nuevas tecnologías y sus promesas. Las NTs están, en este momento, en este mismo escenario.


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FA C T O R E S D E

CO M P E T I T I V I DA D Q U E I N F L U Y E N E N E L C L I M A O R GA N I Z A C I O N A L DE UNA EMPRESA DEL SECTOR SERVICIOS EN

TO L U C A , E S TA D O D E M É X I C O Fernando Pedroni Lara1; Dania Elba Villaseñor Padilla2 y Helga Heise González3

Universidad Tecnológica del Valle de Toluca Carretera del Departamento del D.F., km 7.5, Santa María Atarasquillo, Lerma, México C.P. 52044 1,2,3

fpedroni2005@yahoo.com.mx

Recibido: Noviembre 11, 2016. Recibido en forma revisada: Diciembre 12, 2016. Aceptado: Enero 13, 2017.

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Resumen: En el presente proyecto de investigación se aborda la problemática que tiene una empresa del sector servicios respecto al desempeño de su personal, impactando en un clima laboral no muy favorable y que tiene como consecuencias alta rotación de empleados, por lo que se desarrolla un método de clima laboral por medio de una de encuesta de satisfacción con factores como son el trabajo en equipo, la comunicación entre las áreas y el jefe con sus subordinados, la motivación en el personal, el liderazgo que ejercen los jefes, y de manera importante, el servicio a clientes. Después de la aplicación a un grupo representativo de todos los trabajadores, se hace un análisis cuantitativo y cualitativo identificando las áreas de oportunidad que le permitan al departamento de Recursos Humanos establecer estrategias que contribuyan a resolver la problemática mencionada, permitiendo un mejor servicio a sus clientes y que la organización tenga una mayor competitividad en el sector.

+ Palabras clave: Trabajo en equipo, comunicación, servicio a clientes, motivación y liderazgo.


Abstract: This research project addresses the problems that a company in the services sector has with regard to the performance of its personnel, impacting on a poor working environment and that has as consequence high employee turnover, so a method is developed of work climate through a survey of satisfaction with factors such as teamwork, communication between the areas and the boss with his subordinates, motivation in the staff, the leadership exercised by the bosses and importantly the service to customers. After the application to a representative group of all the workers a quantitative and qualitative analysis is made identifying the areas of opportunity that allow the Human Resources area to establish strategies that contribute to solve the problem mentioned allowing a better service to its clients and that the organization has a greater competitiveness in the sector.

+ Keywords: Teamwork, Communication, Customer service, Motivation and leadership. Desarrollo del tema

Antecedentes de la empresa sujeta a estudio La organización inició operaciones en el mes de marzo de 1993. Se ubica dentro de la zona hotelera de la ciudad de Toluca, es de categoría especial con clasificación cinco estrellas, la cual se obtiene en el cumplimiento de la norma mexicana NMX-TT-007-1996-IMNC, elaborada por el Instituto Mexicano de Normalización y Certificación, A.C. para el sector turismo; también con una distinción cuatro diamantes ante la American Automobile Association (AAA), así como la certificación Industria Limpia, por la PROFEPA. Cuenta con la infraestuctura cinco estrellas para atender hasta 300 clientes, así como un centro de negocios con todos los servicios para la realización de actividades ejecutivas de empresas, salón de juegos, gimnasio, alberca techada y climatizada, spa, tienda de regalos, capilla con capacidad para 80 personas y área de juegos infantiles. El segmento al que se dirige es principalmente al mercado de turismo de negocios y eventos empresariales, asociaciones civiles, instituciones educativas y gubernamentales de la zona de Toluca y Lerma, debido a su ubicación geográfica a la zona industrial del estado.

Cultura Organizacional

Para cualquier organización su misión, visión, valores institucionales y sus objetivos estratégicos determinan la base de su cultura organizacional, y es fundamental para la empresa sujeta de estudio lograr una presencia en el mercado por la calidad de su servicio, (Davis, 1999). Misión: Brindar calidez y hospitalidad a todos nuestros huéspedes internos y externos. Visión: Ser uno de los hoteles líderes en México. Valores institucionales

+Querer. Hacer las cosas con voluntad.

+Unión. Es la fuerza interna para las actividades. +Integridad. Ser coherente en los actos y en lo que se dice. +Negociación. Orientados al ganar – ganar. +Trabajo en equipo. Colaboración y apoyo de todos. +Amabilidad. Tener siempre una sonrisa. Determinación de la muestra, áreas en donde se presenta la problemática Para la realización del estudio se consideró como base la metodología de investigación de mercados (Malhotra, 2008), y las áreas sujetas de estudio se tomó en cuenta al persona que tiene contacto directo con el cliente, así como a aquellos que les dan apoyo en el servicio, siendo una población aproximada de 150 empleados aplicando una muestra de 22%.

Planteamiento del problema de investigación A través del método de entrevista al responsable de recursos humanos de la organización, se identificaron las áreas de preocupación a resolver, siendo los factores que influyen en el bajo rendimiento y sentido de pertenencia del personal, así como la alta rotación que se tiene; por lo que identificar las causas es importante, ya que estos generan un mal ambiente de trabajo y repercute en el servicio al cliente.

Objetivos de investigación

Identificar los factores que influyen en el comportamiento del personal a través de la aplicación de herramientas de clima organizacional y de esta forma definir estrategias para lograr un mayor compromiso por parte de los empleados, mejorando el servicio al cliente.

Justificación de la investigación

El compromiso que un empleado adquiere frente a la compañía es un factor clave en su desempeño, siempre y cuando la organización cubra sus objetivos personales. Por lo tanto, el sentido de pertenencia juega un papel muy importante dentro de cualquier empresa, ya que los colaboradores ofrecen su servicio dependiendo del clima organizacional que se viva en esta. En la actualidad, el capital humano es tan importante como cualquier otro activo en una empresa, pues de esto depende la mayor parte de las operaciones que se llevan a cabo. Asimismo, se debe de tener en cuenta que factores como el servicio a clientes, la motivación, la comunicación entre jefes y subordinados, el trabajo en equipo y el liderazgo que tengan los responsables de las áreas, darán como resultado una mayor competitividad en su mercado.

Preguntas de investigación

¿El clima laboral en la empresa se ve afectado por factores ajenos a la organización? ¿El liderazgo de los responsables de área influye en el desempeño de sus colaboradores? Revista Científica

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¿Si se involucra a los empleados en la solución de los problemas, se incrementará la satisfacción y el servicio a los clientes de la organización?

Herramientas de investigación

+

El 70% del personal considera que su trabajo lo realiza bien, pero puede mejorar y el 27% opinó que su función lo desempeñan de manera excelente.

Para identificar los factores que impactan en el desempeño del personal, se aplicó una encuesta de satisfacción al 22% de la población de un total de 150 empleados, de los cuales el 46% de la población encuestada tienen contacto directo con el cliente, 39% tienen un contacto indirecto y el 15% son áreas de apoyo a los procesos. La muestra se integró con personas de diferentes años de antigüedad, con la finalidad de identificar con mayor precisión las áreas de oportunidad para establecer planes de acción, quedado de la siguiente manera: menos de tres años, de tres a 10 años y más de 11 años, siendo de manera proporcional cada grupo. Los temas de interés abordados y autorizados por el ejecutivo de recursos humanos fueron: servicio a clientes, motivación, comunicación, trabajo en equipo, liderazgo y toma de decisiones, ya que son los factores que determinan el comportamiento organizacional (Chiavenato, 2009).

Análisis cuantitativo y cualitativo De la aplicación y análisis del estudio, de los resultados obtenidos fueron los siguiente: Figura 3. Nivel de motivación del personal.

+

El 56% del personal encuestado se encuentra desmotivado para desempeñar sus funciones. El 33% esta motivado y únicamente el 9% se siente muy motivado. Los empleados con una antigüedad mayor a 11 años y los que tienen menos de tres años son los que expresaron mayor desmotivación. En el caso de las personas con una antigüedad de cinco a 10 años comentaron que se encuentran motivados al trabajar en la empresa.

Figura 1. Servicio al cliente

+

El 91% del personal encuestado mencionó como muy importante el servicio al cliente; siendo un factor positivo, ya que los empleados consideraran como fundamental y un objetivo organizacional.

Figura 4. Motivación en empleados con 11 años de antiguedad.

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Figura 2. Percepción del servicio al cliente por parte del personal. 110

Revista Científica Revista Científica

El factor motivacional es fundamental para que las personas desempeñen su función, en virtud de que sus objetivos se encuentran alineados a los de la organización y en los resultados nos muestran que el 75% de los empleados opinó que están desmotivados y se complementa con la información de la pregunta número tres.


Figura 5. Comunicación Interdepartamental.

+

El 79% del personal considera que la comunicación entre los departamentos es buena o excelente y las personas con mayor antigüedad en la organización comentaron que la comunicación entre los departamento es mala, siendo un área de oportunidad a tomar en cuenta de manera importante.

Figura 6. Comunicación entre departamento.

+

La comunicación en las organizaciones es preponderante para que el flujo de información oficial se dé con oportunidad y que las personas se encuentren informadas para la realización de su labor. En la gráfica muestra que el 76% considera que la comunicación entre los colaboradores es buena o excelente, lo que representa una fortaleza en la empresa.

Figura 7. Trabajo en equipo.

+

Un factor clave en cualquier organización es el trabajo en equipo y en la empresa sujeta a estudio el 97% lo considera importante y lo llevan a cabo de manera favorable, siendo una fortaleza para atender otros aspectos negativos en el estudio. R eRveivs itsat aC iCeine tní tf íi fciac a

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En conclusión del análisis cuantitativo y cualitativo podemos mencionar... De las respuestas obtenidas en la aplicación de la encuesta de satisfacción, se ponderaron por temas con la finalidad de realizar una comparación por factor determinando que el 100% representa la calificación ideal y la obtenida representa un área de oportunidad, para establecer una estrategia de acuerdo a la prioridad determinada con el área de Recursos Humanos y por consecuencia, una administración del talento con mayor efectividad para desarrollar las competencias del personal de la organización (Alles, 2006).

Figura 8. Toma de decisiones.

+

El 85% del personal opinó que la toma de decisiones es buena y esto es muy importante en el sector hotelero, ya que se pueden presentar situaciones en las que es necesario resolver de manera inmediata para dar un buen servicio al cliente.

Figura 9. Disponibilidad de recursos.

+

Un factor positivo que se identificó es que el 94% del personal mencionó que cuentan con los recursos necesarios para desempeñar sus funciones.

Los factores que presentan una mayor área de oportunidad a desarrollar es el servicio al cliente, que se califica con 65% de ponderación, siendo la base y un objetivo estratégico de cualquier empresa de servicio. En segundo término de importancia validado con el responsable de Recursos Humanos es el liderazgo que tienen los responsables de área con sus colaboradores, ya que se califica con 57% y el tercer factor de importancia es la motivación al personal con un 45%. Aspectos como toma de decisiones con 58% y fomentar la comunicación entre departamentos con 59%, se pueden empezar a me-


jorar en medida que se atiendan los factores como son el liderazgo y la comunicación del jefe con los colaboradores.

Propuesta de solución del problema de investigación Se presentaron los resultados del diagnóstico al Gerente General y al responsable de Recursos Humanos, así como las acciones para la solución a la problemática identificada y que representan la base para implementar una estrategia de capacitación para formar líderes en el personal con mando y puestos clave en la organización (Blake 2001).

Conclusiones Considerando la problemática investigada en la organización con respecto a la identificación de los factores que influyen en el desempeño del personal formando parte importante del clima organizacional y que impactan en la motivación de los empleados y el servicio a sus clientes, se puede concluir que se encuentra desmotivado y que los jefes tienen un área de oportunidad para desarrollar el liderazgo y fortalecer la comunicación, impactando en la interacción entre las áreas para mejorar el servicio a sus clientes, que le dé a la organización una mayor competitividad en el sector hotelero de la zona.

Bibliografía

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Alles, Martha Alicia (2006). Dirección estratégica de recursos humanos: gestión por competencias: Buenos Aires Gránica.

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Bohlander, George (2001). Administración de recursos humanos. México International: Thomson.

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Robbins, Stephen, (2004). Comportamiento organizacional: México, Pearson Educación.

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Control Cinético de la

Disolución de la Sulfosal Pirargirita (Ag3SbS3) en el Sistema Na2S-NaOH

Salazar-Hernández Ma. Mercedes1, García-Torres Verónica2, Salazar-Hernández Ma. del Carmen3 y Elorza-Rodríguez Enrique4.

Departamento de Ingeniería en Minas, Metalurgia y Geología, División de Ingenierías, Universidad de Guanajuato. 3 Unidad Interdisciplinaria del Instituto Politécnico Nacional, Unidad Silao. 1,2,4

erelorza@gmail.com

Recibido: Noviembre 11, 2016. Recibido en forma revisada: Noviembre 25, 2016. Aceptado: Enero 1, 2017.

Resumen: Este trabajo examina el papel del sulfuro de sodio Na2S y el hidróxido de sodio NaOH, en la descomposición de la sulfosal de plata denominada pirargirita (Ag3SbS3), como pretratamiento para extraer el antimonio contenido en ésta y la posterior cianuración del sulfuro de plata remanente. La muestra tratada está constituida principalmente por pirargirita (95%) masiva obtenida del distrito minero de Fresnillo, contiene 571.55 kg Ag/ton y una amplia distribución de tamaño de partícula 38-245 micras. Usando porciones de pirargirita con una distribución de tamaño heterogénea (sistema multipartícula), se estudió la velocidad de disolución de antimonio en soluciones de sulfuro de sodio, variando: la velocidad de agitación, concentración del sulfuro de sodio y temperatura. Los datos obtenidos del estudio cinético, fueron ajustados al modelo de núcleo decreciente de un sistema multipartícula para determinar el mecanismo controlante de la reacción de disolución del antimonio. Los resultados obtenidos fueron corroborados por análisis químicos EDS, la morfología de las partículas reaccionadas, así como voltametría cíclica en soluciones de cianuro sobre electrodos de pasta de grafito de pirargirita sin reaccionar y reaccionada. El mecanismo controlante durante la disolución parcial del sulfuro de antimonio lo es la difusión de las especies lixiviantes a través del producto de reacción (Ag2S), con un coeficiente de difusión efectivo de igual a 3.21x10-8 cm2min-1.

+ Palabras clave: Disolución sulfosal irargirita (Ag SbS ), Control Cinético. 3

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3


Abstract: This work examines the role of sodium sulfide Na2S and sodium hydroxide NaOH in the decomposition of silver sulfosalt called pyrargyrite (Ag3SbS3), as a pretreatment to extract the antimony contained in it and the subsequent cyanidation of the remaining silver sulfide. The treated sample consists mainly of massive pyrargyrite (95%) obtained from the mining district of Fresnillo, contains 571.55 kg Ag/ ton and a wide distribution of particle size 38-245 microns. Using portions of pyargirite with a heterogeneous size distribution (multiparticle system), the rate of dissolution of antimony in sodium sulfide solutions was studied, varying: stirring speed, sodium sulfide concentration and temperature. The data obtained from the kinetic study were adjusted to the shrinking core model of a multiparticle system to determine the rate-controlling step of the antimony dissolution reaction. The results obtained were corroborated by EDS chemical analyzes, the morphology of the reacted particles, as well as cyclic voltammetry in cyanide solutions on unreacted and reacted pyrargyrite graphite paste electrodes. The control mechanism during the partial dissolution of the antimony sulfide is the diffusion of the leaching species through the reaction product (Ag2S), with an effective diffusion coefficient equal to 3.21x10-8 cm2min-1.

+

Sulfuros y sulfosales Los principales minerales de plata de importancia económica, sobre todo por su presencia y distribución en los diversos tipos de yacimientos minerales, son los sulfuros y las sulfosales, mismos que se enlistan en la Tabla 1.

Keywords: Keyword: Dissolution of the sulfosalt pyrargyrite, kinetic control.

Introducción A través de la historia se han considerado como los principales metales preciosos al oro (Au), la plata (Ag) y al platino (Pt), ganándose esta denominación por tres cualidades que poseen: a) El podérseles encontrar como elementos nativos, es decir, en estado libre en la naturaleza, b) Por ser de relativamente baja reactividad, es decir, tienden a conservarse inalterados, y c) Por sus propiedades físicas como color, brillo, peso, ductilidad y maleabilidad; cualidades que en conjunto los hicieron muy atractivos para su uso en joyería, adquiriendo la denominación de metales nobles. En la actualidad los usos de estos metales se han incrementado por otras propiedades físicas (como su conductividad eléctrica) en diversas aplicaciones, principalmente de tipo tecnológico.

Tabla 1. Clasificación Nickel-Strunz (v 10) de los principales sulfuros y sulfosales de mena de plata (Schimitter y Campo, 1980; Mottana, Crespi y Liborio, 1980).

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De los diez sulfuros y sulfosales de plata descritos en tabla anterior, y considerados como de mayor importancia por encontrarse en las minas de plata y aportar las mayores cantidades de este metal, dos son sulfuros y ocho son sulfosales, siendo de estas últimas cinco de antimonio (Sb), dos de arsénico (As) y una compleja de antimonio y arsénico (Sb, As). De estas, ocho tienen en general una elevada gravedad específica (≥ 5.6), siendo los dos sulfuros los únicos con gravedad específica > 7.0. De los sulfuros, se puede afirmar que el principal mineral de plata presente de origen en la mayoría de los yacimientos minerales de Ag/Au es la Argentita, sin embargo, el principal mineral que es minado corresponde a la Acantita, una vez que las minas de Ag/Au se ubican a menos de 2,000 metros de profundidad y “a temperatura ambiente la argentita está sustituida pseudomórficamente por su forma monoclínica, la Acantita”. Asimismo, entre las sulfosales, dos son las que predominan por su frecuencia e importancia de ocurrencia en los yacimientos minerales, la pirargirita y la proustita, famosas ambas especies por su color rojizo, de donde han ganado el nombre de plata roja.

por bloques de argentita o acantita (Ag2S) y hojas de estibinita (Sb2S3). La complejidad de estas estructuras es resultado de una cristalización a muy baja temperatura, la que consecuentemente causa un alto grado de ordenamiento de los átomos metálicos; no obstante ello, esta nueva concepción da cabida a la posibilidad de una extracción selectiva de las especies constituyentes de la unidad (Sulfosalt, 2009).

Tabla 2. Características de flotación de algunas especies minerales comunes de plata (Habashi, 1967; Gasparrini, 1984).

El término de “sulfosal” (o “tiosal”) fue creado por los químicos durante el siglo XIX, por analogía a las sales complejas de oxígeno, tales como: sulfato fosfato arseniato antimoniato arsenito antimoniato Las oxísales generalmente corresponden a combinaciones de un catión simple con un anión complejo ; lo anterior ha sido confirmado por estudios de las estructuras cristalinas y cálculos de enlace-valencia. En las sulfosales, el S juega un papel similar al del oxígeno en la formación de los complejos de aniones. Aun cuando en los estudios modernos de sulfosales, las configuraciones encontradas son más complicadas que las de las oxísales similares, el término “sulfosal” se ha preservado como una categoría práctica y trabajable en la mineralogía (Moëlo y Makovicky, 2008). Actualmente, las sulfosales son concebidas como un extenso grupo de minerales, caracterizadas por las estructuras atómicas y cristalinas más complicadas de la química inorgánica. Se conforman a la composición general AmBnXp, en la que m, n, y p son enteros; A puede ser plomo, plata, talio, o cobre; B puede ser antimonio, arsénico, bismuto, estaño o germanio; y X puede ser azufre o selenio. Anteriormente se pensó que éstas eran sales complejas de los ácidos tioantimónico o tioarsénico, v.g.; HSbS2, H18As4S15, H3AsS3, no obstante, los análisis de rayos-X indican que muchas de las estructuras atómicas de las sulfosales están formadas de fragmentos de compuestos simples tales como: bloques de galena (PbS) y hojas de estibinita (Sb2S3), y en el caso de la pirargirita

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Tabla 3. Características de cianuración de algunas especies minerales comunes de plata (Habashi, 1967; Gasparrini, 1984).

Disolución del sulfuro de antimonio A pesar de la gran variedad de minerales de plata, la baja proporción con la que éstos suelen presentarse en una mena, ha imposibilitado que sólo se tenga escaza información sobre las características de flotabilidad y disolución en cianuro de algunas de ellas, véanse Tablas 2 y 3. Según se observa, la disolución de la plata contenida en estas sulfosales, se ve

6


limitada ya que tanto el antimonio como el arsénico, además de cianicidas, son ávidos consumidores de oxígeno (Elorza, García y Dobarganes, 2009). No obstante, sí como se mencionó anteriormente, las sulfosales son estructuras compuestas por bloques de sulfuros, v.g. 2Ag3SbS3 → 3Ag2S∙Sb2S3, entonces la disolución selectiva de este segundo debe dejar un producto de reacción de sulfuro de plata fácil y rápidamente lixiviable en soluciones de cianuro. Los principios químicos de la disolución de estibinita fueron propuestos por Ubaldini, como un proceso para recuperar oro asociado a estos minerales. De cauerdo con este último, la disolución de estibinita puede ser llevada a cabo con sulfuro de sodio, según las siguientes reacciones (Ubaldini,Veglio, Fornari y Abbruzzese, 2000):

Caracterización Esta porción de muestra para pruebas se limpió y preparó a una pureza “adecuada” mediante sucesivos y cuidadosos pasos de trituración y selección. Una vez preparada fue enseguida fraccionada: cada fracción fue entonces homogeneizada, cuarteada y finalmente analizada por vía seca; los análisis químicos de cada una de estas fracciones, realizados por duplicado por vía seca, son resumidos en la Tabla 4.

(1) Con base en la ecuación (1), entonces para la pirargirita, la reacción de disolución sería:

Tabla 4.- Caracterización química de muestra de estudio.

(2) El NaOH es agregado para prevenir la hidrólisis del Na2S, la reacción hidrólisis tiene como ecuación global: (3) El hidróxido de sodio también puede solubilizar la estibina Sb2S3, produciendo oxoantimonita alcalina y tioantimoniatos, esto según la reacción (Ubaldini,Veglio, Fornari y Abbruzzese, 2000): (4) Solubilizado el antimonio, éste puede ser recuperado por electrólisis para obtener antimonio metálico, por su parte la plata debe ser recuperada del producto de reacción por una cianuración estándar.

Figura 1. (a) Gráfica de porcentaje acumulativo (-) contra tamaño de partícula, F80 = 110 micras, y (b) Gráfica volumen porcentaje contra diámetro de partícula, mostrando la amplitud del tamaño de partícula (González, 2010).

Experimental

Materiales El material de prueba para este estudio lo constituyó una muestra representativa de aproximadamente 74 gramos de mineral de pirargirita (fracciones -150+200 y -325+400). Limpiada y preparada ésta a partir de una porción masiva de aproximadamente 500 gramos, procedente del distrito minero de Fresnillo.

7

La distribución de tamaños de partícula de la muestra de estudio fue realizada en un analizador de partículas Coulter modelo LS100Q marca Beckman. La caracterización física de la muestra de estudio básicamente se circunscribió a la determinación de la distribución de tamaño de partícula. La Figura 1 muestra el gráfico tradicional de porcentaje Acumulativo (-) contra tamaño de partícula en micras (F80 = 110 micras), así como un segundo gráfico que muestra la amplitud del tamaño de partícula (0 a 250 micras). Dada la pureza de muestra, su gravedad específica se infiere debe ser cercana a la de la especie pura, es decir de aproximadamente 5.85.

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Además de las caracterizaciones química y física realizadas, se tomó una porción representativa de 2 gramos para su caracterización mineralógica (Figura 2). Para complementar esta caracterización, se realizó además el estudio de difracción de Rayos-X de la muestra problema (Figura 3).

de agua, cuando necesario, se realizó en un baño, de donde se recirculó hacia el enchaquetado mediante una bomba peristáltica Cole-Parmer modelo 7553-70. De cada una de las pruebas realizadas los productos resultantes fueron invariablemente sólidos reaccionados y soluciones de muestreo. De los primeros de éstos una vez filtrados y secados se tomó una porción representativa que se caracterizó por microscopia SEM, la que proveyó el análisis químico puntual de algunas partículas de interés, pero representativas del total de la muestra reaccionada en el sistema acuoso en estudio. Las soluciones de prueba, resultantes éstas del muestreo a tiempos definidos y específicos se diluyeron y analizaron por plata (Ag) o antimonio (Sb).

Estudio cinético y el modelo de núcleo decreciente

Figura 2. Microfotografías de muestra de pirargirita: (a) vista de varias partículas, (b) vista de una sola partícula y (c) análisis puntual de una partícula de pirargirita. Aunado a lo anterior, se realizaron observaciones y mediciones similares sobre los productos de prueba resultantes de la disolución de pirargirita en el sistema Na2S-NaOH. Para ello, se colectaron y homogeneizaron todos los productos de prueba de la serie en las que se varió la temperatura, se pesaron tres gramos y se enviaron para su caracterización al Instituto de Metalurgia de la UASLP; los detalles de estas observaciones son resumidas en la discusión de resultados.

Figura 3. Espectro de difracción Rayos-X de la fracción de prueba – 150 + 400 mallas pirargirita: 087-0709 y sílice: 0832465 (CINVESTAV, 2012).

Se realizaron pruebas para determinar las diferentes etapas controlantes del proceso cinético de disolución del antimonio utilizando sulfuro de sodio como disolvente e hidróxido de sodio como agente para prevenir la hidrólisis de este primero. A fin de determinar el paso controlante del proceso de disolución, los datos obtenidos del muestreo de soluciones en términos de mg Sb/L, vía absorción atómica, fueron transformados a fracción molar disuelta de sulfuro de antimonio (Sb2S3). Una vez en esta forma, y sin aún incorporar la distribución de tamaño de partícula de la muestra, se graficaron en escalas aritméticas. En todos ellos la abscisa lo fue el tiempo de prueba en horas o minutos, mientras que las ordenadas lo fueron XB y sus variantes, esto según los mecanismos controlantes, véase Tabla 5.

Tabla 5. Caso de los mecanismos controlantes de los sistemas de reacción heterogénea (Levenspiel, 1972).

Pruebas de disolución Todas las pruebas de disolución fueron realizadas en un reactor de vidrio enchaquetado con un volumen total de 500 mL. La agitación al sistema fue provista a través de un cabezal marca Heidolph modelo RZR-2021. Este cabezal; de torque fijo, permite variar la velocidad de agitación desde 100 a 1 000 rpm con una exactitud de 5 r.p.m. La temperatura de prueba se midió y controló mediante el uso de una probeta-termómetro conectada a un medidor de pH, recirculando agua a temperatura constante hacia la chaqueta del reactor. El calentamiento 118

Revista Científica

Resultados y discusión

Datos de disolución En las menas de metales preciosos, comúnmente, la plata se presenta en una mayor proporción que el oro, asimismo ocurre bajo dos o


tres formas mineralógicas en diferentes proporciones. Cada una de las cuales, en principio, y por su composición demandan diferentes condiciones de tratamiento para su recuperación. En el caso de la pirargirita, Ag3SbS3, además del valor económico de la plata, el antimonio, dada su creciente importancia industrial, v.g. industria de semiconductores, detectores infrarrojos y aleaciones, es también un metal de importancia comercial.

La Figura 6 muestra la morfología de los sólidos reaccionados. El análisis EDS de algunas de estas partículas revela que la parte interna de estas tienen una composición de plata, antimonio y azufre, mientras que el producto reaccionado es básicamente sulfuro de plata.

Como se mencionó en el apartado de experimentación, se realizaron experimentos de disolución sobre un sistema multipartícula de pirargirita, variando: velocidad de velocidad de agitación, concentración de sulfuro de sodio y temperatura. La Figura 4 muestra la disolución de antimonio a las diferentes velocidades de agitación probadas: 400, 600, 800 y 1000 min-1. Por su parte la Figura 5, muestra los resultados de estas disoluciones ajustados al mecanismo de control de difusión a través del producto de reacción del modelo de núcleo decreciente, es conveniente mencionar que para el graficado y ajuste de esta figura sólo se han considerado los datos menores o iguales a dos horas de disolución.

Figura 6. En la primera microfotografía al centro con aspecto corrugado se analiza pirargirita, alrededor de las partículas reaccionadas se analiza argentita. En segunda microfotografía casi el total de partícula es pirargirita (Ojeda, 2011).

Figura 4. Disolución de antimonio de la pirargirita a las diferentes velocidades de agitación probadas (1.0 de pirargirita en 400 mL de solución de 0.13M de Na2S a temperatura de 25 °C).

Además del análisis morfológico y químico sobre el producto de reacción, éste fue puesto en contacto con una disolución de cianuro, observando una disolución casi total en un tiempo de seis (6) horas, típico de la argentita. Voltametría cíclica sobre pirargirita fresca y tratada en Na2S, ver Figura 7, usando electrodos de pasta de carbón, en un medio de cianuro, muestran que la pirargirita reaccionada disuelve en mayor extensión que la fresca (no reaccionada).

Figura 7. Voltamperograma de CPE-pirargirita reaccionada (i) (70:30 % peso), CPE-pirargirita fresca (ii) (55.45:44.55 % peso) y CPE-blanco (iii), en 0.41 M (2.0%) de NaCN. El pH fue ajustado a 11. El barrido fue en sentido catódico, con una velocidad de 20 mV/s (Gómez Velázquez, Valtierra Yepez, Alatorre y Elorza, 2014). Figura 5. Datos cinéticos de disolución de antimonio ajustados al control de difusión través de producto de reacción del modelo de núcleo decreciente considerando partículas esféricas (1.0 de pirargirita en 400 mL de solución de 0.13M de Na2S a temperatura de 25 °C). Revista Científica

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Control cinético de la disolución de antimonio Analizados los datos de disolución se procedió a graficar estos según los diferentes mecanismos controlantes del modelo de núcleo decreciente, siendo el control por difusión a través del producto de reacción, al que, una vez que se incorpora la distribución de tamaños mejor ajustan

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los datos. El valor del coeficiente de difusión efectivo (DE) de las especies acuosas a través del producto de reacción (cm2/min) se obtuvo por ensaye y error, siendo optimizado mediante una función objetivo (Diferencias al cuadrado de XB observadas y experimentales). La Tabla 6, resume las fracciones XB de antimonio disueltas, incorporando la distribución de tamaños de la muestra de estudio.


La Figura 8, muestra el gráfico de los datos disolución 1-3(1-XB)2/3 + 2(1-XB) calculada y experimental, ésta última ya “optimizada”. De este ajuste y optimización, se obtuvo un valor para el coeficiente de difusión efectivo de las especies acuosas solvatantes a través de la capa de ceniza o producto de reacción de, DE igual a 3.21X10-8 cm2/min.

Bibliografía

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+

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+

Figura 8. Gráfico de 1-3(1-XB)2/3 + 2(1-XB) calculada y experimental, ésta última ya “optimizada”.

Conclusiones El estudio realizado investigó la disolución selectiva del sulfuro de antimonio que conforma la sulfosal pirargirita; utilizando disoluciones de sulfuro de sodio (Na2S) a las que se adicionó hidróxido de sodio para evitar su hidrolisis, para determinar el mecanismo controlante de la cinética de disolución de un sistema multipartícula de la sulfosal pirargirita. Los datos obtenidos fueron graficados en coordenadas XY, con base a los distintos casos del modelo de cinética heterogénea de núcleo decreciente, determinándose que la disolución selectiva del sulfuro de antimonio es controlada por la difusión de las especies solvatantes a través de la capa de producto. El ajuste de datos a este mecanismo de control permitió determinar un valor de coeficiente de difusión efectivo DE igual a 3.21x10-8 cm2/min. Tanto el análisis morfológico y análisis químico por microscopía EDS, como la voltamperometría usando electrodos de pasta de grafito, sobre los productos de reacción corroboran la disolución selectiva del sulfuro de antimonio. El producto remanente es básicamente sulfuro de plata, el cual en soluciones de cianuro disuelve en un tiempo relativamente corto, seis horas.

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Revista Científica

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I M PA C T O D E L A

M O D U L A C I Ó n E N L a v ida

ú til

DE UN

INVERSOR FOTOVOLTAICO

Chan Puc Freddy1, Flota Bañuelos Manuel2, Espinoza Trejo Diego3, Pacheco Catalán Daniella4, Sánchez Huerta Víctor5 y Escobedo Hernández Enrique6

Universidad de Quintana Roo Blvd Bahía, S/N Chetumal Quintana Roo, México, C.P. 77019 freddy@uqroo.edu.mx 2 Universidad Autónoma de Yucatán 3 Universidad Autónoma de San Luis Potosí 4,6 Centro de Investigación Científica de Yucatán

1,5

Recibido: Noviembre 11, 2016.

122

Resumen: Los inversores son el elemento más débil dentro de la cadena de conversión en un sistema de generación fotovoltaico, con un tiempo de vida útil de unos cinco años, mucho menor que la vida útil de los módulos fotovoltaicos de casi 20 años. Existen diversos trabajos enfocados al estudio de sistemas fotovoltaicos y a la estimación de la confiabilidad de los convertidores de potencia. En este trabajo, se presenta un análisis del impacto de la modulación por ancho de pulso (PWM) a la vida útil de un inversor fotovoltaico. Se analiza la afectación tanto en el tiempo de vida útil como en la tasa de fallo ante un control PWM de portadora sinusoidal, una onda cuadrada y un PWM con eliminación selectiva de armónicos (2, 3, 4 y 5 ángulos de conmutación). Se presentan los resultados experimentales y el análisis de pérdidas, eficiencia y vida útil del convertidor de potencia.

Recibido en forma revisada: Diciembre 7, 2016.

+ Palabras clave: Confiabilidad, inversores, modulación por ancho de pulsos, sis-

Aceptado: Enero 7, 2017

temas fotovoltaicos.

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Abstract: Inverters are the weakest link in the chain of conversion in a photovoltaic generation system element. With a lifespan of about 5 years, much less than the lifetime of photovoltaic modules almost 20 years. There are several focused on the study of photovoltaic systems and the estimation of the reliability of the power converters work. This paper presents an analysis of the impact of the pulse-width modulation (PWM), the lifetime of a photovoltaic inverter is presented. The affectation is analyzed both at the lifetime and the failure rate to a PWM control sinusoidal carrier, a square wave and a PWM with selective harmonic elimination (2, 3, 4 and 5 switching angles). Experimental results and loss analysis, efficiency and service life of the power converter are presented.

+ Keywords: Reliability, inverters, PWM, photovoltaic systems. Introducción Los sistemas fotovoltaicos (SFV) son arreglos de módulos conectados entre sí, en serie o en paralelo, cuya función es convertir la energía solar directamente en energía eléctrica, acondicionando esta última por medio de convertidores de potencia para los requerimientos de una aplicación. Los principales elementos de un SFV son:

+Arreglo de módulos solares. +El inversor de corriente de C D a C A. +Transformador de acoplamiento a la red. El inversor es un convertidor electrónico de potencia, también llamado convertidor electrostático, cuya función principal es convertir la tensión de CD de salida de un sistema fotovoltaico (SFV) en una tensión de CA sincronizada con la red, a éste se le refiere como el elemento central de la interfaz entre la fuente de generación de energía fotovoltaica y la red eléctrica. La energía eléctrica de salida de este dispositivo puede ser monofásica o trifásica de acuerdo al tipo de carga instalada en el inmueble. Los inversores realizan otras funciones, tales como protección y control para el funcionamiento eficiente y seguro de la energía generada, por lo que es referenciado como un subsistema de acondicionamiento de potencia.

Figura 1. Elementos principales de un sistema fotovoltaico.

+

Modulación de vector espacial (SVM-PWM, Space Vector Modulation).

+

Eliminación selectiva de armónicos (SHE-PWM, Selective Harmonic Elimination). En este trabajo, se analiza el impacto que tiene la técnica de SHE-PWM en la confiabilidad de un inversor. Se analiza para una eliminación de los primeros cuatro armónico simpares (3°, 5°, 7°, 9°). De igual manera, se compara con una modulación SPWM y una conmutación de onda cuadrada. Dado que existe una afectación directa de la modulación sobre la distorsión armónica total (THD, Total Harmonic Distortion) de la corriente, existe una afectación en los esfuerzos eléctricos de los dispositivos del inversor. Se analiza la afectación sobre la vida útil del inversor ante variaciones de la modulación.

Técnicas de modulación A principios de la década de 60´s, fue cuando se descubrió que los armónicos de bajo orden podrían ser suprimidos mediante la adición de varios ángulos de conmutación en una tensión de onda cuadrada. Años más tarde, la idea se extendió con el uso de series de Fourier para expresar matemáticamente los contenidos armónicos de una forma de onda PWM por un grupo de ecuaciones no lineales y trascendentales. Las transiciones se calcularon entonces de tal manera que los armónicos de bajo orden se establecen en cero mientras se mantiene la fundamental en un valor predefinido. Desde su introducción, SHE-PWM ha atraído el interés de investigación y también ha sido desarrollado para diversas aplicaciones, principalmente para convertidores de alta potencia y de alta tensión, donde las pérdidas de conmutación son una preocupación importante y su reducción es de primordial importancia. El concepto de técnicas de SHE-PWM se basa en la descomposición de la forma de onda del PWM de tensión/corriente, utilizando la teoría de Fourier, y simplemente depende de la formulación de la forma de onda dada y sus propiedades (Ecuación 1). Las diferentes formulaciones de la forma de onda se han considerado y analizado en la literatura técnica, incluyendo bipolar, unipolar y formas de onda PWM de un solo nivel o PWM multinivel (Enjeti, Ziogas y Lindsay, 1990; Lipo y Holmes, 2003). Encontrar la solución analítica de la forma de onda SHE-PWM es el principal reto, y la selección de un algoritmo de resolución adecuado o método se basa en gran medida en la formulación de la forma de onda. Numerosas técnicas de resolución, tales como los enfoques iterativos, las técnicas de optimización y la teoría resultante se han propuesto para la obtención de los ángulos de conmutación para diferentes formas de onda SHE-PWM (Turnbull, 1964; Enjeti y Lindsay, 1987; Kato, 1999; Wells, Nee, Chapman y Krein, 2005; Konstantinou y Agelidis, 2005 y Konstantinou y Agelidis, 2014). En este trabajo se empleó MATLAB para la resolución de cuatro casos correspondientes a la eliminación de un ángulo específico (Tabla 1).

El rendimiento de los sistemas de conversión (inversor) depende en gran medida de la selección de la técnica particular de modulación de ancho de pulso (PWM, Pulse Width Modulation). Las técnicas PWM se pueden clasificar de manera general como:

+

PWM a base de portadora sinusoidal (SPWM, Carrier-based Sinusoidal).

Tabla I. Casos analizados de SHE-PWM. Revista Científica

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Estimación de parámetros de confiabilidad La confiabilidad R(t), se define como la capacidad (probabilidad) de un producto de funcionar adecuadamente, bajo condiciones de operación dadas y por un periodo de tiempo especificado, sin exceder los niveles aceptables de fallas. La confiabilidad está definida por (Ecuación 2).

La (Ecuación 1) se conoce como el modelo exponencial de la Confiabilidad. Siendoλ, la tasa de fallo, y se define como la razón del número de fallas por unidad de tiempo; sus unidades son fallas por 106 horas. Esta es quizá la distribución más importante en trabajos de confiabilidad y se usa casi exclusivamente para la predicción de confiabilidad de equipo electrónico (Hnatek, 2002; Kales, 2008; O’Connor, 2002; Pecht y Nash, 1994). El tiempo medio entre fallas (MTBF, Mean Time Between Failures) es el promedio de la vida útil de un elemento. Cuando la tasa de fallo λ es constante, la relación entre el MTBF y la tasa de fallo está definida por:

El Rome Air Development Center (RADC) usa el modelo de Eyring, un refinamiento del modelo de Arrhenius para estimar la tasa de fallo, considerando los ajustes π relacionados con los esfuerzos eléctricos y de medio ambiente (Military Handbook 338-B; Military Handbook 217-F; Economou, 2004; Morris y Reilly, 1993; Kleyner y Bender, 2003).

Todos los factores π sirven para ajustar la tasa de fallo (λb) a las condiciones de operación y a las del medio ambiente de la aplicación particular. Los factores ambientales consideran el medio ambiente (por ejemplo: laboratorio, industria, carretera, aéreo, etc.). Los factores de aplicación consideran los diversos usos del dispositivo, los factores de calidad consideran los materiales de fabricación, la cantidad de partes blindadas y otras variables que afectan la calidad; los factores del rango de potencia consideran el nivel de potencia (watts) del dispositivo, el factor de esfuerzo considera la cantidad de degradación en la aplicación del dispositivo; el factor de complejidad (en ocasiones es más de uno) trata con los ajustes de la complejidad electrónica del dispositivo.

Pruebas experimentales Se implementaron los casos descritos en la Tabla 1, para un control SHE-PWM. En las Figuras 2b, 2c, 2d y 2e se observa la modulación para 2, 3, 4 y 5 ángulos de conmutación respectivamente. De manera adicional se implementó un control para onda cuadrada (Figura 2a) y un control para onda sinusoidal SPWM (Figura 2f). La Figura 3 muestra el contenido armónico para la corriente de salida del inversor para cada tipo de modulación implementada. La Figura 3a) muestra el contenido armónico para un control de onda cuadrada. Puede notarse el amplio contenido armónico para este caso, donde se visualizan todos los armónicos impares. En las figuras 3b, 3c, 3d y 3e se observa la eliminación del 3°, el 5°, el 7° y el 9° armónico respectivamente. En el caso de la Figura 3f), corresponde a una modulación SPWM, en la cual puede observarse un bajo contenido de armónicos de baja frecuencia.

Un modelo típico para la estimación de la tasa de fallo es:

Donde:

Figura 2. Formas de onda del voltaje de salida para los diferentes tipos de modulación.

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Revista Científica


La distorsión armónica total (THD) es la razón entre el contenido armónico de la señal y la primera armónica o armónica fundamental. Es el parámetro de medición de distorsión más conocido, por lo que es recomendable para medir la distorsión en parámetros individuales, ya que se constituye una medida de la coincidencia de formas entre una onda y su componente fundamental (IEC 61000-3-6 y EEE 519-1992). Con el contenido armónico obtenido, es posible calcular la distorsión armónica total THD, en cada caso empleando (Ecuación 5).

La Figura 4 muestra la distorsión armónica total (THD), así como la corriente Irms para cada tipo de modulación. La corriente Irms puede calcularse empleando (Ecuación 6). Puede notarse una disminución en la THD a medida que se incrementa el número de ángulos de conmutación a la modulación. Es debido a que la eliminación selectiva de armónicos permite reducir el número de elementos Ih en la ecuación (Ecuación 6). Sin duda, el caso del SPWM es el mejor dado que el contenido armónico es cercano a cero; en el caso de la señal de onda cuadrada, se tiene el peor caso con un valor aproximado de 40%.

Figura 3. Contenido armónico para cada tipo de modulación.

Figura 4. Distorsión armónica total THD y corriente Irms para cada tipo de modulación.

La Figura 5 muestra la eficiencia obtenida para cada tipo de modulación. Puede notarse un incremento en la eficiencia a medida que aumenta el número de ángulos de conmutación (n). Sin embargo, para n=5 se tiene una redución de la eficienia respecto a n=4, esto debido a que al aumentar los angulos de conmutación se inrementa las pérdidas por conmutación Psw y las pérdidas por conducción Pcond (Figura 6). Las pérdidas por capacitancia de compuertas Pxc prácticamente se mantienen para los diferentes valores de n.

Figura 5. Eficiencia global del inversor para cada caso analizado Revista Científica

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La Figura 8 muestra el comportamiento de la tasa de fallo para la modulación SHE-PWM con n=5, SPWM y la forma de onda cuadrada. No se nota una diferencia considerable entre estos tipos de modulacion; incluso a temperaturas elevadas, no se incrementa la diferencia en la tasa de fallo entre ellas.

Figura 6. Distribución de pérdidas. El incremento en pérdidas se ve reflejado en la vida útil del inversor (MTBF). En el caso de la señal de onda cuadrada se observa un gran contenido armónico, una baja eficiencia y, por ende una vida útil menor que en los demás casos. En la Figura 7 se observa el comportamiento para cada caso analizado. Para temperaturas mayores a 40 grados, la vida útil se reduce a menos de 10 años de operación.

Figura 8. Tasa de fallo del inversor para modulaciones SPWM, Onda Cuadrada y SHEPWM.

Conclusiones El tipo de modulación en un inversor tiene una afectación sobre el tiempo de vida útil, sin embargo en todos los casos analizados el valor máximo diferencial fue de un 8% entre el caso de mayor contenido armónico (onda cuadrada) y el de menor contenido armónico (n=5 y SPWM).

Figura 7. Tiempo de vida útil del inversor para cada tipo de modulación.

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A pesar que la diferencia en THD es de casi 40% y en eficiencia fue una diferencia de 14%, en el caso del MTBF no fue tan amplia. El parámetro que sigue determinando el mayor impacto sobre el MTBF es la temperatura. Para el inversor analizado, una temperatura de operación menor a los 40 ºC, permitirá un tiempo de vida de al menos unos diez años.


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Revista Científica

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METALÚURGIA

DE LAS ALEACIONES DE

ZIRCONIO PARA PRODUCTOS NUCLEARES

Francisco Javier A. Díaz Camacho1

Tecnológico de Estudios Superiores de Jocotitlan Carretera Toluca-Atlacomulco Km. 44.8 Ejido de San Juan y San Agustín Jocotitlan Estado de Mexico, C.P. 50700 1

jadiaz@hotmail.com

Recibido: Noviembre 11, 2016. Recibido en forma revisada: Noviembre 25, 2016.

Resumen: Considerando una serie de investigaciones metalúrgicas se preparó el presente trabajo basado en las aportaciones realizadas por diferentes autores sobre las aleaciones de zirconio empleadas para productos fabricados para la industria nuclear. Como ejemplo se menciona a los núcleos y los contenedores, ambos componentes de los reactores, debiendo ser considerados en su diseño la utilización de aleaciones metálicas que se caractericen por tener baja absorción de neutrones así como mínima afectación por el Hidrogeno resultante en su vida de funcionamiento. Estos estudios tienen la finalidad de estimar la factibilidad de recomendar aleaciones que mejoren su eficiencia en cuanto a aumentar el tiempo de vida del equipo debido a que sus propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión se ven afectadas por las radiaciones emitidas.

+ Palabras clave: metalúrgicas; nuclear; núcleos; reactores; neutrones; radiaciones.

Aceptado: Enero 1, 2017.

Abstract: Considering a series of metallurgical investigations the present work was prepared based on the contributions made by different authors on zirconium alloys used for products manufactured for the nuclear industry. As an example, nucleus and containers, both components of the reactors, must be considered in their design, the use of metal alloys that are characterized by low neutron absorption as well as minimal involvement by the resulting Hydrogen in its working life. These studies are intended to estimate the feasibility of recommending alloys that improve their efficiency in increasing the life of the equipment because its mechanical properties and resistance to corrosion are affected by the emitted radiation.

+ Keywords: metallurgical; nuclear; Nucleus; Reactors; Neutrons; Radiation. 128

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Introducción El zirconio es un metal refractario disponible comercialmente con excelente resistencia a la corrosión, buenas propiedades mecánicas, muy bajo flujo de neutrones en su sección transversal y puede ser manufacturado usando técnicas estándar de fabricación. Los reactores de potencia nuclear comerciales (Figura 1) en un inicio fueron de acero inoxidable para cubrir el combustible de dióxido de uranio, pero a mediados de 1960 las aleaciones de zirconio fueron el principal material de recubrimiento debido a la superior economía de neutrones y su resistencia a la corrosión (Chang, 2003). Las centrales nucleares son áreas de alto riesgo y por lo tanto se hace necesario reforzar los aspectos de seguridad. Estas centrales tienden a tener una vida útil limitada, siendo también importante por este motivo diseñarlas con materiales adecuados que incrementen el tiempo de servicio. Ello conlleva a recomendar aleaciones metálicas de las que conozcamos su comportamiento y la influencia del medio como la corrosión y la radiación sobre las mismas. Puesto que la economía de neutrones es uno de los rasgos que más limitan el diseño del núcleo de los reactores nucleares, la lista de materiales aplicables fue rápidamente reducida a Mg, Al, Be y Zr o sus aleaciones (Bartolino, 2001). Las plantas nucleares están conformadas por distintos tipos de reactores nucleares. Debido a ello se ha optado por utilizar las aleaciones de Circonio (Zr), las que constituyen el material estructural más adecuado. Según el diseño del reactor existirán tubos guías, tubos de presión, tubos de calandria, separadores, vainas de elementos combustibles, etc., fabricados con estos materiales (Bartolino, 2001).

porque tienden a “matar” la reacción, absorbiendo neutrones).

Barras de control Los haces de barras de control proporcionan un medio rápido para el control de la reacción nuclear (Figura 2), permitiendo efectuar cambios rápidos de potencia del reactor y su parada eventual en caso de emergencia. Están fabricadas con materiales absorbentes de neutrones (carburo de boro o aleaciones de plata, indio y cadmio, entre otros) y suelen tener las mismas dimensiones que los elementos de combustible. La reactividad del núcleo aumenta o disminuye subiendo o bajando las barras de control, es decir, modificando la presencia de material absorbente de neutrones contenido en ellas en el núcleo. En funcionamiento normal, un reactor nuclear tiene las barras de control total o parcialmente extraídas del núcleo, pero el diseño de las centrales nucleares es tal que ante un fallo en su sistema de seguridad o de control del reactor, siempre actúa en el sentido de seguridad de reactor introduciéndose totalmente todas las barras de control en el núcleo y llevando el reactor a parada segura en pocos segundos. Con respecto al medio ambiente en donde se van a ubicar los componentes, metalúrgicamente los elementos estructurales ubicados en el núcleo de un reactor nuclear refrigerado por agua se encuentran, en general, sometidos a tensiones mecánicas triaxiales, a diversos tipos de radiaciones (rayos gamma, neutrones rápidos y térmicos) y al ataque químico del refrigerante utilizado. En el caso de las vainas de combustible utilizadas para la contención de las pastillas del elemento combustible la superficie se encuentra en contacto con los productos de fisión altamente reactivos resultantes del “quemado” de las pastillas de UO2 utilizadas. Para aumentar la tasa de quemado del combustible se tienden a prolongar los tiempos de estadía de los mismos en el reactor, generándose envejecimiento. Esto trae aparejado una disminución adicional de la respuesta mecánica de los elementos estructurales por el daño que les ocasionan la radiación, la oxidación y la incorporación de hidrógeno (Whitmarsh, 1962).

Figura 1. Reactor nuclear. Si todos los neutrones emitidos en las fisiones produjeran nuevas fisiones, es evidente que la reacción iría creciendo en forma descontrolada. A manera de ilustración, esto es lo que ocurre en la bomba atómica, en la cual la reacción no se controla y en unos instantes se libera una cantidad increíble de energía. Este incremento es muy rápido y produce una explosión extraordinariamente violenta y energética, característica de tales artefactos. Afortunadamente, es posible controlar la reacción, haciendo que en promedio, sólo uno de los neutrones emitidos en cada fisión produzca otra fisión, y esto a su vez, se logra dejando que cierta cantidad de neutrones se escapen del sistema y que otros sean absorbidos por núcleos que no se fisionan (a estos núcleos se les llama venenos

Figura 2. Las barras de control capturan los neutrones libres La absorción de Hidrogeno llega a tener algún efecto sobre la resistencia al impacto, ductilidad y en menor grado sobre la resistencia a la tensión. Revista Científica

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Respecto a la resistencia a la fatiga, las aleaciones de zirconio son sensibles a las muescas (Whitmarsh, 1962). El límite elástico incrementa más rápido que el esfuerzo final y la elongación total es reducida. En un nivel de flujo integrado de aproximadamente 1021 neutrones/cm2 , el límite elástico y la resistencia final son esencialmente iguales. Así, las aleaciones de zirconio tienen la habilidad para deformarse localmente de una manera plástica más que mediante una fractura frágil a pesar de la reducción uniforme de elongación (Whitmarsh, 1962). Los principales motivos de degradación de los materiales empleados en la industria nuclear son los siguientes, los cuales se relacionan metalúrgicamente con las aleaciones en estudio (Bartolino, 2001). - Daño por radiación: diversos problemas se presentan cuando un material se encuentra expuesto a la radiación debido al aumento de la concentración de defectos producidos por la misma. El más comúnmente observado es el incremento de la longitud de los elementos combustibles, que ocurre especialmente en materiales anisotrópicos, como es el caso de las aleaciones base Zr. - Corrosión: ha sido ampliamente comprobado que la radiación causa un aumento en la velocidad de corrosión, es por ello que es una de las problemáticas más estudiadas actualmente y expuesta en los últimos congresos de ASTM sobre uso del Zr en la industria nuclear. La corrosión en aleaciones base Zr es acompañada por absorción de Hidrogeno. Otro problema importante asociado es el desgaste por frotamiento asistido por corrosión (Fretting corrosion).

acción de una tensión aplicada por periodos prolongados entre 80 y 3000°C, siendo además sensible al efecto de entalladura. Para eliminar el efecto de decohesion a alta temperatura se introduce el zirconio y se obtiene la aleación de Cu-Cr-Zr (CuCrO, 8 ZrO, 15). Estos dos tipos de aleaciónes, es decir, las de Cobre-Cromo y las de Cu-Cr-Zr se utilizan cuando se desea alta conductividad eléctrica o térmica, asociada a altas resistencias en caliente (Vasquez y Apolinar 2005).

- Absorción de hidrógeno: la incorporación de hidrógeno en cantidades superiores a las dadas por el límite de solubilidad origina la formación de fases hidruros de Zr. La precipitación de estos hidruros se ve favorecida por la presencia de tensiones mecánicas y la existencia de sitios preferenciales de nucleación asociados a la micro-estructura resultante del proceso de fabricación. Por ejemplo, para un material recristalizado, los sitios primarios de nucleación son los intergranulares. La presencia de hidruros se traduce en un deterioro de las propiedades mecánicas y sobre todo en una disminución de la ductilidad (Bartolino, 2001).

Dentro de los diferentes tipos de aleaciones que se pueden obtener empleando distintas técnicas de sintetizado han llamado la atención las aleaciones con un alto contenido de hierro debido a sus peculiares propiedades estructurales y magnéticas, ya que estos tipos de materiales se caracterizan por ser ferromagnéticos duros o blandos. Estos últimos se caracterizan por tener una alta magnetización de saturación, bajo campo coercitivo, alta permeabilidad y coeficiente de magnetización cercano a cero (Cullity y Graham, 2009; Duwez, 1983). El sistema Fe-Zr es uno de estos tipos de aleaciones que aparte de sus interesantes propiedades magnéticas para altas concentraciones de Fe, también presenta interesantes propiedades para altas concentraciones de Zr por su capacidad de absorción de hidrogeno, motivo por el cual son utilizados en la industria nuclear en tubos de precisión de reactores nucleares debido a su buena resistencia a la corrosión y sus aceptables propiedades mecánicas (Ramos, Saragovi, Granovsky y Arias, 1999; Garitaonandia, Suzuki, Cashion, Goikolea, Insausti, Plazaola, Pizarro, Gorria, Minguez, 2005). Consideraciones para reducir los costos de combustible en reactores del tipo de la N.S. SAVANNAH han indicado la factibilidad de reemplazar los elementos contenedores de combustible de acero inoxidable con un contenedor de un material que tenga menor absorción de neutrones a fin de reducir el enriquecimiento requerido o para incrementar la vida del núcleo o ambos (Whitmarsh, 1962).

Otras aleaciones de Zirconio El sistema zirconio cromo (Zr - Cr) es de sumo interés para la consideración tecnológica de aleaciones usadas fundamentalmente en la energía nucleoeléctrica. La evaluación crítica de los resultados experimentales de las fases constitutivas de los equilibrios llevados a cabo en diversos laboratorios ha sido hecha por Arias y Abriata (1986). El consecuente diagrama de equilibrio que se propone en Arias y Abriata (1986) es luego presentado en el compendio Binary Alloy Phase Diagrams Arias y Abriata (1990). Las fases sólidas que intervienen en los equilibrios estables son: solución sólida hexagonal compacta rica en zirconio α, solución sólida cúbica centrada en el cuerpo rica en zirconio β, tres tipos de fases de Laves del intermetálico ZrCr2, hexagonal C14, cúbica C15 y hexagonal C36 y solución terminal cúbica centrada en el cuerpo Cr prácticamente constituida de cromo puro donde el zirconio es muy poco soluble sólo a temperaturas altas. La fase de Laves que interesa en este trabajo es la cúbica C15 que es estable desde temperatura ambiente hasta alrededor de los 1590°C (Gonzalez y Gribaudo 2003). La aleación binaria Cu-Cr es susceptible a decohesiones bajo la

Puesto que el contenedor es un componente estructural del reactor, el uso a largo plazo es especificado. En este caso, 20 años es el tiempo de vida esperado. El uso a largo plazo realza la importancia de tales factores como resistencia a la corrosión y la influencia de la exposición a la radiación sobre las propiedades mecánicas. El punto máximo de exposición a neutrones de energías más grandes que 1 Mev durante un periodo de 20 años será aproximadamente 1023 neutrones/cm2 (Whitmarsh, 1962). Revista Científica

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Un tipo de aleaciones usadas con mucha frecuencia en este campo son las llamadas Zircaloy. Estas por lo general se fabrican a partir de una “liga madre” de Zr-Sn a la cual se le agregan otros elementos aleantes, entre ellos el Fe. Es importante lograr un completo conocimiento de la metalurgia física de estos materiales y de los procesos involucrados en la elaboración final del producto, sobre todo teniendo en cuenta que sus aleaciones cumplen funciones críticas dentro de un reactor nuclear. El estudio de los diagramas de fases es un elemento fundamental para completar este conocimiento (Gómez, Nieva, Arias 2007). El sistema binario Zr-Sn es la aleación base a partir de la cual se prepararon las aleaciones tecnológicas conocidas como Zircaloy-2 (Zr - Sn 1.5% peso - (Fe + Cr +Ni) 0.3% peso - O 0.1% peso) y Zircaloy-4 (Zr - Sn 1.5% peso - (Fe + Cr) 0.3% peso – O 0.1% peso). Estas se desarrollaron con el objeto de disponer de materiales con buenas propiedades mecánicas y buena resistencia a la corrosión, además de una buena sección de absorción de neutrones (Nieva, Arias 2000).

Aleaciones base zirconio Zircaloy-4. Resulta importante conocer el efecto de la reacción de los componentes estructurales con el hidrógeno retenido durante el proceso de fabricación o incorporado en la operación que dan lugar a la formación de fases frágiles (hidruros) que afectan la integridad estructural del elemento. Estudios realizados por Bartolino (2001), presentan la influencia de la temperatura y el contenido de hidrógeno en las propiedades mecánicas del Zircaloy-4, mostrando resultados experimentales así como de simulación computacional. Se ha investigado así que las aleaciones base Zr como Zircaloy2 (Zry-2) y Zircaloy-4 (Zry-4), las cuales fueron desarrolladas a finales de la década del 50 y principios de los 60, principalmente en los Estados Unidos (Bettis Atomic Power Laboratories), para ser usadas en componentes estructurales del núcleo de un reactor nuclear. Los objetivos perseguidos durante el diseño del material fueron: a) aprovechar la elevada transparencia a los neutrones del Zr puro y b) seleccionar la combinación de aleantes más adecuados con el fin de obtener una aleación de resistencia mecánica satisfactoria con menor susceptibilidad a la corrosión bajo tensión e irradiación que la que presentaban los aceros inoxidables austeníticos (Bartolino, 2001). Por ello, las investigaciones han continuado con el fin de superar las aleaciones existentes y que presenten mejores respuestas tanto a la oxidación y radiación como a la influencia del hidrógeno. Ejemplo de ello son los avances en la aleación con Nb, tradicionalmente utilizada en proporción Zr-2.5% Nb. Resultados recientes mostraron que concentraciones más bajas resultan en mayor resistencia tanto a la corrosión como a la irradiación. También nuevas aleaciones como la M5TM (aleación ternaria ZrNbO, 99% Zr, 1% Nb) prometen mejores respuestas tanto al creep como a la corrosión. Sin embargo, a pesar de los desarrollos que requerirán de numerosas pruebas para aprobación de alternativas, la existencia de un enorme volumen de componentes construidos originalmente de Zry-4 o Zr2.5%Nb justifican el interés por continuar profundizando el estudio de la respuesta de estos materiales durante su empleo (Bartolino, 2001). En Whitmarsh (1962) se proporciona información de propiedades 132

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mecánicas, corrosión, efectos de radiación y otros temas pertinentes. Se observa que en zircaloy 2 los principales efectos de la exposición a la radiación son el incremento en la resistencia mecánica y la disminución de la elongación. La fractura frágil no ocurre, sin embargo, las reducciones en área permiten una deformación plástica local. El valor de corrosión es incrementado por la exposición a la radiación (menor a un factor de 5), pero aun con este incremento la perdida de metal es insignificante. La posibilidad de una violenta reacción metal-agua, aunque remota, puede ser significativa y debe ser evaluada para casos específicos. La aleación fue desarrollada específicamente para aplicaciones en reactores nucleares en un ambiente húmedo (agua) a alta temperatura. Los agentes de aleación Sn, Fe, Cr y Ni fueron adicionados a la esponja de Zr para neutralizar el efecto detrimental sobre la resistencia a la corrosión de las impurezas N, Al y C y para su fortalecimiento. La baja absorción de neutrones a través de la sección del Zr puro no fue incrementada significativamente para estas aleaciones. Respecto a la composición química del Zircaloy 4, esta fue desarrollada a partir del Zircaloy 2 con el propósito principal de reducir la tendencia de absorber el H. Así, las mismas especificaciones en la composición son aplicables, excepto para el Ni, el cual está limitado a un máximo de 0.007% y para el Fe el rango fue reducido de 0.12% a 0.18% Whitmarsh. (1962). Excesivo contenido de Hidrogeno, como resultado de la precipitación de ZrH2, causa fragilidad del zircaloy 2. El Hidrogeno recogido por zircaloy 2 es alrededor de 3 veces que el recogido por zircaloy 4. En base a la información disponible, zircaloy 4 parece ser el adecuado a ser utilizado como el material de construcción para los contenedores de combustibles en los núcleos de la N.S.SAVANNAH. Se confirma entonces que zircaloy 4 es recomendado sobre zircaloy 2 por su baja absorción de Hidrogeno. La preocupación primaria con la absorción de Hidrogeno en zircaloy 2 es su efecto sobre la resistencia al impacto, ductilidad y en menor grado la resistencia a la tensión. Las propiedades al impacto en barras ranuradas de aleaciones base zirconio son sensibles al contenido de Hidrogeno en aquellas donde la temperatura de transición puede estar relacionada a la cantidad de hidrogeno precipitado.

Terminología metalúrgica Zircaloy contiene más del 98% de Zr, de modo que el comportamiento a la corrosión del Zr y del zircaloy son similares. Entre los aspectos metalúrgicos del Zr resaltan su resistencia a la corrosión y sus propiedades mecánicas. La resistencia a la corrosión del Zr se debe a la formación de una película de óxido en la superficie (Fraker, 1989). El Zr tiene una baja dispersión de neutrones a través de su sección. Esto, combinado con sus propiedades mecánicas a alta temperatura, adecuada conductividad térmica y la estabilidad de estas propiedades después de la irradiación, lo hace un buen material para aplicaciones en reactores nucleares. El Zr grado nuclear está libre de hafnio, el cual es indeseable para la mayoría de las aplicaciones nucleares por su alta absorción de neutrones. El Zr y sus aleaciones pueden exhibir fuerte anisotropía. En la


forja, estos materiales tienen una orientación cristalográfica preferida. La orientación de la textura desarrollada durante el procesamiento del metal en forja y la textura resultante causara propiedades mecánicas que variaran con el rolado y con la dirección transversal.

dad de elementos de aleación en la solución sólida, siendo esto seguido por un temple en agua. La distribución uniforme de finos compuestos intermetalicos producidos por el tratamiento térmico, es preservada por el trabajo en caliente en la región alfa debajo de 790°C (1472°F).

La mayoría de los elementos de aleación forman compuestos intermetalicos con el Zr y la distribución, tamaño y propiedades de estas fases son importantes para la resistencia a la corrosión en vapor de agua o en agua caliente. El principal precipitado el cual está presente en zircaloy 4 es Zr (Fe, Cr)2. En zircaloy 2 están presentes Zr (Fe, Cr)2 y Zr2 (Fe, Ni). Zircaloy 2 y Zircaloy 4 normalmente son forjados en la región beta, entonces soluciones tratadas a 1065°C (1950°F) incrementan la canti-

Influencia en las propiedades mecánicas. El interés primario de la absorción de H en zircaloy 2 es su efecto sobre la resistencia al impacto, ductilidad y en menor grado a la resistencia a la tensión. Las propiedades al impacto de barras con muesca de aleaciones base Zr son sensibles al contenido de Hidrogeno en las que la temperatura de transición puede ser relacionada a la cantidad de precipitado hibrido presente. Temples de arriba de la temperatura de solubilidad del Hidrogeno bajan Revista Científica

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la temperatura de transición e incrementan el rango de transición. Datos experimentales indican que decrece la resistencia al impacto con incremento del precipitado hibrido. La correlación entre la elongación y el contenido de Hidrogeno muestra una definida disminución de la elongación con el incremento del contenido de Hidrogeno. Las propiedades de tensión no son dependientes del contenido de Hidrogeno. Datos de muestras de zircaloy 2 con varios tratamientos térmicos muestran que la resistencia a la tensión es esencialmente independiente de la concentración de Hidrogeno hasta aproximadamente 500 ppm; mas allá de esto la resistencia es severamente reducida. Estudios seleccionados de KAPL (Knolls Atomic Power Laboratory) indican solo pequeños efectos del Hidrogeno sobre propiedades al ciclo de esfuerzos y al creep y esencialmente ningún efecto sobre propiedades a la tensión a 600°F para niveles de Hidrogeno arriba de 500 ppm. En Bartolino (2001) se estudió que a partir de muestras de Zry-4 comercial se realizó la caracterización metalúrgica y mecánica tradicional para obtener sus propiedades básicas. Se desarrollaron e implementaron técnicas de incorporación intencional y controlada de hidrógeno a las probetas para realizar el estudio del efecto de este elemento en las propiedades mecánicas. Se implementaron técnicas de mecánica de fractura elastoplástica para el estudio de la tenacidad de las aleaciones. Se ensayaron probetas con distribución homogénea de hidrógeno y con aquella dada por el resultado de la aplicación de un campo de tensiones con máximos en la zona de la punta de la fisura. También se aplicaron metodologías de ensayos en probetas pequeñas de flexión en tres puntos que permitieron la observación de la formación y desarrollo de fisuras durante ensayos realizados en la platina de la cámara de un microscopio electrónico de barrido. El empleo de las técnicas antes enunciadas permitió identificar la influencia de la temperatura y el contenido de hidrógeno en los rangos 20 a 200°C y 0 a 2000 ppm, respectivamente. La influencia negativa del contenido de hidrógeno en la tenacidad del material demostró ser importante a partir de muy pequeñas concentraciones del mismo con efectos que disminuyen al aumentar la temperatura. No se observó cambio de mecanismo de fractura excepto para aquellas muestras cargadas con hidrógeno en presencia de un campo de tensiones. La observación del crecimiento de fisura y la morfología y contenido de precipitados sobre la superficie demostró la influencia de la absorción de hidrógeno en estos últimos.

Conclusiones El estudio de las aleaciones de zirconio para aplicaciones en la industria nuclear ha sido tema de amplia investigación para mejorar el rendimiento de las partes utilizadas en los núcleos de los reactores nucleares, sustituyendo a partes de acero inoxidable que en un inicio fueron consideradas en su diseño. Para su sustitución se ha estudiado el beneficio de las aleaciones de zirconio, llevando la investigación a medir su comportamiento en el medio donde se desenvolverán, considerándose aspectos de resistencia a la corrosión, temperaturas de trabajo, reacción con agentes como el Hidrogeno y la temperatura, así como las características metalúrgicas microestructurales y mecánicas que soporten su resistencia y por ende un mejor rendimiento y durabilidad durante su vida en servicio. Hasta ahora se ha investigado que la aleación Zircaloy 4 ha sido la mejor aleación, pero los estudios continúan en centros de investigación para mejorarla o para validar nuevos materiales mediante técnicas de simulación que permitan predecir un mejor comportamiento. 134

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MODELO DE PROGRAMACIÓN LINEAL UTILIZADO PARA LAELABORACIÓN DE UNA MEZCLA DE ALIMENTO PARA

GANADO BOVINO Rosa Verónica Aburto Ruíz1 , Adriana Arrellano Montes2 , Enrique Torres Chávez3 y Sandra Guadalupe García Aburto4.

Instituto Tecnológico Superior de Misantla Km. 1.8 Carretera a Loma del Cojolite, Misantla, Veracruz, México. C.P. 93821. 1,2,3,4

rv.aburto@gmail.com

Resumen: En este artículo se atiende el problema del nivel de composición de ingredientes para un alimento balanceado para ganado bovino. Se utiliza la programación lineal para determinar el nivel óptimo de componentes con el objetivo de minimizar los costos en una fórmula de alimento que mejore la proteína en la dieta alimentaria del ganado según los expertos ganaderos. Los resultados demuestran que la programación lineal permitió balancear el uso de los componentes de dicha dieta racionalizando los recursos disponibles de DDG, maíz, melaza, palmiste, pollinaza, salvado, sorgo y soya.

+ Palabras clave: Programación lineal, mezcla de alimento, ganado bovino.

Recibido: Noviembre 11, 2016 Recibido en forma revisada: Enero 12, 2017 Aceptado: Enero 30, 2017

Abstract: The article describes the level of composition of ingredients for a balanced feed for cattle being served. linear programming is used to determine the optimal level of components in order to minimize costs in a food formula that improves protein in the diet of cattle ranchers experts. The results show that linear programming allowed balance the use of the components of the diet rationalizing resources DDG, corn, molasses, palmiste, chicken manure, salvado, sorghum and soybean available.

+ Keywords: Linear programming, mixed feed, cattle. 136

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Introducción El balanceo de raciones en la alimentación de rumiantes determina el aumento o disminución de la producción ya sea de carne o de leche. Se debe de entender que la formulación de raciones es el “ajuste de las cantidades de los ingredientes que, según se desee, conformar en la ración, para que los nutrientes que contenga por unidad de peso o como porcentaje de la materia seca correspondan a los que requiere el animal por alimentar “ (Church, Pond, y Pond, 1990). Para el balanceo de raciones existen diferentes métodos los cuales van desde los sencillos, hasta los que profundos, los cuales se muestran en la Figura 1.

1) Definir la función objetivo: hace referencia a la optimización que se desea alcanzar; En este caso, la función objetivo es formular una tonelada de alimento para ganado bovino al mínimo costo.

2)

Definir las restricciones y criterios de decisión: Se refieren a las restricciones que se toman en cuenta para la elaboración del modelo matemático, aquí serán en cuanto a la utilización de las materias primas exclusivamente para este caso de estudio.

3)

Tanto la función objetivo como las restricciones deben ser ecuaciones lineales o desigualdades lineales.

La programación lineal es una técnica que ha permitido resolver problemas sobre marketing, logística, control de inventarios, finanzas, pronósticos de ventas, transporte de materiales, planes de producción, optimización de recursos y balance de materiales localizando la cantidad adecuada. Este articulo atiende un problema de balanceo de ingredientes en atención a una solicitud por el administrador de la empresa “Productores de carne de Misantla S.C. de R.S. de C.V.” la cual es una sociedad cooperativa de consumo dedicada a la maquila de alimentos para ganado bovino y porcino, se encuentra ubicada en el municipio de Misantla, Veracruz. Se describe la metodología utilizada y se contextualiza, posteriormente se presenta el marco de resultados obteniendo un modelo de programación lineal mono-objetivo que determinó la proporción necesaria por tonelada de cada socio para llegar a definir una mezcla óptima al menor costo, igualmente se presentan los beneficios por haber utilizado la técnica de programación lineal mediante las conclusiones y/o recomendaciones a las que se llega al haber ya desarrollado la investigación. Figura 1. Métodos para el balanceo de raciones.

En este caso de estudio, se decidió usar el método de programación lineal para determinar las cantidades de ingredientes a utilizar en el balanceo de raciones para ganado bovino productor de carne. La programación lineal (PL) es un algoritmo matemático mediante el cual se resuelve un problema indeterminado, formulado a través de ecuaciones lineales buscando siempre optimizar la función objetivo (Silva y Perin, 1996). Se desarrolló durante la segunda guerra mundial como estrategia para planificar los ingresos y egresos, reduciendo los costos de la guerra y maximizando el daño en el enemigo (Megiddo, 1991). En 1947 George Dantzig, desarrolló un método efectivo, el algoritmo simplex para resolver problemas de programación lineal, desde que surgió dicho algoritmo, la PL se utiliza para resolver problemas de optimización en industrias diversas como los bancos, la educación, silvicultura, petróleo y transporte de carga (Winston, 2011). Este, es uno de los avances científicos más importantes del siglo pasado tomando en cuenta su impacto y campo de aplicación en las ciencias, tales como la ingeniería, economía, sociología, biología entre otras (Colo y Patritti, 2003).

Desarrollo Se realizó una investigación de tipo descriptiva-observatoria debido a que se detallan las mezclas utilizadas y además se hizo énfasis en la literatura de investigación de operaciones. A continuación, se describe el método utilizado para el desarrollo de este caso de estudio. Método El método consiste en desarrollar los siguientes 4 puntos:

Los modelos de programación lineal generalmente se construyen a partir de los siguientes pasos:

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4)

Restricción de no negatividad:

Es muy importante la definición de variables debido a que de ahí parte el modelo, en la ecuación 1 se describe la función objetivo que para éste caso es minimizar, haciendo referencia a los costos, la ecuación 2 hace referencia a la cantidad total de kilogramos que se requieren, en este caso serán 1000 kg debido a que se requiere conocer la cantidad para cada tonelada de la nueva mezcla, posteriormente, pueden elaborar las toneladas que sean requeridas conservando las proporciones en kilogramos por tonelada obtenidos al finalizar el modelo; las ecuaciones 3 y 4 son para determinar la cantidad máxima y mínima respectivamente de los ingredientes necesarios para la mezcla; por último, la ecuación 5 es para restringir todas las variables a que tomen valores mayores o iguales que cero, es decir, evitar que el modelo busque una solución negativa.

Sin embargo, cada socio lo solicita de manera diferente, a como mejor le ha convenido respecto al presupuesto disponible de cada uno de ellos, esta es una buena estrategia para quienes cuentan con experiencia en el ramo ganadero, no obstante, la empresa se encuentra al servicio de todo público en general y como ofrecen precios bajos cada vez son más las personas que desean ser clientes frecuentes de la misma, pero al no contar con la experiencia sobre la cantidad de materias primas los nuevos clientes solicitan al administrador las recomendaciones sobre la cantidad de materias primas necesarias para elaborar su alimento, es por ello que el administrador desea conocer la cantidad en kilogramos de los ingredientes que se necesitan por tonelada de alimento maquilado al mínimo costo basada en la experiencia de cinco socios reconocidos como “clientes frecuentes”. En la tabla 1 se muestra la relación de kilogramos empleados de materia prima por tonelada que utiliza cada socio, el precio por kilogramo de materia prima y el costo por kilogramo de cada mezcla elaborada.

Caso de estudio La empresa comercializadora de granos “Productores de carne de Misantla S.C. de R.S. de C.V.” es una empresa dedicada a la venta de granos enteros, molidos y además presta el servicio de maquila de alimentos para ganado bovino y porcino. Tiene la ventaja competitiva de que los clientes solicitan el alimento para proporcionarle a su ganado con las necesidades específicas de cada uno de ellos, debido a la experiencia han desarrollado la habilidad para obtener mayores ganancias a la venta de su ganado solo con la alimentación que les proporcionan.

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Tabla 1. Contenido de materia prima por tonelada respecto a cada socio. Con los datos obtenidos, se procede a plantear las restricciones, mismas que fueron asignadas respecto a la decisión de los socios reconocidos como clientes frecuentes y el administrador de la empresa, acordaron que la tonelada de alimento deberá contener:

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Figura 2. Información requerida por lingo para resolver el modelo.

+ Más de 100 pero menos de 500 kilogramos de Maíz y Sorgo. + Más de 50 pero menos de 100 kilogramos de DDG (Destilado

de Maíz) y Soya.

+ Más de 80 pero menos de 160 kilogramos de Melaza. + Más de 60 pero menos de 380 kilogramos de Palmiste y Sal-

vado.

+ Más de 200 pero menos de 500 kilogramos de Pollinasa. Estas decisiones las tomaron de acuerdo a experiencias y recomendaciones anteriores proporcionadas por médicos veterinarios de la localidad quienes afirman con base en sus estudios profesionales que al ganado bovino no se debe darles maíz o sorgo en exceso porque existe riesgo de causar enfermedades mortales por acumulación de aire, también afirman que para el caso de DDG y Soya son productos que hacen engordar más rápidamente al animal sin embargo no se les puede dosificar demasiado debido a que en exceso provocan evacuaciones constantes y eses blandas lo que trae como consecuencia la deshidratación del animal. La melaza simplemente es un energizante que añade consistencia y buen sabor al alimento, es necesaria para contrarrestar el mal aroma de la pollinasa. Con la información recopilada se procedió a formular y resolver un modelo de programación lineal que permite determinar el porcentaje de cada una de las mezclas que debe contener la mezcla nueva, de forma que resulte a un mínimo costo.

Figura 3. Solución ofrecida por LINGO 14.0 al problema planteado. La solución óptima consiste en X1=137.93, X2=0, X3=0, X4=0 y X5=862.0690, lo que quiere decir que para una tonelada de alimento a un costo mínimo y que cumpla con los requerimientos indicados se necesitan 137.93 kilogramos de la mezcla 1 del socio Daniel y 862.07 kilogramos de la mezcla 2 del socio Ricardo y tendrá un costo de $2,796.20. Los kilogramos de materia prima empleada por tonelada se obtienen por regla de 3 y se muestran en la Tabla 2.

Resultados La forma en que se introdujeron estas restricciones a lingo se muestra en la Figura 1; una vez especificados correctamente se solicita ser resuelto y la solución que arroja se muestra en la Figura 2.

Tabla 2. Kilogramos de materia prima requeridos para elaborar la nueva mezcla a un costo óptimo.

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Conclusión

Bibliografía

Las bondades de esta propuesta de formulación por tonelada ayudan al administrador de la empresa a ofrecer una mezcla económica de alimento para ganado bovino, cabe mencionar que la desventaja que se tiene es que se hace en base a la experiencia de los clientes frecuentes que son considerados expertos en el ramo ganadero por su larga y exitosa trayectoria, sin embargo, es recomendable hacer un estudio mayormente enfocado en la obtención de nutrientes, proteínas, vitaminas y minerales necesarias por el ganado bovino, en el cual se pueden incluir diseño de experimentos para su mayor credibilidad. O como en otros artículos, incluir la composición química del alimento base y de las materias primas disponibles (Rosero, 2011). La solución obtenida mostró las proporciones de mezcla a utilizar como parte de la mezcla óptima, y a su vez los kilogramos exactos de materia prima a emplear por tonelada de la nueva mezcla. Cabe mencionar que el costo por tonelada de formula sugerida variará de acuerdo con el precio de los materiales al momento de su elaboración, sin embargo, los kilogramos permanecen constantes y esto permite calcular sin problema alguno el costo total por tonelada de alimento elaborado. Como trabajo futuro se propone la especificación de otras restricciones dentro del modelo de optimización por ejemplo considerar detalladamente los requerimientos nutricionales de acuerdo a la etapa en la que se encuentre la especie animal a la cual se destinará la ración, se pretende elaborar más adelante como sustento para el desarrollo de una tesis. El tema central del caso de estudio fue el balanceo para la mezcla de ganado bovino de carne abriendo la posibilidad de realizar el estudio para ganado lechero tomando en consideración como restricciones las proporciones de nutrientes necesarias para el aumento de su producción dependiendo de que razas se encuentren dentro del hato ganadero. Además de que el balanceo de raciones se pudiera realizar también en otro tipo de ganado como el porcino, equino, caprino, ovino o en la avicultura.

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Rosero R y Posda S.L., Ortíz D.M. (2011). Programación lineal aplicada a la formulación de raciones para rumiantes. Revista CES Medicina Veterinaria y Zootecnia, Vol 6 (2): 53-60 ISSN 1900-9607.

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Notas Biográficas Agradecimientos Agradecemos la disponibilidad y atención de los socios fundadores de la empresa “Productores de carne de Misantla S.C. de R.S. de C.V.” en especial a su administrador el C. Rafael Ruíz Fernández por su amplia colaboración al otorgarnos la información necesaria para el desarrollo de este caso de estudio. Asimismo, al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por su dedicación en la promoción y estímulo del desarrollo de la ciencia y la tecnología en este país.

+

La II. Rosa Verónica Aburto Ruíz es Ingeniera Industrial por el Instituto Tecnológico Superior de Misantla, actualmente se encuentra realizando estudios de posgrado en el ITSM como aspirante a Maestra en Ingeniería Industrial.

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La II. Adriana Arellano Montes es Ingeniera Industrial por el Instituto Tecnológico Superior de Misantla, actualmente se encuentra realizando estudios de posgrado en el ITSM como aspirante a Maestra en Ingeniería Industrial.

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El II. Enrique Torres Chávez es Ingeniero Industrial por el Instituto Tecnológico Superior de Misantla, actualmente se encuentra realizando estudios de posgrado en el ITSM como aspirante a Maestro en Ingeniería Industrial.

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La M.C. Sandra Guadalupe García Aburto es Maestra en Ciencias por el Instituto Tecnológico de Orizaba, Orizaba, Veracruz. Actualmente se desempeña como profesora de Maestría en Ingeniería Industrial en el Instituto Tecnológico Superior de Misantla, Misantla, Veracruz.

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Theorema 5ta edición  

UTCJ THEOREMA REVISTA CIENTÍFICA, año 3, No. 05, es una publicación semestral, enero-junio 2017, editada por la Universidad Tecnológica de C...

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