1 20 2 https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20770/Ingenierias_2010_Vol_13_No_47_Abril-Junio.pdf 7f2b5fb85c4983c54114c432f9d5253f PDF Text Text �Contenido Abril-Junio de 2010, Vol. XIII, No. 47 47 2 Directorio 3 Editorial Energía verde & energía nuclear Ernesto Vázquez Martínez 8 Uso de bagazo de la industria mezcalera como materia prima para generar energía Leonardo Chávez Guerrero 17 Evaluación integral de prótesis ortopédicas transfemorales Andy L. Olivares Miyares, Roberto Sagaró Zamora, Calixto Rodríguez Martínez, Miguel A. Reyes Mojena, Carlos Díaz Novo 25 Borgward en México Hugo Valdés Manríquez 38 Contracción en engranes plásticos fabricados por inyección Alfredo Hernández Villalobos, Isaías Regalado Contreras 45 Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte II Javier Rojas Sandoval 55 Integridad estructural de un acero TRIP800 soldado mediante procesos láser CO2 y GMAW Gladys Yerania Pérez-Medina, Felipe Arturo Reyes-Valdés, Hugo F. López Ferreira, Víctor Hugo López-Cortéz 63 Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret y el de sistema microelectro mecánico Gary W. Elko, Kieran P. Harney 76 Eventos y reconocimientos 78 Titulados a nivel Doctorado en la FIME-UANL 79 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 81 Acuse de recibo 82 Colaboradores 84 Información para colaboradores Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 1 �DIRECTORIO CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Liviu Sevastian BocÎI Rumanía. U. “Aurel Vlaicu”, Arad. Dr. Juan Jorge Martínez Vega Francía. Universidad de Toulouse III Dr. José Evaristo Ruzzante Argentina. CNEA. Dr. Samir Nagi Yousri Gerges Brasíl. UFSC, Florianopolis. Dra. Karen Lozano REDACCIÓN Lic. Julio César Méndez Cavazos M.A. Neydi G. Alfaro Cázares DIRECTOR M.C. Fernando J. Elizondo Garza FIME-UANL EDITOR Dr. Juan Antonio Aguilar Garib TIPOGRAFÍA Y FORMACIÓN Gregoria Torres Garay Jesús G. Puente Córdova FIME-UANL COMITÉ TÉCNICO Dr. Efraín Alcorta García TRADUCTORES CIENTÍFICOS Lic. José de Jesús Luna Gutiérrez Dra. Martha A. Fabela Cárdenas FIME-UANL Dr. Mauricio Cabrera Ríos USA. UT-Panam UPRM Dr. Juan Miguel Sanchez Dr. Rafael Colás Ortíz USA. UT-Austin FIME-UANL INDIZACIÓN L.Q.I. Sergio A. Obregón Alfaro Dr. Jesús De León Morales CONSEJO EDITORIAL MÉXICO Dr. Óscar L. Chacón Mondragón FIME-UANL Dr. Moisés Hinojosa Rivera FIME-UANL FIME-UANL Dr. Virgilio A. González González FIME-UANL Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar FIME-UANL Dra. Oxana Vasilievna Karisova Dr. Boris l. Kharissov FCFM-UANL FCQ-UANL Dr. Benjamín Limón Rodríguez FIC-UANL Dr. José Rubén Morones Ibarra FCFM-UANL Dr. Ubaldo Ortiz Méndez Dr. Azael Martínez De la Cruz FIME-UANL M.C. César A. Leal Chapa FIME-UANL FOTOGRAFíA M.C. Jesús E. Escamilla Isla WEBMASTER Ing. Dagoberto Salas Zendejo Dr. Enrique López Cuellar FIME-UANL FIME-UANL M.I.A. Roberto Rebolloso Gallardo Dr. Miguel Ángel Palomo González FFYL-UANL FCQ-UANL Dr. Martín Edgar Reyes Melo Dr. Ernesto Vázquez Martínez FIME-UANL FIME-UANL Dr. Roger Z. Ríos Mercado Dr. Jesús González Hernández FIME-UANL CIMAV DISEÑO M.A. José Luis Martínez Mendoza IMPRESOR M.C. Mario A. Martínez Romo René de la Fuente Franco Dr. Felix Sánchez De Jesús ICBI-UAEH UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Rector / Dr. Jesús Ancer Rodríguez Secretario General / M.E.C. Rogelio G. Garza Rivera Secretario Académico / Dr. Ubaldo Ortiz Méndez Secretario de Investigación, Innovación y Posgrado / Dr. Mario C. Salinas Carmona Secretario de Extensión y Cultura / Lic. Rogelio Villarreal E. FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Director / M.C. Esteban Báez Villarreal Sub-Director de Estudios de Posgrado / Dr. Moisés Hinojosa Rivera Sub-Director Académico / M.C. Arnulfo Treviño Cubero Sub-Director Administrativo / M.C. Felipe de J. Díaz Morales Sub-Director de Desarrollo Estudiantil / M.C. Hugo E. Rivas Lozano Sub-Director de Vinculación y Relaciones / M.C. Jaime G. Castillo Elizondo Sub-Director de Desarrollo Institucional y Humano / Dr. Arturo Torres Bugdud 2 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Editorial: Energía verde & energía nuclear Ernesto Vázquez Martínez FIME-UANL evazquez@gama.fime.uanl.mx Tomando en cuenta los avances tecnológicos de los últimos años en muchas áreas del conocimiento humano, podríamos afirmar que esta primera década del siglo XXI es equivalente en desarrollo e investigación a todo el siglo XX. Por ejemplo en la actualidad, temas como el genoma humano, la nanotecnología y los sistemas de comunicación entre otros han perdido su “magia” como novedades científicas, se han convertido en aplicaciones cotidianas. El mismo fenómeno ocurrió con la energía eléctrica, ya que este importante insumo también fue considerado una novedad científica en el siglo XIX, pero se fue perdiendo la novedad a medida que se fueron consolidando el alumbrado público y la comunicación mediante cables. Actualmente, la mayoría de las actividades humanas, ya sea de producción o recreativas, requieren energía eléctrica y sería imposible enumerar los procesos del quehacer humano que no podrían realizarse si no existiera este insumo. Basta con imaginarnos un día sin energía eléctrica en nuestra propia casa, donde la mayoría de los equipos domésticos la requieren; incluso leer sin luz de día sería difícil a falta de un espacio con buena iluminación natural. El problema actual es que el uso de la energía eléctrica es tan común, que hay ocasiones que no nos percatamos del nivel de dependencia que tenemos de ella, siendo ésta más crítica en el sector industrial, donde los sistemas de manufactura, de información, de control y de sustentabilidad no podrían operar sin energía eléctrica. El impacto ha sido aún mayor con la proliferación de computadoras que requieren estar operando permanentemente, como es el caso de los cajeros automáticos, la telefonia, Internet, etc. Esto ha traído como consecuencia la necesidad de incrementar la capacidad de generación de esta energía, la cual actualmente proviene de dos tipos de fuentes: la térmica (petróleo, gas natural, carbón y nuclear) y la hidráulica. En la tabla I se muestra la generación de energía eléctrica por fuente durante el año 2006. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 3 �Energía verde & energía nuclear / Ernesto Vázquez Martínez Tabla I. Participación de las diferentes fuentes de energía utilizadas para generar electricidad a nivel mundial durante 2006. Fuente % del total de generación mundial Petróleo 36.1% Gas 23.6% Carbón 28.0% Nuclear 5.9% Hidráulica 6.4% TOTAL 100.0% El crecimiento mundial promedio en los últimos 10 años fue del 20%, mientras que Asia creció a una tasa del 36% y la Unión Europea 10%. En la tabla II se indica el crecimiento de energía por fuente durante el 2006. Tabla II. Crecimiento del consumo de energía por fuente durante el 2006. Fuente % mundial % en México Carbón 4.30 6.0 Hidráulica 3.1 0.2 Gas 2.52 18.3 Nuclear 1.25 0.0 Petróleo 0.75 -7.4 El consumo de electricidad para ese mismo año fue del orden de 18,000 Terawatt hora (TWh) y en la tabla III se muestra una comparación de la participación de cada fuente en la generación eléctrica tanto a nivel mundial como para México. Tabla III. Participación actual de las diferentes fuentes de energía utilizadas para generar electricidad a nivel mundial. Fuente % del total de generación % en México Carbón 39.0 6.0 Gas natural 17.0 41.1 Hidráulica 16.0 22.3 Nuclear 15.2 2.6 Petróleo 9.8 25.5 Renovables 3.0 2.0 El consumo de energía eléctrica a nivel mundial en los últimos 10 años se incrementó en 32%, lo que significa que el consumo de electricidad se incrementa más rápidamente que el de la energía primaria disponible. El escenario descrito en las tablas II y III indica una fuerte dependencia de combustibles fósiles para la generación de energía eléctrica en el mundo, dependencia que se ha incrementado en los último años debido al aumento en la demanda de energía eléctrica para procesos productivos. Sin embargo, un aumento desmedido en el uso de combustibles fósiles ocasionaría una crisis mundial, primero debido a la reducción de las reservas de petróleo y segundo por las emisiones de CO2 a la atmósfera y reducir el sobrecalentamiento global. La utilización de las llamadas fuentes de energía renovable, también conocidas como energía verde, busca reducir las emisiones de contaminantes 4 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Energía verde & energía nuclear / Ernesto Vázquez Martínez a la atmósfera, sin embargo es poco factible que puedan soportar el continuo incremento en la demanda de energía eléctrica en el mundo. Los dos tipos de energía renovable que han sido explotados en diversos países del mundo, especialmente en países como Alemania, España e India, son la energía eólica y la energía solar. Un inconveniente de estas alternativas de energía verde es que también son fuentes de contaminación; en el caso de la energía eólica, la instalación de generadores ocasiona contaminación visual y afectación a la vida silvestre, y en el caso de la energía solar, el proceso de producción de celdas solares es altamente contaminante. Adicionalmente, estas fuentes de energía dependen en forma importante de las condiciones del clima, y requieren del uso de baterías. Estos problemas han originado numerosas investigaciones para determinar como un parque eólico o fotovoltaico se puede interconectar a una red de transmisión de energía y como puede operar en forma coordinada con generadores térmicos e hidráulicos para satisfacer la demanda eléctrica en forma confiable. Las dificultades son tales que se ha planteado la opción de que las fuentes de energía renovables se utilicen en forma aislada, en áreas rurales remotas para iluminación y preparación de alimentos. Otro problema de los parques eólicos y fotovoltaicos es la extensión geográfica que requieren, en comparación con plantas de generación térmica o hidroeléctrica. Existen otras fuentes de energía renovable, como el hidrógeno (utilizado en celdas de combustible), combustibles de origen celular, geotérmico, corrientes oceánicas y biocombustibles entre otros. La utilización de estas fuentes de energía ya se ha expandido por muchos países del mundo, son útiles en aplicaciones aisladas y el impacto negativo al ambiente es mínimo. Sin embargo el uso de estas fuentes a nivel masivo requiere el desarrollo de nuevas tecnologías. Un ejemplo de las limitaciones de las celdas de combustible que utilizan hidrógeno es que la energía que se requiere para separar el hidrógeno del agua equivale a la que proporciona la celda. Recientemente se han utilizado plantas acuáticas que son capaces de separar biológicamente el hidrógeno del agua, lo que reduce la energía necesaria para obtener el hidrógeno y aumentar la factibilidad de utilizar celdas de combustible en forma masiva. Al ritmo del crecimiento actual de la demanda en el mundo, aún la utilización combinada de todas las posibles fuentes de energía no podria satisfacerla. Por ejemplo, existe una tendencia muy importante para diseñar autos eléctricos, pero si al día de hoy fuera posible cambiar todos los motores de combustión interna de los autos por motores eléctricos, no hay la suficiente capacidad de generación de energía eléctrica para satisfacer esta demanda. Esto significa que ante un incremento masivo del uso de esta energía, se requerirá una fuente de mayor capacidad. Sin el desarrollo de reactores de fusión nuclear, que permitirían contar con energía no contaminante en forma casi ilimitada, la única solución práctica actual es abrir la puerta para la energía nuclear, reactores de fisión nuclear, con lo que también se podría reducir el uso de combustibles fósiles. La percepción de que la energía nuclear entraña grandes riesgos nace con la bomba atómica y se agudiza con el accidente de Chernobyl. Sin embargo, existen estudios que ponen esa alternativa energética en su contexto real, ya que Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 5 �Energía verde & energía nuclear / Ernesto Vázquez Martínez la energía nuclear maneja tecnologías probadas para la generación de energía eléctrica y en estos momentos en que existe un gran debate por los problemas de seguridad en el suministro energético, los precios altos de los combustibles y las crecientes emisiones de CO2, ésta puede jugar un papel importante. En el caso de México y otros paises, en los que prácticamente no se utiliza, esto representa una oportunidad para satisfacer la creciente demanda de electricidad. Un ejemplo de este modelo es Francia, que no cuenta con petróleo y no ha impulsado en forma masiva la utilización de fuentes de energía renovable, y sin embargo no tienen problemas energéticos ya que el 78% de la energía que requiere la obtiene de plantas nucleares. En años recientes, Francia ha cerrado plantas nucleares obsoletas, y actualmente está en construcción un reactor EPR, European Pressurized Reactor, denominados como reactores Generación III+. México representa el caso opuesto, el 3% de la energía eléctrica proviene de la nucleoeléctrica de Laguna Verde, en el Estado de Veracruz, un 73% proviene de combustibles fósiles y el 24% es aportado por hidroeléctricas, plantas geotérmica y parques eólicos. La agencia Internacional de Energía Nuclear ha estimado un escenario para la generación de energía eléctrica para el 2050 basado en la premisa de una reducción del 50% de las emisiones de CO2 registradas en el 2005 (figura 1). Fig. 1. Escenario para la generación de energía eléctrica para el 2050. Este escenario pone de manifiesto la importancia que se ha dado a las plantas nucleares para expandir la capacidad de generación de electricidad en el mundo, ya que se requiere un incremento del 300%, para pasar de los 370 GWh en el 2005 a los 1250 GWh en el 2050. Es claro que para alcanzar esta meta, debe incrementarse la seguridad en el manejo y confinación de los de los desechos nucleares. En el caso de México, actualmente sólo se cuenta con una planta nuclear, con una capacidad máxima de 1,364.88 MVA’s. Considerando que la Comisión 6 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Energía verde & energía nuclear / Ernesto Vázquez Martínez Federal de Electricidad reporta un crecimiento medio anual del 4.4% en la demanda de energía eléctrica, y que las restricciones políticas, económicas y ecológicas han comenzado a limitar la instalación de nuevas centrales térmicas de generación de energía eléctrica, el uso de la energía nuclear es una de las opciones de diversificación más importantes para asegurar el futuro eléctrico del país. No es un secreto que la estabilidad económica de un país depende en gran medida de la continuidad y crecimiento de los distintos procesos de producción que dependen de la electricidad, y no podrán crecer si no se incrementa la oferta eléctrica. Uno de los problemas en México es que su generación de energía eléctrica depende principalmente de combustibles fósiles, lo cual puede comprometer el abastecimiento en el futuro. Por lo tanto, se requiere contar con otras fuentes primarias de generación operando en forma coordinada, que incluyan las fuentes de energía convencionales, las fuentes renovables y la energía nuclear. Este escenario se puede comparar con lo que sucede en la bolsa de valores, donde la mejor forma de obtener el mayor rendimiento es tener una cartera de inversión diversificada. Se requieren opciones de energía alterna y aunque actualmente existen diversos proyectos para aumentar la capacidad de generación de energía eólica, la energía nuclear es la alternativa más viable en el corto plazo que permitirá asegurar el crecimiento de México. BIBLIOGRAFÍA 1. http://www.energiaadebate.com/Articulos/Mayo2008/GerardoBazanMayo2008.htm 2. Risk and Benefits of Nuclear Energy 2007 de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE). 3. http://www.nea.fr/html/general/press/in-perspective/addressing-climatechange.pdf. 4. www.cfe.gob.mx 5. http://www.planetaazul.com.mx/www/2007/06/11/preven-energia-nuclear/ 6. Prospectiva del sector eléctrico 2008-2017. SecretarÍa de Energía, México, 2008. Disponible en www.sener.gob.mx. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 7 �Uso de bagazo de la industria mezcalera como materia prima para generar energía Leonardo Chávez Guerrero CIIDIT, FIME-UANL leonardo.chavezgr@uanl.edu.mx RESUMEN En la industria mezcalera, la planta xerófita, agave, es usada para producir mezcal, lo que produce un residuo denominado bagazo, el cual puede ser aprovechado como combustible de manera directa o en forma de carbón. Los resultados de DSC muestran los valores de calor de combustión del bagazo pirolizado (19.36 MJ/kg), bagazo (9.55 MJ/kg) y la fibra cruda (8.4 MJ/kg), demostrando con esto el potencial como fuente de energía renovable. Con estos resultados preliminares se demuestra que es posible utilizar los desechos generados en la producción de bebidas alcohólicas derivadas de plantas como el agave, las cuales pueden crecer en regiones áridas. PALABRAS CLAVE Agave salmiana, bagazo, biomasa, xerófitas, energía renovable. ABSTRACT In the mezcal industry, the xerophyte plant, agave, is used to produce mezcal (an alcoholic beverage), which produces a byproduct called bagasse. DSC results revealed differences in the heat of combustion values, where pyrolyzed bagasse (19.36 MJ/kg) had a value higher than bagasse (9.55 MJ/kg) or the raw material (8.4 MJ/kg), which proves the potential of the bagasse as a renewable source of energy. With these preliminary results it is shown that it is possible to use the byproducts generated in the alcoholic beverage production made from agave plants, which can grow in arid lands. KEYWORDS Agave salmiana, bagasse, biomass, xerophytes, renewable energy. INTRODUCCIÓN La generación de fuentes renovables de energía es un tópico de gran importancia, ya que se pretende substituir parcialmente el uso de combustibles fósiles para disminuir las emisiones de compuestos como el COx, NOx y SOx en la atmósfera,1 los cuales son responsables del efecto invernadero y de la lluvia ácida. Otra razón para proponer fuentes alternas de energía es debido a que la cantidad de combustible fósil es limitada, por lo tanto es necesario desarrollar nuevas tecnologías energéticas mientras el uso de los combustibles fósiles es aún económicamente viable. 8 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Uso de bagazo de la industria mezcalera como materia prima para generar energía / Leonardo Chávez Guerrero Los cultivos energéticos como el maíz, caña, papa y frijol de soya, se han utilizando para producir biocombustibles, los cuales aportan una fracción considerable de la energía obtenida a partir de fuentes renovables.2 Las tierras fértiles son normalmente usadas para producir estos cultivos, pero esto es un problema debido a que la producción de granos para consumo humano se puede reducir peligrosamente, generando hambruna o agudizándola. Además, esta práctica puede incrementar el uso de pesticidas y causar deforestación ante la inminente necesidad de más zonas de cultivo, sin tomar en cuenta que estos cultivos consumen más energía de la que producen.3-4 Existe una importante cantidad de zonas áridas y semiáridas alrededor del mundo, además, cada año esta cantidad se incrementa debido a la desertificación y a los campos abandonados por los granjeros que solían ser dedicados a la agricultura.5 Es bien sabido que estas zonas áridas son capaces de producir ciertos cultivos utilizados para obtener combustible, fibras, Fig. 1. Mapa de Nuevo León simplificado que indica los climas predominantes, en donde se puede ver que existen grandes regiones (68%) con clima seco propicio para el cultivo de agave.7 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 comida y compuestos químicos,6 además de que las plantas que crecen en este ambiente pueden ser usadas como biomasa. El clima seco y semiseco está presente en un 68% del territorio del estado de Nuevo León, como se puede observar en la figura 1,7 la cual muestra, de manera simplificada, el potencial existente para el desarrollo de cultivos de agaves para producir bebidas alcohólicas con una consecuente producción de biomasa (bagaso), incrementando así las opciones del uso de energía sin poner en riesgo la producción de alimento para consumo humano. Los agaves forman parte del grupo de las xerófilas, que son plantas que crecen en suelos con poca humedad. Existen cerca de 300 especies de agave, las cuales todas son nativas del continente americano, donde la mayoría pueden ser encontradas en México.8 El agave ha sido usado por el hombre desde hace 10,000 años para producir comida, bebidas y fibras.9 México cuenta con la tradición de usar el agave para producir bebidas alcohólicas destiladas,8 esto data desde el siglo XVII y recientemente ha aumentado la popularidad de estas bebidas a nivel mundial. Estas bebidas son presentadas con diferentes nombres, dependiendo de la región de producción; las más populares son el tequila y el mezcal. El mezcal es producido usando Agave salmiana, Agave angustifolia y Agave potatorum.8,10 El proceso de producción de mezcal consiste en 5 pasos principales: cocido, molienda, fermentación, destilado y añejado.10 La producción promedio de estas bebidas (base agave) iba en aumento hasta el 2007, con una generación de 9,400 L/mes,11 después de lo cual ha venido disminuyendo en años recientes. El proceso de obtención de estas bebidas alcohólicas genera un subproducto denominado bagazo, del cual se producen de 15 a 20 kg en base húmeda por cada litro de mezcal.8,12 Si se generan 9,400 L/mes de mezcal y se producen 15 Kg de bagazo por litro se tendrán 141 toneladas de residuos al mes. Este subproducto puede ser utilizado como combustible dentro de la industria mezcalera y en los alrededores, pues la mayoría de las veces estas plantas productoras de mezcal se encuentran en lugares apartados donde no existe otra actividad que genere ingresos considerables para el sustento de las comunidades. 9 �Uso de bagazo de la industria mezcalera como materia prima para generar energía / Leonardo Chávez Guerrero Una ventaja de utilizar la combustión del bagazo como fuente renovable de energía, es que debido a la naturaleza del proceso el bagazo está en contacto permanente con los productos de la fermentación, lo que significa que quedará impregnado con alcoholes que pueden incrementar la eficiencia de este al ser usado como combustible. El presente trabajo tiene la finalidad de medir el calor de combustión del bagazo desechado por la industria mezcalera y mostrar las múltiples ventajas al usarlo como combustible sólido, estas ventajas son: 1) no proviene de productos destinados a la alimentación del ser humano (maíz, frijol de soya), 2) es un residuo agroindustrial 3) no es necesario contar con sistema de riego o fertilizar el agave para su crecimiento y lo más importante 4) el agave (materia prima) puede crecer en regiones áridas bajo condiciones extremas, que producirían estrés hídrico a otros cultivos. EXPERIMENTACIÓN El bagazo analizado se obtuvo de la planta mezcalera Ipiña, S.A. de C.V. localizada en el municipio de Ahualulco, S.L.P. (Ubicación: 22° 26´ LN, 101° 19´30´´ LW; Altitud: 2120 msnm). Las muestras están conformadas por fibra de agave (FA) proveniente de la penca producto del desvirado figura 2(a), residuos de la cocción de la piña denominados bagazo (FB) figura 2(b) y bagazo pirolizado (BP) como se muestra en la figura 2(c). La fibra (FA) se obtuvo de un producto comercial de la zona (cepillo de fibra), como lo muestra la Fig. 2. Fibra de agave proveniente de la penca FA (a), residuo resultante de la producción de mezcal en forma de bagazo FB (b) y bagazo pirolizado BP (c). 10 figura 2(a). Como se puede observar en la figura 2(b) el bagazo proveniente de la “piña” del agave (FB) no sólo está conformado por fibra sino que es una mezcla heterogénea (fibra-matriz). Para producir el combustible en forma de carbón (BP) se colocaron 5 g de bagazo de agave (FB) en el interior de un tubo de cuarzo, después se colocó el tubo de cuarzo dentro de un horno tubular marca Barnstead modelo 2100 y se incrementó la temperatura hasta 400 °C y se mantuvo durante 30 minutos bajo estas condiciones. Todo el sistema se aisló del medio ambiente al hacer pasar un flujo de argón a través del tubo de cuarzo con una velocidad de 0.5 L/min, esto con el fin de evitar la combustión del material. Los estudios de termogravimetría (TGA) se llevaron a cabo usando el bagazo (FB) con el fin de registrar el comportamiento térmico del desecho que se produce en mayor cantidad en la industria del mezcal. Se colocaron 4 mg de la muestra en un TGA Thermo Cahn modelo Versatherm en un rango de temperaturas de 25-1,000 °C a una velocidad de calentamiento de 10 °C/min en flujo de N2. Para los análisis de calorímetro diferencial de barrido (DSC) se usó un equipo DSC 60 Shimadzu, con atmósfera de nitrógeno a 100 mL/min usando contenedores de aluminio, en un rango de temperaturas de 25-500 °C durante 5,200 s. Se empleó la ecuación 1 para determinar la cantidad de energía generada (Q) en la combustión del bagazo y el calor de combustión (Qc) que se obtiene con la ecuación 2. Q = mcDT Qc = Q/m (1) (2) En donde m es la masa de combustible analizado, c es el calor específico del material y DT es la elevación de la temperatura durante el proceso. Experimentalmente el valor de Q se obtiene al determinar el área bajo la curva (Flujo de calor vs. tiempo) generada en el DSC. Con los valores de masa y el aumento el rango en el aumento de la temperatura (DT), se puede calcular el valor de c. Para el análisis físico del material, las muestras se recubrieron con oro aplicando 40 A por 40 segundos en atmósfera de Argón usando un equipo Cressington Sputter Coater 108 auto. Se usó el Microscopio Electrónico de Barrido (MEB) empleando un equipo FEI XL30 SFEG, se obtuvieron imágenes con voltajes en el rango de 3-7 kV, en el modo de electrones secundarios. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Uso de bagazo de la industria mezcalera como materia prima para generar energía / Leonardo Chávez Guerrero RESULTADOS Y DISCUSIÓN Análisis termogravimétrico (TGA) del bagazo En el perfil 1 (azul) de la figura 3(a) podemos observar el historial térmico de la muestra FB que indica la pérdida de masa (mg) con respecto a la temperatura (°C). Se logra apreciar que la máxima pérdida de masa se encuentra en el rango de los 250-400°C y el porcentaje final remanente es de un 10 % el cual puede ser atribuido a las cenizas (CaCO3) o al material inorgánico. El perfil 2 (rojo) representa la primera derivada de la pérdida de masa con respecto al tiempo “dmasa/dt” (mg/min) de la curva 1, e indica los picos de máxima pérdida de masa, con lo que se puede identificar el desprendimiento de CO y CO2, siendo 303 y 397 °C las temperaturas respectivas. La figura 3(b) corresponde a una ampliación de la curva 2 en el rango de 29 a 200 °C donde se pueden observar diferentes picos o crestas que indican en este caso el punto de evaporación de un componente específico del mezcal. En la tabla I se muestran los diferentes compuestos mayoritarios reportados normalmente en el mezcal,13 además muestra los puntos de evaporación (BP) de algunos de estos componentes14,15 y su relación con las crestas mostradas en la gráfica de TGA (figura 3(b)) con lo que se presume que el bagazo aún sigue impregnado de estos compuestos volátiles. Por ejemplo, se sabe que la temperatura de evaporación del etanol es 78.5 ºC el cual podemos relacionar con el pico situado a 80 °C en el análisis de TGA (figura 3(b)) confirmando que al quemarse el bagazo, este aún tendrá residuos de alcoholes y ésteres lo cual significa que tendrá un mejor rendimiento al ser usado como combustible (biomasa). De la grafica mostrada en la figura 3 se puede deducir que ≈ 50% de la masa del bagazo se pierde en forma de CO y CO2, los cuales son gases que intensifican el efecto invernadero y son en parte responsables del calentamiento global. Un aspecto remarcable sobre el proceso de generación de energía usando desechos de agave, es que el desprendimiento de CO y CO2 durante la combustión del agave no incrementa la cantidad total neta de estos compuestos en el ambiente, esto debido al ciclo del carbono en el cual las plantas absorben CO2 de la atmósfera para integrarlo en sus tejidos. Los combustibles fósiles incrementan el CO2 en el ambiente, lo que desencadena efectos negativos importantes en el cambio climático, además de que contienen NOx, SOx y compuestos de plomo, responsables de la lluvia ácida. Tabla I. Se muestran los diferentes compuestos encontrados en el mezcal indicando la temperatura (°C) de evaporación (BP) y su posible relación con un pico correspondiente al análisis de TGA, figura 3 (b). Nombre Metanol Etil acetato Etanol npropanol 2butanol 2-metilpropanol Ácido acético 2-metil-1butanol Alcoholes superiores BP 64.6 77 78.5 97.2 99.5 108 117.9 128 137-157 TGA 60 68 80 99 99 112 125 136 149 a) b) Fig. 3. Gráficas que muestran (a) el comportamiento térmico del bagazo de agave, y (b) las temperaturas de evaporación de las substancias volátiles en el rango de 29 a 200 °C. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 11 �Uso de bagazo de la industria mezcalera como materia prima para generar energía / Leonardo Chávez Guerrero CALORÍMETRO DIFERENCIAL DE BARRIDO (DSC) En la figura 4 se muestran tres perfiles que corresponden a la materia prima analizada mediante DSC, donde se grafica el tiempo en segundos (s) y el flujo de calor en miliWatts (mW). Mediante estas curvas se puede determinar el calor de combustión Qc del combustible al quemarse, esto se realiza mediante el software del equipo, el cual arroja los valores del área bajo la curva en un rango de temperaturas para la masa proporcionada. Es necesario hacer notar que los experimentos de DSC se llevaron a cabo en atmósfera de nitrógeno con el fin de determinar el Qc intrínseco o el mínimo que puede presentar el material, ya que si se calienta o se quema en presencia de una mayor cantidad de oxígeno el Qc será mayor en función de la cantidad de O2 con la que se combine el combustible hasta llegar a un máximo conocido como el “oxígeno estequiométrico”, es decir el necesario para su combustión completa. Podemos observar que en el caso de la fibra (FA) y el bagazo (FB) aparecen 3 picos que indican la liberación de energía debido a procesos exotérmicos que se llevan a cabo al quemarse el material. Mientras que en el caso del bagazo pirolizado (BP) sólo aparece un pico más grande y exotérmico, lo cual indica la liberación de una mayor cantidad de calor que se traduce en un calor de combustión más uniforme y controlado. La tabla II contiene todos los valores obtenidos mediante el DSC, con el fin de calcular el valor de calor de combustión Qc. Con el área bajo la curva que se obtuvo de cada material mostrado en la figura 4, se obtiene Q utilizando el software del equipo. El factor de conversión es de 0.001 Joules por cada mW•s, con lo que se puede ver en la tabla II que Fig. 4. Gráfica que muestra los perfiles de flujo de calor [mW] vs. tiempo [s], obtenidos mediante DSC de los 3 materiales analizadas en el presente estudio. 18.47 mW•s (área de la curva de FA) equivalen a 18.47 Joules y esta cantidad se divide entre la masa empleada que fue 2.2 x 10-3 g, para obtener un calor de combustión de 8.39 KJ/g o también 8.39 MJ/Kg. Con los valores contenidos en la tabla II, es posible efectuar comparaciones con otros combustibles de origen orgánico, lo cual ayudará a generar un balance energético de los materiales estudiados. En la tabla III se muestran los valores Qc de diversos materiales, donde se observa que el valor más alto de los experimentos fue el que corresponde al bagazo pirolizado 19.36 MJ/kg, dicho valor es mayor que el reportado para la madera 18.7 MJ/kg y el bagazo de caña 7.05 MJ/kg.16 Como consecuencia se podría sustituir de manera parcial a la madera por el bagazo pirolizado en los procesos de calefacción dentro de la mezcalera, e incluso para su venta a nivel local o en la producción de electricidad. Como se mencionó anteriormente, es posible que el bagazo se encuentre impregnado con algunos Tabla II. Valores empleados para calcular el calor de combustión Qc de las muestras. M x10-3 (g) DT (k) Área x103 (mW•s) Q (J) c (J/g•K) Qc (KJ/g) Fibra 2.20 552.65 18.47 18.47 15.19 8.39 Bagazo 2.60 571.67 24.84 24.84 16.71 9.55 Carbón 1.80 661.68 34.85 34.85 29.26 19.36 Tabla III. Valores calor de combustión (Qc) de diferentes materiales (MJ/kg). Bagazo Pirolizado (BP) Bagazo (FB) Fibra (FA) Bagazo de caña16 Etanol16 Leña16 Carbón Térmico16 19.36 9.55 8.39 7.05 26.81 14.48 18.98 12 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Uso de bagazo de la industria mezcalera como materia prima para generar energía / Leonardo Chávez Guerrero alcoholes, con lo que se podría incrementar el calor de combustión de este. Por ejemplo, el etanol tiene un Qc de 26.81 MJ/kg, así que al estar presente aún en pequeñas cantidades, el calor de combustión se vería incrementado. Con esto se puede mostrar la ventaja de usar el proceso de generación de mezcal, en donde se introduce el agave cocido en la tina de fermentación, lo cual no se utiliza en el proceso de producción de tequila. En cuanto al valor del Qc, existe una diferencia de ≈ 1 MJ/kg entre la FA y FB con lo que se deduce que el bagazo (FB) es mejor que la fibra, probablemente por los residuos de alcohol en el bagazo, así también se puede ver que el Qc del bagazo pirolizado (BP) aumenta al doble con el proceso de pirólisis. Si se producen 141,000 kg de bagazo con un calor de combustión de 9.55 MJ/kg, al quemarse se estarían generando 1,346,550 MJ al mes, que si se aprovechan en las plantas mezcaleras, ayudaría a reducir el consumo de combustibles fósiles. Si se quisiera generar esta cantidad de energía con el uso de leña (Qc=14.48 MJ/kg) o etanol (Qc=26.81 MJ/kg) serían necesarias ≈ 93 Ton y 50 Ton respectivamente. Mediante estos resultados se comprueba que es posible emplear el bagazo pirolizado como una fuente de energía y de esta manera obtener beneficios ambientales importantes. Una ventaja de usar el método de pirólisis en el bagazo es la obtención de compuestos secundarios en forma gaseosa y líquida que pueden ser utilizados como combustible. Un punto importante a considerar es que sin tener el balance energético de FB, FA o BP (al ser usados como combustible), el quemar el bagazo en las mezcaleras para reducir su volumen es un hecho común, por lo tanto la cantidad de energía que se pueda aprovechar en el proceso de eliminación (reducción) del bagazo, siempre será positivo. Fig. 5. Imágenes de MEB que muestran (a) una fibra de agave FA, (b) su superficie, y (c-d) la morfología superficial de la fibra a altas magnificaciones.17 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 13 �Uso de bagazo de la industria mezcalera como materia prima para generar energía / Leonardo Chávez Guerrero MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO (MEB) En la figura 5(a) se muestra una imagen obtenida mediante MEB donde se puede medir y observar la forma de una fibra de agave (FA). Las fibras tienen espesores y longitudes variables debido a la heterogeneidad de la muestra. En la figura 5(b-d) se muestra la fibra a una mayor magnificación donde se puede observar la morfología superficial de la fibra. La superficie es relativamente plana debido a que consiste en fibra natural extraída de la “penca” por lo que se observa bastante homogénea a esta magnificación. En la figura 6(a) se muestra una fibra que corresponde al bagazo (FB) y se logra apreciar un cambio morfológico de la superficie mostrando huecos debido a la molienda, cocción y extracción de los azúcares en el proceso de fermentación. En la figura 6(b) se muestra el deterioro y algunos huecos de la fibra a una escala menor, donde se puede apreciar que la superficie ya no es homogénea como en el caso de la FA y en la figura 6(c-d) se aprecia la estructura interna del agave, la cual se revela debido al daño que sufre la FA durante el proceso de producción. En la figura 7 se muestran imágenes del bagazo pirolizado donde se observan los daños causados por el tratamiento térmico (400 °C) ya que se eliminan los compuestos volátiles así como el H2O, CO y CO2. En estas imágenes también se puede observar la estructura interna del agave, la cual está compuesta de fibras rectangulares, ordenadas a manera de espiral, con estas imágenes es posible plantear un modelo de crecimiento de la planta a diferentes escalas, con el fin de generar mayor conocimiento y por lo tanto ampliar sus posibles aplicaciones con el uso de la biomimética. En la figura 7(d) se observan partículas menores a 1 μm depositadas sobre las fibras, que posiblemente correspondan a precipitados de calcio y/o potasio que se formaron durante la pirólisis. Es importante notar que las dimensiones de estas caen en el dominio de estudio de la nanotecnología, por lo que estas partículas pueden ser aprovechadas. La caracterización exhaustiva mediante MEB se realiza con el fin de conocer a fondo la materia prima utilizada para generar energía, esto debido a que existe muy poca literatura sobre el bagazo de la industria mezcalera y las transformaciones que sufre en el proceso de producción. Fig. 6. Imágenes de MEB que muestran (a-b) las fibras de bagazo y (c-d) la morfología superficial de fibra en el bagazo.17 14 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Uso de bagazo de la industria mezcalera como materia prima para generar energía / Leonardo Chávez Guerrero Fig. 7. Imágenes de MEB que muestran el bagazo pirolizado BP a diferentes magnificaciones, con las cuales se puede tener una idea de la estructura interna de las fibras de agave.17 CONCLUSIONES Los resultados obtenidos en la presente investigación, generan información que sustenta la viabilidad de utilizar bagazo de agave, ya sea en forma directa o pirolizado (carbón), como un combustible sólido. Los valores del calor de combustión (Qc) encontrados fueron: 19.36 MJ/kg, 9.55 KJ/g, 8.39 KJ/g para el bagazo pirolizado, bagazo y la fibra respectivamente. Se encontró que el Qc del bagazo se encuentra en concordancia con el de otros subproductos (caña) y que esta propiedad de los desechos puede ser incrementada utilizando la pirólisis, produciendo combustible sólido en forma de carbón y con posibilidad de obtener combustibles líquidos y gaseosos. Con los resultados presentados se logró comprobar que en base a datos del calor de combustión y la cantidad de desecho generado (≈ 140 Ton/mes), es factible emplear bagazo de la industria productora de Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 bebidas alcohólicas (cualquiera que sea su nombre) para generar energía. El bagazo permanece impregnado con alcoholes al final del proceso, por lo que se beneficia la eficiencia energética de este al ser usado como combustible sólido. Finalmente se muestra de una manera general, el potencial de las plantas xerófitas de ser cultivadas en regiones áridas para suplir de manera parcial las necesidades energéticas de un estado industrializado y con grandes regiones áridas como Nuevo León, todo esto de una manera sustentable, empleando energía renovable y disminuyendo así la dependencia de los combustibles fósiles. Es claro que las aportaciones energéticas del bagazo son limitadas, pero se debe considerar para un futuro en el que otros combustibles no sean económicamente viables. Por lo tanto la conjunción de varias fuentes de energía renovable con pequeñas aportaciones, tendrán cada vez mayor importancia al crear una independencia del petróleo. 15 �Uso de bagazo de la industria mezcalera como materia prima para generar energía / Leonardo Chávez Guerrero AGRADECIMIENTOS Este trabajo se llevó a cabo principalmente en las instalaciones de la FIME y el CIIDIT de la UANL. El autor agradece el apoyo recibido del CONACYT a través de la beca de retención (#92991) otorgada en el 2008-2009, al IPICyT (SLP) por las atenciones hacia el autor en el uso de equipo de caracterización, y a A R. Rosas y P. Guerrero por las observaciones realizadas al presente trabajo. REFERENCIAS 1. Arthur J. Ragauskas, Charlotte K. Williams, Brian H. Davison, George Britovsek, John Cairney, Charles A. Eckert, William J. Frederick, Jr., Jason P. Hallett, David J. Leak, Charles L. Liotta, Jonathan R. Mielenz, Richard Murphy, Richard Templer, and Timothy Tschaplinski (2006). The path forward for Biofuels and Biomaterials. Science 311, 484-489. 2. José Goldemberg (2007). Ethanol for a sustainable Energy Future. Science 315, 808-810. 3. Jens R. Rostrup-Nielsen (2005). CHEMISTRY: Marking Fuels from Biomass. Science 308, 14211422. 4. N. Jordan, G. Boody, W. Broussard, J. D. Glover, D. Keeney, B. H. McCown, G. McIsaac, M. Muller, H. Murray, J. Neal, C. Pansing, R. E. Turner, K. Warner, and D. Wyse (2007). Sustainable Development of the Agricultural BioEconomy. Science 316, 1570-1571. 5. James F. Reynolds, D. Mark Stafford Smith, Eric F. Lambin, B. L. Turner, II, Michael Mortimore, Simon P. J. Batterbury, Thomas E. Downing, Hadi Dowlatabadi, Roberto J. Fernández, Jeffrey E. Herrick, Elisabeth Huber-Sannwald, Hong Jiang, Rik Leemans, Tim Lynam, Fernando T. Maestre, Miguel Ayarza, and Brian Walker Global (2007). Global Desertification: Building a Science for Dryland Development. Science 316, 847-851. 6. C. Wiley Hinman. New Crops for Arid Lands (1984). Science 225, 1445-1448. 7. INEGI. Clima de Nuevo León. http://cuentame. inegi.gob.mx/monografias/informacion/nl/ territorio/clima.aspx?tema=me&e=19 8. Colunga-García P., Larqué A., Eguiarte L., Zizumbo-Villarreal D. En lo ancestral hay futuro: 16 del tequila, los mezcales y otros agaves. pp 304. CONABIO, México, 2007. ISBN: 978-968-653218-0. 9. Jenna T. Kuttruff, S. Gail DeHart, and Michael J. O’Brien. 7500 Years of Orehisotic Footwear from Arnold research Cave, Missouri. Science 281 (1998), 72-75. 10. Antonio de León-Rodríguez, Pilar EscakanteMinakata, Ana P. Barba de la Rosa, Hans P. Blaschek. Optimization of Fermentation Conditions for the Production of the Mezcal from Agave salmiana Using Response Surface Methodology. Chemical Engineering Processing 47 (2008), 76-82. 11. Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI). Bebidas destiladas de Agave/Tequila/ volumen, México (último acceso 23 de marzo de 2010). http://dgcnesyp.inegi.org.mx/cgi-win/ bdieintsi.exe/NIVC10064005500330009001000 3000090#ARBOL 12. Armando Baena González (IPICyT 2005). Aprovechamiento del Bagazo de Maguey Verde (Agave salmiana) de la Agroindustria del Mezcal en San Luis Potosí para la Producción de Hongo Ostra (Pleurotus ostreatus). Tesis de Maestría en Ciencias Ambientales. 13. Antonio de León Rodríguez, Lidia GonzálezHernández, Ana P. Barba de la Rosa, Pilar Escalante-Minakata, and Mercedes G. López (2006). Characterization of Volatile Compounds of mezcal, an Ethnic Alcoholic Beverage Obtained from Agave salmiana. J. Agric. Food Chem. 54, 1337-1341. 14. . The Merck Index (1989). 11 Edition Merck and Co. Rahway, N.J., U.S.A 15. Robert H. Perry, Don W. Green (1999). Perry´s Chemical Engineers Handbook, 7th Edition. Mc. Graw Hill, USA. 16. Balance Nacional de Energía 2005. Secretaría de Energía, México 2005 (pp 84).http://www. energia.gob.mx/webSener/res/PE_y_DT/pub/ balance2005.pdf 17. Chávez Guerrero Leonardo (junio de 2008). Producción y Caracterización de Nuevos Materiales: Carbón Activado y Materiales Mesoporosos. Tesis de doctorado (nanociencias y nanotecnología) en el IPICyT (S.L.P.). Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Evaluación integral de prótesis ortopédicas transfemorales Andy L. Olivares MiyaresA, Roberto Sagaró ZamoraB, Calixto Rodríguez MartínezB, Miguel A. Reyes MojenaB, Carlos Díaz NovoC Departamento de Ciencias de los Materiales. Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona, España. B Grupo Tribológico, Departamento de Mecánica y Diseño, Facultad de Ingeniería Mecánica. Universidad de Oriente, Santiago de Cuba, Cuba. C Centro Nacional de Biofísica Médica, Universidad de Oriente, Cuba. andy.luis.olivares@upc.edu A RESUMEN Se propone un método para la evaluación del diseño de prótesis transfemorales mediante la integración de los resultados del análisis cinemático de la marcha del amputado mediante técnicas videográficas y su incidencia en la optimización y funcionabilidad del artificio protésico, con la aplicación del Análisis Dinámico Inverso (ADI) y el método de elementos finitos para el cálculo de las tensiones en las articulaciones, además se aplica el método de Cero Desgaste (ZERO WEAR) a la estimación de la durabilidad del par tribológico buje–pasador de la rodilla protésica. PALABRAS CLAVE Biomecánica, prótesis transfemoral, desgaste. ABSTRACT A method for the design analysis of transfemoral lower limb prostheses is proposed through an integrating system by cinematic gait analysis using videographics techniques and its incidence in the optimal and functionability design of above knee prostheses in a conjunction with ADI and finite element stress analysis in articulating joints. In addition the method ZERO WEAR was applied the in order to establish the durability of tribological pair of the prosthetic knee. KEYWORDS Biomechanical, transfemoral prosthesis, wear. INTRODUCCIÓN La biomecánica es un conjunto de conocimientos interdisciplinares que con el apoyo de otras ciencias biomédicas aplica los conocimientos de la mecánica y distintas tecnologías al estudio del comportamiento de los sistemas biológicos y en particular del cuerpo humano. En esta investigación se aplican conocimientos de biomecánica para la predicción, evaluación y análisis de fallos que ocurren en las prótesis ortopédicas (figura 1a) que actualmente se utilizan en Cuba por más de 30 mil amputados. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 17 �Evaluación integral de prótesis ortopédicas transfemorales / Andy L. Olivares Miyares, et al. El problema de estas prótesis de manera general son la baja durabilidad de sus articulaciones (rodilla figura 1b) lo que provoca la sustitución o reparación de las mismas en un tiempo relativamente corto de explotación. En este trabajo se toman datos de los análisis cinemáticos mediante técnicas de videografía para la marcha normal y protésica, se analiza de forma analítica las fuerzas que surgen en las articulaciones de las prótesis, se obtiene la distribución de tensiones mediante análisis de elementos finitos (EF) (figura 1c) y se realizan estimaciones de la durabilidad del par buje- pasador (figura 1d) mediante el método del cero desgaste. Se validan dichos resultados mediante los ensayos de desgaste en el tribómetro de desgaste reciprocante. Fig. 2. Análisis de marcha (a) Puntos reflectantes en amputado, (b) Posición y triangulación de las videocámaras digitales. los datos cinemáticos de estos puntos en el tiempo (captados mediante videocámaras) procesados con el paquete profesional HU-MAN. Fig. 1. a) Prótesis externa del tipo transfemoral (AK) utilizada en Cuba; b) rodilla MO-01 c) modelo 3D; d) Par buje-pasador. MÉTODOS Análisis de la marcha El análisis de la marcha es de gran importancia para valorar posibles limitaciones de diseño de las articulaciones del artificio protésico y del trabajo terapéutico previo, los cuales pueden tener incidencias incluso en el desarrollo de patologías en el amputado. Los estudios del análisis de la marcha fueron realizados en el Laboratorio de Movimiento de Biomecánica del Centro de Biofísica Médica (CBM) de la Universidad de Oriente, con la utilización del equipo de captura de movimiento mediante videografía fueron sometidos a este estudio quince pacientes con amputación transfemoral en una de sus piernas. La instalación reporta la posición de los puntos reflectantes colocados en el paciente (figura 2), graficando así 18 Aplicación del análisis dinámico inverso y el método de EF en el análisis de tensiones La propuesta integradora requiere que se conozcan las fuerzas de reacción a que están sometidas las articulaciones de la prótesis transfemoral durante la marcha normal, para calcular estas magnitudes se plantean las ecuaciones de la dinámica disponiendo de los resultados cinemáticos y de un conjunto de datos antropométricos (másicos e inerciales). El modelo biomecánico comúnmente empleado consiste en un mecanismo de barras sólidas rígidas unidas mediante articulaciones simples que permiten la rotación entre ellos.1 El análisis por EF se realiza con el objetivo de evaluar el estado tensional de las articulaciones de la prótesis teniendo en cuenta las desviaciones angulares, así como los valores de las reacciones externas que fueron calculados mediante las ecuaciones de equilibrio dinámico. Se empleó el paquete profesional COSMOSWORK2006, realizándose el análisis para condiciones estables y lineales considerando 346,070 elementos tetraédricos de segundo orden adaptables a la complejidad de la geometría de la prótesis. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Evaluación integral de prótesis ortopédicas transfemorales / Andy L. Olivares Miyares, et al. Método de cero desgaste Este método se aplica con el objetivo de controlar el desgaste, confinándolo al nivel de las asperezas superficiales y evitando así el desgaste adhesivo severo y que exista una alta transferencia de material, que en el caso del par buje-pasador de la rodilla protésica limita su durabilidad funcional. El modelo establece que el desgaste puede ser controlado en una magnitud menor a la altura de las asperezas, limitando el esfuerzo cortante máximo (τMAX.) que ocurre en las cercanías de la superficie para una fracción (γ) del límite de fluencia a cortante (τY) en un número determinado de pases N.2 (1) τ MAX . ≤ γ . τ Y ; Para un número de pases mayores a 2,000 el valor de la fracción (γ) se calcula según: 1 9 (2) γ = 2000 .γ ; N ( ) N Bayer2 establece que: γ = 0.54 ⇒ baja susceptibilidad a la transferencia de material. γ = 0.20 ⇒ alta susceptibilidad a la transferencia de material. El esfuerzo cortante en el caso de dos rodillos en contacto paralelo interior, como es el caso de la unión buje-pasador de la articulación de la rodilla, se puede calcular según la ecuación (3) donde K, q0 y f, son respectivamente la concentración de tensiones, la presión máxima de contacto y el coeficiente de fricción. El límite de fluencia a cortante fue estimado según τ Y = (1.4÷1.5) H M (MPa). τ MAX .= K .q 0. 0.5 2 + f 2 (3) Ensayo de desgaste oscilante Para los ensayos de desgaste se utilizó la máquina de desgaste oscilante del laboratorio de Tribología de la Universidad de Oriente (figura 3). Se ensayaron 15 muestras de pares buje–pasador para condiciones de fricción seca y lubricada. Los valores promedio de rugosidad superficial Rmax1= 10 μm y Rmax2= 6.15 μm. Se empleó como lubricante la grasa base litio LISAN 3 (tabla I). Durante los ensayos la unión buje - pasador fue sometida a una carga normal Fn= 1020 N, que corresponde con la máxima reacción vertical que actúa sobre la rodilla como resultado de los análisis dinámicos efectuados para un paciente de Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 Fig. 3. Máquina de ensayo de desgaste oscilante. Tabla I. Propiedades físico-químicas de la grasa LISAN 3. Parámetros Características Tipo de jabón Ámbar Penetración trabajada 220/250 % alcalinidad 0.1 máx. % agua Ausencia Viscosidad a 40 Cst 219.0 Viscosidad a 100 Cst 16 82 Kg. Esta carga normal se obtiene en la máquina colocando un peso de 125 N. La velocidad angular (rpm) se determinó teniendo en cuenta que un paciente normal debe dar aproximadamente 93 pasos por minuto y que para dar un paso completo la rodilla protésica ejecuta dos oscilaciones. De igual forma se consideró que un paciente camina diariamente 2.1 Km con pasos de 0.43 m. De acuerdo a la configuración de la colisa de la máquina de ensayo esta condición se garantiza con 93 rpm. La duración de los ensayos fue de 20 sesiones de prueba de 4 horas cada una, cuyo número de ciclos totales equivale 3 meses de explotación. El desgaste se determinó por el método 19 �Evaluación integral de prótesis ortopédicas transfemorales / Andy L. Olivares Miyares, et al. de diferencia en peso en una balanza de precisión 0.0001grs (desgaste gravimétrico, Wg), aunque para los propósitos de la experimentación se determinó el desgaste volumétrico (Wv) y el desgaste lineal, Wh (Ecuación 4). Este último se utilizó para comparar los resultados de los ensayos de desgaste con los resultados del método del cero desgaste, siendo necesario conocer Wh y relacionarlo con la altura máxima de las asperezas superficiales. Wh=Wv , (μm) An (4) Donde: An- área nominal de contacto. RESULTADOS Análisis de la marcha La figura 4 muestra las variaciones de las posiciones angulares de las distintas articulaciones (C-cadera, R-rodilla y T-tobillo) para personas sanas (figura 4a) y amputados transfemorales (figura 4b) en el plano sagital. Los resultados para la marcha en personas sanas muestran correspondencia con los reportados por la literatura3,4,5 lo que representa una validación de la confiabilidad de la instalación. Existen sin embargo grandes variaciones en la marcha del amputado que influyen en la normalidad de los movimientos y en el bienestar del paciente. Los pacientes con diseños protésicos que incluían tobillos articulados, mostraron de igual manera grandes variaciones respecto a la marcha normal. Esto puede estar relacionado con la movilidad del diseño o con un fenómeno conocido como desviaciones o asimetría de la marcha.3,6,7,8 Las posiciones angulares de la cadera en el amputado para la fase de apoyo (60% ciclo de marcha) se mantienen relativamente sin gran variación y en el punto de despegue del pie existe variación significativa. Al compararlo con la pierna sana, se muestra como este ángulo debe ir variando gradualmente lo que disminuiría las causas de posibles lesiones en esta articulación. Este fenómeno fue observado en la marcha del amputado con una elevación de la cadera a la hora de realizar el despegue del pie, provocando cojera en la marcha. En la rodilla se muestra claramente que falta en la marcha de la pierna amputada la variación angular que debe tener esta articulación en la fase de apoyo. Esto puede producirse por diferentes causas, una de ellas puede ser porque el amputado necesita compensar las dificultades de la cadera y el tobillo con el movimiento de la rodilla y es por eso que la pierna entra con un ángulo casi recto al piso, todo lo cual puede estar condicionado por lo que se explicó anteriormente relacionado con la elevación de la cadera y la falta de articulación del tobillo, todo lo cual puede tener implicaciones clínicas y conducir a la aparición de diferentes patologías.9,10 Aplicación del análisis dinámico inverso y el método de EF. Análisis de tensiones La tabla II muestra los principales parámetros antropométricos de los pacientes utilizados como muestra. Como parte del estudio se pesaron las prótesis de cada uno de los amputados y cuyos resultados en valores promedios fueron para los Fig. 4. Gráficos comparativos de la marcha obtenidos en el laboratorio de Videografía CBM. a) Paciente sano, b) Amputado. 20 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Evaluación integral de prótesis ortopédicas transfemorales / Andy L. Olivares Miyares, et al. Tabla II. Datos de los pacientes. Peso (P) de segmentos de la extremidad inferior calculadas según ecuaciones de regresión. [Amputado de pierna I- izquierda, Dderecha]. Muestras Edad Talla Peso P[pierna] P[muslo] P[pie] (años) (m) (kg) (kg) (kg) (kg) 7.70 Lp (m) I1 43 1.65 66 2.791 0.884 0.427 D2 58 1.68 70 2.972 7.2832 0.936 0.434 D3 49 1.75 70 3.057 9.2988 0.988 0.453 D4 48 1.6 68 2.803 10.75 D5 67 1.72 69 2.984 7.2692 0.958 0.445 I6 34 1.65 71 2.972 9.1208 0.922 0.427 I7 44 1.58 72 2.923 8.9607 0.879 0.409 D8 70 1.6 56 2.369 7.7358 0.770 0.414 D9 50 1.57 54 2.260 7.4021 0.733 0.406 D10 48 1.61 67 2.779 9.3588 0.862 0.416 0.863 0.414 I11 46 1.75 76 3.274 10.8673 1.034 0.453 D12 33 1.62 53 2.285 7.3243 0.762 0.419 D13 35 1.66 65 2.767 9.1347 0.883 0.429 I14 37 1.65 64 2.719 8.9747 0.868 0.427 D15 60 1.7 66 2.852 9.3358 0.920 0.440 Promedios 2.79 8.77 0.88 0.43 amputados transfemoral de 4.5 kg. Si se consideran los estudios de V. Zatsiorski y Seluyanov,11 que establecen por aproximación el peso de la prótesis sobre la base de considerar ecuaciones desarrolladas por los autores para muslo, pierna y pie considerando el peso y talla del paciente, los valores obtenidos son inferiores, lo que evidentemente introduce alteraciones en la marcha y el consumo energético del paciente.12-14 La longitud del paso es calculada en dependencia de la talla del individuo. Este cálculo depende de la velocidad al caminar (v= 1.35 m/s) y considerando que el tobillo presenta un ángulo aproximado de 90° con la canilla de la prótesis se puede calcular el ángulo de contacto del pie como (φ=arcsen(Lp /2b), donde b es la longitud de la canilla. La longitud del paso promedio (Lp) para cada uno de los pacientes fue obtenida con el software HU-MAN. Bajo estas condiciones el ángulo de entrada del pie para los diferentes pacientes debió oscilar entre 11º y 15º; sin embargo con el estudio videográfico (HU-MAN) se mostró un valor promedio de 6.6º. Este resultado permite concluir que existe una tendencia por los amputados a entrar el pie lo más recto posible Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 al suelo, lo que puede atribuirse a diversas causas como: tiempo de manejo de la prótesis, molestias en el muñón, peso de la prótesis, falta de suficiente articulación en el tobillo u otros rasgos característicos de la marcha de cada persona. Con estos resultados y aplicando relaciones empíricas propuestas por Winter,15 Wu16 y Forsell,17 se estimó la aceleración angular (α), aceleración lineal (ax), radio de giro (k) y la reacción del suelo Rs = (1 ÷ 1.13) x Peso. Las máximas fuerzas que actúan en las articulaciones cuando contacta el talón se calcularon mediante Análisis Dinámico Inverso. Estas fuerzas resultaron máximas en la componente vertical, así, T= 1,051 N (reacción en la articulación del tobillo) y R= 1,020 N (en la articulación de la rodilla), para un paciente con P= 82 Kg. Estas condiciones de contorno permiten la evaluación del estado tensional en la prótesis. En la figura 5 se muestra la distribución de tensiones para el tobillo fijo (figura 5a) y el articulado (figura 5b). Para la mejor caracterización del contacto que surge en la unión buje- pasador se calculó el área nominal (An=d*b=117.8mm 2), por las conocidas expresiones de Hertz para el cálculo de las deformaciones en las capas superficiales en superficies cilíndricas interiores. La carga normal aplicada en la unión fue R= 1,020 N, lo que equivale a una presión normal pn=8.65 MPa. Después de Fig. 5. Análisis EF del Tobillo. (a) Fijo (b) Articulado. 21 �Evaluación integral de prótesis ortopédicas transfemorales / Andy L. Olivares Miyares, et al. definido el ángulo de contacto [ρ= 0.256 rad ≈ 15°] y el área nominal de contacto se procede al análisis por EF como se muestran en la figura 6. Al colocar la carga de 1,020 N en el área descrita por el ángulo de contacto de 30º calculado por Hertz se obtienen los siguientes resultados de resistencia mecánica según la teoría de Von Mises (figura 6). En este análisis se obtiene según este criterio que el esfuerzo máximo que surge en la unión tiene un valor de 100 Mpa. Considerando tales resultados y los coeficientes de seguridad se puede concluir que desde el punto de Fig. 6. (a) Mallado de la unión buje- pasador. (b) Máximas tensiones de Von Mises en el par. vista de resistencia mecánica, en los elementos de la unión no se produce fallo alguno por este concepto, lo cual concuerda con el comportamiento real que tienen estas piezas de la rodilla protésica. Método de cero desgaste para la unión bujepasador La aplicación del método persigue obtener una valoración aproximada sobre el desgaste del buje en el par tribológico buje-pasador, que constituye la principal limitante de la durabilidad de la rodilla, producto del incremento del juego como consecuencia del desgaste. Los cálculos se realizaron considerando que el paciente camina 2 Km. al día, con una longitud del paso promedio (Lp)= 0.43m, lo que equivale a un total de 9,767 oscilaciones al día. Asumiendo un comportamiento estable, en un año se obtendrá un número total de pases de oscilación entre el buje y el pasador igual a N=3,576,279. Analizando el desgaste para la condición de fricción seca (f=0.47), con un valor de la fracción γ=0.20 para la combinación: pasador [Acero AISI 321 (HM =224 y τY = 280 MPa.)] y buje [Bronce SAE 65 (HM =166 y τY = 189 MPa)]. Haciendo cumplir la desigualdad de la ecuación (1) se obtiene que: 22 Para el buje: τMAX =18.7 Mpa ≤ ⎛ 2×10 3 ⎞ ⎝ 3576279 ⎠ 0,111 × 0.20×189= 16.46 MPa. No se cumple la desigualdad establecida para el buje y por lo tanto se producirá un desgaste adhesivo severo o sea transferencia de material. Para el pasador: τMAX =18.7 Mpa ≤ ⎛ 2×10 3 ⎞ ⎝ 3576279 ⎠ 0,111 ×0.20×280=24.39 MPa. Se cumple la desigualdad establecida por lo que el pasador prácticamente no tiene desgaste para este tiempo de explotación y el material seleccionado es adecuado. Se desea saber entonces qué tiempo es el que está el buje en desgaste cero, es decir, produciéndose a nivel de rugosidades superficiales. Entonces: Para buje (2 meses: N=586,020): τMAX = 18.7 Mpa ≤ ⎛ 2×10 3 ⎞ ⎝ 586020 ⎠ 0,111 × 0.20×189= 20.12MPa. Esto significa que al cabo de aproximadamente 2 meses de explotación se produce el desgaste a nivel de rugosidades, momento a partir del cual comenzará un período de desgaste adhesivo más severo. Aun cuando sería necesario determinar a partir de este instante la durabilidad definitiva del buje este comportamiento preliminarmente corrobora que con esta combinación de materiales (fricción seca) y condiciones de explotación la rodilla protésica empleada por un paciente de 82 kg de peso tenga un desgaste admisible al término de 3-5 meses, tal aseveración sin embargo, requiere de una comprobación experimental. Considerando el par lubricado: f = 0.14 y γ =0.20 τMAX =13.47MPα. Por lo que la desigualdad se cumple para la lubricación límite con grasa para un número de ciclos correspondientes a un año de explotación, que se corresponde con lo establecido con la garantía brindada por el fabricante. Así pues se puede establecer que con el empleo de la lubricación, el desgaste del buje se producirá a nivel de asperezas superficiales en el término de un año, a partir del cual comenzará el desgaste establecido de trabajo seguido de un desgaste adhesivo severo. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Evaluación integral de prótesis ortopédicas transfemorales / Andy L. Olivares Miyares, et al. Ensayo de desgaste oscilante Para la fricción seca (figura 7) el desgaste lineal del buje en la corrida No. 13 (t= 52 horas), Wh = 9.54 μm, lo que significa que al cabo de este tiempo el desgaste corresponde en magnitud a la altura máxima de las asperezas superficiales (Rmax =10 μm). De acuerdo a la modelación realizada para el ensayo acelerado, este tiempo corresponde a una explotación real de aproximadamente 2 meses. Tal resultado guarda correspondencia con el obtenido al aplicar el método teórico. Para el caso de la fricción lubricada (figura 7), utilizando el mismo procedimiento se obtiene que durante el tiempo total, el desgaste lineal (buje) Wh = 2.89 μm, lo cual justifica que con el empleo de la lubricación es posible limitar el desgaste a las asperezas superficiales y prolongar la vida útil del buje. La figura 7 también permite afirmar que el pasador experimenta un desgaste cuya magnitud para el número de ciclos correspondientes a un año se encuentra confinado a valores inferiores a la altura máxima de las irregularidades (Rmax = 6.15 μm). Fig. 7. Desgaste lineal de las piezas buje y pasador. CONCLUSIÓN En este trabajo de investigación se integran diferentes métodos de análisis para la evaluación de la funcionalidad y resistencia mecánica para prótesis transfemorales. Los análisis de movimiento practicados a los amputados, mostraron la directa relación entre los diseños mecánicos de las prótesis y calidad de la marcha e influyen negativamente en el bienestar de los pacientes, lo cual pude observarse en la insuficiente articulación del tobillo, su relación con el grado de hiperextensión de la rodilla y la anormal elevación de la cadera. Estos problemas de Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 diseños llevan al incremento del régimen de carga en las articulaciones, las cuales son transferidas a las piezas que conforman los pares de fricción. En este sentido, se demuestra la necesidad de integrar en la evaluación del diseño protésico de los pares articulados, además de la caracterización cinemática y los criterios tradicionales de resistencia mecánica, otros más específicos, como es el caso del método del Cero Desgaste, estableciendo de esta forma criterios de funcionabilidad en el diseño como la selección de los materiales del par tribológico y el régimen de lubricación, de gran influencia en la durabilidad de los elementos. Tal aseveración se confirmó con la comprobación experimental del desgaste del par- buje pasador. Todos estos argumentos justifican en nuestra opinión la necesidad del análisis integrado para el diseño de prótesis ortopédicas transfemorales. REFERENCIAS 1. M. Günther, V.A. Sholukha, D. Kessler, K. Schneider, V. Wank, R. Blickhan. Dealing with skin motion and wobbling masses in inverse dynamics. Journal of Mechanics in Medicine and Biology, Vol. 3, No. 3-4 (2003), 309-335. 2. Bayer, R.G.; Ku, T. Handbook of analytical design for wear. Plenum Press. New York, 1967. 3. Sutherland, Jeffrey L. Case Study Forum: Gait Comparison of Two Prosthetic Knee Units. Journal of Prosthesis & Orthosis, 1997, Vol. 9, Num. 4, p 168-173. 4. Ayyappa, Edmond. Normal Human Locomotion, Part 2: Motion, Ground Reaction Force and Muscle Activity. Journal of Prosthesis & Orthosis, 1997, Vol. 9, Num. 2, p 42-57. 23 �Evaluación integral de prótesis ortopédicas transfemorales / Andy L. Olivares Miyares, et al. 5. Sánchez-Lacuesta, Javier y Prat, Jaime. Biomecánica de la Marcha Humana Normal y Patológica. Instituto de Biomecánica de Valencia. Generalitat Valencia. 1993. 6. Harmen van der Linde. A systematic literature review of the effect of different prosthetic components on human functioning with a lowerlimb prótesis. Journal of Rehabilitation Research & Development, Volume 41, Number 4, Pages 555–570, July/August 2004. 7. T. Kretschmer, R. Ellegast.Conceptual model for comparative studies of prosthetic devices in the lower limb with an ambulatory system for monitoring for hip and knee joint angles. Proceeding of Biomechanic of the Lower Limb in Health Disease and Rehabilitation Congress, Salford, September 2003. 8. Sutherland, Jeffrey. Design Principles, Biomechanical Data and Clinical Experience with a Polycentric Knee Offering Controlled Stance Phase Knee Flexion: A Preliminary Report. Journal of Prosthesis & Orthosis, 1997, Vol. 9, Num. 1, p 18-24. 9. Felix E. Zajac; Richard R. Neptuno. Biomechanics and muscle coordination of human walking Part II: Lessons from dynamical simulations and clinical implications. Gait and Posture 17 (2003) 1-/17. 10. Jennifer L. McGinley, Richard Baker. The reliability of three-dimensional kinematic gait measurements: A systematic review. Gait Posture (2008), doi:10.1016/ j.gaitpost.2008.09.003. 24 11. Zatsiorski, V.et al. Biomecánica del Ejercicio Físico. Editorial Pueblo y Educación. ISBN 505-001279-I, 1988. 12. Justus F. Lehmann, MD, Robert Price, Mass and Mass Distribution of Below-Knee Prostheses: Effect on Gait Efficacy and Self-Selected Walking Speed. Arch Phys Med Rehabil Vol79, February 1998. 13. Todd D. Royer; Philip E. Martin. Manipulations of Leg Mass and Moment of Inertia: Effects on Energy Cost of Walking. MEDICINE & SCIENCE IN SPORTS & EXERCISE. DOI: 10.1249/2001.MSS.0000159007.56083.96. 14. Scott A. Foerster; Anita M. Bagley. The prediction of metabolic energy expenditure during gait from mechanical energy of the limb: A preliminary study. Journal of Rehabilitation Research and Development Vol. 32 No. 2, May 1995, P 128-134. 15. Winter DA. Biomechanics of human movement with applications to the study of human locomotion. Crit Rev Biomed Eng. 1984; 9, p 287 -/314. 16. Wu, G. Dynamic estimation of human joint loading during locomotion, 1991. 17. Caroline Forsell; Kjartan, Halvorsen. A method for determining minimal sets of markers for three estimation of center of mass, linear and angular momentum. Journal of Biomechanics (2008),doi:10.1016/j.jbiomech.2008.10.029. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Borgward en México Hugo Valdés Manríquez hugoval63@yahoo.com.mx RESUMEN Este documento describe de manera breve la historia de la compañia fabricante de automóviles Borgward que hace cuarenta años se ubicó en Escobedo, Nuevo León. Se trató de una planta alemana que fue comprada incluyendo todos sus diseños para producir autómoviles en México con partes en su mayoría mexicanas, y que finalmente tuvo una vida breve. PALABRAS CLAVE Borgward, automóvil, industria, México. ABSTRACT This document describes briefly the history of the automotive plant company Borgward, wich fourty years ago was located in Escobedo, Nuevo León. It was a German plant that was bought including all of its designs for producing an automobile in Mexico mostly with mexican parts, and that finally had a short life. KEYWORDS Borgward, automobile, industry, México. Artículo basado en el libro “Borgward en México”,1 de Hugo Valdés y Juan Ramón Garza Guajardo, editado por el Fondo Editorial de Nuevo León y la Universidad Autónoma de Nuevo León. INTRODUCCIÓN La azarosa historia de la planta Borgward, inaugurada en General Escobedo, Nuevo León, el 18 de agosto de 1967 —cuando el municipio superaba apenas los 5 mil habitantes y no tenía aún la categoría de ciudad—, da buena cuenta de los alcances de la voluntad humana como de su vulnerabilidad frente al tiempo y las circunstancias adversas. Un grupo de hombres decidió unir inteligencias y capitales para traer desde Alemania la fragua original en la que se crearon los modelos Isabella y el Borgward P100. De entre ellos, sólo se fabricó en la planta mexicana el llamado Borgward 230 (basado en el P100), en sus presentaciones austera y de gran lujo, además de algunas limosinas —un modelo 30 centímetros más largo que el 230, equipado con los aditamentos del vehículo de lujo—, destinadas seguramente a los socios mayoritarios o a funcionarios públicos de primer nivel de los gobiernos estatal y federal. Y nada más fuera de eso. ¿Qué detuvo la producción de un vehículo que buscaba competir con marcas tan prestigiadas y costosas como la Mercedes Benz y la BMW, sin ser tan oneroso como cualquiera de ellas? Por más que los hombres que trasladaron la fábrica a Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 25 �Borgward en México / Hugo Valdés Manríquez suelo mexicano hayan ambicionado que el nombre de Borgward se identificase con la industria automotriz regiomontana, y poco después abanderara la de todo el país, la realidad fue que el apellido del genio alemán terminó asociándose con el fracaso de un negocio descabellado y temerario, acaso condenado a fallar desde el momento en que se concibió. Si bien para la marca Borgward el ciclo se había ya cerrado en Alemania en 1961, cuando la empresa tuvo que cerrar por bancarrota, el interés de un grupo de empresarios en adquirir la patente y casi mil máquinas-herramientas para fabricar por primera vez un coche en México, abrió la posibilidad de reanudar el ciclo al otro lado del océano. Sin embargo, es probable que el largo tiempo transcurrido en montar íntegramente la planta en la entonces pequeña población de General Escobedo, casi seis años, fuera uno de los factores decisivos en el cierre de la empresa, ya que para entonces el Borgward 230, pese a sus numerosas bondades técnicas —calidad y alto rendimiento en kilometraje; sistemas desempañante y de calefacción; eje trasero de diseño flotante y suspensión individual en cada llanta—, era considerado poco menos que obsoleto. Aunado a ello, se ha señalado también que la empresa había nacido con grandes riesgos por el hecho evidente de que su tecnología no habría de crecer fuera de su país de origen, con profesionales europeos del ramo atentos permanentemente a su desarrollo. Por desgracia el vaticinio fue correcto. Pero nadie en ese momento, embriagados todos de entusiasmo, podía dar crédito a los malos augurios, por más asentados que estuviesen en la realidad. Mucha historia, nacional y menuda, habría de correr durante el periodo de instalación. Y mucho dinero también, por lo que a simple vista se aprecia: publicidad constante en la prensa, en anuncios de todos los tamaños y generosos publirreportajes; atención a visitantes distinguidos con comidas y cenas; traslados de la empresa en gestación hacia la ciudad de Monterrey; cesión de modelos 230 a certámenes como Señorita México o los propios Juegos Olímpicos, a fin de que Borgward estuviera presente en el pulso de la vida nacional, entre tantas otras derramas económicas. Sin olvidar, por supuesto, el cuantioso monto invertido, primero, en la compra de la fábrica en 26 Bremen —que algunos calcularon en 50 millones de pesos; otros, en 139 millones (12 millones de dólares); o, en el colmo de la exageración, en 500 millones de pesos—; luego en desplazarla desde allá hasta México vía marítima; después en volver a montarla, tal cual, bajo la supervisión de un grupo de técnicos españoles; más tarde en la contratación y adiestramiento de cientos de trabajadores manuales que se encargarían de vigilar y hacer posible el proceso de fabricación de un automóvil en el que se utilizaban 2 mil 376 partes o piezas. Un rompecabezas tan complicado como el que enfrentaron al traducir del alemán al español 18 mil planos y procesos para darle forma a la fábrica y hacerla funcionar igual que años atrás bajo la mirada de su creador, Carl Friedrich Wilhelm Borgward. En ese prolongado ínter de seis años el país tuvo dos presidentes: Adolfo López Mateos (1958-1964) y Gustavo Díaz Ordaz (1964-1970). El primero colocó la piedra fundadora de la planta, el 10 de septiembre de 1963; el segundo sólo la visitaría, el 7 de mayo de 1965, sin hacer acto de presencia en la ceremonia de inauguración, dos años después, en un hecho que en retrospectiva podría leerse como una suerte de desaire del político más poderoso de México a una de las empresas nacionales más ambiciosas de su tiempo. Díaz Ordaz envió en su lugar al secretario de Industria y Comercio, Octaviano Campos Salas, quien estuvo también al tanto del proceso de instalación de la planta. Abriendo el ciclo, hacia finales del sexenio anterior, su homólogo en el cargo, Raúl Salinas Lozano, visitó los predios en donde se asentaría la futura Fábrica Nacional de Automóviles, S. A. (Fanasa). Dentro de la planta y en torno a ella, durante esa larga víspera del lanzamiento del primer automóvil Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Borgward en México / Hugo Valdés Manríquez mexicano se generaron creatividad, trabajo a marchas forzadas y abundantes declaraciones, por lo general triunfalistas, que el tiempo se encargaría de ajustar o desmentir. Empero, no todo fue exageración. Había motivos para enorgullecerse de lo que estaba tomando forma y sentido en el predio de casi 60 hectáreas ubicado sobre la carretera a Colombia. La integración de la Borgward, por ejemplo, apuntaba a ser tres a cuatro veces mayor que otras plantas que operaban en el país. En Fanasa se elaborarían, completas, todas las partes del vehículo: los ejes, la transmisión, el diferencial y la carrocería. En esta última además se utilizaría casi en su totalidad lámina mexicana, lo que volvía confiable la proyección de que el porcentaje de piezas de fabricación nacional llegaría a 85% en unos cuantos años. México dejaría de ser un simple ensamblador de automóviles extranjeros para emerger con su propia industria especializada en el ramo, sin la cual, como lo señaló en su momento el presidente de Impulsora Mexicana Automotriz de (IMA), ningún país podía conceptuarse como verdaderamente industrializado. Hay muchas versiones no escritas, y desde luego no documentadas, sobre la debacle de una empresa que, bajo el rubro de Borgward, funcionó estrictamente de 1967 a 1970, produciendo apenas 2 mil 267 unidades, en un arranque y desarrollo más bien lentos —con una producción promedio de 100 automóviles al mes—, si se tiene en cuenta que los directivos calculaban construir, en el cenit de la producción, unas mil 500 unidades mensuales, es decir, 18 mil unidades al año. UN RUMOR FECUNDO En 1960, la empresa que comercializaba los productos de Borgward en Estados Unidos, se declaró en quiebra. En ese año el diario Spiegel publicó un artículo en el que se daban detalles sobre las dificultades del complejo y el plan de rescate por parte del senado de la ciudad libre de Bremmen condicionado a que la empresa consiguiera a su vez un préstamo bancario de diez millones de marcos, pero antes de conseguirlos el gobierno de Bremmen la declaró insolvente y finalmente fue declarada en quiebra. A pesar de este antecedente, a lo largo de 1960, en el periódico El Porvenir, de gran influencia en el Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 norte del país, se difundió publicidad encaminada a crear cierta expectación ante la presencia inminente en Monterrey del automóvil fabricado en Bremen. Frases como “Los que conocen prefieren Borgward”, “Ya viene el Borgward” o “Borgward. ¿Qué vale? ¿Qué ofrece?”, cumplían puntualmente con este propósito. Más específicos, otros anuncios referían su venta y servicio autorizado por parte de distribuidores como la Automotriz Coliseo —con domicilio en Pino Suárez y Treviño—, la que en el mes de diciembre, en víspera de las fiestas navideñas, publicó un recuadro con la imagen del modelo Isabella, considerado “popular”, y su precio al público: 38 mil 500 pesos. Los automóviles Borgward eran entonces de importación y los que se venderían en la ciudad, a lo sumo, se armaban ya en México. Meses después, el domingo 12 de marzo de 1961, en una nota del mencionado periódico y cuyo título rezaba “La Borgward Grupo no está en crisis de bancarrota”, el gerente general de Automotriz Coliseo se encargó de desmentir la información de un diario local en el sentido de que la empresa Borgward Group se encontraba en bancarrota. Carlos Cantú Treviño hizo saber a los consumidores de los automóviles y clientes en potencia que: El Senado de la ciudad libre de Bremen propuso al doctor e ingeniero Carl F. W. Borgward, a fin de reforzar al grupo industrial Borgward y liberarlo de las fluctuaciones del mercado, crear la firma Borgward Works A. G. con intervención del gobierno de Bremen en calidad de accionista financiero. Con motivo de lo anterior, el grupo industrial Borgward, cuyo dueño era el doctor e ingeniero Borgward, emerge ahora organizado en una forma más concentrada en la nueva compañía a base de acciones en participación, con mayor potencia financiera que nunca mediante la adición de nuevos capitales económicos. Cantú Treviño hizo también mención de que en varios países europeos en donde se fabricaban automóviles, los gobiernos solían intervenir como accionistas en las fábricas para darles mayor respaldo económico y seguridad en el mercado a las empresas del ramo. 27 �Borgward en México / Hugo Valdés Manríquez LA GESTACIÓN DE UN PROYECTO Casi a la par que la publicación de estos anuncios, comenzaron las negociaciones para adquirir la planta: de acuerdo a una información retrospectiva de enero de 1963, las gestiones iniciaron en 1960 y se formalizaron el 18 de julio de 1962. Impulsora Mexicana Automotriz (IMA) —precursora de Fabrica Nacional de Automóviles, S. A.— se constituyó oportunamente el 31 de mayo de 1962, preparándose para la compra inminente de la fábrica. Por otra parte, en una nota del lunes 4 de junio se mencionó la posibilidad de una participación conjunta de empresarios mexicanos y españoles para producir en el país los automóviles Borgward. Incluso se hizo referencia a “que los capitalistas ofrecieron a la junta de acreedores de la Borgward 50 millones de pesos por la maquinaria que esa empresa tiene instalada en Bremen”. De efectuarse tal operación, el tipo Isabella sería fabricado por la sociedad IMA, y el tipo de 2 mil 300 centímetros de cilindrada (el llamado 2300) se fabricaría en la empresa Barreiros, de Madrid, España. Empezaba a usarse con frecuencia el concepto “integración de México en la industria automotriz”, o “integración de la o de una industria automotriz nacional”, haciendo eco del plan de integración propuesto para este ramo por el presidente Adolfo López Mateos e implementado en el sexenio siguiente por Gustavo Díaz Ordaz. Lo anterior era consecuente con el decreto presidencial del 23 de agosto de 1962 que prohibía la importación de motores para automóviles y camiones, así como de conjuntos mecánicos armados para su uso o ensamble, a partir del 1 de septiembre de 1964. (Dicha norma reduciría a la mitad las 44 firmas automotrices que operaban entonces en México). Y si se le agrega la exigencia de que los fabricantes debían emplear en sus vehículos por lo menos 60 por ciento de materiales fabricados en el país, resultaba claro que se buscaba allanar —para aquellos que además de interés contasen con gran capital económico— el camino para la conformación de una industria automotriz nacional. INTERÉS POR LA BORGWARD Aunque hoy día, cuatro décadas después de que se instalara la planta Borgward en General Escobedo, 28 Nuevo León, se tiene la idea de que aquélla estaba predestinada para reubicarse en el noreste mexicano, un vistazo a la documentación de la época nos hace ver que otros estados de la República se interesaron vivamente en adquirir la fábrica. El jueves 9 de agosto de 1962, por ejemplo, una nota refiere el interés del gobierno de San Luis Potosí en atraer la inversión hacia esa entidad, sin parar en gastos y ofreciendo todas las facilidades que fuesen necesarias. Por su parte, el titular del Departamento de Autos de la Secretaría de Industria y Comercio hizo saber que el Estado de México tenía el mismo interés. Meses más tarde, el martes 30 de octubre se aludía a la insistencia de las autoridades potosinas en comprar la fábrica, pese a que se habla de que ya había pocas probabilidades de conseguirlo. Lo más importante de todo esto es la mención de que, en ese momento, los representantes de la empresa no decidían aún el lugar preciso de la instalación. Entre los sitios que consideraban con posibilidades, y sobre los que se realizaban estudios, se encontraban Nuevo León, Guanajuato, Querétaro y San Luis Potosí. LA COMPRA Casi a inicios de 1963, la historia de la planta Borgward tomó su trazo definitivo con la autorización de la Secretaría de Industria y Comercio a la firma Impulsora Mexicana Automotriz, S. A., mediante el oficio 216 fechado el 10 de enero, para fabricar en el país los publicitados automóviles alemanes. Una comisión integrada por representantes de Industria y Comercio, Nacional Financiera (Nafinsa), Diésel Nacional (Dina) y Banco Nacional de Comercio Exterior confirmó la viabilidad y conveniencia del proyecto. IMA se constituyó el 31 de mayo de 1962, con un capital inicial de 100 millones de pesos, pero en asamblea general extraordinaria de accionistas se decretó un aumento a 250 millones de pesos. El consejo de administración estaba integrado por Ernesto Santos Galindo como presidente; Gregorio Ramírez hijo como vicepresidente ejecutivo; Gabriel Alarcón como vicepresidente; César Santos Galindo como vicepresidente; Enrique Strauss como Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Borgward en México / Hugo Valdés Manríquez secretario; Miguel de la Vega como prosecretario; y Luis Santos de la Garza y Gabriel Alarcón hijo como vocales. La decisión de establecer la industria en Monterrey obedeció, principalmente, al estímulo del gobierno estatal que otorgaría las mayores facilidades fiscales; la proximidad de importantes industrias siderúrgicas y conexas automotrices en las que ya se fabricaba buena cantidad de piezas; las adecuadas vías de comunicación, la carretera 85 México-Laredo y dos vías de ferrocarril, y un buen clima laboral. También debió influir el hecho de que formara parte del consejo Gregorio Ramírez hijo, cuya familia era propietaria de Tráilers de Monterrey, donde se fabricaban los autobuses Sultana, los tractores y semirremolques Ramírez, así como la camioneta pick-up Ramírez. Se decía que el consorcio mexicano había adquirido la planta en 500 millones de pesos, lo que incluía derechos sobre patrones, marcas, planos, maquinaria y equipo para la fabricación y desarrollo futuro de los automóviles Isabella y De Luxe (o P100) en todos sus tipos, incluyendo la fabricación de refacciones y motores de los mismos. Tal cantidad, exagerada, debió confundirse con los 50 millones de los que se habló ya, lo cual se antoja más viable. Según el convenio firmado por el licenciado Ernesto Santos Galindo, presidente de IMA, la planta empezaría a construir totalmente sus unidades a partir de 1964, buscando producir 6 mil automóviles durante el primer año, 12 mil en el segundo, 15 mil en el tercero y 18 mil en el cuarto. La planta Borgward de Monterrey proveería de partes y refacciones a 700 mil automóviles de esa marca distribuidos en todo el mundo. La exportación de refacciones significaría un ingreso de más de 100 millones de pesos anuales. En un anuncio a toda plana fechado el 19 de enero, con imágenes de todos los modelos Isabella, IMA dirigió al presidente de la República, en ese momento el licenciado Adolfo López Mateos, y al secretario de Industria y Comercio una especie de carta pública comprometiéndose ante ellos que “el primer Borgward totalmente fabricado en México” saldría a la venta en 1964. Con la Borgward, sumaban ocho las empresas autorizadas por las autoridades federales para operar en Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 la República: Dina, Fábricas Automex, Promexa, Ford Motor Company, General Motors, Wilis y Toyota. En cuanto a la ubicación concreta de la planta, el consejo directivo de IMA aceptó la cesión de unos terrenos en el sector industrial de la colonia Nueva Castilla, desarrollada por Impulsora Castilla, a cambio de que la empresa colaborase en las obras, aún en construcción, de la carretera Salinas VictoriaCongregación Colombia. Una vez formalizados los arreglos, aquélla estaría en posibilidad de entregar una primera aportación por 500 mil pesos, la que posteriormente se podría elevar hasta el millón de pesos. Se hizo también el anuncio de que vendrían 100 técnicos alemanes para asesorar al personal mexicano en la instalación del equipo, el cual, con un peso de aproximadamente 9 mil toneladas, ocuparía una superficie de cerca de 150 hectáreas, pero al final se redujo a 58 hectáreas. La empresa abriría nuevas oportunidades de trabajo calificado y de alto nivel técnico, empleando 2,500 trabajadores en la planta. Se proyectaba, a partir de marzo de 1964, embarcar la maquinaria y equipo de la fábrica, y de forma simultánea, iniciar la construcción de las principales naves donde se instalaría dicha maquinaria. La instalación debía estar concluida a fines del año en curso. LA PLANTA BORGWARD En 1964 sólo se hizo mención de la planta Borgward en una breve información referente a la política de integración automotriz diseñada por el Raúl Salinas Lozano, Enrique Strauss, José Santos de la Garza, Eduardo Livas, Adolfo López Mateos y Ernesto Santos Galindo frente a la maqueta de la planta el día de la inauguración.4 29 �Borgward en México / Hugo Valdés Manríquez gobierno federal. Fechada el 16 de marzo, la nota conjeturaba que hacia finales de ese año la fábrica iniciaría actividades y que ya en 1965 saldrían los nuevos vehículos, hechos totalmente en México. Un cambio importante se verificó también este año, aunque no se publicitó con bombo y platillo: Impulsora Mexicana Automotriz cambiaba su denominativo social por el de Fábrica Nacional de Automóviles, S. A. En reunión celebrada el 30 de septiembre en la Ciudad de México, se llevó a cabo una Asamblea General Extraordinaria de Accionistas en la que, aportando las acciones que se señalan enseguida mediante exhibición de certificados, participaron: Ernesto Santos Galindo, con 50 mil; César Santos Galindo, con 50 mil; Gabriel Alarcón, con 100 mil; Tráilers de Monterrey, representada por Gregorio Ramírez hijo, con 100 mil; William L. Kane, con 100 mil; Gregorio Ramírez hijo, con 963 mil 450; y Luis Santos de la Garza, con 5 mil. Así, se encontraban representadas en la asamblea un millón 428 mil 450 acciones del total de un millón 632 mil 520 que constituían entonces el capital suscrito y pagado de IMA, por lo que se consideró había quórum de asistencia para tomar válidamente una serie de acuerdos, el más importante de los cuales fue la integración de un nuevo consejo de administración. Gregorio Ramírez hijo asumiría ahora la presidencia —en lugar de Ernesto Santos Galindo— y la dirección general de la futura Fanasa, cuyo domicilio legal se localizaría en el segundo piso del Condominio Monterrey, en Padre Mier 134 oriente. En el El Porvenir no se dejaron de hacer nuevas precisiones sobre el proceso de instalación: se transportaron 8 mil 500 toneladas de maquinaria y equipo desde Bremen; en tres meses más se iniciaría la hechura de piezas mecánicas para construir el primer motor mexicano, el cual debía estar listo hacia finales de año; 71 por ciento de las piezas del vehículo serían de fabricación nacional; Borgward sería además la empresa pionera en maquinar partes para coches de cualquier marca. El primer edificio que se empezó a construir fue el de Maquinado, de una superficie de 12 mil 800 metros cuadrados, donde se instalarían 425 máquinasherramienta para fabricar conjuntos mecánicos automotores como el motor, la transmisión, el 30 Entrada principal a la empresa FANASA, en los setenta.5 cigüeñal, la biela, el árbol de levas, el eje trasero y el delantero, etcétera. Faltaban por alzar las naves de ensamble, pintura y baños galvánicos. Sobre el estado financiero, hasta ese momento se habían invertido 170 millones de pesos de un capital social de 250 millones, que estaría exhibido cuando saliera al mercado el automóvil. El organigrama empezaba a volverse complejo, pues se habían creado ya los puestos de gerente de producción, así como los de jefes de instalaciones y construcción, de máquinas y de proveeduría, quienes se encargarían de seleccionar y adiestrar a los 775 obreros que, junto con unos 340 empleados, se habrían de requerir para producir el Borgward, ya no los 2 mil o 2 mil 500 de los que se había hablado antes. El grupo de técnicos españoles que se encargó de desmantelar, revisar y empacar pieza por pieza en su lugar de origen, se encargaba de reinstalar ese mismo equipo hasta ponerlo en marcha. Tales especialistas pertenecían a la firma Barreiros Diésel de Madrid, y los encabezaba el ingeniero Enrique Jarillo. José Ángel Santos de la Garza fungía como el gerente general de Fanasa, cuyo consejo de administración lo conformaban Gregorio Ramírez hijo como presidente (y director general), Carlos Maldonado como vicepresidente, Luis Santos de la Garza como secretario, y Eduardo A. Elizondo, William L. Kane y Jorge Maldonado como consejeros. En lo que respecta a obras de apoyo a Fanasa realizadas por el sector público, un funcionario de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) anunció el jueves 25 de marzo que la paraestatal invertiría aproximadamente 2.5 millones de pesos en el tendido de una línea de alimentación eléctrica que iría de la Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Borgward en México / Hugo Valdés Manríquez subestación de San Nicolás de los Garza hasta las instalaciones de la Borgward. La línea tendría una extensión de seis kilómetros y sería operada a 13 mil 800 voltios. Se construirá también una estación reductora de 110 mil a 13 mil 200 voltios, y se contaría con un transformador de 20 mil kilovatios, de 110 mil a 130 mil 800 voltios UN HALLAZGO INESPERADO Mientras se hacían estas peticiones y proseguían los trabajos para poner en pie las naves donde se construirían los coches Borgward, ocurrió un singular hecho: se hallaron los fósiles de varios animales prehistóricos. Una nota periodística posterior detalla la información de este hecho: Al realizar trabajos para la construcción de un nuevo edificio de la Fábrica Nacional de Automóviles —Borgward— en terrenos del municipio de General Escobedo, se encontraron restos de un mamut perteneciente al periodo pleistoceno, que data de 20 mil a 25 mil años, así como restos de un caballo y un reno prehistórico y trozos de madera calcinada, que según estudios del Instituto Nacional de Antropología e Historia (INAH), pueden revelar la posibilidad de la existencia del hombre en esa época. El señor Ernesto Caro Angulo, gerente de Relaciones Públicas de la Fábrica Nacional de Automóviles, S. A., al informar ayer lo anterior, dijo que hace un mes se hallaron los primeros restos al iniciarse los trabajos de una fosa. De inmediato se dio aviso a los profesores Israel Cavazos y Timoteo L. Hernández de la Sociedad de Historia, Geografía y Estadística de Nuevo León, quienes visitaron el lugar y señalaron que posiblemente correspondía a un mamut. Por lo anterior, el Instituto Nacional de Antropología e Historia envió al arqueólogo Raúl Martínez Arana y al geólogo Rafael Márquez, quienes determinaron que los restos pertenecen a un mamut, que por sus características dentarias se calcula fue ejemplar joven del periodo pleistoceno y posiblemente hembra, debido a restos de crías de mamut que también fueron encontrados. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 Los restos descubiertos son el cráneo, con sus respectivos maxilares, los colmillos, casi completos, una de las vértebras cervicales y la cabeza del hueso corresponde a la articulación de una de las extremidades delanteras. Además, asociados a ese fósil se encontraron restos de osamentas de otros animales, de los cuales los arqueólogos del Instituto Nacional de Antropología e Historia llevaron muestras a la ciudad de México para determinar la especie a la que correspondan. Ahora, de acuerdo con las características, los enviados de ese instituto determinaron que los sedimentos y diferentes capas y estratos geológicos, en los que se encuentran los restos óseos mencionados, son antiguos depósitos lacustres, por lo que se determina que en la época en que existieron esos animales, esa región formaba parte de un lago y una región pantanosa. Esto se comprueba por conchas de lago que se encontraron junto a los restos del mamut. Los trabajos para descubrir las piezas arqueológicas en terrenos de la Fábrica Nacional de Automóviles están a cargo de miembros del Instituto Nacional de Antropología e Historia. Al otro día, el periódico publicó un simpático cartón en el que dos hombres de negocios comentaban el hallazgo del mamut. Casi como si enunciara un titular, uno de ellos decía: “En la Fábrica Nacional de Automóviles se encontraron los restos de un mamut y un caballo”. Mientras que el otro concluía: ‘Pos’ lo del mamut se explica, pero el caballo ha de ser de algún Borgward”. Pero fuera de eso, no se habló más del descubrimiento. Es decir, ya que se enviaron las Prueba de asentamiento de motores, la cual duraba tres horas, parte de las pruebas de calidad.5 31 �Borgward en México / Hugo Valdés Manríquez piezas a la Ciudad de México para su estudio y que el personal del INAH recomendara profundizar la excavación, nada sucedió entonces a favor de la incipiente vida cultural del municipio, como exhibir los fósiles en un pequeño museo o, en la misma planta, habilitar uno de sitio. Los restos permanecieron en las oficinas del Instituto Nacional de Antropología e Historia y la fosa no se preservó para, más adelante, continuar con una exploración en forma, realizada por expertos en la materia. Al cabo, se utilizó para su fin original: como depósito de un nuevo edificio destinado a los laboratorios. A los directivos de la empresa les interesaba más en ese momento el futuro inmediato que el pasado, y no se diga si se trataba de un tiempo tan remoto como al que se asociaban aquellos importantes restos. Tanto apremio, en efecto, tal falta de visión, le negó a Escobedo contar con un espacio, por modesto que fuera al principio, en el que se pudiesen mostrar piezas arqueológicas tan imponentes como las que se aprecian hoy en día en el museo San Bernabé de las Casas, ubicado en Mina, Nuevo León. Por obra del influjo de la Borgward no hubo agua potable ni electricidad para ciertas comunidades del municipio; ni teléfono ni gas doméstico para los habitantes de la cabecera; ni menos aún un museo en el cual exhibir fósiles que databan de hace más de 20 mil años. A lo mucho que Fanasa ayudó al lugar donde ésta se afincara fue impulsando la creación, el 3 de abril de 1967, de una nueva ruta de camiones entre Monterrey y General Escobedo, con “carrera” a la planta Borgward. NUEVAS NAVES En febrero de 1966 se hablaba de tres naves listas, haciendo hincapié en que a finales de ese año se empezarían a producir las unidades. Aunque lo último no sucedería, las naves eran una realidad. En la primera, la de Maquinado, se habían instalado ya 530 máquinas-herramientas. Toda esta maquinaria era altamente automatizada y de gran precisión: un solo operario podía atender cuatro o más máquinas a un mismo tiempo. Además de realizar en ella los conjuntos mecánicos del automóvil, se realizaban también las pruebas de los motores dinamómetros. 32 La nave de Ensamblado, con una superficie de 10 mil 400 metros cuadrados (o 10 mil 240, según datos del día de la inauguración), totalmente cubiertos, albergaba los dispositivos necesarios para la fabricación en serie de las carrocerías, al igual que las bandas de montaje final. Contaba con un equipo automático para el ensamble y subensamble de los grupos de las carrocerías, garantizando un ajuste perfecto. En ese mismo departamento se le incorporaría al automóvil todo lo relativo a instrumentos eléctricos, tapicería y montaje de algunos grupos mecánicos, como la caja de cambios. (Esto último se haría finalmente en la primera nave, así como el ensamble de motores y ejes delanteros y traseros.). La tercera de las naves, la de Pintura, tenía una superficie de 6 mil 500 metros cuadrados. Los trabajadores de este departamento —reputado como el mejor de la República— cumplían con las tareas de limpiado, fosfatizado, imprimación y pintura de carrocería y partes. La parte principal del edificio la constituía un gran túnel que contenía más de 700 espreas, las que le daban un baño completo de pintura y aplicación de anticorrosivos a todas las partes del vehículo. Se producirían acabados superficiales de las carrocerías y sus varios subconjuntos, con gran duración y resistencia a la acción de los elementos. La cuarta nave, entonces inconclusa, que se terminó poco antes de la inauguración, sería la de Tratamientos Técnicos. Contaría con dos líneas de hornos de crisol a baño de sal en las cuales se efectuarían tratamientos térmicos de piezas maquinadas. Los automóviles pasaban de un edificio a otro a través de un mecanismo de cadenas que los transportaba automáticamente. De acuerdo al valioso testimonio del arquitecto Alfonso Cañamar, quien laboró en la planta hasta octubre de 1972, “dentro del proyecto de los edificios se construyeron unos puentes de comunicación entre los edificios de Maquinado a Ensamble y fabricación de carrocerías, y de este edificio hacia el de Pintura, en los cuales se tenían unos transportadores para pasar de un edificio a otro los motores y los ejes para el ensamble, y las carrocerías para que fueran pintadas sin necesidad de cruzar por las calles que separaban los edificios”. Cañamar evoca con mayores detalles la conformación de las naves así como el personal que laboraba en ellas: Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Borgward en México / Hugo Valdés Manríquez La construcción de la primera nave, llamada de Maquinado, se comenzó en 1964, así como unas oficinas adosadas al lado norte, donde se ubicaron la dirección general, las oficinas técnicas, el archivo general y el comedor, y en la entrada principal se encontraban otras oficinas provisionales, donde se localizaba el departamento de Relaciones, cuyo encargado era el señor Santiago Mata. En las oficinas técnicas nos encontrábamos el señor Alfonso Villarreal, superintendente de la nave de Maquinado; el ingeniero Anael Rodríguez Quiroga, superintendente de la nave de Montaje y Acabados [Ensamblado]; el ingeniero Riefkol, superintendente de la nave de Pintura; el señor Astolfo Flores Flores, asistente de la superintendencia de la nave de Montaje [Ensamblado]; el ingeniero Modesto A. Cavazos, asistente de la superintendencia de la nave de Maquinado; el señor Baudelio Marroquín, un excelente técnico eléctrico que hizo el montaje de los tableros eléctricos más complicados de la nave de Maquinado; el ingeniero eléctrico Armendáriz y su asistente electrónico, Tito, quienes montaron el sistema de punteadoras [remachadoras] de la nave de Ensamblado; tres dibujantes industriales; el director general, ingeniero José A. Santos de la Garza; 12 alemanes que habían trabajado en la fabricación de los motores, ejes delanteros y ejes traseros [a los que se trasladaba diariamente desde el centro de Monterrey hasta la planta en Escobedo]; el ingeniero Hillman, un técnico eléctrico automotor de la compañía Bosch de Alemania; el arquitecto Alfonso Cañamar, residente de la obra de construcción; y su asistente, el señor Marcial Castañeda. Para la construcción de las naves de fabricación de carrocerías, ensamble y acabados, así como la pintura, se contrató a la compañía de Protexa, del señor Humberto Lobo, el cual vino haciéndose también accionista de Fanasa. Las oficinas generales se construyeron de forma provisional (aunque al final quedaron como definitivas) al frente del predio, junto con estacionamiento para empleados, obreros y visitantes y caseta de vigilancia, con estructuras Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 Área de pintura de la linea de produccion de Borgward en Monterrey, Mexico.5 que venían en los embarques y que se modificaron en la planta para su mejor rendimiento. En las oficinas se localizaban la sala de juntas, la dirección general, la dirección de producción, la dirección de ventas, la dirección de nuevos productos, la contraloría, la recepción y sala de espera, el departamento de contabilidad, el departamento de ingeniería de partes del automóvil, el departamento de compras, el departamento de Relaciones Públicas, etc. Posteriormente se construyó el edificio de Nuevos Productos, a cargo de un ingeniero holandés de apellido Vuling, casado con una regiomontana, en el cual se valoraban los productos que se usarían en el automóvil. El edificio contaba con laboratorio de pruebas, así como un banco de pruebas de los motores fabricados y seleccionados aleatoriamente, y se diseñaban los cambios futuros que se harían en la carrocería, tapicería, motor, ejes delantero y trasero y el sistema de amortiguamiento, ya que se estaba diseñando uno a base de aire comprimido, como el del Citroën. En el proyecto se contempló también que el agua de lluvia se aprovechara para el enfriamiento del sistema de punteadoras en la fabricación de las carrocerías, ya que esta agua es más suave y libre de carbonatos y silicatos, los que con el calor se solidifican, taponando las tuberías de enfriamiento de las punteadoras. Para ello se construyó una fosa de captación de 250 metros cúbicos con filtros y decantadores para detener las impurezas de los techos y de las calles, ya que estaban canalizados hacia esta fosa. El lunes 6 de junio de 1966 el periodista regiomontano Hugo L. del Río publicó en El 33 �Borgward en México / Hugo Valdés Manríquez Porvenir una crónica-reportaje sobre la gestación y desarrollo de la presa Borgward en México en la que menciona que: La ley obligaba a los fabricantes de autos a comprar un mínimo de 60 por ciento de materias primas mexicanas. Desde el principio, Fanasa rebasará este margen: operará la planta con un 72 por ciento de materias primas nacionales, y elevará gradualmente el porcentaje. “Hasta el cien por ciento, si es posible”, aclara don Federico Frehn, jefe de relaciones públicas y ventas de Fanasa ¿Difícil? Tal vez. En todo caso, es posible. Bien lo puede hacer don Gregorio Ramírez hijo, que desde un pequeño taller de refacciones, hace unos 20 años, proyectó lo que hoy es incluso más que un emporio industrial: una cadena de instalaciones donde el trabajo diario hace que tome forma el complejo fabril inicial de la industria automovilística mexicana. Posiblemente ni siquiera sea difícil para el hombre que desde un principio fabricó autobuses con un 80 por ciento de materias primas mexicanas. Depende de la fe, del entusiasmo. Muchos creían que sería necesario contratar técnicos alemanes a perpetuidad. No hay tal. Los ingenieros mexicanos están perfectamente capacitados para operar la planta. Además, de la escuela de capacitación saldrán, con el tiempo, docenas de obreros mexicanos técnicamente calificados. Los germanos supervisaron la construcción de la planta, y vigilarán los procesos de la fabricación. Después, explica el señor Fiehn: “Fanasa ocupará exclusivamente personal mexicano”. Inclinado sobre su mesa de dibujo, ese genial fabricante teutón que se llamó Karl Borgward nunca oyó hablar de un pueblo de Nuevo León que se llama General Escobedo. Es una lástima. Perdió algo que valía la pena observar: cómo un erial se convierte en la primera auténtica fábrica mexicana de autos: cómo se traducen en dos años todos sus sistemas de fabricación: cómo 800 campesinos convertidos en obreros calificados fabricarán, dentro de siete meses, el primer carro Borgward: cómo la voluntad y la visión de un hombre de Monterrey —que alguna relación debe tener con el Koenigsberg de Prusia— crearon mucho donde no había nada. 34 LA INAUGURACIÓN APOTEÓTICA Empresas como la Compañía Fundidora de Fierro y Acero, Cervecería Cuauhtémoc, Protexa, Conductores Monterrey y Pinturas Dygo, entre otras, felicitaron, el viernes 18 de agosto de 1967, a Fanasa con motivo de la inauguración de la planta Borgward y la salida del primer vehículo de esta marca. Octaviano Campos Salas, secretario de Industria y Comercio se encargó de poner en marcha la planta. Gregorio Ramírez, Eduardo Livas Villarreal y Octaviano Campos salas pronunciaron sendos discursos sobre la apertura de la planta, el primero de ellos mencionó que: Se realizó en Monterrey y por primera vez en México, el estampado de carrocerías completas del automóvil, utilizándose para esto un 99.5 por ciento de lámina nacional. Se organizó, con un éxito mayor al calculado, una red de distribuidores que desde un principio cubriera toda la extensión de la República y se tienen tratos muy adelantados para la distribución del Borgward en diferentes países del mundo. Las consideraciones anteriores explican la satisfacción que tenemos por haber llegado a esta etapa dijo Eduardo Livas Villarreal, en la que entregamos al país una verdadera fábrica de automóviles con gran capacidad de producción y que esperamos constituya, en el devenir de los años, el eje o pivote de la industria automotriz propiamente mexicana. Se inicia la fabricación con dos versiones de un automóvil de calidad técnica y acabado que ratifican el prestigio conquistado en el mundo por la marca Borgward. No estamos solos o aislados en materia técnica o de desarrollo. Mantenemos e incrementaremos relaciones con las principales compañías en el mundo que constantemente promueven para uso de todas las fábricas automotrices, adelantos técnicos en la materia y, además, en nuestras propias instalaciones hemos formado y acrecentaremos debidamente al grupo de profesionistas mexicanos que permanentemente estarán dedicados a la investigación que asegure la incorporación a nuestros vehículos de los adelantos tecnológicos que la ciencia vaya conquistando. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Borgward en México / Hugo Valdés Manríquez De ninguna manera nuestra fábrica será una industria aislada y huérfana de posibilidades de desarrollo. Tenemos ya planes para agregar a nuestra producción el automóvil popular Isabella en varias versiones, así como uno de tipo deportivo con hermoso diseño. Y así como Borgward estaría presente en los Juegos Olímpicos y no se desaprovechaba ocasión alguna para lucir su modelo 230. Con motivo del Festival de la Cruz Roja de Monterrey, celebrado a finales de agosto, los integrantes del patronato hicieron un recorrido por la avenida Madero, desde Pino Suárez hasta Félix U. Gómez, con las estrellas invitadas al evento: Resortes, Loco Valdez, Fernando Luján, Bigotón Castro, Luis Manuel Pelayo, Tere Velázquez, Roberto Cañedo, Ela Laboriel, Don Facundo, Régulo, las Hermanas Castillón. La empresa no podía estar mejor. En una reunión con los integrantes de la Asociación Nacional de Distribuidores de Automóviles Borgward, A.C., se había hablado ya, entre otros muchos planes, de la introducción de nuevos productos para 1969. El más importante era el modelo Borgward Isabella. EL PRINCIPIO DEL FIN En 1969, hubo más actividades dando cuenta, indirectamente, del avance del proyecto. La Borgward, por ejemplo, patrocinaba en la televisión local el programa Patrulla Policía Federal de Caminos, de carácter preventivo, presentando situaciones dramatizadas para evitar accidentes. La Asociación Nacional de Distribuidores de Automóviles Borgward, A. C., se reunía en Monterrey a fin de elegir nueva mesa directiva para el ejercicio 1969-1970. Continuaban publicándose anuncios que invitaban a comprar el modelo 230, “símbolo del progreso en México”, partiendo de preguntas-reto como: “¿Sigue usted creyendo que Borgward no está totalmente fabricado en México, por mexicanos, con capital mexicano, sólo porque está excepcionalmente bien hecho?”. Alumnos foráneos e integrantes de convenciones hacían la tradicional visita a la planta. El sello estaba presente en el sorteo de la Siembra Cultural, donde se rifaron unidades 230 con valor de 58 mil pesos… Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 Sin embargo, las cosas darían un giro a fines de julio: en asamblea reciente se había conformado un nuevo consejo, en el que no figuraban más los nombres de Gregorio Ramírez hijo, William L. Kane, Carlos Maldonado y demás. Ahora Dámaso Murúa Beltrán se desempeñaba como presidente; Humberto J. Lozano Garza, como vocal; Luis Lozano Ramírez, como secretario; y Luis Hurtado y Santillán, como comisario. Para actos de administración, Dámaso Murúa Beltrán fungía como apoderado general. ¿Qué había sucedido? Si se toma en cuenta que un consejo de esta naturaleza sólo podía integrarse con accionistas propietarios, y que la nueva junta acordó públicamente “continuar con la producción del automóvil Borgward 230 GL”, expresando su seguridad de que aumentaría la demanda del vehículo en el mercado, en consecuencia la empresa había cambiado de dueño —ahora pertenecía al gobierno, representado por un grupo de funcionarios de Sociedad Mexicana de Crédito Industrial (Somex)—, además de pasar por serios problemas financieros. Pasaría apenas un mes para que se diera un anuncio más dramático que el anterior: la fusión de cuatro empresas automotrices, Automex, Dina, Borgward y Rambler. Si se enfatizaba que este consorcio pondría “al alcance del pueblo, unidades de calidad y a precios módicos”, se deduce que, al menos en lo que se refiere a Borgward, sus precios resultaban muy elevados para el consumidor medio. Muy alejada de cualquier rumor, esta información se tenía por sólida por haber sido expresada en voz del presidente de Fábricas Automex, Gastón Azcárraga Tamayo. Vale decir que se antoja curioso que un ejecutivo de la firma responsable de producir los automóviles Chrysler en México haya hecho tal declaración, pues 35 �Borgward en México / Hugo Valdés Manríquez Anuncio publicitaria del auto borgward ¨mexicano¨ en 1970.4 junto con el dato irrecusable de que los Borgward 230 no tenían demanda por su alto costo, un rumor que circuló por la época sobre las razones de la quiebra de Fanasa señalaba la presión que hicieron grandes fabricantes como la propia Automex y Ford Motor Company sobre el gobierno federal para que escatimara su apoyo a la fábrica emergente. Las firmas mencionadas tuvieron además la ventaja del tiempo sobre la Borgward, inaugurada hasta agosto de 1967: Ford Motor Company puso en marcha su planta de Cuautitlán el 4 de noviembre de 1964; Fábricas Automex inauguró un complejo industrial en Toluca el 9 de diciembre del mismo año; General Motors Company arrancó una fábrica de motores, también en Toluca, en mayo de 1965. El sábado 6 de junio de 1970 destacaba en El Porvenir la referencia a una publicación que circulaba ese día, con este subencabezado en la parte superior: “Origen, nacimiento y muerte de nuestros famosos Borgward. ¡Monterrey pierde fama!”. Se trataba del semanario sabatino Óigame!, entonces por su segunda época, maquilado en los talleres gráficos de Editorial e Imprenta Plata. En su número 31 había en efecto un artículo sobre el inicio y el final de la Borgward. Como aparece sin firmar, es de suponer que el texto se debiera a la mano del director y editor del “Semanario libre al servicio de México”, Ernesto Leal Flores. Éste es el texto: Los accionistas claman que con la liquidación de Fábrica Nacional de Automóviles, S. A., ha muerto la autonomía incipiente de la industria automotriz nacional, y que hubiera bastado una financiación adicional de 15 millones de pesos 36 para sacar a flote una empresa regiomontana que era la esperanza blanca de los industriales. Las grandes estampadoras hidráulicas, los tornos de volteo y las fresadoras que algún día hicieron en Essen [sic] uno de los coches más finos de Europa bajo la dirección del genio mecánico automotriz de Borgward; lo que escapó de los bombardeos aliados en la II Guerra Mundial, han quedado estáticos y silenciosos al finalizar una de las más audaces aventuras industriales. Todo porque, de acuerdo con los expertos en mercadotecnia, no se tuvo en cuenta el viejo adagio que dice que la ambición rompe el saco. Más de 2 mil unidades están exhibiéndose inútilmente en toda la República, como parte de una cuota de producción original de 6 mil por año que autorizó la Secretaría de Industria y Comercio. La aventura de resucitar la vieja planta de Essen se inició bajo los dudosos auspicios de políticos capitalinos asociados con los hermanos Santos Galindo que habían hecho millonadas en negocios con la intervención de miembros del gabinete y segundones que pueden intervenir en la política económica de México. Del Rastro de Ferrería salieron los proyectos para comprar, a precio de fierro viejo, lo que quedaba de la vieja y orgullosa planta en Alemania. El negocio fue presentado por los empresarios como una maravilla para producir utilidades, puesto que se principiaba con que podrían importarse a México bajo la clasificación de maquinaria usada en el mejor de los casos, o sencillamente como fierro viejo, motores, partes y accesorios de automóvil que representaban la primera utilidad adicional a la compra. Se proyectó establecer la nueva fábrica de automóviles Borgward en el Estado de México, o en la capital de la República misma, y se compró en Essen lo utilizable de la maquinaria destruida, obsoleta o inservible de la planta original. Para pagar la planta a Alemania se recurrió a un organismo financiero oficial, porque el dinero de la banca privada no es tan fácil de conseguir para una aventura industrial con su incógnita productiva. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Borgward en México / Hugo Valdés Manríquez ADIÓS A FANASA A mediados de 1973, la empresa Staf Internacional de American Motors se había interesado en operar de nuevo la Borgward. El plan del consorcio era poner en marcha el programa “Dina Vam”, con el que la planta fabricaría camionetas y jeeps ocupando a obreros especializados de Abasolo, El Carmen, Salinas Victoria, Hidalgo, Mina y, desde luego, General Escobedo. La inversión, sin embargo, no llegó a realizarse. Sólo hasta finales del año siguiente se tendrían noticias de la ya considerada “antigua planta” Borgward. Paralizadas desde hacía cuatro años, las instalaciones de Fanasa se convertirían en la sede de la Maquiladora Automotriz Nacional, empresa estatal incorporada al Combinado Industrial Sahagún, bajo el control de la Sociedad Mexicana de Crédito Industrial (Somex). La maquiladora trabajaría para Diesel Nacional S. A. (Dina), otra fábrica que formaba parte del complejo, ensamblando camionetas y camiones ligeros de una y tres toneladas con motor a base de gasolina. Para 1975 se había fijado una cuota de 8 mil unidades, si bien se contaba con capacidad para producir hasta unas 20 mil y entera libertad para, aparte de Dina, prestar servicio a las empresas privadas del ramo automotor. Emilio Krieger Vázquez, director general del Combinado Industrial Sahagún, presidió la reapertura de la fábrica, en la que estuvieron presentes Pedro Zorrilla Martínez, gobernador del estado; Gustavo Romero Kolbek, director de Nacional Financiera (Nafinsa); Julio Sánchez Vargas, director de la agencia oficial Somex; Gerardo Bueno Zirión, director del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt); Fernando Rafael, subsecretario del Patrimonio Nacional; y Jesús Puente Leyva, director adjunto de Nafinsa. Pero en las 58 hectáreas del predio donde se afincó la desaparecida Fanasa no sólo operaría la Maquiladora Automotriz Nacional. Poco después de que se reabriera la planta, Ignacio L. Madrazo, gerente general de Crédito de Nafinsa, hizo mención Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 del apoyo de 85 millones de pesos que se le había otorgado a la empresa de participación estatal mayoritaria Dina-Rockwell Nacional (Dirona). Junto con la estadunidense Rockwell, Diésel Nacional fabricaría ejes automotores que generarían ahorro —al no tener ya que importarlos— y divisas por sus exportaciones a Estados Unidos y el Canadá. Cabe señalar que Dirona ha tenido un desarrollo fabril exitoso. Desde 1975 en que se creó con dicho nombre, a la fecha en que lleva el de Sistemas Automotrices de México, S. A. de C. V. (Sisamex), ha destacado como una empresa de clase mundial dedicada a la fabricación de ejes, cardanes y frenos de aire para vehículos pesados. Una de las más representativas de Ciudad General Escobedo, la firma Sisamex se alza hoy en el mismo espacio que ocupara 40 años atrás la planta Borgward, la que, pese a su historia marcada por el fracaso, paradójicamente les brindó los mejores augurios a sus continuadoras, allanándoles el camino y definiendo, antes que ninguna otra empresa de su magnitud, la vocación industrial de esta parte del noreste mexicano. BIBLIOGRAFÍA 1. Hugo Valdés y Juan Ramón Garza Guajardo. Borgward en México. Editado por el Fondo Editorial de Nuevo León, y la Universidad Autónoma de Nuevo León. pp.112. Monterrey, México, 2008. 2. Archivo Histórico Municipal de Ciudad General Escobedo, Nuevo León, Sección Correspondencia de Alcaldes, año 1967, cajas 13 y 14, oficios diversos. 3. Periódico el Porvenir. Hemeroteca Digital El Porvenir. www.hemerotecaelporvenir.com.mx 4. Borgward-El único carro 100% mexicano. SkyscraperCity. http://www.skyscrapercity. com/showthread.php?t=201829. Consultado el 16 feb 2010. 5. L e o n a r d E . S a b a l . C o n o z c a u s t e d e l Borgward. Mi Mecánica Popular. http://www. mimecanicapopular.com/verautos.php?n=83. Consultado el 16 feb 2010. 37 �Contracción en engranes plásticos fabricados por inyección Alfredo Hernández Villalobos, Isaías Regalado Contreras Centro de Tecnología Avanzada CIATEQ, A.C. oderf7@gmail.com RESUMEN El presente estudio evalúa el efecto de algunas de las variables del proceso de inyección, sobre la contracción de engranes plásticos. De entre los objetivos del análisis, destacan el diseño y manufactura del molde utilizado para el desarrollo de este estudio, además de la metodología considerada basada tanto en datos obtenidos por mediciones realizadas en campo, como a través de la simulación del proceso mediante software. Se concluye con una descripción del efecto que tienen las variables del proceso de inyección durante la manufactura de engranes de plástico. PALABRAS CLAVE Contracción, engrane, plástico, inyección, molde. ABSTRACT This project studies the effect of some of the implicit variables in the injection process, on the shrinkage of plastic gears. It starts with a detailed description of the elements and systems of the injection mold, as well as of the variables that take part in the injection process. Immediately after this, the methodology used for the analysis is presented, which considers the development of a design of experiments based on data obtained in field and by software. The project concludes with the description of the effect of the injection variables on the manufacture of plastic gears. KEYWORDS Contraction, gear, plastic, injection, mold. INTRODUCCIÓN Una etapa importante en la manufactura de engranes plásticos por medio de inyección de plástico es el diseño del molde; lo cual requiere estimar la contracción para la geometría del dentado ya que una mala evaluación de esta característica ha causado que muchas transmisiones funcionen inadecuadamente o incluso que fallen. Por lo anterior, el presente estudio evalúa el efecto de algunas variables implícitas en el proceso de inyección de plástico sobre la contracción como lo son: la temperatura de molde y de plástico, la velocidad de inyección, y el tiempo y presión de sostenimiento. 38 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Contracción en engranes plásticos fabricados por inyección / Alfredo Hernández Villalobos, et al. Es incorrecto asumir que los engranes plásticos contraen isotrópicamente (de igual forma en todas las direcciones). Hay dos enfoques en la contracción de engranes plásticos: el macroscópico y el local. El primero se refiere a que el cuerpo y las características más grandes de un engrane simétrico tendrán aproximadamente el mismo valor de contracción. Por otro lado, la contracción local, en el área individual de cada diente del engrane tiene una razón de contracción totalmente distinta, incluso en algunas ocasiones el diente puede expandir en determinadas zonas debido a efectos locales. MATERIALES Y MÉTODOS Desarrollo del molde Para la inyección de los engranes a analizar en este estudio, se utilizó el molde mostrado en la figura 1. La figura 2a muestra la cavidad fija, obsérvese que fueron maquinados 4 canales de inyección del tipo media caña (Grupo IMECPLAST 2005) con punto de inyección submarino (Moldflow Corporation 2004), las dimensiones del bebedero corresponden al flujo total de plástico que circuló por los canales, la figura 2c muestra el producto inyectado y cómo Fig. 1. Molde inicial. está constituido. Este arreglo fue resultado de la modelación de las geometrías de acuerdo al espacio disponible y la simulación y tiempos de llenado en Moldflow Plastics Insight®. El objetivo de la simulación fue alcanzar un tiempo corto de llenado de molde, sin estrías y con fácil remoción de la colada (sobrantes de la inyección). La cavidad móvil se muestra en la figura 2b, se aprecian los 4 puntos de inyección tipo submarinos, en el centro de ellos, se observa el botador de la colada en estado contraído. En la periferia puede observarse la cavidad dentada elegida la cual podía ser desprendida del molde. Alrededor de dicha cavidad dentada se observa uno de los canales de refrigeración incluidos (Rees 1995). El número y localización de los botadores se seleccionó para obtener una expulsión del engrane lo más uniformemente posible evitando pandearlo mediante un desprendimiento rápido y sin complicaciones de la cavidad (Grupo IMECPLAST 2005). La figura 3 muestra los botadores totalmente extendidos. La configuración del Sistema de Venteo (Rees 1995) utilizado en el molde permite que el aire atrapado dentro de la cavidad tenga escape sobre los 360° en la periferia del engrane. La figura 4 indica el recorrido del aire atrapado en la cavidad hacia el exterior durante la inyección del plástico. El patrón de los canales del Sistema de Refrigeración se seleccionó lo más cercano al cuerpo del engrane para tener control absoluto sobre la taza de enfriamiento que fuera requerida durante el proceso de inyección. El objetivo consistió en remover tanto calor como fuera posible de la periferia del dentado de una manera continua y simultánea para evitar contracciones irregulares, la geometría elegida para el canal de refrigeración permitía un Fig. 2. Cavidades del molde. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 39 �Contracción en engranes plásticos fabricados por inyección / Alfredo Hernández Villalobos, et al. Mediante un ciclo manual fue posible interrumpir las etapas de la inyección para obtener la imagen mostrada en la figura 6, en la que se observa el engrane y la colada completa la cual incluye el plástico dentro del bebedero y en los canales de inyección. Fig. 3. Botadores de engrane y colada. Fig. 4. Sistema de venteo. flujo continuo y en una sola dirección. Las figuras 5a y 5b indican los canales de refrigeración secundarios utilizados en las cavidades móvil y fija. Fig. 5. Canales de refrigeración. 40 Fig. 6. Engrane y colada antes del desprendimiento del molde. Simulación El proceso de inyección corrido en campo además fue simulado en computadora con ayuda del programa Moldflow Plastics Insight®, el cual permitió incluir todas las variables consideradas como lo son: Temperatura de Molde y de Plástico, Velocidad de Inyección, Tiempo y Presión de Sostenimiento. La figura 7a (Moldflow Corporation 2004) muestra el modelo simulado en Moldflow y la figura 7b (Moldflow Corporation 2004) indica algunas etapas de la animación de la inyección. Nota: Tanto en la inyección en campo como en la simulada con ayuda de Moldflow Plastics Insight® se corrió el mismo diseño de experimentos Ortogonal Taguchi L27, el cual considera 5 variables en 3 niveles (MiC Quality 2009). Este diseño fue elegido debido a la gran cantidad de información que es posible obtener mediante un bajo número de corridas, lo cual redujo el costo del proyecto. Las 5 variables seleccionadas fueron: Temperatura de Molde y de Plástico, Velocidad de Inyección, Tiempo y Presión de sostenimiento. Sin duda el proceso de inyección comprende una cantidad amplia de variables, sin embargo, se decidió considerar estas como significativas para este estudio. Los niveles de cada variable fueron ajustados en base a las recomendaciones técnicas de procesamiento Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Contracción en engranes plásticos fabricados por inyección / Alfredo Hernández Villalobos, et al. Fig. 7. Modelo simulado para la inyección.5 del fabricante del plástico, y partiendo de esos puntos se formaron los rangos en los que se exploró cada variable. La simulación del proceso en computadora permitió el ajuste de las variables seleccionadas del proceso de inyección de acuerdo al diseño de experimentos elegido sin necesidad de hacerlo en la máquina de inyección, lo que permitió explorar un amplio número de combinaciones. El programa calculó un porcentaje de contracción en cada una de las corridas las cuales fueron alimentadas y analizadas mediante Minitab® (paquete estadístico que abarca todos los aspectos necesarios para el aprendizaje y aplicación de la estadística en general), para hacer una comparativa entre los resultados obtenidos en campo como en la computadora. Diseño de experimentos La variación dimensional del engrane fue calculada por 2 vías, la primera consistió en que la medida entre pernos (figura 8a) obtenida en base a todos los promedios de las medidas en campo fue comparada contra la medida teórica calculada de 49.8056 mm para el engrane “ideal”, calculándose así un porcentaje de contracción. La segunda vía consistió en considerar la variación volumétrica del engrane en base al cilindro imaginario formado por las medidas entre pernos y el espesor medido en los engranes (figura 8b (Moldflow Corporation 2004)) y así se calculó un segundo porcentaje de contracción. Nota: La medida entre pernos es un método alterno de medición basado en los conceptos fundamentales de la Ingeniería Inversa, procedimiento desarrollado por Regalado Contreras, 7 quien presenta una metodología basada en la medición sobre esferas y medidas de suma acumulada de pasos “span”, para determinar la geometría de un engrane de envolvente pura utilizando herramientas convencionales de medición. (Regalado 2004). Fig. 8. Medidas consideradas. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 41 �Contracción en engranes plásticos fabricados por inyección / Alfredo Hernández Villalobos, et al. Tanto en la inyección en campo como en la simulada con ayuda de Moldflow Plastics Insight ® se corrió el mismo diseño de experimentos Ortogonal Taguchi L27, el cual considera 5 variables en 3 niveles.3 Este diseño fue elegido de entre muchos otros por ser característico de arrojar una cantidad considerable de información con un número de corridas bajo lo cual impactó a final de cuentas en el costo del proyecto así como en el tiempo de medición para cada engrane. Las variables seleccionadas para este estudio fueron: Temperatura de Molde y de Plástico, Velocidad de Inyección, Tiempo y Presión de sostenimiento, las cuales fueron asumidas como las de mayor impacto sobre la calidad del producto final. Los niveles de cada variable fueron ajustados en base a las especificaciones técnicas de procesamiento del fabricante del plástico, y partiendo de esos puntos se formaron los rangos en los que cada variable fue modificada. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Estudio en campo Los valores de contracción calculados mediante la medición de engranes inyectados en campo fueron alimentados a Minitab® el cual arrojó las gráficas de efectos de cada una de las variables consideradas sobre la contracción del engrane, como puede observarse en la figura 9a. Se observa en la figura 9a que los parámetros que tienen mayor efecto en la contracción son la presión de sostenimiento, el tiempo de sostenimiento y la velocidad de inyección, ya que presentan la mayor variación sobre la contracción del engrane, tanto en las mediciones que consideran las distancias entre pernos, como las que comprenden la variación volumétrica del cilindro imaginario considerado mostrado en la figura 8b. Presión de Sostenimiento. Esta variable presenta un comportamiento lineal decreciente sobre los valores de contracción, mientras es incrementada desde los 25 a los 45 kg/cm2, esto conlleva a asumir que el punto de flexión de la gráfica que determinará el valor de presión óptimo de proceso, se encontrará a presiones mayores a las elegidas en este experimento. De esta manera se entiende que en este estudio hubiese sido posible considerar presiones mayores 42 Fig. 9. Gráfica de comportamiento por variable.4 de sostenimiento que resultarían en contracciones menores del engrane mejorando la estabilidad dimensional del dentado. Tiempo de Sostenimiento. La gráfica de contracción de esta variable presentó un punto de flexión a los 13 segundos, que se asume, es el punto óptimo de proceso de entre los rangos seleccionados, pues resulta en el mínimo porcentaje de contracción calculado. El escenario ideal sería haber encontrado un comportamiento asintótico en la gráfica, pues es de esperarse que valores excesivos de tiempo de sostenimiento, no tengan efecto alguno sobre la variación dimensional del producto, por el contrario un tiempo de sostenimiento corto podrá resultar en mayor variación dimensional del engrane debido a que el plástico podría incluso aun no solidificar cuando la presión ha sido removida originando rechupes, pandeo o expansión en el cuerpo del engrane lo que requeriría maquinados posteriores alterando tiempo de ciclo y costos. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Contracción en engranes plásticos fabricados por inyección / Alfredo Hernández Villalobos, et al. Velocidad de Inyección. Al igual que la presión de sostenimiento, esta variable mostró una tendencia lineal, ya que a valores mayores de velocidad de inyección los cálculos arrojaron menores valores de contracción. Esto es debido, a que una velocidad lenta resulta en un flujo lento de plástico dentro de las cavidades, el cual origina que ciertas localizaciones contraigan primero debido a que su temperatura disminuye prematuramente mientras que en otras secciones el plástico aún sigue llenando espacios y formando el producto. Temperatura del plástico. A los 213 °C el plástico mostró el menor porcentaje de contracción de entre el rango seleccionado. Mediante la gráfica se confirma el hecho de que el plástico presentará contracción en temperaturas altas o bajas: Mientras que un plástico muy caliente puede originar defectos como pandeo y rebaba pues el tiempo de sostenimiento puede no ser el suficiente para que el plástico termine de enfriarse, resultando en engranes deficientes no aptos para operación debido a vibración, calentamiento y desgaste excesivo entre otros factores, por otro lado una temperatura de plástico fría originará que el engrane contraiga demasiado rápido incluso antes de ser inyectado completamente, resultando en piezas incompletas y/o mayor contracción, lo que afectará la precisión del engrane considerablemente pues la geometría del dentado será irregular en los 360°. Temperatura del Molde. A mayores temperaturas de molde se observa que la contracción tiende a disminuir, esto es debido a que un choque térmico menor entre el plástico y el molde, será benéfico para el acomodo de las moléculas del plástico, lo cual resultará en una disminución en la contracción, mientras que un cambio mayor entre las temperaturas originará que el plástico comience a contraerse más rápido lo cual interferirá con el flujo y la cantidad de plástico que podrá ser introducida libremente al molde, resultando en engranes de menor densidad y mayor contracción, que si bien serían más ligeros carecerían de la integridad estructural para la que fueron diseñados además de presentar irregularidades en la geometría del dentado afectando tanto precisión como desempeño. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 Estudio asistido por computadora De la misma manera los resultados de contracción calculados por Moldflow Plastics Insight® fueron alimentados al diseño de experimentos en Minitab®, la gráfica de efectos obtenida se muestra en la figura 9b. Se observa que en comparación con los resultados del Diseño de Experimentos en base a las medidas en campo sólo la velocidad de inyección coincide como factor predominante; sin embargo, no presenta la misma tendencia. Esta variación en los resultados se debe a que refinando los valores de contracción calculados por Moldflow, se encontró que todas las corridas mostraban el mismo valor de contracción de 7.36%. De lo anterior resulta asumir que para grados de precisión altos el software no es confiable, esto se atribuye a que los cálculos del programa dependen directamente sobre la calidad del mallado del modelo. CONCLUSIONES • Todas las variables del proceso tienen un efecto distinto sobre la contracción volumétrica del engrane. • La presión de sostenimiento es la variable con mayor efecto sobre la variación dimensional del engrane, siguiéndole el tiempo de sostenimiento y por último, la velocidad de inyección. • La gráfica de contracción de la presión de sostenimiento mostró un comportamiento lineal, el punto de flexión de la gráfica (y por ende óptimo de proceso) se asume debe estar en valores de presión mayores. • Las gráficas de contracción para el tiempo de sostenimiento y la temperatura del plástico calculadas por Minitab® mostraron un punto de flexión, definiéndose éste como el punto óptimo de proceso para un mínimo porcentaje de contracción para estas 2 variables a los 13 segundos y 213 °C respectivamente. 43 �Contracción en engranes plásticos fabricados por inyección / Alfredo Hernández Villalobos, et al. • Los resultados de la simulación por computadora del proceso mostraron una discrepancia en cuanto a los obtenidos en campo, esto es atribuido a que los resultados que calculó el programa no presentaron la precisión requerida. Sin embargo, el programa fue de vital importancia, puesto que permitió explorar una cantidad considerable de variaciones del proceso, que fueron desde el número y localización de puntos de inyección hasta presiones y temperaturas del plástico utilizadas. REFERENCIAS 1. “Dudley´s Gear Handbook”; Mc. Graw Hill 2nd Edition 1986. 2. Grupo IMECPLAST, Asesoría y Capacitación para la Industria del Plástico; 2005. Diseño y construcción de moldes para inyección de plásticos. Estado de México, 2005. 3. MiC Quality; 2009. SIX SIGMA Taguchi Orthogonal arrays. www.micquality.com/ reference_tables/taguchi.htm#L27. 4. Minitab ®, Statistical Software. 5. Moldflow Corporation; 2004. Moldflow Plastics Insight; Help Module.Moldflow Plastics Insight®. 6. Rees Herbert; 1995. Mold Engineering, Hanser Publishers, Munich Viena. 1995Herbert Rees. Mold Engineering. Hanser Publishers, Munich Viena. 1995. 7. Regalado Contreras Isaías; 2004. Ingeniería inversa de engranes cilíndricos de envolvente pura utilizando herramientas convencionales de medición. Querétaro Querétaro, CIATEQ A.C. 2004. 8. Ticona, Performance Driven Solutions; 2009 www.ticona.com 2ª. REUNIÓN PANAMERICANA E IBÉRICA DE ACÚSTICA 160th ASA meeting 7° Congreso FIA 17° Congreso IMA 15 – 19 de Noviembre 2010 CANCÚN - MÉXICO ÁREAS TÉCNICAS 1. Acústica Oceanográfica 2. Bioacústica Animal 3. Acústica Arquitectónica 4. Ultrasonido y Vibraciones Biomédicas 5. Ingeniería Acústica 6. Acústica Musical 7. Ruido y su Control 8, Acústica Física 9. Acústica Fisiológica y Psicológica 10. Comunicación Hablada 11. Acústica y Vibraciones Estructurales 12. Acústica Submarina 13. Proceso de Señales Acústicas 14. Acústica en Educación 15. Audio-Acústica, etc. COMITÉ ORGANIZADOR James West (ASA), Co-Chair Sergio Beristain (IMA) Co-Chair Samir Gerges (FIA) Co-Chair Charles Schmid, Vice-Chair Rebeca de la Fuente, Programa Cultural ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA Suite INOI, 2 Huntington Quadrangle Melville, NY 11747-4502, USA Tel. 516-576-2360 - FAX 516-576-2377 asa@aip.org http://asa.aip.org FEDERACIÓN IBEROAMERICANA DE ACÚSTICA Universidad Federal de Sta. Catarina Cx Postal 476 Florianópolis SC 88040900 Brasil Tel. 55-48-234-4074 - FAX 55-48-331-9677 fia@mbox1.ufsc.br http://fia.ufsc.br INSTITUTO MEXICANO DE ACÚSTICA P.O. Box 12-1022, México, D.F. 03001, México Tel. 52-55-5682-2830, 5682-5525 sberista@gmail.com http://acustica-cancun.blogspot.com 44 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte II Javier Rojas Sandoval javierrojas@monterreyculturaindustrial.org RESUMEN Este artículo presenta la historia del arranque de la industria textil en el estado de Nuevo León, México, en el siglo XIX. En la parte I se abordaron los antecedentes y condiciones durante el arranque de las plantas textiles y las particularidades de la empresa “La Fama de Nuevo León”. En esta parte II se abordan los aspectos históricos y las particularidades operativas y económicas de las fábricas “El Porvenir” y “La Leona”. PALABRAS CLAVE Industria textil, México, Nuevo León, Fábricas, siglo XIX. ABSTRACT In this article, the history of the beginning of the textile industry in the state of Nuevo Leon, Mexico, in the eighteen century is presented. In part I the background and conditions during the starting of the textile plants, and the particularities of the company “La Fama de Nuevo Leon”, is described. In part II, the historical aspects and the operative and economic particularities of the companies “El Porvenir” and “La Leona” are studied. KEYWORDS Textile industry, Mexico, Nuevo Leon, Factories, eighteen century. La parte I de este artículo se publicó en el Vol. XIII, No. 46, de Ingenierías correspondiente a EneroMarzo 2010. FÁBRICA DE HILADOS Y TEJIDOS EL PORVENIR El primer día del mes uno del año de 1871, la firma comercial Zambrano, Hermano y Compañía conjuntamente con Valentín Rivero: “Propietarios por mitad del edificio, rueda motriz, acueducto, terreno y fincas de El Cercado, N.L., México, decidieron establecer con Gregorio Zambrano una fábrica de hilados y tejidos en ese lugar.”32 La constitución de la sociedad empresarial que le dio origen a la fábrica textil El Porvenir se explica por dos hechos evidentes, como lo anotan los autores del texto sobre la biografía de Valentín Rivero. En primer lugar, tanto el jefe de la familia Zambrano como Valentín Rivero habían ya cursado diecisiete años de experiencia como socios de la otra fábrica textil, La Fama de Nuevo León, constituida en 1854. La segunda razón era la proximidad de la caída de agua que podía utilizarse como fuerza motriz; ya el aserradero de Calzado y García Rejón la había usado, pues entre los bienes de la hacienda se mencionaba un Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 45 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte II / Javier Rojas Sandoval Gregorio Zambrano, socio fundador de El Porvenir. acueducto y una rueda motriz.33 Habría que agregar una tercera razón: los personajes que fundaron la Fábrica de Hilados y Tejidos El Porvenir eran exitosos empresarios, tenían importantes intereses en diversos negocios de la localidad, lo que les daba capacidad para realizar las inversiones necesarias. Cincuenta mil pesos fue el capital con que se constituyó la sociedad para financiar el proyecto de la fábrica de tejidos blancos o trigueños de algodón. Operación que repitió el mismo esquema de la anterior empresa textil de La Fama. A diferencia de La Fama, en cuya empresa participaron nueve accionistas fundadores, en el caso de El Porvenir solamente participaron dos familias inversionistas: los Zambrano y Rivero (incluyendo al yerno de don Gregorio como parte de la familia Zambrano) ver tabla VI. La parte mayoritaria de las acciones y del capital correspondieron a la familia Zambrano. No obstante, en 1879, Valentín Rivero pasaría a ser el único propietario de la fábrica textil El Porvenir, al comprarles las acciones a los otros socios. Los empresarios fundadores tuvieron que acudir al gobierno federal a fin de conseguir el permiso para importar la maquinaria de Inglaterra, país en el que apenas cuarenta años antes de que se fundara El Porvenir se había logrado generalizar el uso del telar mecánico de Edmund Cartwrigth, inventado en 1784. En El Porvenir la maquinaria reportaba un valor total, incluyendo fletes e intereses, de 83,741.45 pesos. Suma mayor que la inversión inicial de la sociedad, que fue de cincuenta mil pesos, lo que seguramente requirió de nuevos aportes de capital. Los productos que se comprometían a fabricar los fundadores de El Porvenir eran lienzos blancos de algodón conocidos como imperiales, hamburgos o madapollanes. La fábrica comenzó sus operaciones en 1871 con dieciséis trabajadores; para 1872 su número había llegado a ochenta. La fábrica utilizaba como fuerza motriz la corriente de agua de los Morales, los sobrantes del río Escamilla y vertientes del Potrero de Serna y El Cercado. Los derechos de uso de agua fueron adquiridos por la empresa según decreto del Congreso del Estado del 13 de enero de 1873. Las obras hidráulicas consistían en un estanque, la atarjea de seis arcos, una caja de agua, presas y una rueda turbina de 38 caballos de fuerza para dar movimiento a la maquinaria. Tabla VI. Sociedad de Accionistas. Fábrica de Hilados y Tejidos El Porvenir. 1871* Accionistas Gregorio Zambrano Acciones Monto** 3 15,000.00 Zambrano, Hermano y Cía. 3 15,000.00 Valentín Rivero 4 20,000.00 Totales 10 50,000.00 Fuente: elaborado con datos de El inmigrante, op. cit., p. 151. * Según escritura pública de Tomás Crescencio Pacheco, 13 de septiembre de 1871. ** Pesos de la época. 46 Valentin Rivero Gajá [2 enero 1848-2 febrero 1934] Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte II / Javier Rojas Sandoval Tabla VII. Instalaciones de El Porvenir. 1874 Instalaciones Especificaciones Construido de cantera. Con tres Edificio principal pisos en su cuerpo principal. D e p a r t a m e n t o d e Pieza unida al edificio principal Picker de un piso. Salón de dos naves construido de adobe y cantera, con techos Salón para blanqueo de tejamanil. De 24 varas de los lienzos de largo por nueve de ancho (veinte metros por 7.5). Pieza de dos naves de sillar y Departamento de piedra y techos de tejamanil, vapor con su chimenea. Almacén o bodega para el algodón Un taller de fragua Un taller de carpintería Veintitrés cuartos para Nueve varas cada uno (7.5 habitaciones de los metros). Cada uno con cocina. trabajadores Un cuarto habitación C a s a h a b i t a c i ó n Primer piso dedicado a la principal de dos pisos tienda. Noventa pies de largo por tres Edificio para de ancho (veinticinco metros maquinaria por 9.5 de ancho). Conductor de agua para uso de Atarjea de seis arcos fuerza motriz. Fuente: elaborado con datos de El inmigrante, op. cit., pp. 152, 161 y 162. En 1874 se habían comprado 215 pacas de algodón como materia prima para la producción de la planta textil. En la tabla VII se listan las instalaciones de la empresa en ese año. No obstante que la fábrica se fundó el año de 1871, las primeras cifras disponibles sobre producción, ver tabla VIII, datan del mes de enero de 1875. Para el siguiente mes, el encargado de la fábrica —uno de los hijos de Valentín Rivero— informaba que estaban listas para ser enviadas a Monterrey 300 o 400 piezas de imperial. Luego, el mes de marzo, el mismo personaje daba cuenta de que se habían producido 126 piezas dobles de tela. Un año después, en 1876, Ramón Lafón, otro encargado de la planta, reportaba que la fábrica producía de 93 a 94 piezas de manta semanales. Cuatro años más tarde, el mismo Lafón daba a conocer que la producción semanal había llegado a las 137 piezas dobles de tela y que Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 Tabla VIII. Cifras sobre producción de El Porvenir. 18751880 Año Producción 1875 primer reporte: 300-400 piezas al mes enero-febrero 1876 93-94 piezas semanales 1880 137-140 piezas semanales Fuente: elaborado con datos de El inmigrante, op. cit., pp. 163-164. se proponían llegar a las 140 piezas de producción. Sin embargo, debido a problemas relacionados con las lluvias se frustraron los planes de producción, y ésta cayó a sólo 120 piezas por semana. Al igual que las fábricas textiles de la madre patria de la revolución industrial, las plantas textiles de Nuevo León se instalaron cerca de los sitios donde existía abundancia de agua corriente para utilizar su caída como fuerza motriz. En el caso de El Porvenir —al igual que en el de La Fama— tuvieron que construirse admirables obras de ingeniería como acueductos o atarjeas para hacer posible la caída de las aguas y usarlas como accionantes de motores y máquinas. Por ello uno de los primeros pasos que dieron los promotores de El Porvenir fue legalizar el derecho de uso de agua de la región. Lo que no evitó a los empresarios de la fábrica textil enfrentar algunas dificultades con los agricultores por la distribución del agua. Otro aspecto que creaba dificultades frecuentes para el funcionamiento de la planta era la sequía o la abundancia de lluvia. Manuel G. Rivero Gajá [2 febrero 1856-11 enero 1932] 47 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte II / Javier Rojas Sandoval En 1876 se registró una baja en la producción textil por “la carencia de lluvias”, lo que trajo como resultado una disminución en el poder de la rueda que le daba movimiento a las máquinas. Por otro lado, en 1880, el encargado de la planta informaba a don Valentín Rivero que la baja producción se debía al exceso de lluvia que desbordaba los arroyos, inundaba los caminos y dificultaba el traslado de las telas, así como la humedad que hacía que las máquinas fueran más pesadas. Por lo tanto, si la escasez de lluvias provocaba problemas, la abundancia de éstas producía los mismos efectos. La distribución de los productos de El Porvenir se hacía a través de los almacenes de don Valentín Rivero localizados en la ciudad de Monterrey, a donde se enviaban las telas fabricadas y de ahí se distribuían para los más diversos lugares. Los clientes de las telas se localizaban en la misma capital de Nuevo León, así como otros estados de la república. La casa comercial Rivero tenía nexos con muchas negociaciones con las cuales realizaba un intenso intercambio de productos. Una breve lista, ver tabla IX, ilustra ese intercambio: Tabla IX. Clientes de la Casa Rivero. Ventas de mantas y telas de El Porvenir. 1876-1880 Nombre del cliente Ubicación Gaspar Laso, Manuel Ruiz y Montemorelos, N. L. Jesús M. González. Dámaso Rodríguez Saltillo, Coahuila Manuel Vivanco y José V. Linares, N. L. Noriega Meyer Doorman y Co. Durango, Durango. Baltazar Sáenz Parral, Chihuahua. Rivero y Laso México, D. F. Fuente: elaborado con datos de El Inmigrante, op. cit., pp. 172-173. Dos acontecimientos cierran esta segunda etapa de la historia inicial de El Porvenir. El primero es que a finales de 1880 el ingeniero Manuel G. Rivero y Gajá —hijo de Valentín Rivero— se hace cargo de la gerencia de la fábrica. A partir de entonces, la empresa experimentó cambios importantes que la colocaron entre las mejores del país. El segundo acontecimiento fue la compra que hizo Valentín Rivero de las acciones a la familia Zambrano, para quedar así como único propietario de la fábrica. 48 Pablo Livas, quién laboró para la fábrica textil, dejó escrito que en la fábrica El Porvenir fue el primer lugar del estado de Nuevo León en que se estableció una planta de electricidad, así como la primera línea telefónica. Los autores de El Inmigrante deducen que de ser ciertas las afirmaciones de Livas, la primera planta generadora de energía eléctrica pudo haberse instalado en El Porvenir hacia 1882. Con lo cual evidentemente se iniciaría una nueva etapa en la historia tecnológica de la fábrica. Sin embargo, el indicador más elocuente de los avances de la planta fabril no se dio hasta 1885, cuando el obispo Montes de Oca bendijo las nuevas instalaciones con las que El Porvenir iniciaba su tercera etapa de actividad. A finales de mayo de 1885 se reportó una producción de 300 piezas dobles de tela en una semana, cantidad que representó poco más del doble del número de piezas semanales que se produjeron cinco años antes. A partir de esa fecha, la producción no sería inferior a las 350 piezas; en el mismo año llegaron a la cifra de 380 piezas. En 1891, los propietarios de la fábrica adquirieron nueva maquinaria inglesa de la firma Heaven, Wedemeyer & Co. Al instalarse las plantas de la industria pesada en Monterrey, en la década de los noventa, se facilitó la fabricación y reparación de piezas de la maquinaria de la fábrica textil.34 En 1995 el director de la fábrica textil, el ingeniero Rafael Rico Samaniego,35 narró que el 12 de mayo de 1908 cambió la razón social de la planta: de Fábrica de Hilados y Tejidos El Porvenir a Fábrica de Hilados y Tejidos El Porvenir y Anexos, S. A., registrada para una duración de cincuenta años a partir del primero de enero de 1908 hasta el 31 de diciembre de 1957. Luego, en el año de 1932, se amplió el plazo hasta el 31 de octubre del 2007. Fábrica hilados y tejidos, El Porvenir, Villa de Santiago. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte II / Javier Rojas Sandoval En el mismo año de 1908, se registra un capital social de dos millones de pesos, dividido en dos mil acciones. Como accionistas figuran Víctor Rivero, Valentín Rivero y Gajá, Manuel Rivero y Gajá, Mariano Hernández, Manuel Cantú Treviño, Valentín Rivero y Fernández, Ricardo J. Rivero, Eugenio Rivero y Gajá, José E. Rivero Fernández y Valentín Rivero S. Como presidente del Consejo firma Valentín Rivero y Gajá y como secretario, Manuel G. Rivero y Gajá. Resulta interesante hacer la observación de que todavía en 1908 se mantiene la continuidad de la dinastía fundada por don Valentín Rivero; de los diez accionistas solamente dos no llevan su apellido. El benemérito de la educación nuevoleonesa, Pablo Livas, escribió en 1909 que el nombre de la fábrica de textiles El Porvenir: está tan íntimamente identificado con los intereses comerciales e industriales de la ciudad de Monterrey y del estado de Nuevo León que sería imposible hacer la historia de la ciudad y del estado sin hablar de ella.36 En seguida, el mentor hace una descripción de la fábrica, cuyos datos deben ubicarse hacia 1908 o 1909. 1. Energía. Los departamentos de Hilados, Tejidos, Blanqueo y Tintorería se movían por energía eléctrica producida por turbinas que generaban, en conjunto, 450 caballos de fuerza; más otras dos turbinas y sus generadores de 400 Kw. Esta última energía era producida en la Hacienda de Vista Hermosa y de ahí se conducía a la fábrica, distante seis kilómetros. 2. Obras hidráulicas. Las obras se componían de un canal que derivaba del río Escamilla, que incluía una caja medidora, un estanque de limpia y un canal de mampostería de 120 metros de largo, a cuyo extremo se encontraba un tubo de hierro de setenta centímetros de diámetro y una longitud de 800 metros, que llevaba el agua a las turbinas en la estación hidroeléctrica Vista Hermosa. 3. Calderas. Había tres calderas que suministraban el calor para las máquinas de secar y las de la tintorería, las cuales podían desarrollar 400 caballos de fuerza. 4. Hiladoras y telares. La hilatura contaba con 10,500 husos y 414 telares con un ancho de peines Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 Fábrica de hilados y tejidos “El Porvenir”. de setenta centímetros, hasta un metro ochenta centímetros. 5. Otros departamentos. Carpintería con máquinas de aserrar, cepillar y tornear. Reparación de máquinas, con su fragua, hornos de fundición de fierro y bronce, tornos, máquinas de cepillar, fresas y taladros. 6. Productos. La fábrica producía una gran cantidad de tejidos como lienzo blanco, percal color entero, en particular el percal negro. Otros productos: linón barrotado, velo de monja, chales, organdí, lappet, vichy lisa, a lista y a cuadros; serpentinas, holanda, driles, cotonadas; toallas blancas y fantasía. Cobertores a listas y a dibujos, franelas, lonas, pañuelos, servilletas, cotín, algodón seda, etcétera. 7. Número de obreros. Según Pablo Livas, para esas fechas trabajaban en El Porvenir entre 700 y 800 obreros.37 Por los registros históricos del ingeniero Rafael Rico se sabe que el año de 1910 la fábrica donó una fuente a la plaza del municipio de Santiago para conmemorar el primer centenario de la Independencia de México. Cuando se desencadenó la Revolución, la fábrica siguió produciendo, incluso reportando utilidades. El informe a los accionistas correspondiente a 1912 registra que se adquirió nueva maquinaria, lo que indica disponibilidad para inversiones. Otras fuentes informan que para el año de 1913, El Porvenir presentaba el siguiente panorama: entre los meses de enero y junio de 1913, se habían consumido 203,814 kilogramos de algodón, el más 49 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte II / Javier Rojas Sandoval alto consumo comparado con las otras plantas textiles instaladas en Nuevo León. En el mismo lapso, había producido 61,000 piezas tejidas y estampadas. Asimismo registró ventas por 426,349.38 pesos, la cifra más alta en comparación con las otras fábricas. Tenía 10,420 husos, 409 telares y daba empleo a 550 trabajadores.38 Incluso los reportes de los visitadores del Departamento del Trabajo informaban de la existencia de condiciones de trabajo aceptables, además de que los obreros disfrutaban de habitaciones gratuitas, mientras que a los de las otras fábricas textiles les cobraban renta. Desde los últimos días de la dictadura huertista y durante la etapa constitucionalista, la Revolución afectó la actividad de la fábrica. El 22 de mayo de 1914, el gobierno constitucionalista obligó a la fábrica a entregar préstamos forzosos. En 1916 se presentaron serias dificultades en la operación de la planta; solamente trabajaban una tercera parte de los telares y se produjeron asaltos e incendios provocados por los grupos armados. Entre 1913 y 1921 hubo no menos de ocho asaltos. En el año de 1913 se registraron tres: el del 31 de julio a cargo de Francisco Coss; el del 9 de diciembre por el coronel Fortino Garza Campos y el último, ejecutado por Abraham Zepeda. El siguiente año de 1914, Santos Coy cargó contra la planta el 24 de marzo. En 1915 se registraron tres atracos revolucionarios, dos de ellos a cargo del coronel Fortino Garza Campos y uno por cuenta de A. Flores Alatorre. Una vez que triunfó el constitucionalismo, en 1921, la fábrica fue asaltada por Ismael Hernández, al mando de una partida de rebeldes. Además de los asaltos revolucionarios, Planta hidroeléctrica ubicada en la fábrica El Porvenir, conocida como “La Planta Vista Hermosa”, en el Cercado, Santiago, N.L., México. 50 en abril de 1917, el propio Venustiano Carranza amenazó a los empresarios textiles del país con intervenirles las fábricas si no acataban los acuerdos de 1912 de la Convención Nacional Textil sobre tarifas salariales. El ingeniero Samaniego narra que después de la Revolución, la historia de la fábrica El Porvenir se ha desarrollado bajo una tendencia ascendente, con algunos momentos desafortunados, como los mencionados anteriormente. Los tiempos posteriores fueron de una evolución positiva para la planta fabril. El mismo año de 1921 la fábrica anuncia la llegada de una turbina Escher Wyss de 550 HP y un generador de 500 Kw marca Siemens Suckert y también veinte telares nuevos. Cinco años después se importaron de Inglaterra, de la casa E. A. Ehlinger & Co., treinta telares modernos para tejer géneros de cuadros. Dos años después, en 1928, la fábrica hace un reparto de utilidades de 13,200 pesos entre su personal, cuando esta prestación todavía no se generalizaba en los medios laborales del país. En el ejercicio social que terminó en octubre de 1931 se informaba, por primera vez desde su fundación, que los resultados financieros habían sido negativos, lo que se atribuyó a la crisis económica de esos años. Al siguiente año, el 11 de enero de 1932, la comunidad laboral de El Porvenir registró otro acontecimiento desafortunado: la muerte del ingeniero Manuel G. Rivero y Gajá. Pasó a ocupar la presidencia de la sociedad, de manera provisional, José Rivero E. Fernández. Cierra este periodo el 10 de marzo de 1932, cuando la Asamblea General de Accionistas acuerda la aportación de todos los derechos de V. Rivero Sucesores a favor de la Fábrica de Hilados y Tejidos El Porvenir, a cambio de 5,000 acciones de cien pesos, para establecer la nueva compañía que tendrá duración hasta el 31 de octubre del año 2007, con un capital social de 2.5 millones de pesos. El cambio más importante que registra la fábrica textil en términos administrativos y que marca su trayectoria hasta el presente es el cambio de razón social. Ello sucedió el 18 de marzo de 1934, fecha en que se autoriza enajenar todos los bienes de la fábrica, plantas hidroeléctricas y concesiones de agua en favor de la nueva compañía que se formó y que se denominó: Textiles Monterrey, S. A., que Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte II / Javier Rojas Sandoval fue el mismo cambio registrado en La Fama. Es el nombre que conserva hasta la actualidad. En 1986 se le agregó la denominación de Capital Variable. La fábrica ha registrado los momentos más significativos de la historia nacional y se ha amoldado a ellos, lo que le ha permitido sobrevivir. Durante la época de la segunda guerra mundial, registró un incremento importante en su plantilla laboral, al rebasar los mil trabajadores. Desde el punto de vista tecnológico, también ha registrado cambios y renovaciones paulatinas. En 1959 se canceló la vieja planta de acabados y se construyó un nuevo edificio. Se instaló nueva tecnología y se adoptó un nuevo proceso de producción. Al igual que La Fama, en la década de los cincuenta la fábrica El Porvenir fue una de las primeras en el país en incorporarse a lo que se llamó Sistema de Modernización, que consistió en definir métodos estandarizados de trabajo, asignar tiempos preestablecidos para cada función por realizar; determinar la carga de trabajo óptima y pagarle al personal según el rendimiento individual obtenido en unidades de trabajo. A esta racionalización del trabajo se le conoció como Tiempos Barnes y después como Tiempos Norris and Elliot, que fueron incorporados al Contrato Ley Textil de la rama del algodón y sus mixturas, que tenía vigencia nacional y que lo habían suscrito las cuatro centrales obreras más importantes del país y la agrupación de todos los patronos o Federación de Asociaciones Industriales Textiles del Algodón. FÁBRICA DE HILADOS Y TEJIDOS LA LEONA Tres años después de que se fundara la Fábrica de Hilados y Tejidos El Porvenir se constituyó, en 1874, la otra fábrica pionera de la industria textil de Nuevo León: La Leona, instalada en el cercano municipio de Garza García. Esta empresa se fundó por iniciativa de los señores Roberto Law y Andrés Martínez Cárdenas,39 el primero de origen inglés.40 Según Pablo Livas, en sus comienzos, la fábrica sólo elaboraba mantas de algodón; con el tiempo produjo telas de color, cantones y mezclillas. En 1889, veinte años antes de que Pablo Livas escribiera su crónica informativa sobre la situación del estado de Nuevo León, la fábrica textil La Leona reportaba Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 una inversión cercana a los 128 mil pesos; consumía entre 1,500 y 1,200 quintales de algodón, con los que producía de quince a veinte mil piezas anuales y daba empleo a cien obreros, que devengaban un jornal diario de entre tres y cuatro reales.41 Carlos González, cronista de San Pedro, Garza García, informa que por el mes de septiembre del año 1899, Roberto Law, el principal accionista de la fábrica textil, la vendió a la casa comercial Manuel Cantú Treviño y Hermanos, en la suma de 200 mil pesos. El terreno más la construcción se valuaron en veinte mil pesos, la inversión se completó con el precio de la maquinaria, las herramientas, el algodón, aceites y combustibles existentes en el inventario de la planta. Sobre las razones de la venta, el mismo cronista de San Pedro asienta: Se dice que una de las causas principales por las que [Roberto Law] se decidió a vender era debido a la presión ejercida por el gobierno federal y local, pues hacía apenas un año que el presidente de la república, general Porfirio Díaz, había visitado el municipio y según la versión oral, don Roberto se negó a permitir salir a sus trabajadores para que le hicieran valla, en esta histórica visita. El presidente estuvo en la fábrica La Fama y luego pasó a los molinos de Jesús María, pero no llegó a La Leona, a pesar de ser punto intermedio. Lo cierto fue que con la compra de La Leona, don Manuel Cantú Treviño amplió los negocios que tenía con la casa comercial Sorpresa y Primavera. Cantú Treviño, nacido en Salinas Victoria, tuvo un papel protagónico de primera importancia en las otras fábricas pioneras de la industrialización Fábrica de hilados y tejidos “La Leona”, foto c. 1930. 51 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte II / Javier Rojas Sandoval de Nuevo León. Participó en la fundación de la Fábrica de Vidrios y Cristales, antecedente de la Vidriera Monterrey, y fue miembro del Consejo de Administración de la Compañía Fundidora de Fierro y Acero de Monterrey.42 En 1914 murió Manuel Cantú Treviño y la fábrica fue adquirida por Florentino Cantú Treviño, hermano del primero. El mismo Pablo Livas, en su crónica citada, escribe que para 1909 había en la fábrica 3,296 husos y 150 telares, con la demás maquinaria que se necesita para la transformación de la materia prima, todo movido por una turbina hidráulica de cuarenta caballos de fuerza e ingenios de vapor que desarrollaban otra fuerza igual a la de la turbina. Ocupaba alrededor de 150 operarios que devengaban un salario en conjunto de entre 700 y 800 pesos a la semana. Contaba, además del edificio en que estaba instalada la planta, con 56 cuartos para habitaciones de obreros y sostenía una escuela gratuita a la que concurrían de treinta a cuarenta niños.43 El canal que conducía el agua necesaria para el funcionamiento de la planta era el mismo que le surtía a la planta vecina La Fama. Al igual que las otras dos plantas textiles, La Leona también fue objeto de la supervisión de los inspectores gubernamentales. En la tabla X se muestra la situación de la empresa de acuerdo a los reportes de 1913. Si se hace una comparación con La Fama y El Porvenir, La Leona producía casi la misma cantidad global que La Fama, como se observa en la tabla XI. Tabla X. Situación de la fábrica textil La Leona. 1913 Concepto Cantidad Kilos de algodón consumidos 68,525 Número de tejidos o de piezas 28,340 estampadas producidas Total de ventas (pesos) $ 133,871. Número de husos modernos 3,296 Número de telares 120 Número de operarios 150 Horas de trabajo diarias 10 Jornal promedio semanal $ 7.50 (pesos) Fuente: Óscar Flores, op. cit., p. 82. 52 En otros rubros como ventas, número de husos, telares y trabajadores ocupados, la situación era la mostrada en la tabla XII. Sobre condiciones laborales, los inspectores reportaban que La Leona tenía una situación en la que se aplicaba el reglamento de trabajo aprobado por la convención de 1912. Las condiciones higiénicas eran aceptables. La empresa tenía servicio médico en la planta con cargo a la gerencia y proporcionaba a los trabajadores habitaciones con una renta de cincuenta centavos semanales, exceptuando a los obreros antiguos.44 Al igual que La Fama y El Porvenir, La Leona le dio vida a la comunidad en la que estaban asentadas sus instalaciones. Como parte del municipio de Garza García, La Leona compartió la problemática de su desarrollo económico y poblacional. Tomás Mendirichaga45 narra que un año después de que se fundara el municipio de Garza García, el primer Ayuntamiento que tomó posesión, en el mes de abril de 1883, acordó dividir el municipio en cuatro secciones. La primera quedó integrada con la fábrica textil La Leona y el molino de trigo de Jesús María, lo cual indica que la fábrica se consideró no como un centro de producción y trabajo, sino como una comunidad. Algunas fuentes se refieren a La Leona como congregación. Ello le dio categoría de poblado fabril. Tabla XI. Producción de tres plantas textiles de Nuevo León. 1913 Concepto La Leona La Fama Núm. piezas 28,340 26,658 estampadas Fuente: Óscar Flores, op. cit. El Porvenir 61,005 Tabla XII. Plantas textiles de Nuevo León. 1913 Concepto La Leona La Fama V e n t a s 133,871 130,736 (pesos) Número de 3,296 3,010 husos Número de 120 117 telares Número de 150 130 obreros Fuente: Óscar Flores, op. cit. El Porvenir 426,349 10,420 409 550 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte II / Javier Rojas Sandoval Para 1883, de las cinco localidades en que se dividía Garza García, los habitantes de La Leona representaban cerca de una cuarta parte del total de residentes en todo el municipio, ver tabla XIII. Tabla XIII. Población de Garza García y localidades vecinas. 1883-1885 Localidad 1883 1885 Garza García 1,905 1,295 Villa de García 1,025 639 Fábrica La 410 330 Leona Molino de Jesús 70 41 María H a c i e n d a 70 111 Prisciliano Siller Carrizalejo 60 25 San Agustín 270 149 Fuente: elaborado con datos de Tomás Mendirichaga, Garza García 1596-1985, op. cit., pp. 83-93. El agua fue uno de los aspectos de mayor importancia tanto para el municipio de Garza García como para la comunidad fabril de La Leona. En tal sentido, don Tomás Mendirichaga refiere que hacia 1886 el cabildo informaba que el volumen de agua utilizada en los laboríos era de 43 surcos, los cuales se tomaban del río de Santa Catarina, que se formaba con las vertientes de los ojos de agua Grande, Rodeo, Morteros, Alamar, Nutria y Zapalanimé. Los moradores de la Villa utilizaban para la labranza el total de agua: Aunque en el trayecto que es como de tres millas, puede utilizarse en dar movimiento a un establecimiento fabril (La Leona).46 Otros aspectos de la relación entre la fábrica y la comunidad fueron las obras públicas, los impuestos y la leña. El cronista de San Pedro narra que en el mes de julio de 1883 el cabildo dio a conocer en una de sus sesiones un comunicado en el que el propietario de la Leona ofrecía veinte pesos mensuales como ayuda al municipio, mientras las autoridades conseguían recursos para financiar los gastos municipales. Sin embargo, al parecer la población desconoció la generosidad del súbdito británico, ya que en el mes de febrero de 1890 un grupo de vecinos le impidieron sacar leña de los agostaderos para uso de su factoría Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 Fábrica de hilados y tejidos “La Leona”. y sus operarios. Por su parte, el alcalde don Diego Saldívar, en un oficio dirigido al gobierno, solicitaba que se atendiera al señor Law, ya que los ingresos de La Leona eran de gran utilidad para el pueblo, pues aparte de ser fuente de trabajo, pagaba buenos impuestos por el algodón, que ascendían a 500 o 600 pesos, así como la cantidad adicional que aportaba para sostener una escuela.47 El otro punto era el relacionado con los impuestos. En vista de que hubo un tiempo en que las obligaciones tributarias de La Leona eran cobradas por el Ayuntamiento de Monterrey, y este último enviaba luego una parte al municipio donde estaban las instalaciones de la fábrica textil, la administración municipal de Garza García reclamaba el pago total de las contribuciones. Así lo informaba el alcalde Juan Frías en el año de 1910. Manuel Cantú Treviño, el propietario de la fábrica textil que sucedió al británico, pagaba sus impuestos al Ayuntamiento de Monterrey y éste remitía, cada bimestre, a la Tesorería Municipal de Garza García una tercera parte del impuesto de tres cuartos por ciento sobre las ventas de la fábrica. El alcalde solicitaba que se concediera al municipio el impuesto íntegro sobre ventas, que se le tenía asignado a La Leona. El gobierno del estado no accedió a la petición argumentando que los impuestos deberían de hacerse en el lugar donde se verificaban las ventas, o sea en Monterrey, aclarando que la tercera parte de ese impuesto se le había otorgado al municipio de Garza García como una concesión especial, pero no debía servir de precedente.48 Manuel Cantú colaboraba de manera frecuente con la administración municipal en diversas obras comunitarias. A mediados de 1919 se terminó la apertura de un nuevo camino que unió la Villa de Garza 53 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte II / Javier Rojas Sandoval García y la estación del ferrocarril, cuyo financiamiento corrió a cargo del dueño de La Leona. En los tiempos modernos de la historia de La Leona, desempeñó un papel de particular importancia don Jesús J. Llaguno, sobrino de don Manuel Cantú Treviño; quien primero trabajó en la negociación comercial de su tío, Sorpresa y Primavera. En 1932 fue socio de la Ladrillera Monterrey para luego presidirla de 1940 a 1975. Adquirió La Leona, empresa textil de su tío. En 1940 fundó Textiles del Norte, ampliando su empresa original. En el área de la vieja empresa textil, se proyectó la instalación y posterior desarrollo de varias empresas que fueron naciendo: Hilados del Norte (1947), Acabados Monterrey (1948) y Leona Textil (1951). Jesús J. Llaguno emprendió nuevos proyectos industriales de la rama textil: Confecciones Lamont (1955), Fábrica de Tejido de Punto RYL (1957), Nylon de México (1958), Policrón de México (1962), Polisac (1969) y Polioles (1970),49 industrias todas ellas que formaban el Grupo Textil de La Leona. Nylon de México, S. A. inició con una inversión de 27 millones de pesos, suma que luego fue aumentada hasta los 75 millones, producía más de mil kilogramos por día de hilo nylon, con capacidad para aumentar su producción hasta los cuatro mil kilos. Técnicos de la H. J. Zimmer de Frankfurt, Alemania, supervisaron la instalación de la maquinaria.50 En la actualidad, la antigua Leona Textil opera bajo la razón social de La Nueva Leona. Sus instalaciones son nuevas. De las antiguas solamente quedan los arcos de lo que fue el acueducto y la puerta principal de la fábrica. 54 REFERENCIAS Las referencias 1 a 31 se encuentran en la parte I de este artículo publicado en el Vol. XIII, No. 46, de Ingenierías, correspondiente a Enero-Marzo 2010. 32. Mendirichaga, op. cit., p. 151. 33. Ibid. 34. Ibid, pp. 248 y 249. 35. Entrevista con el ingeniero Rafael Rico Samaniego, 12 de julio de 1995, planta El Porvenir, El Cercado, N. L. 36. Pablo Livas, op. cit., pp. 48 y ss. 37. Ibid. 38. Óscar Flores, op. cit., 1991, p. 81, cuadro No. 1. 39. Isidro Vizcaya Canales, op. cit., pp. 30, 84, 85. 40. Pablo Livas, op. cit., pp. 28 y ss. 41. Isidro Vizcaya, op. cit. 42. Roberto Mendirichaga, Perfiles, Cámara de Comercio de Monterrey, Monterrey, N. L., 1992. 43. Pablo Livas, op. cit. 44. Óscar Flores, op. cit. 45. Tomás Mendirichaga Cueva, Garza García 15961985, municipio de Garza García, N. L., 1993, pp. 83 y ss. 46. Ibid., pp. 95-96. 47. Carlos González, op. cit., pp. 57-58. 48. Ibid., p. 115. 49. Mendirichaga, Perfiles, op. cit. 50. Revista La Rueca, órgano de La Leona Textil, núm. 55, 1960. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Integridad estructural de un acero TRIP800 soldado mediante procesos láser CO2 y GMAW Gladys Yerania Pérez-Medina, Felipe Arturo Reyes-Valdés, Hugo F. López Ferreira, Víctor Hugo López-Cortéz Corporación Mexicana de Investigación en Materiales, Coah. México gladysperez@comimsa.com RESUMEN En el presente trabajo se investigaron las propiedades mecánicas resultantes de soldar de un acero AHSS del tipo TRIP800 por Láser CO2 y por arco metálico con gas (GMAW). Se encontró que la soldadura Láser lleva a una dureza relativamente alta en la zona de fusión (ZF), presentando martensita principalmente y fases de ferrita y bainita en la zona afectada por el calor (ZAC). Esta misma mezcla de fases se encontró en la ZAC y ZF de las muestras del proceso GMAW. En este caso no hubo degradación mecánica en las muestras del proceso GMAW cuando se sometieron a pruebas de tensión ya que todas las fracturas ocurrieron en el metal base. En contraste, la región adyacente a la ZAC para la mayoría de las muestras soldadas utilizando láser falló a causa de fragilidad. PALABRAS CLAVE Acero TRIP, GMAW, Láser CO2, Soldadura. ABSTRACT In this work the resultant mechanical properties of a strip of AHSS steel of the TRIP800 type welded using GMAW and CO2 Laser processes were studied. It was found that Laser leads to a relatively high hardness in the fusion zone, FZ indicating that the resultant microstructure was martensite. In the HAZ, a mixture of phases consisting of bainite and ferrite was present. Similar phase mixtures were found in HAZ and FZ of the GMAW samples. The presence of these mixtures of phases did not result in mechanical degradation when the GMAW samples were tested in tension as all the fractures occurred in the base metal. In contrast, the region adjacent to the HAZ for most samples welded using laser failed by brittle cleavage. KEYWORDS AHSS, TRIP Steel, GMAW, CO2 Laser, welding. INTRODUCCIÓN La demanda de vehículos de alta eficiencia ha llevado al desarrollo de aceros avanzados con propiedades mecánicas superiores. Entre estos aceros se encuentran los aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) que fueron desarrollados para la manufactura de carrocerías de automóviles de bajo peso utilizando calibre de Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 55 �Integridad estructural de un acero TRIP800 soldado mediante procesos láser CO2 y GMAW / Gladys Yerania Pérez-Medina, et al. lámina menor a 1mm.1 Los AHSS considerados para aplicaciones en el sector automotriz incluyen los aceros de plasticidad inducida por transformación (TRIP).1 Los aceros TRIP poseen una microestructura consistente de ferrita y bainita, incluyendo alguna austenita retenida. El comportamiento plástico de los aceros TRIP se atribuye a la transformación inducida por esfuerzo de la austenita retenida a martensita durante la deformación. Estos aceros exhiben índices de endurecimiento por trabajo relativamente elevados y notable formabilidad. Además, el nivel de esfuerzo plástico aplicado necesario para inducir la transformación de austenita a martensita depende fuertemente del contenido de carbono. A bajos niveles de carbono, la austenita retenida se transforma casi inmediatamente una vez que el material alcanza el límite elástico. A contenidos elevados de carbono, la austenita retenida se vuelve cada vez más estable y solo puede transformarse a niveles elevados de esfuerzo plástico tales como los que encuentran durante un evento de choque repentino.2 Entre las principales preocupaciones relacionadas con la soldadura se encuentra la formación de martensita no deseada.3,4 Se ha encontrado que, en procesos de soldadura con bajo aporte térmico, como la soldadura por resistencia de puntos (RSW), se pueden formar martensitas de alto carbono en la soldadura que llevan a la fragilidad.3,4 Consecuentemente, en el presente trabajo se investigó el efecto de soldadura en las microestructuras resultantes y en la integridad mecánica de un acero TRIP utilizando un proceso de bajo y uno de alto aporte térmico. Con este propósito, se emplearon un proceso de soldadura por arco metálico con gas (GMAW) y un proceso Láser CO2 para soldar una lámina de acero TRIP actualmente utilizada en el sector automotriz. parámetros de soldadura utilizados en los procesos GMAW y Láser CO2 se dan en la tabla III. En el caso de GMAW, el metal de aporte fue del tipo ER110S-G con un diámetro de 1.6 mm adecuado para aceros de alta resistencia a la tensión con 780 MPa. El equipo de soldadura empleado fue un Robot COMAU, CG4, RCC1, 17900582. En la soldadura láser el equipo utilizado fue una unidad CO2-LBW, EL. EN-RTM de 6 kW con 6 grados de libertad. Se emplearon microscopio óptico y microscopio electrónico de barrido (SEM) incluyendo EDX para caracterizar las microestructuras exhibidas y los modos de fractura de los aceros TRIP soldados. Tabla I. Composición química del acero AHSS del tipo TRIP 800. % peso TRIP800 C 0.232 Mn 1.653 Si 1.55 P 0.010 Al 0.041 Cu 0.033 Cr 0.033 Ni 0.036 Mo 0.018 Sn 0.006 Tabla II. Propiedades mecánicas de los aceros AHSS del tipo TRIP 800. Metal Base TRIP800 Esfuerzo de Último esfuerzo Elongación Cedencia a la Tensión [%] [MPa] [MPa] 450 56 28 Tabla III. Parámetros y microdureza promedio usando el proceso Láser CO2 y GMAW en los aceros TRIP800. Proceso de Soldadura Tipo de unión EXPERIMENTACIÓN La composición química del acero TRIP utilizado en el presente trabajo se da en la tabla I. La tabla II muestra las propiedades mecánicas del acero TRIP de una lámina de 1.6 mm de espesor. Se cortaron láminas de ensayo de la hoja de acero, cada una de tamaño de 244 x 70 x 1.6 mm y soldada por los procesos GMAW y Láser CO2. Los 800 Corriente [A] GMAW Láser CO2 Unión a tope Unión a tope 136 ____ Voltaje [V] 13 ____ Potencia [kW] ____ 4.5 Velocidad de soldadura [mm/min] 799.84 3,699.76 Calor de entrada [J/mm] 132.6 72.97 Microdureza promedio [Hv] ZAC 482.33 505.6 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Integridad estructural de un acero TRIP800 soldado mediante procesos láser CO2 y GMAW / Gladys Yerania Pérez-Medina, et al. Fig. 1. Microestructura de los aceros AHSS tipo TRIP800 soldados por el proceso GMAW en (a) MB, (b) ZF y (c) ZAC. La dureza de las diversas regiones de soldadura se determinó por medio de un perfil de microdureza Vickers. Finalmente, se determinaron la resistencia a la tensión y el porcentaje de ductilidad de las tiras soldadas utilizando una máquina universal de pruebas. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Microestructuras soldadas La figura 1a muestra los rasgos microestructurales del acero TRIP en las condiciones en que se recibió. Se observó una mezcla de ferrita y bainita. Las microestructuras resultantes en la zona de fusión (ZF) y ZAC del acero TRIP800, se muestran en las figuras 1b y 1c respectivamente. Las microestructuras exhibidas en el acero soldado utilizando el proceso GMAW fueron ferrita Widmanstatten secundaria (FWS), ferrita alotriomórfica (FA) y bainita superior (BS) en la zona de fusión (ZF). La ZAC contiene bainita inferior (BI), ferrita poligonal (FP) y posiblemente austenita retenida (AR), como se muestra en la figura 1c. En contraste, la zona de fusión de los especímenes soldados con láser muestra lo que parece ser una estructura totalmente martensítica pues no se pudo encontrar evidencia de ferrita o austenita retenida. Las figuras 2a-d son micrográficas SEM de las microestructuras exhibidas en ZAC y ZF para los procesos láser y GMAW. Se observó en estas figuras que la cantidad de ferrita se encuentra significativamente reducida en ZF y casi desaparece en ZAC cuando se utiliza soldadura láser. Las microestructuras resultantes en este caso son en su mayor parte bainita superior e inferior. En contraste, cuando se emplea GMAW las microestructuras Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 resultantes en FZ y ZAC contienen cantidades significativas de ferrita y posible austenita. Se realizó una estimación de las velocidades de enfriamiento exhibidos por el metal de soldadura utilizando la expresión:5 2 ∂Θ =− 2π k s ⎛ vΔx ⎞ ∂t α ⎜⎝ Q& ⎟⎠ 2 (Θ−Θ ) 3 0 (1) En donde: Θ es la temperatura de la soldadura (K). t el tiempo en segundos. ks es la conductividad térmica del acero. α es la difusividad térmica en m2/s. v es la velocidad de soldadura (m/s). Q es la potencia de la soldadura. Θo es la temperatura ambiente (K). De estas estimaciones, se calcularon velocidades de enfriamiento del orden de 144.67° K/s para GMAW y de 417.81° K/s para soldadura Láser CO2. De estos resultados, queda claro que la soldadura láser ocasiona una velocidad de enfriamiento relativamente rápida. Se pueden determinar velocidades de enfriamiento para la transformación de austenita a martensita de los diagramas de transformación de enfriamiento continuo (CCT). Desafortunadamente no existen reportes de curvas de transformación de enfriamiento continuo (CCT) para el acero TRIP800. No obstante, Li6 y Bhadeshia,7 han propuesto modelos termodinámica y cinéticamente basados para predecir diagramas CCT en aceros de un amplio rango de composiciones.7 De estas estimaciones, se encuentra que las velocidades de enfriamiento para la formación de martensita se encuentran entre 45 y 90 °C/s. Además, del trabajo de Gould y co-autores,8 es probable que se formen estructuras martensíticas en las regiones de soldadura 57 �Integridad estructural de un acero TRIP800 soldado mediante procesos láser CO2 y GMAW / Gladys Yerania Pérez-Medina, et al. Fig. 2. Micrografía de MEB de la soldadura Láser CO2 (a) ZF y (b) ZAC. Soldadura GMAW (c) ZF y (d) ZAC. Bainita superior e inferior (BS, BI), ferrita alotromórfica (FA), ferrita Widmanstatten secundaria (FWS), ferrita poligonal (FP). a velocidades de enfriamiento superiores a 90° C/s en aceros TRIP800. Por tanto, la fragilización en ZF puede ser un problema potencial en estos aceros, particularmente cuando se emplea soldadura Láser CO2. Como el calor de entrada durante la soldadura del proceso GMAW es casi el doble del calor del proceso láser (ver Tabla III), las velocidades de enfriamiento son significativamente reducidas en este caso. A su vez, las microestructuras resultantes en ambos, ZF y ZAC, consisten en una mezcla de ferrita, bainita, martensita y posible austenita retenida (ver figura 2). Adicionalmente, la introducción de esfuerzos residuales en ZAC, particularmente en soldadura Láser CO2 puede ser una preocupación mayor pues el ciclo térmico es relativamente rápido. Los esfuerzos térmicos pueden conducir a la transformación de martensita inducida 58 por esfuerzo (SIM) de la austenita retenida. A su vez, esto resultaría en un incremento en dureza pero ductilidad más baja en ZAC incluyendo el entorno de ZAC-MB, así como al desarrollo de esfuerzos internos en estas regiones. Microdureza Los perfiles de microdureza para las diversas regiones del TRIP800 soldado por los dos procesos de soldadura se muestran en las figuras 3a-b. En las gráficas de la figura 3, el eje de las abscisas es la distancia de las identaciones con escala de 1 mm. Observe que en el acero TRIP800 soldado con láser la microdureza promedio se incrementa de 275 HV en MB hasta a 500 HV en ZAC y por encima de 600 HV en ZF. En particular, los perfiles de microdureza Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Integridad estructural de un acero TRIP800 soldado mediante procesos láser CO2 y GMAW / Gladys Yerania Pérez-Medina, et al. Fig. 3. Perfil de microdureza en varias regiones de la soldadura del acero TRIP800 usando (a) Láser CO2 y (b) GMAW. se asemejan a una morfología de “sombrero de copa”8 con una dureza máxima de 600 HV en la línea de partición. Estos perfiles de microdureza se atribuyen al desarrollo de martensita atérmica8 lo cual ya no está en función de las velocidades de enfriamiento. En GMAW, los perfiles de microdureza no siguen las mismas tendencias que en el proceso por soldadura láser CO2. Por lo que las velocidades de enfriamiento no fueron suficientemente altas para impedir el desarrollo de una mezcla de fases (ferrita, bainita y martensita) en las regiones ZF y ZAC. En este caso, se encontraron valores máximos de dureza Vickers de hasta 500 HV en las regiones soldadas. Las mediciones de microdureza indicaron que la soldadura promueve un significativo incremento de dureza en las regiones soldadas. En particular, se encuentra que en el metal base adyacente a la ZAC de las muestras soldadas con láser, exhibió un significativo incremento en dureza (puntos 4 y 11 en la figura 3a). Este efecto no se observó cuando se empleó GMAW. Aparentemente, debido a las velocidades de enfriamiento relativamente elevadas, posible SIM y el desarrollo de esfuerzos residuales pudieron haber ocurrido en la región del MB Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 adyacente a ZAC pues no hubo transiciones claras de fase identificadas en esta región. Resistencia a la tensión La resistencia a la tensión (UTS) y porcentaje de ductilidad exhibidos por las soldaduras de los aceros TRIP800, se muestra en las figuras 4a y 4b. Se observa en esta figura que tanto UTS como el % de elongación bajaron en las muestras soldadas con láser al comparárseles con las de GMAW. En los especímenes soldados con láser los valores UTS máximos no alcanzaron 800 MPa en contraste con los soldados por GMAW (ver figura 4a). También, la elongación de los aceros TRIP soldados con láser, bajó a 15 % o más abajo al comparárseles con la elongación de GMAW, el cual exhibe elongaciones en el rango de 25 %. A su vez, esto indicó claramente que la soldadura láser de los aceros TRIP800 conduce a una reducción en la ductilidad del acero al comparársele con el proceso GMAW. Se encontró la confirmación de la pérdida de ductilidad observando las regiones con fractura (ver figura 5). Se encontró que en los especímenes soldados 59 �Integridad estructural de un acero TRIP800 soldado mediante procesos láser CO2 y GMAW / Gladys Yerania Pérez-Medina, et al. Fig. 4. (a) Esfuerzo a la tensión de la soldadura del acero TRIP800 soldada por el proceso Láser CO2 y GMAW y (b) elongaciones correspondientes. Fig. 5. (a) MEB. La micrográfica muestra el aspecto dúctil de la fractura del metal base en GMAW y (b) En el microscopio óptico se puede observar la localización de la fractura en el proceso Láser CO2. utilizando GMAW la ubicación de la fractura siempre fue en las regiones del MB alejado de las regiones soldadas. Las superficies de fractura eran típicas de un material dúctil con numerosos hoyuelos y deformación plástica apreciable (ver figura 5a), lo que indicó que la resistencia mecánica de las regiones soldadas con GMAW fue superior a la resistencia de MB. En contraste, en los aceros soldados con láser, la fractura ocurrió en las regiones del MB adyacente a la ZAC como se muestra en la figura 5b. También, el aspecto de la fractura fue de tipo frágil con lo que parecían ser marcas de Chevron (ver figuras 6a-b). Se observó una baja en la ductilidad, pues las superficies de fractura eran relativamente planas y había una falta apreciable de cavidades. Aunque, en el MB adyacente a la ZAC la microestructura es típica de una matriz ferrítica con bainita y posible austenita retenida, parece 60 que esta región se vuelve susceptible a fracturas como resultado de (a) SIM impulsada por esfuerzos internos y (b) al desarrollo de esfuerzos residuales internos posiblemente como resultado de las rápidas velocidades de enfriamiento exhibidas. La evidencia de un incremento en dureza en esta ubicación se encuentra en las mediciones de microdureza. En la figura 3a se observa que en la región MB adyacente a la ZAC los valores de dureza se incrementan considerablemente al comparárseles con MB alejado de ZAC. Los incrementos de dureza en la región MB adyacente a la ZAC sólo pueden ser explicados por medio del desarrollo de esfuerzos internos y/o la formación de martensita a partir de austenita residual. Una comparación de las microestructuras resultantes en la Región del MB adyacente a la ZAC con el MB alejado de la ZAC se da en la figura 7. Se observa en Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Integridad estructural de un acero TRIP800 soldado mediante procesos láser CO2 y GMAW / Gladys Yerania Pérez-Medina, et al. Fig. 6. (a) Vista total de la superficie de fractura (b) Aspecto de la fractura frágil con lo que asemeja marcas de Chevron. Fig. 7. Comparación de la microestructura resultante en la región del MB del proceso Láser CO2 (a) Región del MB lejos de la ZAC (b) Región del MB adyacente a la ZAC. estas figuras que ocurre una apreciable rugosidad de los diversos constituyentes de fase en MB adyacente a ZAC. También se encuentra activa en esta región la precipitación y/o crecimiento de lo que parecen ser carburos (ver figura 8). Consecuentemente, es aparente que en la ZAC de las muestras soldadas con Láser CO2 los efectos de revenido de las fases bainita/martensita acoplados con la rugosidad de fase y los esfuerzos residuales incluyendo SIM promueven la fragilidad. Este efecto no se observa en el proceso GMAW lo que indica que la magnitud de los esfuerzos residuales desarrollados en las regiones del MB adyacentes a la ZAC no son suficientemente elevados para inducir fragilidad. Finalmente, el potencial de fragilización de la martensita en la línea de partición de la ZF al emplearse procesos de Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 soldadura con aporte térmico tal como Láser CO2 no fue avalado por el resultado experimental del presente trabajo. Aunque el acero TRIP 800 soldado por estos medios experimentó una pérdida de ductilidad, el efecto no pudo vincularse a la presencia de martensita no deseada en la ZF. Se sabe que la soldadura láser ocasiona mínimo daño microestructural pues la ZF y la ZAC son relativamente angostos. El resultado de este trabajo indica que el potencial para fragilización de martensita puede no ocurrir por la soldadura Láser, sin embargo, se necesita trabajo adicional para identificar parámetros de soldadura que eviten la pérdida de resistencia y ductilidad tal como el que se encontró en las regiones MB cercanas a la ZAC. 61 �Integridad estructural de un acero TRIP800 soldado mediante procesos láser CO2 y GMAW / Gladys Yerania Pérez-Medina, et al. RECONOCIMIENTOS Gracias por el apoyo financiero del Consejo Estatal de Ciencia y Tecnología del Estado de Coahuila, México, y al Instituto Italiano de Soldadura por la estancia del estudiante mexicano en sus instalaciones y por el uso de las mismas. Fig. 8. Micrografía en MEB de lo que parece ser un carburo incluyendo composición en espectrometría EDX. CONCLUSIONES Se investigó la soldabilidad de una lámina de acero TRIP 800 utilizando el proceso de soldadura por arco metálico con gas (GMAW) y Láser CO2 con mediciones de microdureza en combinación con pruebas de tensión. De este trabajo se encontró que la soldadura que utiliza Láser resultó en estructuras totalmente martensíticas en la zona de fusión y una mezcla de bainita y ferrita en zona afectada por el calor (ZAC). La zona de fusión (ZF), incluyendo la ZAC fueron relativamente duras comparadas con el metal base (MB). El proceso de soldadura GMAW promovió el desarrollo de mezclas de fases predominantemente bainita y ferrita tanto en ZF como en ZAC. Las propiedades mecánicas medidas indicaron que en muestras soldadas utilizando Láser, la región del MB adyacente a la ZAC experimentó fractura frágil. Aparentemente, el revenido de las fases en esta región resultó en debilitamiento por medio de rugosidad de fase y precipitación/crecimientos de carburos. En ambos procesos de soldadura, no se pudo encontrar fragilización que pueda ser atribuida a la formación de martensita. 62 BIBLIOGRAFÍA 1. BY N. Kapustka. C. Conrardy, S. Babu. Effect of GMAW process and Material Conditions on DP 780 and TRIP 780 Welds, Welding Journal 2008. 2. I.D.Choi et al. (2002), Deformation behaviour of low carbon TRIP sheet steels at high strain rates. ISIJ Int 2002;42(12):1483–9 3. J. E., Gould, L. R. Lehman, S. Holmes, (1996). A design of experiments evaluation of factors affecting the resistance spot weldability of high-strength steels. Proc. Sheet Metal Welding Conference VII, AWS Detroit Section. 4. J. E., Gould, D. Workman, (1998), Fracture morphologies of resistance spot welds exhibiting hold time sensitivity behavior. Proc. Sheet Metal Welding Conference VIII, AWS Detroit Section. 5. C. M. Adams Jr., Cooling rates and peak temperatures in fusion welding. Welding Journal, 1958, 37, 210s. 6. Li, M. V; Niebuhr, D. V; Meekisho, LL and Atteridge, D.G.1998. A computational model for the prediction of steel hardenability. Metallurgical and Materials Transactions 29B (6):661-672. 7. Bhadeshia, H. K. D. H; and Svensson, L-E 1993. Mathematical Modeling of Weld Phenomena, eds, H. Cerjack and K. E. Easterling, Institute of Metals, London, pp.109-180. 8. J.E. Gould, S.P. Khurana, T. Li; (2006), Predictions of microstructures when welding automotive advanced high-strength steels; Welding Journal, AWS, May 2006, 111. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret y el de sistema micro electro mecánico Gary W. Elko mh acoustics LLC. Summit, NJ, USA gwe@mhacoustics.com Kieran P. Harney Analog Devices, Micromachined Products Division. Cambridge, MA, USA kieran.harney@analog.com RESUMEN En este artículo se presenta la historia del desarrollo de micrófonos para el mercado masivo, específicamente los de condensador electret (ECM por sus siglas en inglés) y los basados en la tecnología de sistemas micro electromecánicos (MEMS por sus siglas en inglés). Este trabajo está inspirado en una conversación entre Gerhard Sessler y James West, precursores de los ECM, Ray Stata, pionero de los micrófonos MEMS y los autores. Se comentan los paralelismos en cuanto a la aceptación limitada de estos micrófonos al inicio de su desarrollo tecnológico, considerando las condiciones técnicas, académicas y de mercado en esa época en la que no se preveía que hoy se venderían millones al año. PALABRAS CLAVE Micrófono, electret, MEMS, consumo masivo, historia. © Acoustical Society of America. Reprinted with permission from Acoustics Today 5(2), April 2009. Reproducido, de la revista Acoustics Today, Volume 5, Issue 2, publicado en Abril 2009, con la autorización de la Acoustical Society of America. Traducido por la Dra. Martha Armida Fabela Cárdenas. ABSTRACT A history of the development of microphones for the consumer, specifically Electret Condenser Microphones (ECM) and those based on technology of Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS) is presented. This work is inspired in a conversation among Gerhard Sessler and James West, beginners of the ECM, Ray Stata, pioneer of the MEMS microphone, and the authors. Parallelism regarding limited acceptation of these microphones at the early stages in development of these technologies are comnented considering technical, academic and market conditions in that time when it was not foreseen that today millons would be sold yearly. KEYWORDS Microphone, electret, MEMS, consumer, history. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 63 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret... / Gary W. Elko, et al. INTRODUCCIÓN En una brillante mañana de otoño del pasado octubre de 2008 se dio un encuentro histórico entre tres personalidades, “íconos de la industria” que fue de sumo interés para la comunidad de especialistas en acústica. Gerhard Sessler y James West regresaron a New Jersey, el hogar de los Laboratorios Bell donde ambos comenzaron sus carreras profesionales, para su presentación como miembros del Salón de la Fama de los Inventores de New Jersey. Ray Stata, fundador de Analog Devices y pionero de los Sistemas Mico Electro Mecánicos (MEMS, por sus siglas en Inglés), se encontraba en New Jersey en viaje de negocios. Los tres se reunieron en el precioso Jardín ReevesReed en la ciudad de Summit, New Jersey, ver figura 1, para platicar sobre la evolución de los micrófonos comerciales hacia los MEMS. Los doctores Sessler y West inventaron el Micrófono Condensador Electret (ECM) en los Laboratorios Bell a principios de los años sesenta.1 El bajo costo del micrófono ECM y su reducido tamaño han permitido la fabricación de dispositivos modernos para el consumidor tales como los teléfonos celulares, los audífonos y las videocámaras. Como resultado de esto, se fabricaron más de 2 billones de micrófonos ECM solo en el 2008. En 1965, Ray Stata fundó la compañía Analog Devices (AD) que hoy es líder mundial en la tecnología de convertidores semiconductores y de microcircuitos amplificadores. A principios de los noventa, Ray Stata jugó un papel crucial en dar a conocer la tecnología MEMS al promover la fabricación de giroscopios y acelerómetros pequeños y de bajo costo para el mercado automotriz y del Fig. 1. Kieran Harney, Gary Elko, Jim West, Gerhard Sessler y Ray Stata. (Fuente: Analog Devices). 64 consumidor en general. Más recientemente, Stata y su compañía desarrollaron la tecnología del micrófono MEMS que es líder mundial. En la década de los ochenta el Dr. Sessler desarrolló mucho de la investigación académica sobre micrófonos MEMS en la Universidad de Darmstadt, Alemania y se le reconoce como uno de los primeros que impulsó la investigación en el campo de los micrófonos de silicio. Inmersos en la belleza del follaje otoñal del Jardín Reeves-Reed, Sessler, West y Stata se sentaron a platicar sobre la evolución de los micrófonos y sobre lo que el futuro pudiera traer en esta materia. Sessler, West y los micrófonos de condensador electret (ECM) Gerhard Sessler and Jim West empezaron sus carreras profesionales en los Laboratorios Bell de la compañía AT&T, en la década de los cincuenta. West llegó primero, en 1955, como becario de verano de la Universidad de Temple, mientras que Sessler llegó un poco despúes, en 1959, como recién graduado del doctorado del famoso Laboratorio del Profesor Erwin Meyer de la Universidad de Göttingen. Ambos empezaron trabajando en el entonces ya bien conocido Departamento de Investigación Acústica, un departamento que contaba con una importante y rica historia en contribuciones al campo de la acústica y a la fundación de la Sociedad Acústica de América. Esta histórica conexión entre Sessler y West es tan importante que consideramos que es necesario mencionar algunos de los sucesos más trascendentes. Breve historia de la evolución de los micrófonos ECM Aunque es posible encontrar la palabra micrófono en referencias que datan desde el año 1600, no es hasta 1870 cuando Alejandro Graham Bell se dio cuenta de que las señales eléctricas variantes en el tiempo eran una analogía directa de las variaciones de la presión acústica y que éstas podían usarse para transmitir voz a través de cables eléctricos.2 Con esta novedad a la vista, Bell empezó a trabajar en los transductores que se requerirían para la telefonía. Un micrófono y un receptor de armadura móvil fueron las dos piezas construidas por Bell (con algo de ayuda Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret... / Gary W. Elko, et al. de Joseph Henry) y estos transductores formaron la base para la patente del teléfono de Bell en 1876. La figura 2 muestra la ya famosa “figura 7” de la patente de Bell de 1876 titulada “Mejora en la Telefonía”,2 donde las membranas transductoras de armadura móvil se conectan con (a) e (i) en las bocinas de la entrada (A) y la salida (I). Fig. 2. Figura 7 de la patente de teléfono de Alexander Graham Bell de 1876.2 Así, el trabajo de Bell (y de sus competidores en la carrera para inventar el teléfono) puede considerarse como el principio del desarrollo del micrófono. Aunque la patente de Bell describe los transmisores de armadura móvil (término para micrófono en el campo de la telefonía) y receptores (término para bocinas), el dispositivo que transmitió la ya famosa frase “Mr. Watson, comehere, I want to see you” se obtuvo usando un micrófono que consistía de una membrana que contenía una aguja conductora en un baño de agua ligeramente ácida. La modulación de la membrana producida por la voz de Bell causó una variación en el tiempo de la resistencia en el circuito que provocó una modulación correspondiente en el receptor de armadura móvil. El hecho de que Bell utilizó un dispositivo transmisor de líquido, que fue la base del trabajo de Elisha Gray, ocasionó los alegatos de que Bell se robó el invento de Gray. Sin embargo, la patente de Bell fue registrada en la oficina de patentes antes de que Bell hubiera podido saber sobre los detalles del trabajo de Gray. El uso que hizo Bell del transmisor líquido fue parte del proceso normal de “reducir un invento a la práctica”. Bell también fue acusado de fraude e imprecisión por el gobierno de los Estados Unidos el que promovió la anulación de la patente a favor de Antonio Meucci, un inventor de Staten Island, New York, que había llenado una advertencia (un aviso anual renovable de una patente pendiente) en 1871, cinco años antes de la patente de Bell. El caso fue enviado a la Suprema Corte pero debido a la muerte de Meucci y a que la patente de Bell Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 expiró, nunca se determinó3 quien era el verdadero inventor del teléfono (y por tanto quién tenía derecho a la patente).3 Bell hizo demostraciones exitosas de su invento alrededor del mundo y se volvió ampliamente conocido como el inventor del teléfono. La telefonía se volvió práctica sólo hasta que Edison4 inventó y refinó el micrófono de carbón y que se pudieron obtener niveles adecuados de voz a distancias razonables. El diseño de micrófonos continuó vertiginosamente con el posterior desarrollo del micrófono de bobina móvil, o micrófono dinámico, propuesto por Siemens5 en 1874. Con la invención del tubo de vacío Audion, de Lee DeForest, y las mejoras realizadas por la compañía Western Electric en 1916, E. C. Wente, de los Laboratorios Bell, inventó el primer micrófono de condensador basado en un diafragma tensionado que resultó estable y comercialmente viable.6 La figura 3 muestra un dibujo perteneciente a la patente de Wente de 1917 que muestra claramente las características principales de un micrófono condensador. El micrófono condensador de Wente estableció las reglas básicas de diseño que son la base para los micrófonos condensadores que todavía se fabrican y se utilizan hoy en día. Un hecho histórico interesante es que Wente utilizó extensamente análisis de circuitos equivalentes para modelar la respuesta a la frecuencia básica en el micrófono condensador. Evidentemente él fue uno de los primeros en utilizar “modelos de parámetros concentrados” para diseñar y entender los transductores electroacústicos. Fig. 3. Esquema del Micrófono Condensador de la patente de Edward Wente de 1917.6 Se avanzó aún más con la comercialización del micrófono de cinta inventado por Gerlach7 como bocina. El micrófono de la cinta ofrecía direccionalidad bipolar y Olson, de la RCA, 8 desarrolló mejoras y variaciones de cinta para obtener patrones cardioides e hipercardioides. La directividad del micrófono era necesaria en las transmisiones por radio para captar fuentes por 65 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret... / Gary W. Elko, et al. separado y para incrementar la protección contra la retroalimentación acústica en los sistemas de voceo público. Ben Bauer9 de la Compañía Shure Brothers hizo una contribución significativa a finales de los cuarenta al utilizar un filtro acústico pasivo para controlar la propagación del sonido hacia el fondo del micrófono dinámico. El filtro acústico que propuso formaba un retraso acústico que permitía la formación de un micrófono direccional con un solo diafragma de micrófono. El diseño de Bauen y las variantes del principio todavía se utilizan hoy ampliamente para fabricar micrófonos direccionales. En 1956, el Departamento de Justicia de los Estados Unidos publicó un decreto que obligó a AT&T a vender su negocio de audio transductores. La mayor parte del negocio de audio profesional fue transferido a la compañía Altec. Por coincidencia, esta transferencia comercial ocurrió al mismo tiempo en que Jim West, entonces estudiante y becario de verano en los Laboratorios Bell, realizaba experimentos para tratar de incrementar la sensibilidad de los audífonos condensadores de alta calidad en base a los micrófonos de condensadores modelo 604AA que fabricaba la compañía Western Electric. West consiguió éxito rápidamente siguiendo el trabajo de Khul, Schodder y Schroeder10 quienes habían realizado experimentos con un dieléctrico hecho con una membrana Mylar® conocida en ese tiempo como el transductor Sell.11 El transductor nuevo y grande para audífonos que Jim construyó producía niveles mucho más altos de presión sonora que el modelo 640AA. Desafortunadamente, este éxito duró poco ya que la sensibilidad del transductor se redujo considerablemente en unos cuantos meses. Khul, Schodder y Schroeder habían observado que el transductor Sell debía ser polarizado inversamente periódicamente si se deseaba utilizar el transductor por un período más largo de tiempo. Este “problema”, como sucede con frecuencia en los hallazgos científicos, se convirtió en oportunidad. Para 1959 Gerhard Sessler se había incorporado a los Laboratorios Bell y Jim West había regresado a la universidad a investigar el problema de la sensibilidad con el transductor de los audífonos en el que había trabajado cuando era becario. En una más de esas extrañas coincidencias que parecen jugar un papel importante en la historia de la ciencia, Sessler también había trabajado con el transductor 66 Sell. Sessler utilizó el transductor Sell recíproco en su tesis doctoral sobre la propagación del sonido y la absorción de gases en altas y bajas presiones y temperaturas. Cuando Jim empezó a experimentar con el problema del transductor, accidentalmente (pero por fortuna) dejó desconectada la polarización continua del Transductor Sell. Para su sorpresa, el receptor empezó a sonar muy fuerte otra vez, con su sensbilidad original, ¡ésta se había restaurado al retirarle el voltaje de polarización! (bias). Khul, Schodder y Schroeder también habían observado esta conducta pero no continuaron indagando sobre este fenómeno en su investigación. En este punto, Sessler y West iban en la dirección correcta y se dieron cuenta que el problema de la sensibilidad se debía al hecho de que el polímero Mylar® se había cargado-compensado lentamente. La carga-compensación estaba causando que se perdiera la sensibilidad poco a poco en el transductor Sell. Cuando entendieron que éste era el problema Fig. 4. Fotografía de Gerhard Sessler y Jim West en su laboratorio sosteniendo una hoja de Teflón, en los Laboratorios Bell en 1977. Al frente se muestra un microfono electret Western Electrical. (Fuente: Archivos de los Laboratorios Bell). Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret... / Gary W. Elko, et al. se fueron a revisar el Manual de Química y Física CRC12 que era la enciclopedia de materiales en ese entonces y encontraron que el Teflon® tenía la mayor resistividad en volumen que cualquier otro material que pudieran encontrar (mayor de 1018 ohm-cm). Con este descubrimiento, se movilizaron para encontrar algunas hojas de Teflón® de Dupont, el creador del Teflón®. Metalizaron el Teflón® con una fina capa de aluminio y crearon el moderno micrófono electret al tensionar y cargar una membrana de Teflón® sobre un respaldo metalizado. Al igual que el micrófono condensador, el principio del electret era conocido antes de que se construyera un sistema de funcionamiento práctico, de hecho el nombre “electret” fue acreditado a Heaviside en 1892. Es interesante mencionar que AT&T consideró que el invento del electret no era importante en términos comerciales. Aparentemente, las compañías que fabricaban teléfonos creían que el micrófono de carbón, inventado en el siglo XIX, había sido perfeccionado y su costo reducido a tal punto que ninguna otra tecnología podría sustituirlo. De esta manera pasaron casi siete años después de la primera publicación sobre el electret para que Sony en Japón produjera un micrófono electret para audiograbadoras de cinta portatiles. El diafragma ligero del micrófono electret le proporcionó a Sony un micrófono que era mucho menos sensitivo al ruido producido por el motor. Una vez que Sony empezó a producir el micrófono electret la producción creció exponencialmente. Un cálculo conservador estima que se producen más de 2 billones de micrófonos electret por año. Con el tiempo, AT&T fabricó sus propios micrófonos electret para el mercado en general y para sus teléfonos, pero dicha producción terminó alrededor de 1986 cuando salieron al mercado micrófonos electret de alta calidad y bajo costo. La figura 4 es una fotografía de West y Sessler en su laboratorio (alrededor de 1970). Ambos sostienen una hoja de Teflon® metalizado que fue utilizada para probar la acumulación de carga con diferentes mecanismos, el microscopio de electret JEOL U-3 modificado que se encuentra detrás de ellos fue una de las maneras preferidas para la carga de electrets con precisión. Al frente en la fotografía se puede ver una mano que sostiene un micrófono electret EL2 manufacturado por la División de Productos para el consumidor de AT&T en Indianápolis. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 Fig. 5. Fotografía de Jim West y Gerhard Sessler examinando un micrófono electret diferencial de segundo orden en 1973. (Fuente: Archivos de los Laboratorios Bell). La figura 5 muestra una fotografía de West y Sessler en la cámara anecóica en Murray Hill (la cámara más antigua del mundo), sosteniendo un prototipo experimental de un micrófono unidireccional de segundo orden hecho a partir de un diafragma de un solo electret.13 En la figura 6 se ve una fotografía de West, Sessler y Flannagan en el lanzamiento del Apolo 17. West y Fig. 6. Fotografía de Jim West, Jim Flanagan y Gerhard Sessler en el lanzamiento del Apolo 17, el 7 de diciembre de 1972. Estaban grabando la señal acústica del lanzamiento usando un sensor electret grande (de aprox. 3 pulgadas de diámetro) que podía captar frecuencias muy bajas. (Fuente: Archivos de los Laboratorios Bell). 67 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret... / Gary W. Elko, et al. Sessler previamente habían logrado medir con éxito señales acústicas de extremadamente baja frecuencia derivadas del lanzamiento desde Cabo Cañaveral del cohete Saturno V. La distancia entre Murray Hill, New Jersey y Cabo Cañaveral, Florida es de alrededor de 1800 kilómetros y las señales acústicas del Saturno V fueron detectadas a baja frecuencia donde la absorción atmosférica parecía lo suficientemente baja. El retraso en tiempo entre el lanzamiento y las señales detectadas en Murray Hill fue de poco más de 1.2 horas. Una nota histórica interesante es que a West y a Sessler se les solicitó que no publicaran este hallazgo ya que se utilizaba un método similar para confirmar explosiones nucleares atmosféricas. En la foto Jim y Gerhard estaban tratando de confirmar sus mediciones desde el origen pero la condensación en los electrómetros impidió que se obtuvieran los datos en el último lanzamiento del Apolo. Gerhard Sessler dejó los Laboratorios Bell en 1975 y se fue a la Escuela Técnica de Darmstadt (hoy la Universidad de Darmstadt) en Alemania. Las razones para este cambio son interesantes. En primer lugar, él sentía que en los Laboratorios Bell la experiencia no se valoraba tanto como en una Universidad. En segundo lugar, también percibió que el péndulo se empezaba a mover, porque la palabra “relevancia” acababa de ser incorporada a los criterios de revisión de los proyectos de investigación. En Darmstadt, Sessler continuó explorando los transductores acústicos y jugó un papel fundamental en la investigación y desarrollo de los sistemas de micrófonos basasos en silicio. Cuando se le preguntó qué lo inspiró para investigar en el campo de los micrófonos de silicio, él respondió “estaba en el aire”. Aparentemente, tener buen olfato es un gran atributo para un investigador. Sessler tuvo la suerte de contar con un colega y amigo que era el jefe del departamento de fabricación de Silicio en Darmstadt. Se hizo la conexión con el maquinado de silicio y Sessler y su alumno Dietmar Hohm produjeron los primeros dispositivos funcionales de silicio para micrófonos condensadores con base en el maquinado de silicio a gran escala.14 Un detalle de interés es que los Laboratorios Bell también estaban trabajando en su propio micrófono de silicio. Sin embargo, este esfuerzo se disolvió sin mucho éxito después de que los dispositivos iniciales mostraron tener un desempeño acústico 68 pobre debido a que el diafragma era muy rígido, (incluso después de modificar con impurezas en un intento para reducir la rigidez a la flexión). Los Laboratorios Bell también fueron innovadores al utilizar tempranamente sistemas micro electro mecánicos y de hecho hicieron experimentos en micrófonos MEMS pero estos dispositivos se quedaron como experimentos de laboratorio ya que a la compañía no le interesaba producir dispositivos comerciales. Las semejanzas con respecto a como fue desdeñado el micrófono electret, no se pueden pasar por alto. Como uno puede ver, hay un fuerte hilo histórico que une la invención del micrófono en 1876 con los micrófonos MEMS de silicio de hoy. Gerhard Sessler y Jim West jugaron un papel crucial en la creación del ubicuo electret de hoy y los futuros micrófonos MEMS de silicio para aplicaciones en micrófonos de consumo general. Stata y los sistemas micro electromecánicos (MEMS) Después de graduarse del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT en inglés) en 1957, Ray Stata persiguió su objetivo de crear una compañía que fuera un lugar para ingenieros creativos que desarrollaran componentes electrónicos. En 1959, de manera casual se encontró en la Plaza Harvard con Matthew Lorber, un excompañero del MIT. Juntos crearon una compañía llamada Solid State Instruments que luego vendieron a Kollmorgen Corporation. El Sr. Stata fue nombrado vicepresidente de comercialización de la División de Inlad Controls de Kollmorgen. Con el fruto de la venta de la compañía Solid State Instruments y la experiencia en Kollmorgen, Stata y Lorber fundaron la compañía Analog Devices Inc., (ADI), en enero de 1965. Su primer producto fue un amplificador operacional de propósito general – un módulo de tamaño pequeño que se utilizó en equipos de prueba y medición. Desde el principio, el objetivo era lograr un amplificador operacional de alto desempeño que fuera realmente útil al consumidor (ver figura. 7-8). La compañía Analog Devices continuó creciendo y en 1969, al lograr ventas de más de $8.7 millones de dólares, empezaron a vender acciones generando así el efectivo que se necesitaba para convertirla en Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret... / Gary W. Elko, et al. Fig. 7. Matt Lorber y Ray Stata en 1965. (Fuente: Analog Devices). Fig. 8. Ray Stata presenta los amplificadores operacionales. (Fuente: Analog Devices). fabricante de circuitos integrados. Al mismo tiempo que continuaron manufacturando otros productos innovadores, la adquisición de la compañía Pastoriza Electronics permitió que Analog Devices se convirtiera en la compañía que llegó a dominar el mercado de convertidores análogo a digital y digital a análogo. A lo largo de estos primeros años, Ray Stata quería crear una compañía de ingeniería tecnológica donde los ingenieros pudieran enfocarse en el desempeño de los productos. Con este enfoque en las áreas centrales de amplificadores operacionales, convertidores análogo-digital y digital-análogico y procesadores de señales digitales (DPS por sus siglas en inglés) Stata creó una serie de productos de muy amplio uso en el mundo actual de la acústica y el audio. Desde que fundó la compañía ADI, Ray Stata ha infundido en ésta un fuerte espíritu Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 emprendedor. Se impulsó la creación de nuevas ideas y muchas se apoyaron y financiaron como productos potencialmente innovadores. A mediados de la década de los 80, algunos ingenieros de ADI empezaron a explorar una nueva tecnología llamada MEMS (Sistemas Micro electromecánicos). Para 1989 se estaban haciendo prototipos experimentales de acelerómetros MEMS en los que se puso suficiente financiamiento para explorar más esa tecnología y desarrollar un producto para el mercado. El elemento central de un acelerómetro MEMS tipico es una estructura tipo viga móvil con “masas de prueba” movible de palancas. Este elemento se compone básicamente de dos juegos de vigas (dedos); un juego está fijo a un plano fijo sólido en un substrato, y el otro juego está unido a una masa conocida montada sobre resortes que se pueden mover en respuesta a la aceleración. Bajo aceleración hay un cambio en la capacitancia detectada entre los conjuntos de vigas fijas y moviles.15 Las dimensiones de estas estructuras MEMS son del orden de micras, por lo que requieren el uso de tecnologias de fotolitografía y grabado de muy alta presición en silicio. Estos dispositivos también necesitan circuitos electrónicos de muy bajo ruido para detectar los cambios extremadamente pequeños en la capacitancia (medidos en el orden de los femtofaradios). Las estructuras MEMS se forman esencialmente cristales simple de silicio o de polisilicio depositado a muy altas temperaturas en la superficie de una plaqueta de cristal simple de un silicio. Se pueden crear estructuras con características mecánicas muy diferentes usando esta tecnología flexible. Mientras que al final de la década de los 80 no estaba claro el potencial de utilización de los acelerómetros MEMS en el mercado en general, sí se identificó a la industria automotriz como una de las oportunidades de mercado más promisorias para los acelerómetros, necesarios para la activación de las bolsas de aire. La tecnología utilizada en ese entonces era una esfera y un tubo sensor16 relativamente grande y resultaba una solución cara. En el período de 1991 a 1997, con una inversión importante, se presentaron al mercado automotriz dos de los acelerómetros de ADI para la activación de las bolsas de aire los que fueron recibidos exitosamente por el mercado. Su tamaño pequeño y relativo bajo costo impulsó la 69 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret... / Gary W. Elko, et al. Fig. 9. Estructura del Acelerómetro ADXL50 MEMS. (Fuente: Analog Devices). adopción masiva de las bolsas de aire para todos los automóviles. Sin embargo, mientras los MEMS lograban reconocimiento y éxito en el mercado, quedaban desafíos en relación con el desarrollo de una estructura muy flexible y estable para esta tecnología.17 Durante ese período crítico Ray Stata jugó un papel crucial ya que era el gerente más experimentado dedicado a apoyar esa tecnología. De 1997 al 2000 el Sr. Stata promovió los MEMS en la compañía ADI al incorporarse como Gerente General de la División de MEMS y al dirigir la compañía en este período crítico para su desarrollo.18 Hoy, la compañía ADI es reconocida como una de las líderes en giroscopios y acelerómetros MEMS con productos en una amplia variedad de áreas, incluyendo la automotriz, la industrial y el mercado en general (ver figura 9). ¿Quién hubiera imaginado que esta tecnología esencial de MEMS, diseñada específicamente para las bolsas de aire en el mercado automotriz, iba a encontrar un uso que hiciera posible la tecnología del Nintendo Wii? Construyendo sobre los sólidos cimientos de sus sensores inerciales, amplificadores y convertidores Analog Devices anunció recientemente una gama de micrófonos MEMS de alto desempeño. Breve historia de la evolución de micrófonos MEMS Los sensores de presión son de los primeros ejemplos de éxito comercial del micro maquinado de silicio que datan de 1960 y 1970. En 1982, Peterson19 describió en detalle el estado de la tecnología de micro 70 maquinado en su artículo “El silicio como material mecánico”, pero no mencionó específicamente el uso de esa tecnología para producir micrófonos. En 1983, Roger et al.20 describieron un micrófono de silicio micromaquinado con base en el efecto piezoeléctrico. El elemento sensor era un diafragma desviable compuesto de silicio y óxido de zinc (ZnO). El objetivo de ese trabajo era crear un micro sensor que pudiera ser utilizado para monitorear el grosor de la cinta (film) en el área de fabricación de la plaqueta IC como herramienta de control del proceso. En julio de 1983 Dietmar Hohm y Gerhard Sessler solicitaron una patente en alemania titulada “Transductores capacitivos basados en silicio que incorporan el electret de dióxido de silicio”.21 figura 10). Esta primera versión de un micrófono utilizando un respaldo electret de dióxido de silicio cargado se describe en detalle en Hohm y Multhaupt (1984).22 El prototipo consistía de una placa de respaldo de 10 mm x 10 mm fabricada con un silicio tipo-p con una capa superior de dióxido de silicio de 2 micras de espesor. El diafragma era una membrana Mylar de 13 micras de espesor con una capa de aluminio separada de la placa de respaldo por un anillo de polímero de 30 micras de espesor. Un agujero de 1mm de diámetro en el respaldo proporciona la ruta para un volumen trasero formado con el cuerpo del micrófono. La estabilidad de carga de largo plazo del electrodo de SiO2 fue evaluada durante 20 meses y se encontró que no presentaba una disminución que fuera medible. En 1989, Murphy et al.23 describieron prototipos de un micrófono electret de silicio que se fabricó como placa de respaldo una oblea de silicio con un recubrimiento de SiO2 como el del electret y Fig. 10. La patente de Hohm y Sessler de 1983.21 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret... / Gary W. Elko, et al. utilizando una segunda plaqueta con agujeros a través para formar el espaciador para el diafragma. En 1989 Hohm y Hess24 presentaron un micrófono de silicio polarizado externamente compuesto por un diafragma formado sobre una plaqueta de silicio y el respaldo formado por una segunda plaqueta. Estos elementos se unían adecuadamente para formar un micrófono (figura. 11). El respaldo estaba hecho de una plaqueta de silicio con una capa electrodo de SiO2 que también incluía una capa espaciadora para formar el espacio entre electrodos. Se le hicieron ranuras al respaldo para reducir la rigidez de la capa de aire entre el diafragma y el respaldo. El diafragma fue hecho de una capa de nitrato de silicio (Si3N4) producida en una plaqueta de silicio separada. El diafragma y el respaldo eran pegadas juntas para formar el transductor final que medía 1.7 mm por 2 mm. Se hicieron mediciones experimentales utilizando un polarizado de DC de 28 V. y reportaron medidas de sensibilidad de circuito abierto comparables a las de los micrófonos convencionales. En sus conclusiones, Hohm y Hess predicen que “los micrófonos de silicio muy probablemente encontrarán aplicaciones en todos los campos donde se requieran dimensiones pequeñas más que una alta relación de señal-ruido”. Este fue el primer micrófono de condensador subminiatura con un diafragma de menos de 1 mm x 1mm.25 Fig. 11. Micrófono de Silicio transeccional.24 En 1990 Bergqvist et al.26 del Instituto Tecnológico Federal de Lausana describieron el micrófono de silicio que tenía un respaldo altamente perforado y un polarizado (bias) de 5 voltios. Describieron el proceso de fabricación de una plaqueta (oblea) de la cual argumentaban que era adecuada para la manufactura de gran volumen. El diafragma y el respaldo fueron fabricados con dos plaquetas separadas que eran unidas posteriormente utilizando el pegado de plaquetas. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 Fig. 12. Micrófono condensador de silicio simple.27 Scheeper et al. 27 presentaron un micrófono MEMS fabricado sobre una plaqueta de silicio en 1992. El diafragma y el respaldo altamente perforado se formaba con nitrato de silicio depositado en vapor y utilizado una capa de aluminio de sacrificio para formar el vacío entre el diafragma y el respaldo (figura 12). Se reportó una respuesta a la frecuenciaplana entre los 100 Hz y los 14 kHz. Se puede encontrar una descripción detallada de los primeros desarrollos de los micrófonos MEMS de los 80´s y principios de los 90´s en un artículo de Sessler (1996)24 y otros de Scheeper et al. (1994).28 La primera comercialización de los micrófonos MEMS fue en el 2003 cuando Knowles lanzó al mercado el micrófono MEMS de montaje superficial marca SiSonic.29 Knowles empezó el desarrollo de micrófonos MEMS a principios de los 90´s. En esa época, su objetivo era aplicarlos en los audífonos para mejorar la capacidad de oír de las personas (ayudas auditivas) pero el enfoque cambió hacia el mercado de consumo en el que pudieron aprovechar las oportunidades en el mercado de los teléfonos móviles. A la fecha, Knowles ha vendido más de 300 millones de micrófonos MEMS para aplicaciones del mercado de consumo general que incluyen teléfonos celulares, cámaras digitales y diademas Bluetooth.31 El micrófono Knowles incorpora un elemento MEMS y una matriz (CMOS complementary metal oxide semiconductor) combinados en un paquete acústico para montaje superficial. El sensor consiste de un Fig. 13. Micrófono transeccional SiSonic® MEMS de Knowles. 71 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret... / Gary W. Elko, et al. diafragma flexible separado de un respaldo rígido perforado (figura.13). El diafragma está fabricado de polisilicio de 1 micra de grosor y tiene un diámetro efectivo de 0.5 mm. Se mantiene una separación de 4 micras entre el diafragma y el respaldo con una serie de postes de apoyo.29 En 2005 Sonion, un fabricante Danés de transductores de audio, lanzó al mercado el SiMic® 32 que consiste de un elemento sensor MEMS y un circuito integrado de aplicación específica (ASIC por sus siglas en inglés) como acondicionador de señal, ambos montados directamente sobre un substrato de silicio que los carga. El paquete de micrófono, todo de silicio, medía 2.6 mm x 1.6 mm x 0.865 mm.33 El desarrollo del micrófono MEMS de Sonion empezó en 1993 en una colaboración con el Centro de Micro electrónica de la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU). Pulse es una división de Technitrol que adquirió todo de Sonion, incluyendo micrófono MEMS de Sonion. En Internet se puede encontrar más información sobre Pulse.34 Otro enfoque a los micrófonos MEMS es la integración del elemento sensor MEMS y la electrónica del sensor en un solo “chip” de silicio. Bernstein y Borenstein35 describieron un micrófono MEMS con un diafragma de 1 mm apoyado en soportes elásticos, un respaldo perforado chapado en oro y un amplificador sobre el chip. Pedersen et al.36 propusieron un micrófono integrado con una salida digital. El elemento sensor del micrófono era una estructura de poliamida depositada en una plaqueta de circuito CMOS estándar (figura. 14). La ventaja de la poliamida es que puede ser depositada a bajas temperaturas, las que no afectarán a los dispositivos CMOS. Neuman y Gabriel37 describieron en el 2003 un micrófono MEMS CMOS integrado que es la base para el micrófono Akustica MEMS lanzado al mercado en el 2006. El diafragma se forma de las Fig. 14. Micrófono capacitivo de poliamida.36 72 Fig. 15. Diseño del Diafragma de la malla de serpentina acústica.38 capas de metal y óxido del nivel superior de la plaqueta CMOS al terminar la fabricación del circuito. Una malla con un patrón repetido de laberinto de metal y óxido es grabado dentro del área del diafragma y la expulsión de la polisilicio subyacente de la capa de sacrificio forma un diafragma suspendido (figura 15).38 Entonces se deposita un polímero sobre el área de la malla para formar un sello hermético sobre la cavidad. En el 2006 Weigold et al.39 describieron un micrófono MEMS con un diafragma de 0.5 mm montado sobre elementos elásticos para maximizar la sensibilidad usando un voltaje de polarización (bajo). El respaldo se forma de la capa de dispositivo de la plaqueta de SOI (silicio sobre aislante) y el diafragma de 1 micra de grosor se forma utilizando un depósito de polisilicio. La figura 16 correponde a una micrografía de microscopía electrónica de barrido (SEM por sus siglas en inglés) que muestra la superficie de arriba del diafragma donde se ve el Fig. 16. Micrografía de microscopía electrónica de barrido (SEM) del diafragma del micrófono de la compañía Analog Devices.39 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret... / Gary W. Elko, et al. Fig. 17. Ray Stata, Gerhard Sessler y Jim West platican acerca de los micrófonos en aparatos portátiles. (Fuente: Analog Devices). mecanismo elástico de apoyo. Esta tecnología es la base para los micrófonos MEMS de la compañía Analog Devices (ADI). Hemos rastreado la evolución de la tecnología de los micrófonos MEMS a través de los años desde el trabajo seminal de Sessler hasta el reciente éxito comercial de Knowles. Es aún más fascinante examinar los paralelos entre los primeros días de la comercialización del micrófono condensador electret con lo que está ocurriendo actualmente con los MEMS. Con los antecedentes de Gerhard Sessler y Jim West con los micrófonos electret y los MEMS, y con las contribuciones de Ray Stata a los MEMS, los convertidores y los amplificadores, se entiende entonces porque la reunión en el Jardin Reeves-Reed fue un evento histórico irrepetible. Los Micrófonos de Condensador Electret (ECM) se encuentran con los micrófonos de Sistema Micro Electro-Mecánico (MEMS) Es muy interesante reflexionar sobre la evolución de una tecnología desde su fase de desarrollo inicial hasta su éxito comercial final. Más interesante resulta la oportunidad única de ser testigos de una discusión entre veteranos de tal prestigio en la industria que desempeñaron un papel sostenido en la creación y desarrollo de productos exitosos que han logrado la ubicuidad. Curiosamente, la discusión informal que sostuvieron empezó con algunas observaciones acuciosas sobre el estado de los dispositivos electrónicos para el consumidor en la década de los 60´s. En esa época los productos de consumo eran en su mayoría artículos como los aparatos de televisón y de radio. Las audio grabadoras apenas empezaban a surgir para el mercado consumidor y Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 la mayoría de éstas utilizaban micrófonos externos para minimizar el ruido mecánico del motor de la grabadora el cual era capturado por el micrófono. Sessler y West observaron que el micrófono de condensador electret ofrecía ventajas potenciales muy significativas especialmente por su tamaño pequeño y la sensibilidad a la vibración respecto a los micrófonos dinámicos que se vendían en esa época. Sessler y West también reflexionaron acerca del rechazo inicial a la tecnología que actualmente fabrica más de dos billones de unidades por año para todos los segmentos del mercado actual. Stata también reflexionó acerca de los primeros esfuerzos por desarrollar los acelerómetros MEMS cuando nadie podía prever que estos se convertirían en una de las tecnologías centrales para los teléfonos celulares y los videojuegos. Compañías como Motorola, con sus sensores de presión, Texas Instruments con los procesadores digitales de luz (DLP) y Analog Devices con los acelerómetros y giróscopos fueron los pioneros de estas tecnologías. Mientras que Knowles creó un mayor furor cuando fabricó los primeros micrófonos MEMS disponibles comercialmente. Los micrófonos MEMS han tenido un éxito considerable porque solucionan una de las debilidades clave del micrófono condensador electret, específicamente la redución de sensibilidad producida por las temperaturas en el proceso de soldadura de reflujo. Se continúa trabajando para crear electrets más estables y se han reportado éxitos en los últimos años. Sessler comentó que él piensa que todavía es muy pronto para descartar a los ECM pero admitió que los MEMS ofrecen ventajas potenciales muy importantes. Stata declaró que él siente que una de las ventajas clave que los MEMS ofrecen es que la controlabilidad del proceso fotolitográfico crea un desempeño muy estable de unidad a unidad. Consideró que lo más importante es la habilidad para integrar mejor la electrónica subyacente con el transductor desde fabricación. Por ejemplo, la integración de un convertidor análogico-digital y un amplificador programable abre las oportunidades para minimizar aún más el tamaño del producto para el usuario final al mismo tiempo que se mejora el desempeño relacionado con el rechazo del ruido de la fuente de energía, la interferencia de radio-frecuencias (RFI), y la 73 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret... / Gary W. Elko, et al. inmunidad a la interferencia electromagnética (EMI) de las señales de salida digital. Todos estuvieron de acuerdo en que un reto mayúsculo en los dispositivos para el consumidor es la continua búsqueda por dispositivos cada vez más pequeños con cada vez mejor desempeño. Jim West comentó sobre la necesidad de micrófonos que tengan mejor desempeño y más funcionalidad y que sean capaces de caber dentro de productos cada vez más pequeños, y que estaba interesado especialmente en el uso de micrófonos múltiples para reducir el ruido de fondo y mejorar la calidad del audio en teléfonos celulares y dispositivos móviles. Despúes de más de 50 años de la invención del micrófono electret dicho producto sigue siendo el micrófono de más bajo costo y más alto volumen de ventas en uso. Los micrófonos MEMS empiezan a ganar presencia en el mercado solucionando algunos de los nuevos requerimientos del mercado que el micrófono condensador electret no satisface. Será interesante reflexionar sobre el pasado dentro de 50 años para observar lo qué ha ocurrido para entonces. REFERENCIAS 1. G. M. Sessler and J. E. West. Self-biased Condenser Microphone with High Capacitance. J. Acoust. Soc. Am. 34, 1787–1788 (1962). 2. Alexander Graham Bell, U.S. Patent 174465. Improvement in Telephony. (1876). 3. A. J. Campanella. Antonio Meucci, The speaking telegraph, and the first telephone. Acoustics Today 3(2), 37–45 (2007). 4. Thomas A. Edison, U.S. Patent 474230. Speaking Telegraph. (1877). 5. E. W. Siemens, U.S. Patent 149797. Improvement in magnetoelectric apparatus. (1874). 6. Edward C. Wente, U.S. Patent 1333744. Telephone-Transmitter. (1920). 7. E. Gerlach, U.S. Patent 1557336. Electrodynamic Loud Speaking Apparatus. (1925). 8. Harry F. Olson. A History of High-Quality Studio Microphones. J. Audio Eng. Soc. 24(10), 798–807 (1976). 74 9. Benjamin Bauer. Uniphase Unidirectional Microphones. J. Acoust. Soc. Am. 13, 41–45 (1941). 10. W. Kuhl, G. R. Schodder, F. K. Schroeder. Condenser transmitters and microphones with solid dielectric for airborne ultrasonics. Acustica 4, 519–532 (1954). 11. H. Sell. Eine neue Methode zur Umwandlung mechanischer Schwingungen in elektrische und umgekehrt. (A new method for converting mechanical vibrations into electrical and viceversa), Z. Tech. Phys. 18, 3 (1937). 12. Handbook of Chemistry and Physics, 38th Edition (Chemical Rubber Publishing Company, Cleveland, 1957). 13. Gerhard M. Sessler and James E. West. Secondorder gradient unidirectional microphones utilizing an electret transducer. J. Acoust. Soc. Am. 58(1), 273–278 (1975). 14. D. Hohm and G. M. Sessler. An integrated silicon-electret-condenser microphone in Proc. 11th International Congress on Acoustics 6, 29–32 (1983). 15. F. Goodenough. Airbags Boom When IC Accelerometer Sees 50 G. Electronic Design, 45–56 (August 8, 1991). 16. M. Madou, Fundamentals of Microfabrication, 2nd Edition (CRC Press, Boca Raton, FL, 2002). 17. V. Govindarajan and C. Trimble. Building Breakthrough Businesses Within Established Organizations. Harvard Business Review, 60–62 (May 2005). 18. C. Trimble. Analog Devices Incorporated: Microelectromechanical Systems (MEMS). Tuck School of Business at Dartmouth case study (2002). 19. K. Peterson. Silicon as a Mechanical Material. Proc. IEEE 70(5), 450–457 (May 1982). 20. M. Royer, J. O. Holmen, M. A. Wurm, O. S. Aadland, and M. Glenn. ZnO on Si integrated acoustic sensor. Sensors and Actuators 4, 357– 363 (1983). Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Historia de los micrófonos de consumo masivo: Encuentro entre el micrófono condensador electret... / Gary W. Elko, et al. 21. D. Hohm, G. Sessler. Kapazitive Wandler auf Siliziumbasis mit Siliziumdioxid-Elektret. (Silicon-based capacitive transducer with silicon dioxide electret), German Patent DE 3325961 A1, Application (1983). 22. D. Hohm and R. Gerhard-Multhaupt. Silicondioxide electret transducer. J. Acoust. Soc. Am. 75(4), 1297–1298 (1984). 23. P. Murphy, K. Hubschi, N. De. Rooik, and C. Racine. Subminiature Silicon Integrated Electret Capacitor Microphone. IEEE Trans. on Electrical Insulation 24(3), 495–498 (1989). 24. D. Hohm and G. Hess. A subminiature condenser microphone with silicon nitride membrane and silicon back plate. J. Acoust. Soc. Am. 85(1), 476–480 (1989). 25. G. Sessler. Silicon Microphones. J. Audio Eng. Soc. 44(1/2), 16–21 (1996). 26. J. Bergqvist and F. Rudolf. A new condenser microphone in silicon. Sensors and Actuators A21-23, 123–125 (1990). 27. P. R. Scheeper, A. G. H. van der Donk, W. Olthuis, and P. Bergveld, “Fabrication of silicon condenser microphones using single wafer technology,” J. of Microelectromechanical Sys. 1(3), 147–154 (1992). 28. P. R. Scheeper, A. G. H. van der Donk, W. Olthuis, and P. Bergveld. A review of silicon microphones. Sensors and Actuators A44, 1–11 (1994). 29. P. Loeppert and Sung B. Lee. SiSonic™–The first commercialized MEMS microphone. Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Workshop, Hilton Head, June 4–8, 2006. 30. Talking Point–Making Money in MEMS, epn-online http://www.epn-online.com/page/ new59003/talking-pointmaking-money-in-mems. html (2009). Last viewed 5/1/2009. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 31. Knowles ships 300 millionth MEMS microphone. Small Times, Smalltimes.com http://www. smalltimes.com/articles/article_display. cfm?Section=ARCHI&C=Elect&ARTICL E_ID=277301&p=109 (2006). Last viewed 5/1/2009. 32. J. Philipsen. MEMS microphones for highvolume applications. 1st Euripides Forum, June 28–29 (2007). 33. J. Citakovic, F. Hovesten, G. Rocca, A. Van Halteren, P. Rombach, L. Stenberg, P. Andreani, and E. Bruun. A compact CMOS MEMS Microphone with 66dB SNR. IEEE Intl. SolidState Circuits Conf., 350–351 (2009). 34. www.pulseeng.com. Last viewed 5/1/2009. 35. J. J. Bernstein, J. T. Borenstein. A micromachined silicon condenser microphone with on-chip amplifier. Proceedings of the Solid-State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head, 239–243 (1996). 36. M. Pedersen, W. Olthuis, and P. Bergveld. An integrated silicon capacitive microphone with frequency-modulated digital output. Sensors and Actuators A69, 267–275 (1998). 37. J. J. Neumann and K. J. Gabriel. A fullyintegrated CMOSMEMS audio microphone. 12th Intl. Conf. on Solid-State Sensors and Actuators and Microsystems, June 8–12, 2003. 38.J. J. Neumann and K. J. Gabriel. CMOSMEMS membrane for audio frequency acoustic actuation. 14th Intl. Conf. on Micro-ElectroMechanical-Systems, 236–239, January 21–25 2001. 39. J. W. Weigold, T. J. Brosnihan, J. Bergeron, and X. Zhang. A MEMS condenser microphone for consumer applications. Proc. IEEE MEMS ’06, Istanbul, Turkey, 86–89 (2006). 75 �Eventos y reconocimientos PREMIO NACIONAL DE AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA El 3 de diciembre de 2009 la Lic. Yolanda Valladares Valle, Directora General del Fideicomiso para el Ahorro de Energía (FIDE) entregó al Dr. Jesús Áncer Rodríguez, rector de la UANL y autoridades universitarias el Premio Nacional de Ahorro de Energía Eléctrica 2009 en la categoría “Empresas de Comercios y Servicios Medianos”. Este premio se logró gracias al apoyo coordinado de la Dirección de Construcción y Mantenimiento de la UANL, particularmente del ingeniero Félix González Estrada, catedrático de la FIME, y de los directivos, equipos de trabajo y estudiantes, quienes tomaron acciones específicas que permitieron obtener esta distinción. INICIO DE LA CONSTRUCCIÓN DEL CENTRO DE INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN EN INGENIERÍA AERONÁUTICA DE LA UANL El 9 de diciembre de 2009 se dio el tradicional banderazo que da inicio a las obras de construcción del Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica (CIIIA-FIME) de la UANL, el cual estará ubicado en el Aeropuerto Internacional del Norte, en Apodaca, N.L., México. El evento fue encabezado por el Gobernador del Estado de Nuevo León, Lic. Rodrigo Medina de la Cruz, el Dr. Jesús Áncer Rodríguez, Rector de la UANL, el M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME-UANL, así como autoridades federales, estatales, municipales, aeroportuarias, académicas y del Clúster Aéreo Espacial. El Rector de la UANL, Dr. Jesús Áncer Rodríguez, con el Premio Nacional de Ahorro de Energía Eléctrica 2009 entregado por el FIDE a la UANL. A la derecha el Ing. Félix González, catedrático de la FIME y promotor del ahorro de energía. “Banderazo” de inicio de la construcción de las instalaciones para el CIIIA-FIME-UANL, por parte de autoridades federales, estatales, municipales y universitarias, en el Aeropuerto Internacional del Norte. 76 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Eventos y reconocimientos PROGRAMA DE PROFESORES INVITADOS EN ACÚSTICA Y VIBRACIONES 2009 Por quinto año consecutivo el Cuerpo Académico de Acústica y Vibraciones de la FIME-UANL, en el contexto de su Programa de Profesores Invitados, ofreció del 8 al 11 de diciembre de 2009 el curso “Análisis dinámico mecánico de materiales viscoelásticos”, el cual fue impartido por el Dr. Martín Edgar Reyes Melo del Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales de la FIME/CIIDIT -UANL. El curso ofreció una revisión del estado del arte en modelado y análisis dinámico mecánico de materiales viscoelásticos, los cuales cada vez tienen más aplicaciones en máquinas y estructuras por sus propiedades combinadas de elasticidad y amortiguamiento. El Dr. Reyes Melo explicando el uso del Analizador Dinámico Mecánico con el que se realizarían las pruebas experimentales para determinar las propiedades de una muestra de material viscoelástico. CURSO DE RESINAS TERMOFIJAS PARA MATERIALES COMPÓSITOS AEROESPACIALES El 5 de marzo de 2010, el Dr. Michel Dumon, profesor visitante del Departamento de Mecánica de Materiales Compuestos de la Universidad de Burdeos, Francia, impartió un curso sobre “Thermosetting Resins for Aespospace Composite Materials”. En este curso impartido en las instalaciones de la FIME-UANL, se mostraron los avances en el diseño de dichos materiales utilizados en el sector aeroespacial, así como un panorama de sus aplicaciones actuales y futuras en las diferentes ramas de la aviación civil, militar y de negocios entre otras. El Dr. Michel Dumon de la Universidad de Burdeos durante su conferencia en la FIME-UANL. El Cuerpo Académico Consolidado “Economía de la Educación, de la Ciencia y la Tecnología” de la Universidad Autónoma de Sinaloa en coordinación con la representación en México de la UNESCO, el Grupo G-9 de las Universidades Españolas, el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, el Programa de Mejoramiento del Profesorado, la Universidad de Costa Rica, el Consorcio de Universidades Mexicanas, la Organización de Estados Iberoamericanos y las Universidades Autónomas del Estado de Hidalgo, de Guadalajara y de Guerrero convocan al ENCUENTRO IBEROAMERICANO DE REDES Y GRUPOS DE INVESTIGACIÓN “Experiencias de Intercambio y Cooperación Académica” Mazatlán, Sinaloa. 26 al 28 de mayo de 2010 Informes e inscripciones LCP Adriana Núñez López. adria@facesuas.edu.mx Dr. Benjamín Castañeda Cortés. eirgi@facesuas.edu.mx http://eirgi.uasnet.mx Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 77 �Titulados a nivel Doctorado en la FIME-UANL Enero - Diciembre 2009 César Guerra Torres. Doctor en Ingeniería Eléctrica. Tesis: Observador de estado para una clase de sistemas discretos, 2 abril de 2009. Jurado: Dr. Jesús de León Morales, Dr. José Antonio de la O Serna, Dr. René Galindo Orozco, Dr. Marco Tulio Mata Jiménez, Dr. Rafael Martínez Guerra. Juan Ángel Rodríguez Liñán. Doctor en Ingeniería Eléctrica. Tesis: Estrategia de sincronización generalizada en orden reducido para sistemas caóticos, 3 de abril de 2009. Jurado: Dr. Jesús De León Morales, Dr. Alberto Cavazos González, Dr. René Galindo Orozco, Dr. Alejandro R. Femat Flores, Dr. Leonid Fridman. Marco Antonio Garza Navarro. Doctor en Ingeniería de Materiales. Tesis: Desarrollo de compósitos quitosan/MFe2O4 y descripción de su viscoelasticidad magnética, 19 de junio de 2009. Jurado: Dr. Virgilio González González, Dr. Martín Edgar Reyes Melo, Dr. Carlos A. Guerrero Salazar, Dr. Roberto Escudero Derat, Dr. Dario Bueno Baques. Fabiola Iliana Dávila Del Toro. Doctora en Ingeniería de Materiales. Tesis: Desarrollo de una tecnología refractaria basada en MgO-CaZrO3 reforzado con hercinita para hornos rotatorios de cemento, 26 de agosto de 2009. Jurado: Dr. Guadalupe Alan Castillo 78 Rodríguez, Dr. Ignacio S. Alvarez Elcoro, Dra. Ana María Guzmán Hernández, Dr. Tushar Kanti Das Roy, Dra. Lauren Y. Gómez Zamorano. Ramón Cantú Cuéllar. Doctor en Ingeniería de Materiales. Tesis: Desarrollo y análisis de simulador de nucleación y crecimiento en condiciones de nucleación térmica, 9 de septiembre de 2009. Jurado: Dr. Virgilio A. González González. Dr. Alejandro Torres Castro, Dr. Moisés Hinojosa Rivera, Dr. Martín E. Reyes Melo, Dr. Karin de Alba Romenus. Oscar Francisco Villarreal Vera. Doctor en Ingeniería de Materiales. Tesis: Optimización e innovación de cédulas de laminación en frío para un molino reversible del tipo de cuarto para un acero 1006, 5 de noviembre de 2009. Jurado: Dr. Rafael Colás Ortíz, Dr. Carlos J. Lizcano Zulaica, Dr. Salvador Valtierra Gallardo, Dr. Ignacio S. Álvarez Elcoro, Dr. José Luis Cavazos García. Jania Astrid Saucedo Martínez. Doctora en Ingeniería de Sistemas, 8 de diciembre de 2009. Tesis:Uso de cotas lagrangianas mejoradas para los problemas de optimización con estructura de descomposición doble. Jurado: Dr. Igor Litvinchev Semionavich, Dra. Socorro Rangel, Dra. Ada M. Álvarez Socarras, Dra. Yasmin A. Rios Solis, Dra. Deniz Ozdemir. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Diciembre 2009 - Febrero 2010 Edgar F. Rocha Vela, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 3 de diciembre de 2009. Erasmo Argenis Castillo Espinoza, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Examen por materias), 4 de diciembre de 2009. Liliana Rubí Aguirre Cortez, Maestría en Ingeniería de la Información con orientación en Informática, (Examen por materias), 4 de diciembre de 2009. María Gabriela Vargas Hurtado, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Sistemas Eléctricos de potencia, (Examen por materias), 8 de diciembre de 2009. Salomé A. Garza Rodríguez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Sistemas Eléctricos de Potencia, “Diseño e implementación de una protección diferencial de transformadores basada en análisis de componente curvilínea”, 8 de diciembre de 2009. Miguel A. Alvarado Weigend, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Efecto de la adición de plomo y bismuto en la maquinabilidad de aleaciones de latón amarillo”, 11 de diciembre de 2009. Oscar Oziel Cabrera González, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, (Examen por materias), 11 de diciembre de 2009. Abraham R. Chaparro Torres, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 14 de diciembre de 2009. Bernardette Rubalcava Martínez, Maestría en Ingeniería de la Información con orientación en Informática, (Examen por materias), 14 de diciembre de 2009. José Ángel Martínez García, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 14 de diciembre de 2009. David Ricardo Garza González, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, “Interpretación de un bussines case”, 9 de diciembre de 2009. Adrián Zenteno Lara, Maestría en Ingeniería de la Información con orientación en Informática, Proyecto corto: “Sistema de modelación de estructura de soporte mediante el lenguaje adaptativo de modelado”, 14 de diciembre de 2009. Salomón Marcos Lozano, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, “Ausentismo en el empleo”, 10 de diciembre de 2009. Adriana S. Guillén Torres, Especialización en Termofluidos, Proyecto corto: “Flujo de aire en el interior de un refrigerador tipo: bottom mount”, 15 de diciembre de 2009. José Luis Rodríguez Chávez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 10 de diciembre de 2009. Ramsés Ortiz Ferretiz, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 16 de diciembre de 2009. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 79 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Sergio A. Obregón Alfaro, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Síntesis y caracterizaciones de nanopartículas de óxidos de los sistemas Bi2O3MoO3 y Bi2O3-WO3”, 17 de diciembre de 2009. Alejandro Estrada De La Vega, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio sobre el efecto de micropartículas de hematita (Fe2O3) en refractarios base magnesia para aplicaciones en hornos de arco eléctrico”, 17 de diciembre de 2009. Mario Ernesto Treviño Torres, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio del desgaste por erosión en aleaciones de baja densidad”, 15 de enero de 2010. Ignacio Rafael Muñoz Hernández, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 15 de enero de 2010. Sol Abrego Garza, Especialización en Termofluidos, Proyecto corto: “Metodología para la evaluación de un sistema de refrigeración doméstico. Caso top mount” , 19 de enero de 2010. Elisa Vega Cordero, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio de las propiedades de geopolímeros base metacolin y el efecto de la incorporación de sílice geotérmica”, 22 de enero de 2010. Edgar Alberto Ortiz Cuellar, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Efecto y comparación de técnicas de deformación plástica severa sobre la microestructura y propiedades mecánicas de una aleación de aluminio 6060”, 25 de enero 2010. Eugenio A. Villarreal De La Garza, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Examen por materias), 25 de enero de 2010. Carlos Adrián Pérez Cortez, Maestría en Ingeniería de la Información con orientación en Ingeniería Artificial, “Proyecto corto: Supervisor inteligente de filas”, 27 de enero de 2010. Aldo Alberto Sáenz, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Desarrollo de un aglutinante inorgánico para la producción de corazones de arena en la industria automotriz”, 28 de enero de 2010. Juan Carlos Ortega González, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, Proyecto corto: “Grasas trans y los efectos de estas”, 11 de febrero de 2010. Efraín Soto Apolinar, Maestría en Ciencias de la Ingeniería de Sistemas, “Simulación de una línea de espera no homogénea”, 22 de febrero de 2010. 44th Annual Symposium July 14-16, 2010. Denver, CO, USA IMPI is inviting to Academia Researchers, Graduate Students, Microwave and RF Power Research and Application Engineers, as well as persons related with this field, to attend the 44th Annual Symposium. The main topics are: INDUSTRIAL AND SCIENTIFIC RESEARCH Aerospace Applications, Chemistry (Organic, Inorganic, Nano-Chemistry), Dielectrc Properties and Measurements, Materials Processing, among others. FOOD TECHNOLOGY Food Chemistry, Quality, Safety, Packaging of Microwave Foods and Process Development, among others. Co-Chairman Prof. Juming Tang. Washington State University. jtang@wsu.edu Co-Chariman Dr. Samir Trabelsi. US Departament of Agriculture. samir.trabelsi@ars.usda.gov Visit IMPI´s homepage for more information. http://www.impi.org 80 Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Acuse de recibo CRONOBIOLOGÍA CIENCIA UAT Cronobiología: Respuestas psicofisiológicas al tiempo, libro escrito por el Dr. Pablo Valdez Ramírez y editado por la Universidad Autónoma de Nuevo León, nos deja descubrir la importancia de esta disciplina científica, que estudia los ritmos biológicos, cuando explica que, a pesar de que estamos conscientes de que la mecánica de nuestro sistema solar establece ciclos y nos parece que estamos familiarizados con ellos porque distinguimos el día de la noche y una estación de otra, se producen cambios en los organismos que van más allá de los estados de sueño y vigilia, que son los que ordinariamente se tienen en mente. También esta publicación muestra que aspectos fisiológicos, tales como el metabolismo, funciones corporales y hasta la producción de hormonas, se ven afectadas por esos ciclos. Esta obra es una compilación de trabajos de investigación que presenta experiencias, del autor y otros investigadores, que harán que aún los lectores no especialistas reconozcan la importancia y vigencia de esta disciplina. (JAAG) Publicación trimestral de la Universidad Autónoma de Tamaulipas, ISSN 2007-0624, editada por la Dirección de Posgrado e Investigación y la Dirección de Comunicación Social, cuya función es ser el órgano de difusión y divulgación de la investigación científica, tecnológica y humanística de la mencionada institución de educación superior. La revista es elaborada con un estilo de divulgación, editada en forma pulcra y visualmente agradable e impresa limpiamente en materiales de buena calidad. En sus páginas presenta artículos de actualidad de diferentes áreas, tanto de especialistas de la UAT como de invitados de otras instituciones, aunque es notable la baja cantidad de artículos relacionados con ingeniería. Además se presentan noticias de carácter administrativo de la institución, resúmenes de proyectos de investigación, tesis premiadas, y convocatorias de eventos científicos. Para mayor información sobre la revista así como para consulta en extenso los artículos tanto del número actual como los anteriores, consulte la página en Internet: http://www.revistaciencia.uat.edu.mx (FJEG) Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 81 �Colaboradores Chávez Guerrero, Leonardo Ingeniero Mecánico Metalúrgico (2001) y Maestro en Ingeniería de Materiales (2004) por la FIME-UANL. Doctorado en Nanociencias y Nanotecnología (2008) por el Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IPICyT). Actualmente es profesor investigador de la FIME y el CIIDIT. Premio Mejor Tesis de Licenciatura UANL (2001). Premio Estatal de la Juventud N.L. en 2003 y 2007. Premio Desarrollo Rural Sustentable S.L.P. (2006). Díaz Novo, Carlos Ingeniero Mecánico y Master en Diseño Mecánico. Investigador del Centro de Biofísica Médica de la Universidad de Oriente. Actualmente es estudiante de doctorado. Elko, Gary W. Se graduó de la Universidad Cornell en 1977 y recibió los grados de Maestría y de Doctorado de la Universidad del Estado de Pensylvania en 1984. Trabajó en los Laboratorios Bell de AT&T. Actualmente es presidente de mh acoustic LLC, Tiene más de 25 patentes. Es miembro de la Acoustical Society of America y de la IEEE. Harney, Kieran P. Ingeniero en Manufactura en 1983 y Maestría en Administración de Negocios en 1993, por la Universidad de Limerick, Irlanda. Gerente de Productos en la División de Productos Micromaquinados de Analog Devices Inc. Se enfoca en el desarrollo de nuevas tecnologías MEMS. 82 Hernandez Villalobos, Alfredo Ingeniero Mecánico, especialidad en Diseño Mecánico (2002) por el Instituto Tecnológico de Querétaro. Actualmente trabaja en General Electric, Querétaro, México. López Cortez, Víctor Hugo Ingeniero Metalúrgico y Maestro en Ciencias en Ingeniería Industrial por el Instituto Tecnológico de Saltillo, Maestro en Ciencias en Tecnología de la Soldadura Industrial por parte de la Corporación Mexicana de Investigación en Materiales. Actualmente es Profesor-Investigador en COMIMSA y estudiante de doctorado en la FIME-UANL. López Ferreira, Hugo F. Doctor en Ingeniería especialidad en metalurgia (1983) por la Ohio State University, Columbus, Ohio, USA. Actualmente es profesor investigador en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee. Olivares Miyares, Andy Ingeniero Mecánico (2003) y Máster en Diseño Mecánico (2007). Profesor Asistente de la Universidad de Oriente, Cuba. Actualmente es estudiante de doctorado en la Universidad Politécnica de Cataluña. Pérez Medina, Gladys Yerania Ingeniero Industrial y de Sistemas por la Facultad de Sistemas de la Universidad Autónoma de Coahuila. Actualmente estudia una maestría en la Corporación Mexicana de Investigación en Materiales. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 �Colaboradores Regalado Contreras, Isaías Ingeniero Mecánico con especialidad en Térmica (1988) y Maestría en Diseño Mecánico (1990) por el Instituto Tecnológico de Celaya. Doctorado en Ingeniería Mecánica (1998) por la Ohio State University, (Columbus, OHIO, USA). Actualmente labora en el CIATEQ. Es miembro de la ASME y la AGMA. Reyes Mojena, Miguel A. Ingeniero Mecánico. Obtuvo el título de Master en Mantenimiento y Fiabilidad por la Universidad Estatal de Campinas, Brasil. Es Profesor Auxiliar del Departamento de Mecánica y Diseño de la Universidad de Oriente, Cuba. Reyes Valdés, Felipe Arturo Ingeniero Metalúrgico por el Tecnológico de Saltillo. M.C. en Metalurgia, por el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Unidad Saltillo, Doctor en Ingeniería de Materiales por la FIMEUANL. Es Sub-Gerente Académico y Profesor Titular en COMIMSA. Rodríguez Martínez, Calixto Ingeniero Mecánico. Doctor en Ciencias Técnicas en la especialidad de Tribología en 1986. Es Profesor Emérito de la Universidad de Oriente, Cuba. Ganador del Premio de la Academia de Ciencias de Cuba. Autor de 6 patentes internacionales. Distinción Especial del Ministro del Ministerio de Educación Superior 1986. Distinción del Ministro de Educación Superior de la República de Cuba en el año 2007. Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 Rojas Sandoval, Javier Licenciado en Historia y Maestría en Metodología de la Ciencia por la UANL. Doctorado por la Universidad Iberoamericana. Profesor e investigador de la UANL. Director de la página: www. monterreyculturaindustrial.org. Miembro de The International Commitee for the Conservation of the Industrial Heritage y el Comité Mexicano para la Conservación del Patrimonio Industrial. Sagaró Zamora, Roberto Ingeniero Mecánico. Doctor en Ciencias Técnicas en la especialidad de Tribología en 1995. Es Profesor Titular en la Universidad de Oriente, Cuba. Premio de la Academia de Ciencias de Cuba. Orden “Abel Santamaría” del Consejo de Estado de la República de Cuba. Orden por la Educación Cubana del Ministro de Educación Superior de Cuba. Valdés Manríquez, Hugo Es narrador y ensayista. Licenciado en Letras Españolas por la Universidad Regiomontana. Ha sido becario del Centro de Escritores de Nuevo León (1989-1990 y 1992-1993); del FONCA (1995-1996); así como del FONECA (ensayo, 1997 y novela 2002 y 2006). Recibió el Premio a las Artes UANL 2007. Vázquez Martínez, Ernesto Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones (1988), Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad en Potencia (1991) y Doctorado en Ingeniería Eléctrica (1994) por la FIME-UANL. Realizó estancia postdoctoral en la Universidad de Manitoba en Canadá. Es Profesor Investigador de la FIME-UANL y miembro del SNI. 83 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, profesores e investigadores a colaborar en la revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril, reportes de investigación, reportajes y convocatorias. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Se aceptarán trabajos en inglés solamente de personas cuyo primer idioma no sea el español. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo el veredicto inapelable. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, precisión de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. CRITERIOS EDITORIALES En el caso de los trabajos de revisión o divulgación el autor debe demostrar que ha trabajado y publicado en el tema del artículo, debe ofrecer una panorámica clara del campo temático, debe separar las dimensiones del tema y evitar romper la línea de tiempo y considerar la experiencia nacional y local, si la hubiera. No se aceptan reportes que muestren solamente mediciones. Los artículos deben contener la presentación de resultados de medición acompañados de su análisis detallado, un desarrollo metodológico original, una manipulación nueva de la materia o ser de gran impacto y novedad social. Sólo se aceptan modelos matemáticos si son validados experimentalmente por el autor. No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen mediciones y se efectúe 84 un análisis de correlación para su validación. No se aceptan trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntas. LINEAMIENTOS EDITORIALES Para su consideración editorial es requisito enviar: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, en CD o por E-mail a la dirección: revistaingenierias@gmail.com El título del artículo no debe exceder de 80 carácteres. El número máximo de autores por artículo es cuatro. La extensión de los artículos no deberá exceder de 8 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como en inglés. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg Para cualquier comentario o duda estamos a disposición de los interesados en: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, 1er. piso, ala norte. Tel.: 8329-4000 Ext. 5854 Fax: 8332-0904 E-mail: revistaingenierias@gmail.com Ingenierías, Abril-Junio 2010, Vol. XIII, No. 47 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2010 Volumen Volumen de la revista 13 Número Número de la revista 47 Mes de publicación Mes cuando se publicó Abril-Junio Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2010, Vol 13, No 47, Abril-Junio Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Elizondo Garza, Fernando J., 1954-, Director Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Méndez Cavazos, Julio César, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/04/2010 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2020810 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Rights Information about rights held in and over the resource Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Agave salmiana Biomecánica Borgward Contracción GMAW Industria textil https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20769/Ingenierias_2010_Vol_13_No_46_Enero-Marzo.pdf b1dc2834a2214957f18aec122a125079 PDF Text Text 46 Actualización de ingenieros Fotocatálisis Virus & nanotecnología Fábricas textiles pioneras en Nuevo León, MX ENERO - MARZO 2010, VOL. XIII, No. 46 INGENIERÍAS REVISTA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA DE LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN �Contenido Enero-Marzo de 2010, Vol. XIII, No. 46 46 2 Directorio 3 Editorial Las organizaciones profesionales y la actualización de los ingenieros en México Juan Antonio Aguilar Garib 8 Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica en la degradación de rodamina B Ulises Matías García Pérez, Azael Martínez-De la Cruz 16 Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología Diana Caballero Hernández, Leonardo Chávez Guerrero 23 Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos Marco A. Garza Navarro, Virgilio A. González González, Moisés Hinojosa Rivera, Martín Edgar Reyes Melo, Alejandro Torres Castro 34 Lectores en Wikilandia Gabriel Zaid 38 Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana Buenaventura Rigol Cardona, Damaris Peña Escobio, Osbeidy Hernández Durán, Sebastián Díaz De la Torre 47 Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I Javier Rojas Sandoval 57 Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad Mariano David Zerquera Izquierdo, Juan José Sánchez Jiménez 65 Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial Víctor Marines Castillo, Gina Idárraga Ospina, Enrique Esteban Mombello 76 Eventos y reconocimientos 81 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 83 Acuse de recibo 84 Colaboradores 86 Información para colaboradores Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 1 �DIRECTORIO REDACCIÓN Lic. Julio César Méndez Cavazos M.A. Neydi G. Alfaro Cázares DIRECTOR M.C. Fernando J. Elizondo Garza CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Liviu Sevastian BocÎI FIME-UANL Rumanía. U. “Aurel Vlaicu”, Arad. Dr. Juan Jorge Martínez Vega Francía. Universidad de Toulouse III Dr. José Evaristo Ruzzante Argentina. CNEA. EDITOR Dr. Juan Antonio Aguilar Garib TIPOGRAFÍA Y FORMACIÓN Gregoria Torres Garay Jesús G. Puente Córdova FIME-UANL COMITÉ TÉCNICO Dr. Efraín Alcorta García Dr. Samir Nagi Yousri Gerges Brasíl. UFSC, Florianopolis. TRADUCTORES CIENTÍFICOS Lic. José de Jesús Luna Gutiérrez Dra. Martha Armida Fabela Cárdenas FIME-UANL Dra. Karen Lozano Dr. Mauricio Cabrera Ríos USA. UT-Panam UPRM Dr. Juan Miguel Sanchez Dr. Rafael Colás Ortíz USA. UT-Austin FIME-UANL Dr. Jesús De León Morales CONSEJO EDITORIAL MÉXICO Dr. Óscar L. Chacón Mondragón FIME-UANL INDIZACIÓN L.Q.I. Sergio A. Obregón Alfaro FIME-UANL Dr. Virgilio A. González González FIME-UANL Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar Dr. Moisés Hinojosa Rivera FIME-UANL FIME-UANL Dra. Oxana Vasilievna Karisova Dr. Boris l. Kharissov FCFM-UANL FCQ-UANL Dr. Benjamín Limón Rodríguez FIC-UANL Dr. José Rubén Morones Ibarra FCFM-UANL FOTOGRAFíA M.C. Jesús E. Escamilla Isla Dr. Azael Martínez De la Cruz FIME-UANL M.C. César A. Leal Chapa WEBMASTER Ing. Dagoberto Salas Zendejo FIME-UANL Dr. Enrique López Cuellar Dr. Ubaldo Ortiz Méndez FIME-UANL FIME-UANL M.I.A. Roberto Rebolloso Gallardo Dr. Miguel Ángel Palomo González FFYL-UANL FCQ-UANL Dr. Martín Edgar Reyes Melo Dr. Ernesto Vázquez Martínez FIME-UANL FIME-UANL Dr. Roger Z. Ríos Mercado Dr. Jesús González Hernández FIME-UANL CIMAV DISEÑO M.A. José Luis Martínez Mendoza IMPRESOR M.C. Mario A. Martínez Romo René de la Fuente Franco Dr. Felix Sánchez De Jesús ICBI-UAEH UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Rector / Dr. Jesús Ancer Rodríguez Secretario General / M.E.C. Rogelio G. Garza Rivera Secretario Académico / Dr. Ubaldo Ortiz Méndez Secretario de Extensión y Cultura / Lic. Rogelio Villarreal E. FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Director / M.C. Esteban Báez Villarreal Sub-Director de Estudios de Posgrado / Dr. Moisés Hinojosa Rivera Sub-Director Académico / M.C. Arnulfo Treviño Cubero Sub-Director Administrativo / M.C. Felipe de J. Díaz Morales Sub-Director de Desarrollo Estudiantil / M.C. Hugo E. Rivas Lozano Sub-Director de Vinculación y Relaciones / M.C. Jaime G. Castillo Elizondo Sub-Director de Desarrollo Institucional y Humano / Dr. Arturo Torres Bugdud 2 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Editorial: Las organizaciones profesionales y la actualización de los ingenieros en México Juan Antonio Aguilar Garib Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales, FIME-UANL juan.aguilargb@uanl.edu.mx Es de lo más común escuchar que alguien que inicia un negocio justifique durante el período de apertura que la falta de pedidos o clientela se debe a que el negocio se encuentra en proceso de acreditación. Este argumento tiene fundamento lógico en el hecho de que en general, como clientes, nos interesa la reputación de un negocio para decidir si tomaremos o no sus servicios. Las leyendas “establecido desde tal fecha” y “con más de tantos años de experiencia”, así como la recomendación y respaldo de terceros, pretenden que los posibles clientes tomen confianza en un negocio aun sin conocerlo. En las profesiones se da el mismo caso, así un médico a través de su trabajo se va acreditando con el tiempo entre aquellos que finalmente se vuelven sus pacientes, tal como un mecánico, electricista o ingeniero hacen en el ejercicio de su profesión. Los títulos, diplomas y certificados se crean para servir de aval para reducir el tiempo en que un profesionista sea aceptado como capaz y competente por la comunidad. Con el título en mano pretendemos ofrecer una constancia proveniente de la más alta autoridad profesional ante la que nos hemos sometido a algún tipo de examen o evaluación final que demostró que poseemos los conocimientos, habilidades y actitudes que corresponden a nuestra profesión. Las universidades han procurado que sus egresados lleguen a titularse, pero se enfrentan a retos como el de que los estudiantes trabajen durante sus estudios con la consecuencia inevitable de que su dedicación a las actividades escolares se reduce a tal grado que tardan más en egresar y mucho más en obtener sus títulos. Otro punto que afecta la titulación es que se da una interpretación errónea del valor real de las cartas de pasante, las cuales tienen la intención de hacer constar que el estudiante ha completado su instrucción, tal como lo hace un kárdex completo o un certificado, sólo que implica que aún falta cumplir con algunos requisitos no necesariamente académicos, pero definitivamente no administrativos. El error de interpretación principal es que se le considera como un documento que ampara que la titulación está en trámite, y como suele ser admitida por los empleadores se llega al colmo de la mala interpretación al considerarlas como un sustituto del título profesional. De modo general, la importancia de poseer un título profesional parece ser entendido por la población, por eso es tan común que las personas ostenten Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 3 �Las organizaciones profesionales y la actualización de los ingenieros en México / Juan Antonio Aguilar Garib sus títulos anteponiéndolos a sus nombres, incluso a partir del momento que egresan porque han concluido sus estudios. La libertad que existe para que una persona que carezca de un título efectúe tareas propias de una profesión, ya que no están reservadas para los profesionistas siempre que no impliquen daño social, ha contribuido a que se crea que egresar y graduarse es la misma cosa. Sin embargo, ostentar un título que no se posee con la finalidad de obtener la confianza de un sujeto para que le permita efectuar tareas asociadas a una profesión constituye un delito tipificado que se conoce como “usurpación de profesión”. La poca publicidad que reciben los casos que se presentan entre ingenieros, en comparación con la de los abogados y los médicos, hacen que prácticamente ignoremos que este delito está penado. La pena depende del estado de la república en que se comete, pero hay casos en que, según la calidad del afectado, pueden convertirse en un delito federal castigado con la privación de la libertad. Faltaría definir el significado de daño social, pero por lo pronto basta decir que muchos profesionales del área de salud definitivamente no tienen permitido ejercer sin título. Particularizando sobre los ingenieros, pareciera que con tantos egresados hay abundancia de ingenieros, pero no es así, y de hecho México no es excepción de lo que ocurre en los países desarrollados en los que constantemente se diseñan estrategias para subsanar el déficit de ingenieros y científicos. Las instituciones educativas están conscientes de la importancia del desarrollo de los ingenieros después de terminar su educación formal y por eso insisten en recomendar a los recién titulados que no ignoren las recomendaciones en referencia a superarse, mantenerse actualizados y la posibilidad de que un titulado, después de varios años sin actualizarse, sea rebasado por los nuevos desarrollos a tal grado que se volverá obsoleto profesionalmente. Ni las universidades ni las instituciones de educación superior pueden ser responsables de la etapa de crecimiento y preparación de los ingenieros después de egresar. La tarea de mantener actualizados a los profesionistas después de su egreso corresponde inicialmente a ellos mismos y a sus empleadores que serían los más interesados en que así sea, ya que aun habiendo nuevos egresados con conocimientos más frescos, no siempre es posible o fácil, y en México es más bien difícil, renovar la base de empleados, además no se le puede pedir a las universidades que diseñen currículas para preparar ingenieros específicos para un tipo de industria, ya que en bien del egresado, la preparación que ofrece la universidad debe ofrecer la máxima amplitud posible. Entonces son los propios ingenieros los responsables de ir moldeando sus perfiles a las necesidades específicas del área a la que finalmente se dediquen. De no hacerlo así se tendría una población de ingenieros con el mismo perfil, lo cual no constituye una contribución sinérgica para emprender proyectos de gran envergadura, sino más bien conduce a una devaluación propia del exceso de un recurso de un solo tipo. Así, como quiera que se le vea, surge una tarea que es tan importante como la formación de ingenieros en las universidades y que ya no corresponde a éstas. Las universidades otorgan títulos, de los que ya se mencionó su significado e 4 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Las organizaciones profesionales y la actualización de los ingenieros en México / Juan Antonio Aguilar Garib implicaciones, pero ahora hay que preguntarse quién se encarga de avalar que los ingenieros continúan actualizados. En algunas profesiones existen procesos de certificación, a los que se deben someter periódicamente, a fin de mantener un permiso o licencia para ejercer, una vez más se observa que es en el área de la salud en la que se tiene el mayor cuidado a este respecto. En cuanto a las actividades que no exigen certificaciones posteriores, es la propia comunidad la que valida a los profesionales, a veces mediante prueba y error, pero finalmente se hace un padrón que no es público, pero tampoco privado, en el que se recomiendan bien o mal según sea el caso. En otros casos hay empresas que ofrecen cursos de capacitación extraordinarios, que alcanzan tal reputación que quienes los toman y aprueban tienen consigo una carta de recomendación que es muy apreciada por aquellos que requieren del tipo de servicio que corresponde a esas empresas. El problema que existe aquí es que tanto los empleadores como el público que requiera algún servicio prefieren contar con los recursos humanos más capacitados, pero no tienen la misma disposición para pagarles, lo que establece un círculo vicioso en el que los ingenieros observan que su mercado se rige por un esquema de precios y no de competencias, en el que aquellos que estén dispuestos a aceptar los menores salarios son quienes obtienen los empleos. Esta situación es motivo de que un ingeniero no realice una inversión en superarse profesionalmente ya que ve difícil que en un plazo razonable esa inversión sea redituable para él. Mientras la obtención de un grado está forzada por la existencia del delito de “ursupación de profesión”, la falta de actualización no recibe la misma atención, pues en muchos casos, salvo en aquellos en los que se requiere que los profesionistas se certifiquen periódicamente, no perciben ninguna consecuencia significativa debida a su rezago con respecto a las nuevas generaciones. Es posible que esta sensación de confianza provenga de que un ingeniero solía mantenerse vigente con lo que iba aprendiendo en su trabajo sin la necesidad de participar formalmente en programas de actualización, ya que el crecimiento de las empresas no era vertiginoso y los requerimientos de ingeniería eran en general locales con poco cambio. Sin embargo, hoy los mercados son más dinámicos y las empresas que son más rentables ya no producen los productos tradicionales cuya ingeniería básica no cambiaba sensiblemente con el tiempo, por lo que de alguna manera se llegaba incluso a estar ajeno del concepto de obsoletización. Ahora se producen bienes de alta tecnología, difíciles de copiar y de producir, por lo que en esta situación solamente los ingenieros actualizados son valorados y pueden competir favorablemente. Es necesario entonces en la actualidad que los ingenieros tengan una comprensión que va más allá de su formación profesional, la cual consiste en que sean capaces de comprender las implicaciones de la actividad mundial actual, de la apertura de mercados, de la demanda por productos superfluos y de las exigencias de crecimiento sustentable. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 5 �Las organizaciones profesionales y la actualización de los ingenieros en México / Juan Antonio Aguilar Garib La capacidad para procesar esta información no proviene del trabajo cotidiano de un ingeniero aislado en una industria o una institución, proviene de la interacción que tienen con otros colegas que alimenta su cultura ingenieril y que le presentan esquemas y escenarios que le permiten medirse y aprender del cúmulo de experiencias integrado por las vivencias de sus colegas aunadas a las propias y constatar que sí hay oportunidades en la actualización a pesar de que ésta se lleva a cabo voluntariamente. Es en este sentido que entes como los colegios, las academias, las sociedades y las asociaciones profesionales no deben ser pasadas por alto, las hay de todo tipo y tamaño y prácticamente la totalidad incluye en su misión expresiones como “engrandecer las artes y las ciencias de” y enseguida el área o la actividad a la que los asociados se dedican. Es común que se tomen estas formas de organización como de una sola clase, llegando a considerarse incluso que las denominaciones utilizadas son sinónimas. Tal vez esta idea provenga de sus actividades comunes, tales como la oferta de cursos y seminarios, congresos y publicaciones. En México es común que la población relacione a las academias y colegios con la enseñanza, mientras que a las sociedades y asociaciones con los clubes. En el marco profesional la sociedad se constituye mediante convenio para el ejercicio en común de la actividad profesional con un fin económico en la que los socios aportan recursos, conocimientos o trabajo. Por otra parte, la asociación es muy parecida en la que se trata de personas que se unen para realizar una actividad colectiva en forma estable con un objetivo, pero esta vez el fin no es económico. Así el adjetivo mercantil corresponde a sociedad mientras que cultural, deportiva o religiosa pertenecen a las asociaciones. En ambos casos la interacción es voluntaria y más por conveniencia que por naturaleza. La academia es una sociedad no jerárquica parecida a la universidad y a las escuelas griegas y el colegio es un cuerpo formado por personas del mismo oficio o profesión. A menudo este término se confunde por su acepción de escuela, ya que suele utilizarse como sinónimo de escuela privada. Las academias se refieren a áreas de conocimiento; de ciencias, artes o ingeniería, y los colegios a profesiones; de ingenieros, abogados o arquitectos. Estas organizaciones suelen influir en la vida económica y social de un país a través de la propuesta de normas, participación en cámaras, consejos y declaraciones públicas. Aun cuando su vida pública las expone a presiones sociales y políticas, sus actividades en la comunidad las hacen creíbles y les otorga la licencia moral para recomendar o respaldar tanto a profesionistas jóvenes y activos que recién empiezan su vida laboral como a los ya formados que se encuentran en preparación continua a través de las actividades de estas organizaciones. Aunque no es función de las universidades resolver la situación de la actualización, su presencia continua en la comunidad a través de proyectos de vinculación ciertamente impide que la obsolescencia extrema tenga lugar. Sin embargo es indispensable que la obra de la universidad se engrandezca y aquí es muy importante la participación de la comunidad y especialmente la de los profesionistas en sus respectivas organizaciones profesionales, ya que 6 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Las organizaciones profesionales y la actualización de los ingenieros en México / Juan Antonio Aguilar Garib éstas brindan el foro para ellos y para los interesados, además de la fuerza que siempre surge de actuar de modo organizado para tomar parte, ser consultados, en las decisiones que se toman en la comunidad. Para asegurarse de que la preparación de un ingeniero sea de provecho es necesario que las universidades, que hacen todo por tener buenos egresados, sean más enfáticas en su invitación a los estudiantes para superarse y actualizarse, ya que esto no solamente se consigue a través de otros grados o empleos en grandes empresas, también se consigue haciendo lo que se hace en el deporte pero ahora en el mundo profesional, es decir, medirse con los demás. Este último aspecto mientras más pronto se haga es mejor, así que dada la importancia de asociarse profesionalmente para crecer y tener una percepción real del entorno en el marco de las competencias del interés de cada ingeniero que ahora es estudiante, se debe activar la promoción para que tanto profesores como estudiantes participen en alguna asociación profesional afín a sus intereses. Un auxiliar muy importante en esta promoción urgente se da a través de la vinculación de las universidades con las organizaciones profesionales, explicando a los estudiantes la necesidad de participar en ellas, no sólo para darse a conocer como lo hacen a través de los empleos que obtienen aún antes de graduarse, sino asegurar su inserción exitosa en el proceso de desarrollo y actualización de un ingeniero, que a través de su trabajo refrenda y mantiene vigente su título, no sólo por ser documentos que no caducan, sino porque de hecho los ingenieros se encuentran en un estado de mejora continua, evitando así la obsolescencia. Una persona permanecerá estudiando formalmente durante cinco años, diez años, como máximo, si se decide a llevar a cabo un posgrado, y en cambio su vida profesional será por lo menos de 35 años en los que podrá interactuar con nuevas y viejas generaciones, que tendrá la oportunidad de transferirles su espíritu de progreso, o sus prejuicios, que será testigo y actor de desarrollos monumentales en las ciencias, las artes y la tecnología. Suponiendo por un momento que la formación del ingeniero es equivalente en los países que están en la agresiva competencia mundial de mercados, entonces la diferencia en su competitividad está dada por lo que los egresados hacen después de graduarse. No es necesario describir aquí las profundas asimetrías que existen entre los países, por ejemplo los del G20, solamente se enfatiza que la falta de actualización sí tiene consecuencias graves, que se traducen en subempleo y falta de empleo para el individuo, y en rezago para el país que al final sería valorado únicamente como maquilador. Ante esta situación, las universidades, las academias, colegios, sociedades y asociaciones deben continuar y fortalecer su esfuerzo de incentivar actividades conjuntas que trasciendan a la titulación de un egresado, ya que de no hacerse nos mantendremos en desventaja de crecimiento y desarrollo en comparación con los países de los que pretendemos ser socios, quienes además de la formación que reciben durante su carrera de ingeniería, participan formalmente en programas de actualización durante toda su vida profesional. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 7 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica en la degradación de rodamina B Ulises Matías García Pérez, Azael Martínez-De la Cruz División de Estudios de Posgrado, FIME-UANL ulises_matias@yahoo.com.mx, azael70@yahoo.com.mx RESUMEN Vanadato de bismuto, BiVO4 fue sintetizado a 200 °C mediante el método de coprecipitación. La actividad fotocatalítca de dicho óxido fue evaluada en la reacción de degradación de rodamina B (rhB) bajo irradiación de luz visible. El análisis del contenido de carbón orgánico total (TOC) reveló que es posible la mineralización de rodamina B por acción del catalizador BiVO4 (~40% luego de 100 horas de irradiación). Con la finalidad de conocer detalles acerca del mecanismo de degradación de rhB, algunas variables experimentales como pH de la dispersión, cantidad de O2 disuelto y fuente de irradiación fueron modificadas. PALABRAS CLAVE BiVO4, fotocatálisis, fotosensitización, rodamina B. ABSTRACT Bismute vanadate (BiVO4) was synthesized by the coprecipitation method at 200 °C. The photocatalytic activity of such oxide was tested for the photodegradation of rhodamine B (rhB) under visible light irradiation. The analysis of the total organic carbon (TOC) showed that the mineralization of rhodamine B over a BiVO4 photocatalyst is feasible (~40% after 100 hours of irradiation). Some experimental variables such as dispersion pH, amount of dissolved O2, and irradiation source were modified in order to know details about the photodegradation mechanism. KEYWORDS BiVO4, photocatalysis, photosenistization, rhodamine B. INTRODUCCIÓN La fotocatálisis heterogénea es un proceso que se basa en utilizar un sólido semiconductor (normalmente de banda ancha) que sea capaz de absorber directa o indirectamente energía radiante (visible o UV) igual o superior a su banda de energía prohibida. La etapa inicial del proceso consiste en la generación de pares hueco-electrón en las partículas del semiconductor, los cuales permiten que se lleven a cabo las reacciones de óxido-reducción en la superficie del fotocatalizador. Cuando un fotón con una energía que iguala o supera la energía de banda prohibida del semiconductor (Eg) incide sobre éste, se promueve un electrón, e- de la banda de valencia (BV) hacia la banda de conducción (BC), generándose un hueco, 8 Artículo basado en la Tesis “Síntesis por coprecipitación de BiVO4, caracterización y evaluación de su actividad fotocatalítica en la degradación oxidativa de rodamina B en disolución acuosa” de Ulises Matías García Pérez, asesorada por el Dr. Azael Martínez De la Cruz, la cual obtuvo el Premio a la Mejor Tesis de Maestría UANL defendida en el 2008, en la categoría de Ingeniería, Tecnología y Arquitectura, premio que fue entregado en octubre de 2009. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. h+, en la primera banda. Los electrones que llegan a la banda de conducción pueden desplazarse dentro de la red del semiconductor. Asimismo, también se desplazan los huecos que se han fotogenerado en la banda de valencia. Los electrones y los huecos fotogenerados pueden seguir diferentes caminos, como se muestra en la figura 1. En los últimos años la fotocatálisis heterogénea se ha posicionado como una de las tecnologías más eficientes y limpias para la remoción de contaminantes orgánicos en aguas residuales.1 Numerosos esfuerzos han sido encaminados a la búsqueda de materiales semiconductores con actividad fotocatalítica ante diversas reacciones de oxidación de orgánicos, aunque la mayoría de ellos utilizando luz ultravioleta para su activación. Una vez madurado el concepto de la fotocatálisis heterogénea durante los últimos 30 años y comprendido el mecanismo mediante el cual ocurren las reacciones por acción de la radiación electromagnética, en años recientes se ha empezado a enfocar el problema utilizando luz visible dada la inminente aplicación práctica que tiene el uso de esta radiación sobre la ultravioleta. El material por excelencia utilizado como semiconductor es el TiO2 en su forma de anatasa debido a su alta actividad fotocatalítica bajo radiación ultravioleta, alta inercia ante procesos de fotocorrosión y bajo costo. No obstante, de todo el espectro solar que irradia la tierra, la radiación UV constituye apenas el 4% de la energía limitando así el abanico de posibilidades del TiO2 para ciertas aplicaciones. Fig.1. Esquema de la formación de pares hueco-electrón en un semiconductor por acción de radiación electromagnética y proceso de recombinación de cargas. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 En particular, el presente trabajo está orientado a evaluar la capacidad del vanadato de bismuto, BiVO4, como fotocatalizador en la degradación de un colorante orgánico modelo como lo es la rodamina B (rhB) bajo radiación visible, véase figura 2. El BiVO4 se presenta en 3 formas cristalinas diferentes; una monoclínica tipo fergusonita, una tetragonal del tipo schellita y por último, una tetragonal del tipo circón. A 225 °C la transición cristalina entre la fase monoclínica y tetragonal es reversible. El valor de Eg del polimorfo monoclínico de BiVO4 es de 2.3 eV lo que lo hace apto para ser considerado como un potencial fotocatalizador activo en la región visible. La actividad fotocatalítica de la fase monoclínica ha sido reportada por Kudo et al.2 para la evolución de O2 a partir de una solución de AgNO3 utilizando luz visible. Fig. 2. Estructura molecular del colorante orgánico rodamina B. Mediante el empleo de diferentes rutas de síntesis es posible optimizar las propiedades texturales del vanadato de bismuto para potenciar su eficiencia en la degradación de especies orgánicas contaminantes. Dado que el método de síntesis por coprecipitación permite tener una alta homogeneidad en el sistema, no requiere de altas temperaturas y no implica el uso de equipo especial de laboratorio, se seleccionó este método sobre los demás. A través de este método de síntesis propuesto, se busca evaluar las propiedades fotocatalíticas del vanadato de bismuto resultante en la degradación de rodamina B en disolución acuosa por activación de la luz visible, además de que se evaluará el efecto que tiene el pH, la fuente de radiación y el suministro de O2 sobre la actividad fotocatalítica del material. EXPERIMENTACIÓN Síntesis de BiVO4 La síntesis del BiVO4 se llevó a cabo mediante el método de coprecipitación. Para este propósito se partió de Bi(NO3)3.5H2O (Aldrich) y NH4VO3 9 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. (Productos Químicos Monterrey). Se pesaron cantidades estequiométricas de ambos reactivos y posteriormente se prepararon dos disoluciones por separado: a) 1.4975 g de Bi(NO3)3.5H2O fueron disueltos en 100 mL de HNO3 4 M a 70ºC.; b) 0.3610 g de NH4VO3 fueron disueltos en 100 mL de NH4OH 2 M a 70ºC. La disolución del Bi(NO3)3.5H2O fue goteada lentamente (5 mL/min) en la disolución del NH4VO3 con agitación vigorosa. El pH fue ajustado a ~ 9.0 utilizando NH4OH 2 M. La suspensión fue mantenida en un baño de agua a 70 °C favoreciendo una lenta evaporación de solvente, hasta la formación de un sólido amarillo. Se realizó un tratamiento térmico a 200 °C con una velocidad de calentamiento de 10 ºC/min, manteniendo la muestra a dicha temperatura durante 61 horas. Para fines comparativos el BiVO4 fue sintetizado adicionalmente por reacción en estado sólido. Para este propósito se partió de Bi(NO3)3.5H2O y NH4VO3. Se pesaron cantidades estequiométricas de ambos reactivos y posteriormente se mezclaron en un mortero de ágata por espacio de 10 minutos con acetona para facilitar la homogeneización. Finalmente la mezcla de reactivos fue colocada en un horno eléctrico a 700 °C durante 64 horas. Caracterización de BiVO4 La caracterización estructural de las fases sintetizadas se llevó a cabo mediante la técnica de difracción de rayos-X en polvo, utilizando un difractómetro Bruker Advanced X-Ray Solutions D8 con radiación de Cu Kα (λ= 1.5418 Å), con detector de centelleo y filtros de níquel. Las mediciones se hicieron en un intervalo 2θ de 10º a 70º con un tamaño de paso de 0.05º y un tiempo de 0.05 segundos por cada paso. Con la finalidad de conocer el mecanismo de descomposición térmica del precursor del BiVO4 sintetizado por coprecipitación, así como los cambios 10 asociados a ella, se emplearon de manera simultánea el análisis termogravimétrico (TGA) y térmico diferencial (DTA), para lo cual se utilizó un equipo TA Instruments modelo SDT Q600. El análisis se realizó con una velocidad de calentamiento de 10 ºC/min bajo atmósfera de nitrógeno. Para la medición de la banda de energía prohibida se utilizó un espectrofotómetro Perkin Elmer Precisely Lambda 35 UV/Vis con esfera de integración. Las mediciones se hicieron a partir de los espectros de absorción de energía contra longitud de onda obtenidos a partir del espectrofotómetro UV/Vis. La determinación del área superficial del BiVO4 se llevó a cabo mediante la técnica de BET (BrunauerEmmett-Teller) utilizando un equipo Quantachrome Instruments modelo AUTOSORB-1, en el cual se realizó la fisisorción con N2 empleando celdas de 9 mm a 77 K, con un tiempo de desgasificación de 50 horas a 200 ºC para la muestra preparada por estado sólido y de 13 horas a 70 °C para la muestra preparada por coprecipitación. Pruebas Fotocatalíticas Los experimentos de fotocatálisis se realizaron tomando en cuenta los siguientes parámetros de referencia: concentración inicial de 5 mg/L de una disolución acuosa de rhB, una relación catalizador/volumen de disolución del colorante de 1 mg/mL (250 mg/250 mL) y una lámpara de xenón de 2100 lm. Para los experimentos que se realizaron con burbujeo de oxígeno se utilizó un flujo permanente de 257 mL/min. La metodología seguida para cada experimento de fotocatálisis ha sido detallada previamente.3 Con la finalidad de determinar la influencia de diversos parámetros Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. en el proceso de degradación de rhB en disolución acuosa, bajo irradiación visible, se realizaron una serie de pruebas en las que se variaron el pH de la dispersión de rhB/BiVO4, la fuente de irradiación y el suministro de O2. La determinación del carbono orgánico total (TOC) se llevó a cabo mediante el método colorimétrico siguiendo el procedimiento descrito por HACH (método10129). Las mediciones fueron realizadas en un colorímetro marca HACH modelo DR890. La muestra se colocó en el reactor para su digestión durante 2 horas en un intervalo de temperatura de 103-105 ºC y se dejó enfriar 1 hora para su posterior análisis. RESULTADOS Y DISCUSIÓNES Síntesis y Caracterización de BiVO4 La síntesis del BiVO4 mediante el método de coprecipitación produjo un polvo policristalino a 200 °C de una intensa coloración amarilla. Por otro lado, la muestra preparada por reacción en estado sólido a alta temperatura condujo a la obtención de un polvo cristalino de color naranja. Para seguir el proceso de formación del BiVO4, se obtuvieron los patrones de difracción de rayos-X en polvo de las muestras preparadas por ambos métodos de síntesis, como se muestra en la figura 3. El análisis de los patrones de difracción de rayos-X en polvo obtenidos de acuerdo a la base de datos (JCPDS No.14-0688, grupo espacial: I2/a), muestran que se obtuvo un polvo policristalino del BiVO4 con estructura monoclínica por ambos métodos. En el patrón de difracción de rayos-X en polvo obtenido para ambas muestras no fue detectada ninguna reflexión correspondiente a otra fase o impureza. Fig.3. Patrón de difracción de rayos-X en polvo obtenido para el BiVO4 sintetizado por el método de coprecipitación y por reacción en estado sólido a alta temperatura. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Con la finalidad de conocer el mecanismo de descomposición térmica del precursor del BiVO4 sintetizado por coprecipitación se empleó el análisis simultáneo TGA-DTA. La figura 4 muestra la pérdida en peso en función de la temperatura para el precursor obtenido por el método de coprecipitación. Fig. 4. Análisis térmico simultáneo TGA-DTA obtenido para el precursor de la fase BiVO4 obtenido por el método de coprecipitación. En el termograma se puede apreciar una significativa pérdida en peso para el precursor que inicia a los 140ºC y termina alrededor de los 270ºC. Esta pérdida en peso está asociada a la eliminación de agua, amoniaco y oxígeno. Lo anterior implica una pérdida en peso teórica del 23 % para la formación de la fase, la cual concuerda con lo observado experimentalmente. De acuerdo al termograma obtenido, la pérdida total en peso de la muestra tiene lugar alrededor de los 270 ºC indicando con ello la formación completa de la fase. Sin embargo la formación se puede realizar a temperaturas menores, dado que las condiciones del calentamiento en el análisis termogravimétrico y en la síntesis se llevan a cabo de manera dinámica y estática, respectivamente. No obstante, para que esto se pueda efectuar a menores temperaturas se requiere de un mayor tiempo en el tratamiento térmico de la muestra. El termograma diferencial obtenido para el precursor formado por el método de coprecipitación muestra cuatro picos endotérmicos a 60 ºC, 130 ºC, 170 ºC y 250 ºC, los cuales se pueden asociar con procesos físicos y químicos del subproducto nitrato de amonio y a la formación de BiVO4 como lo hemos descrito anteriormente.4 El cálculo de la banda de energía prohibida del óxido se llevó a cabo mediante la técnica de espectroscopía de reflectancia difusa. Siguiendo este 11 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. procedimiento los valores de Eg obtenidos fueron de 2.31 eV (reacción en estado sólido) y 2.27 eV (coprecipitación). La determinación del área superficial BET de los materiales sintetizados se realizó bajo las condiciones descritas en la sección experimental. Para el BiVO4 sintetizado por el método por reacción en estado sólido se obtuvo un área superficial BET de 0.27 m2/g y para el obtenido por el método de coprecipitación de 1.46 m2/g. Pruebas fotocatalíticas La actividad fotocatalítica de BiVO4 fue evaluada en la degradación de rodamina B en solución acuosa bajo irradiación de luz visible. La evolución temporal de la concentración del colorante durante el proceso de degradación es mostrada en la figura 5. Con la finalidad de descartar la degradación del colorante por un proceso de fotólisis, se realizó un experimento donde una solución de rhB fue irradiada en ausencia del fotocatalizador. Como se puede apreciar en la figura 5, la concentración de rhB permaneció constante en función del tiempo indicando que es indispensable la combinación fotocatalizador/radiación visible para eliminar al contaminante orgánico. Para evaluar el efecto del pH en la degradación de rhB se prepararon diferentes dispersiones fotocatalizador/solución de colorante ajustándolas a valores de pH = 4, 5, 8 y 10. El pH natural de la dispersión fue muy cercano a 6. Bajo estas condiciones de pH natural, y en presencia de BiVO4 obtenido por coprecipitación, la coloración de la solución fue eliminada en un 60% después de 360 minutos de irradiación. Cuando se realizaron experimentos a diferentes valores de pH se observó un incremento en la velocidad de degradación de rhB conforme el pH fue más básico. En particular, este incremento fue significativo para el experimento realizado a pH =10. Así, luego de 300 minutos de irradiación la solución fue decolorada en un 99%. Este valor de pH resultó ser crítico, ya que experimentos realizados a valores de pH superiores no mostraron un incremento en la actividad fotocatalítica del BiVO4. De acuerdo con los resultados obtenidos, se eligieron las condiciones básicas de pH =10 para estudiar el efecto del O2 disuelto en la dispersión fotocatalizador/solución de colorante. En la figura 6 se observa que el burbujeo de O2 produce una decoloración de la solución en aproximadamente un 10% en ausencia del fotocatalizador. La presencia del fotocatalizador bajo estas condiciones experimentales incrementa notablemente la velocidad de degradación del colorante, alcanzándose una decoloración del mismo en un 99% luego de 180 minutos de irradiación. Fig. 6. Cambio en la concentración de rhB durante el curso de la irradiación con luz visible a pH= 10 y bajo distintas condiciones de oxígeno disuelto. Fig. 5. Cambio en la concentración de rhB durante el curso de su degradación fotocatalítica en presencia de BiVO4 a diferentes valores de pH. 12 La evolución temporal de los espectros de absorción de la solución del colorante durante el proceso de degradación de rhB por la acción de BiVO4 son mostrados en la figura 7. La banda principal de absorción de la rhB localizada a 554 nm es debido a la presencia de los 4 grupos etilos en la molécula del compuesto orgánico. A medida que la dispersión BiVO4/rhB es irradiada con luz visible se observa una disminución en el valor de absorbancia en los espectros de absorción del colorante. La disminución de la banda principal de absorción del Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. colorante, sin que se observe algún desplazamiento de la misma hacia longitudes de onda cortas, revela aspectos importantes sobre el posible mecanismo de degradación de la rhB. La degradación de rhB puede ocurrir esencialmente mediante dos mecanismos competitivos: a) por el ataque de los radicales OH˙ al anillo aromático lo que conduce a la degradación de la estructura de la rhB con la consecuente reducción de su banda de adsorción (mecanismo 2); o mediante una sucesiva de-etilación de los anillos aromáticos, lo que produce un marcado desplazamiento del máximo de absorción hacia longitudes de onda corta a causa de la formación de diferentes intermediarios de reacción de-etilados de la rodamina B (mecanismo 1).5 De acuerdo con la evolución temporal de los espectros de absorción de la figura 7, es posible concluir que el mecanismo de degradación de la rhB ocurre mediante un ataque directo al anillo Fig. 7. Evolución temporal del espectro de absorción de la solución de rhB a medida que transcurre la reacción de fotodegradación. aromático de radicales OH˙ (mecanismo 2), el cual predomina sobre el proceso de de-etilación de la molécula (mecanismo 1), véase figura 8. Este es un punto a resaltar, ya que una completa de-etilación de la molécula orgánica del colorante produce una completa decoloración de la solución de rhB pero no necesariamente su mineralización. Para elucidar este punto, se procedió a realizar un análisis del carbón orgánico total (TOC) en el curso de la reacción de degradación del colorante. Para este caso en particular, y con la finalidad de tener una mayor precisión en las mediciones del TOC, se utilizó una concentración inicial de 20 mg/L. El grado de mineralización alcanzado bajo estas condiciones experimentales fue del 40% después de 100 horas de irradiación con luz visible. Lo anterior indica que es posible la mineralización de rhB por acción del fotocatalizador BiVO4. Hasta el momento no existen reportes en literatura sobre la capacidad de BiVO4 para mineralizar colorantes orgánicos mediante un proceso fotocatalítico. Debido al alto valor del coeficiente de extinción molar de la rhB a 554 nm (8.8×104 M−1 cm−1),6 bastan pequeñas cantidades del colorante disueltas en agua para producir una marcada coloración. Por esta razón es común que concentraciones del orden de 5mg/L, o menores a ésta, sean utilizadas en procesos de tinción de productos industriales. Por tal motivo, la concentración de rhB utilizada en el seguimiento del TOC (20 mg/L) y su relativa fácil mineralización predicen una remoción eficiente de la misma en efluentes industriales. Fig. 8. Posibles mecanismos seguidos durante la fotodegradación de rhB. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 13 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. Posibles mecanismos de degradación de rodamina B La degradación de un colorante orgánico por irradiación de luz puede ocurrir esencialmente por tres mecanismos: a) mediante un proceso de fotólisis inducido por la energía proveniente de la fuente de radiación visible, b) por un proceso de fotosensitización donde la radiación visible excita electrones de los enlaces π de la molécula del colorante y éstos son inyectados en la banda de conducción del semiconductor con la consecuente oxidación del colorante, y c) mediante un proceso de fotocatálisis convencional donde la promoción de un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción del semiconductor, por acción de la luz visible, produce sitios activos (huecos) para la oxidación del colorante. Como se observa en la figura 5, la solución de rhB es estable cuando se expone por períodos largos a la radiación visible. Esto implica que el proceso de fotólisis (a) tiene una contribución mínima en el proceso de degradación del colorante. La segunda opción es el proceso de fotosensitización (b). El colorante rhB es ampliamente conocido como un sensitizador de TiO2 y otros óxidos.7 El máximo de absorción de la rhB está localizado a 554 nm, por lo que la energía proveniente de la lámpara de Xe es suficiente para inducir el proceso de fotosensitización del colorante. Así, el proceso de degradación de la rhB por acción del fotocatalizador puede tener lugar principalmente por un proceso de fotosensitización. Esta afirmación se ve reforzada por experimentos realizados bajo radiación ultravioleta de 365 nm. Mientras que en los experimentos con luz visible la concentración de rhB decreció en un 62% luego de 180 minutos.; para los experimentos con luz UV y el mismo tiempo de irradiación la concentración del colorante sólo disminuyó en un 18%. Este resultado sugiere una contribución menor de un proceso fotocatalítico activado por separación de cargas en el semiconductor en el proceso de degradación del colorante (c). Por otro lado, se ha documentado previamente la alta ineficiencia del proceso de separación de cargas en el BiVO4.8 Así, el proceso de fotosensitización rhB durante la degradación por BiVO4 puede ser descrito como: rhB + hv → rhB* (1) BiVO4 + rhB* → rhB+▪ + BiVO4(e-) (2) 14 BiVO4(e-) + O2 → BiVO4 + O2-• (3) + -• BiVO4(e ) + O2 + H → H2O2 (4) • H2O2 + e → OH + OH (5) • rhB + OH → → → CO2 +H2O (6) De acuerdo con este mecanismo de degradación, el paso descrito por la ecuación 3 es favorecido por la presencia de O2. En esta etapa, electrones en la superficie del fotocatalizador son removidos por el oxígeno para formar el radical superóxido. Esta reacción conduce a subsecuentes reacciones donde en algunas de ellas se forman radicales OH˙. Como consecuencia de lo anterior, es entendible el hecho de que la presencia de O2 favorece el proceso de degradación de rhB como fue observado en las dispersiones saturadas con O2. No obstante, el efecto positivo del pH alcalino en la reacción de degradación de rhB no puede ser explicado bajo el mecanismo de fotosensitización. Como fue mencionado anteriormente, cuando la dispersión rhB/fotocatalizador fue irradiada con luz UV se observó una pequeña contribución al proceso de degradación del colorante. Lo anterior sugiere que el mecanismo de fotocatálisis convencional (c) se lleva acabo simultáneamente al proceso de fotosensitización (b), aunque en menor proporción. Bajo la combinación de estos mecanismos, el pH alcalino de la dispersión promueve un proceso donde la separación de cargas en el semiconductor juega un papel importante en la actividad fotocatalítica del material. El mecanismo de degradación de rhB por el proceso de fotocatálisis heterogénea puede ser descrito por las siguientes ecuaciones: 2 BiVO4 + hv →BiVO4(h+) + BiVO4(e-) (7) rhB + BiVO4(h+) → rhB+• + BiVO4 (8) H2O + BiVO4(h+) → •OH + H+ + BiVO4 (9) OH- + BiVO4(h+) → •OH + BiVO4 (10) BiVO4(e-) +O2 → BiVO4 + O2-• (11) BiVO4(e-) +O2-• + H+ → HO2• + BiVO4 (12) Debido al valor de la banda de energía prohibida, Eg, del BiVO4 (2.3 eV) la energía requerida para activar el proceso descrito en la ecuación 7 puede ser aportada tanto por la fuente de radiación visible como UV de acuerdo a las condiciones experimentales empleadas. Obsérvese que siguiendo este mecanismo, el paso descrito en la ecuación 10 se ve favorecido Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. por la presencia de iones hidróxido en solución. Conforme el pH de la dispersión se incrementa, una mayor concentración de iones hidróxidos son incorporados a la superficie del fotocatalizador. La adsorción de iones hidróxido en la superficie de BiVO4 permite la oxidación de los iones por reacción directa con los huecos generados (h+) en la banda de valencia del semiconductor (ecuación 10). Como producto de esta reacción, son formados radicales hidroxilos (OH˙) los cuales actúan como oxidantes de moléculas orgánicas adsorbidas en la superficie del fotocatalizador. En este sentido, los iones hidróxido actúan como eficientes trampas de los huecos fotogenerados como producto de la separación de cargas en el semiconductor inducidas por la irradiación con radiación de longitud de onda apropiada. De igual manera, el mecanismo de fotocatálisis heterogénea se ve favorecido por la presencia de O2 disuelto como lo indica la ecuación 11. CONCLUSIONES El óxido BiVO4 fue sintetizado por el método de coprecipitación y caracterizado por técnicas experimentales convencionales. La actividad fotocatalítica del material fue evaluada en la reacción de degradación de rodamina B en disolución acuosa bajo irradiación visible. El material mostró capacidad para la decoloración de la solución de rodamina B y, más aún, para la mineralización del colorante según los análisis de contenido de carbón orgánico total. El efecto de variables en el proceso de degradación del colorante como O2 disuelto, fuente de irradiación y pH fue evaluado. Los resultados muestran que el O2 actúa como un eficiente secuestrador de electrones Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 en el proceso de fotosensitización. De igual manera, los iones hidróxido actúan como trampa de huecos y promueven la degradación de rodamina B por un proceso de fotocatálisis heterogénea. REFERENCIAS 1. S. Malato, P. Fernández-Ibáñez, M.I. Maldonado, J. Blanco, W. Gernjak. Decontamination and disinfection of water by solar photocatalysis: Recent overview and trends, Catalysis Today 147 (2009) 1-59. 2. A. Kudo, K. Ueda, H. Kato, I. Mikami, Photocatalytic O2 evolution under visible light irradiation on BiVO4 in aqueous AgNO3 solution, Catalysis Letters 53 (1998) 229-230. 3. A. Martínez-de la Cruz, S. Obregón Alfaro, Synthesis and characterization of nanoparticles of α-Bi2Mo3O12 prepared by co-precipitation method: Langmuir adsorption parameters and photocatalytic properties with rhodamine B, Solid State Sciences 11 (2009) 829-835. 4. S. Obregón Alfaro, Tesis de Maestría: Síntesis y caracterización de nanopartículas de óxidos de los sistemas Bi2O3-MoO3 y Bi2O3-WO3 para la degradación fotocatalítica de rodamina B bajo luz visible, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL (2009). 5. C. Chen, W. Zhao, J. Li, J. Zhao, H. Hidaka, N. Serpone, Formation and identification of intermediates in the visible-light-sssisted photodegradation of sulforhodamine-B dye in aqueous TiO2 dispersion, Environ. Sci. Technol. 36 (2002) 3604-3611. 6. J.M. Wu, T.W. Zhang, Photodegradation of rhodamine B in water assisted by titania films prepared through a novel procedure J. Photochem. Photobiol. A 162 (2004) 171-177. 7. M. Ni, M.K.H. Leung, D.Y.C. Leung, K. Sumathy, A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using TiO2 for hydrogen production Renew. Sust. Energ. Rev. 11 (2007) 401-425. 8. L. Ge, Synthesis and characterization of novel visible-light-driven Pd/BiVO4 composite photocatalysts, Mater. Lett. 62 (2008) 926-928. 15 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología Diana Caballero Hernández Facultad de Ciencias Biológicas, UANL decaballero@hotmail.com Leonardo Chávez Guerrero CIIDIT, FIME-UANL guerreroleo@hotmail.com RESUMEN Por su tamaño, la mayoría de los virus se encuentran dentro del rango de estudio de la nanotecnología (<100 nm) por lo que pueden considerarse nanopartículas orgánicas. Los virus poseen características particulares como estructura modular, simetría y capacidad de autoensamblaje, además, las estructuras virales exhiben patrones simples y geométricos que buscan minimizar la energía empleada para su construcción. Por lo tanto, los virus pueden ser explotados con propósitos específicos en diversas áreas de la nanomedicina y ciencia de los materiales. El presente trabajo tiene como propósito informar de manera general sobre los avances en la aplicación de virus en Nanotecnología. PALABRAS CLAVE Nanotecnología, virus, bioplantillas, ciencia de los materiales. ABSTRACT Most viruses belong to the nanoscale range (<100 nm) thus they can be considered organic nanoparticles. Viruses possess particular characteristics such as modular structure, symmetry and self-assembly capability that can be manipulated for specific purposes in the fields of nanomedicine and materials science. This paper is intended for the general public; here we present an overview of the main advances in the application of virus in nanotechnology. KEYWORDS Nanotechnology, virus, biotemplates, materials science. INTRODUCCIÓN Los virus ocupan un lugar importante en la conciencia pública como agentes causales de enfermedades en animales y plantas. Los virus están detrás de enfermedades humanas como la rabia, sarampión, viruela, gripe y algunos tipos de cáncer, han originado epidemias con impacto histórico (guerras, migración, etc.) como la Gripe Española de 1918 y en la actualidad la epidemia de SIDA, es tal su importancia como agentes patógenos que su potencial en el desarrollo tecnológico fue ignorado hasta épocas recientes. El término virus, del latín virus que significa “viscoso” o “veneno”,1 fue utilizado por primera vez a finales del siglo XIX por el científico Martinus Beijerink quien lo empleó para designar a los 16 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología / Diana Caballero Hernández, et al. agentes causantes del virus del mosaico del tabaco cuya presencia no era detectable por los métodos tradicionales debido a su tamaño. Los virus son entidades que parecen existir al margen de la vida pero dependen de ésta para su reproducción y función ya que los virus se originan mediante un proceso de auto-replicación que tiene lugar en el interior de una célula huésped e involucra el secuestro de la maquinaria molecular de la célula para la síntesis de componentes virales seguidos por su ensamblaje. En el debate continuo respecto a si los virus son seres vivos o no-vivos la posición que se adopte dependerá de la definición misma de vida, pero es indudable que sus características las acercan más al dominio de lo no-vivo ya que a diferencia de los organismos vivos los virus no poseen actividad metabólica, lo que significa que están en un estado de equilibrio térmico con el ambiente, aún más, los virus poseen la capacidad de cristalizarse, demostrado en 1935 por W. Stanley,2 este descubrimiento puso de manifiesto que las partículas virales son entidades geométricas e idénticas entre sí (figura 1), una cualidad más próxima a la materia inorgánica que a los seres vivos.3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Tamaño y estructura. Los virus son entidades muy pequeñas que no se pueden observar al microscopio óptico, exhiben un rango relativamente amplio de tamaños que van de los 20 a los 800 nm, y están compuestos por proteínas y ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicos constituyen el genoma, el cual contiene toda la información necesaria para dirigir la replicación de los virus en el interior celular; el genoma está encerrado en una cubierta proteica conocida como cápside. Para la mayoría de los virus el genoma más la cápside constituyen el virión (partícula viral infectiva), pero algunos virus poseen también una cubierta lipídica (figura 2). La cápside tiene dos funciones importantes, por un lado la protección del genoma y en segundo lugar el reconocimiento y anclaje a una célula hospedera en la cual se pueda replicar el virus. Los virus pueden clasificarse de acuerdo a la organización molecular de sus cápsides. Fig. 1. Se muestran los diversos tipos de virus clasificados en base a ADN o RNA. Se muestra la escala de tal manera que se pueden comparar entre si. Fig. 2. Se muestran las posibles envolturas que pueden presentar los virus. En (b) se muestra un virus (Influenza A) visto con un microscopio electrónico. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 17 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología / Diana Caballero Hernández, et al. Simetría de los virus Las formas simétricas, se ven iguales desde cualquier ángulo de rotación o visto como una imagen espejo. La simetría de los virus es producto del ordenamiento de moléculas de proteínas asimétricas para formar la cápside. Los virus pueden mostrar simetría helicoidal o icosaédrica; en los virus con simetría helicoidal el genoma está enrollado en forma de una hélice alrededor de la cual se ordenan copias de una proteína formando una cápside alargada (figura 3). Los virus con geometría icosaédrica consisten en un genoma cubierto por un caparazón construido a partir de moléculas de proteína ordenadas como un icosaedro (figura 3). Para construir un icosaedro a partir de proteínas idénticas el número mínimo de moléculas requeridas es de tres por cara triangular, lo que da un total de inicio a los estudios y aplicaciones intensivos en la nanotecnología, nos referimos al famoso fullereno o C60.4 En la figura 4 (a) se pueden observar los pentágonos y hexágonos de los que se compone esta forma geométrica (C60). Esta estructura da forma a un balón de fútbol, como se puede apreciar en la figura 4 (b) el cual deja ver su geometría casi esférica. De esta manera podemos ver que virus y fullerenos poseen simetrías similares. Alejándonos un poco de la geometría euclidiana y entrando en la geometría fractal, podemos ver que el triángulo de Sierpinski5 se puede adaptar muy bien para describir los motivos superficiales de un virus. Las protuberancias que muestran algunos virus en su cápside siguen patrones triangulares como se ve en figura 5 (a-c). El número de protuberancias puede aumentar (figura 5 (c)) siguiendo patrones similares (fractales) para obtener el mejor diseño estructural al menor costo. Al dibujar triángulos pequeños dentro de uno mayor, como se muestra en la figura 5 (c), se puede formar un icosaedro con la unión de 20 triángulos equiláteros, que al final es muy parecida al triángulo de Sierpinski, como se ve en la figura 5(d), esta particularidad estructural le confiere propiedades de óptimo empaquetamiento a las estructuras naturales. Fig. 3. Se muestra el ADN que se enrolla para dar lugar a la creación de virus en forma helicoidal. 60 para un icosaedro; ejemplos representativos de este tipo de cápside serían los virus satélite del mosaico del tabaco o el virus del herpes. Un grupo muy importante de virus con cápside icosaédrica es el de los bacteriófagos con cola, la estructura de estos virus consta de una cola unida a una cabeza, la cual contiene el genoma (figura 1). Además de la forma de su cápside, los virus también presentan una topografía diversa de su superficie, donde podemos encontrar cañones, depresiones, crestas, protuberancias y espinas. Los grupos de virus con geometría icosaédrica tienen cápsides compuestas por subunidades de proteínas, el más pequeño consta de 60 de estas subunidades. Estas subunidades están ordenadas en la forma más simétrica posible, formando una esfera de pentágonos y hexágonos. Con esta breve descripción es fácil que al lector le venga a la mente la molécula más simétrica conocida, la cual dio 18 Fig. 4. Fullereno compuesto por pentágonos rodeados de hexágonos (a), la cual es la forma más simétrica conocida, similar a la de un balón de futbol (b) Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología / Diana Caballero Hernández, et al. Fig. 5. Los virus que se podrían caracterizar mediante geometría fractal (a-c), debido a su simetría. La figura mostrada en (d) se compone de triángulos pequeños contenidos en triángulos más grandes, se puede formar un icosaedro si se unen sus lados y se eliminan dos triángulos para formar una estructura cerrada. En la figura 5 (a-b) se muestra un virus con 3 “motivos” y en figura 5 (c) uno con 9 motivos, tres en cada una de las esquinas de un triángulo isósceles. Los virus podrían aumentar el número de motivos adscritos a los triángulos hasta donde sea necesario y físicamente posible, lo destacado de este comportamiento es que se pueden aplicar las reglas de la geometría fractal. Es por lo anterior que el triángulo de Sierpinski se adapta bastante bien a la forma en que los virus decoran sus aristas, donde los motivos son las proteínas. También vale la pena mencionar que este arreglo triangular de los virus tiene similitud con arreglos matemáticos, específicamente con el triángulo de Pascal, el cual sirve para el desarrollo de binomios.5 Los virus han tenido miles o tal vez millones de años para seleccionar el mejor arreglo el cual resulta ser el arreglo fractal, en donde se pueden acomodar tantos motivos como sean necesarios sin perder la simetría que los caracteriza. Autoensamblaje de los virus Las cápsides se ensamblan a partir de muchas moléculas de una o varias proteínas distintas en un proceso espontáneo. En 1957 Fraenkel-Conrat y Williams, 6 descubrieron que las partículas virales pueden formarse in vitro a partir de sus subunidades purificadas sin información adicional que dirija este ensamblaje, lo que indica que la partícula viral está en un estado de mínima energía y por lo tanto representa el ordenamiento preferido para los componentes involucrados. Las fuerzas moleculares que dirigen el ensamblaje de Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 las partículas virales incluyen las interacciones hidrofóbicas y electrostáticas, muy raramente enlaces covalentes. En términos biológicos esto significa interacciones proteína-proteína, proteínaácido nucleico y proteína-lípido. VIRUS EN NANOMEDICINA Los virus son nanopartículas con una estructura modular conformada por subunidades proteicas que se ensamblan en forma espontánea para formar contenedores, cápsides, que protegen y transportan el genoma de un virus, esto lo logran mediante estrategias muy precisas que, sin embargo, pueden ser desacopladas de sus propiedades patológicas para su aprovechamiento tecnológico.7 Los virus son capaces de depositar en forma muy eficiente material genético a células huésped, lo que se ha explotado para la corrección genética de enfermedades hereditarias monocigóticas, así como para el tratamiento de enfermedades complejas como el cáncer, ya que los virus por sus características son excelentes vehículos de nanopartículas selectivas de células tumorales.8-10 Es posible ensamblar virus (ya sea naturalmente o mediante manipulación genética) como contenedores no infecciosos carentes de material genético llamados VLPs (virus-like particles, por sus siglas en inglés), en los cuales se puede reemplazar la carga viral natural con un amplio rango de cargas sintéticas. 11 También es posible manipular las subunidades que conforman a una partícula viral, los bloques de construcción, ya sea genética y/o químicamente sin afectar la estructura general, lo que representa una fuente de recursos muy amplia 19 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología / Diana Caballero Hernández, et al. para aplicaciones materiales y farmacéuticas.12 Por su naturaleza simétrica y homogénea, los virus pueden ser utilizados como preformas o bioplantillas para metalización o el crecimiento de minerales, lo que resulta en bloques de construcción metalizados o mineralizados. También pueden ser utilizados como nanocajas para contener substancias, lo cual se puede emplear para la liberación de medicamentos en áreas específicas del cuerpo.13 es posible manipular las condiciones para inducir el autoensamblaje hacia arquitecturas controladas. Estas nuevas estructuras pueden usarse para formar la cápside viral de manera artificial o para formar tubos, hojas y cascarones (shells) que pueden tener cientos de subunidades. La figura 6 muestra las 3 posibilidades que ofrece la manipulación de un virus, ya sea usando el interior como reactor o el exterior por su forma. SUPERFICIES VIRALES CON APLICACIONES EN NANOTECNOLOGÍA Actualmente es posible modificar la superficie de la cápside viral, ya sea genética y/o químicamente, lo cual permite la síntesis de materiales en el exterior de la cápside. La superficie del virus del mosaico del chícharo (CPMV) se usó como preforma o bioplantilla para la síntesis de materiales. Este es un virus icosaédrico de 30 nm de longitud que se ensambla mediante 60 proteínas idénticas como subunidades. La cápside es estable para un rango de condiciones, soporta temperaturas de hasta 50ºC y pH 3-10, además de diferentes solventes (acuoso/mezclas orgánicas). La superficie de la cápside del CPMV puede ser decorada químicamente con los aminoácidos lisina, cisteína, tirosina, ácido aspártico o glutámico usando agentes orgánicos. Esto se hace con el fin de generar diversos grupos funcionales en la superficie.14 Con el mayor entendimiento de las interacciones que suceden en la interfaz de las subunidades proteicas CÁPSIDES VIRALES COMO NANOREACTORES MOLECULARES Los virus empacan su material genético en el interior de la cápside, por lo que se le puede considerar un contenedor molecular; las cápsides pueden ser empleadas como nanoreactores para llevar a cabo reacciones a nivel molecular en la síntesis de nanomateriales.15 Se ha reportado la síntesis de polioxometalatos usando el interior de una cápside de un virus CCMV como reactor. Esto se logra controlando la apertura de los poros en la cápside viral, lo cual se consigue regulando el pH de la solución en el reactor. Los virus vacíos no infectivos se incuban en una solución que contiene el ion tungstenato (WO42+) a un pH 6.5, después los virus se lavan hasta llegar a un pH 5, con este sencillo cambio de las condiciones en la solución, los poros de las proteínas contenidas en la cápside se cierran. Una vez que el tungsteno se encuentra en el interior de la cápside, el ambiente propicia la formación de cadenas para Fig. 6. Se muestra la simetría de un virus y las 3 partes principales que lo componen, las cuales pueden ser usadas en la síntesis de materiales. 20 WO4 2+ ⇔ H 2W12O4210− NH 4 + (NH 4 )10 H 2W12O42 (s) Fig. 7. Procedimiento para obtener nanocristales de tungsteno dentro de un virión. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología / Diana Caballero Hernández, et al. que finalmente se promueva la cristalización y así formar nanocristales con un diámetro de 6.7 nm. En la figura 7 se muestra el procedimiento de manera esquemática y la reacción característica para la formación de polioxometalatos. De esta manera se vislumbra un vasto campo de aplicaciones para los virus en el área de la nanotecnología, ya que las condiciones que se pueden encontrar dentro de una cápside viral son muy diferentes a las que se presentan bajo condiciones normales de laboratorio, sólo basta pensar en el confinamiento (sistema cerrado) y el espacio reducido de que se dispone para que las reacciones ocurran de tal manera que se puedan formar diversos tipos de compuestos con estructura cristalina o sin ella (amorfos). CÁPSIDES VIRALES COMO BLOQUES DE C O N S T R U C C I Ó N PA R A M AT E R I A L E S Y DISPOSITIVOS La naturaleza simétrica de la cápside viral, aunada a la disponibilidad de herramientas para modificar el genoma de un virus de forma tal que incorpore material inorgánico en su estructura o aumente su afinidad por este, constituyen los fundamentos para la utilización de virus como bloques para construir materiales y dispositivos.13-14 Un ejemplo relevante de este campo de estudio es el virus del mosaico del tabaco (TMV), un virus helicoidal cuya estructura ha sido utilizada como bioplantilla para producir nanocables que a su vez pueden organizarse en estructuras más complejas. Por ejemplo, se ha empleado la deposición de paladio activado en el canal central de TMV para producir nanocables de níquel y cobalto de un micrómetro de longitud.14 Otro ejemplo claro de los logros en esta área es la reciente creación de una batería de ion-litio por un grupo de investigadores en el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT). El grupo dirigido por la Dra. Angela Belcher16-17 empleó una estrategia de reconocimiento molecular para adherir materiales electroquímicamente activos a redes de nanotubos de carbono conductores. Para esto manipularon dos genes del virus M13, un bacteriófago inofensivo para los humanos, primero modificaron el gen que codifica para una de las proteínas principales de la cápside Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 de forma tal que sirviera como bioplantilla para el crecimiento de a-FePO4 (fosfato de hierro amorfo) y así producir nanocables virales. Posteriormente modificaron un gen para que la proteína viral que codifica tuviera una mayor afinidad por nanotubos de carbono de pared simple (SWNTs, por sus siglas en inglés), los SWNTs sirvieron como preforma para la organización de los virus a través de reconocimiento biomolecular para la formación de un material híbrido con propiedades electroquímicas específicas que pudiera ser utilizado como el cátodo en una batería (figura 8). Fig. 8. Diagrama esquemático que muestra los pasos seguidos para la fabricación de cátodos para una batería ion-litio usando virus multifuncionales (sistema de dos genes) y una fotografía que muestra el encendido de un diodo emisor de luz (LED) alimentado por una batería viral. (Adaptado de Lee et al.,17 2009). COMENTARIOS FINALES Los virus constituyen un grupo de entes u organismos con características únicas, como su habilidad de mutar con extrema rapidez para adaptarse a cambios bruscos en las condiciones ambientales. Estas habilidades superan a las de los organismos vivos en muchas de sus funciones, lo cual permite su explotación en la síntesis de materiales nanoestructurados sin entrar en conflictos éticos, como es la experimentación con seres vivos. Miles de años de evolución les han conferido a los virus una estructura simétrica que caracteriza a los objetos formados por la naturaleza, la cual 21 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología / Diana Caballero Hernández, et al. generalmente es entendida de una manera más apropiada por la geometría fractal que por la geometría euclidiana. La relativa facilidad para obtenerlos en grandes cantidades los hace idóneos como moldes, bioplantillas y vehículos biológicos para su uso en aplicaciones industriales en la escala nanométrica. REFERENCIAS 1. Armando Aranda Anzaldo. En la Frontera de la vida: Los virus. Fondo de Cultura Económica, 1995. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ ciencia/html/biologia.html 2. Stanley W. (1935). Isolation of a Crystalline Protein Possessing the Properties of Tobaccomosaic Virus. Science 8, 644-654. 3. Bruinsma RF. (2006). Physics of RNA and Viral Assembly. Eur. Phys. J. E 19, 303-310. 4. Kroto H, Heath JR, O’Brien SC, Curl RF, Smalley RE. C60: Buckminsterfullerene. (1985). Nature 318, 162-163. 5. Bentley PJ. El libro de las cifras: El secreto de los números. Editorial Paidós, Barcelona, 2008. 6. Fraenkel-Conrat H, Williams RC. (1955). Reconstitution of Active Tobacco Mosaic Virus from its Inactive Protein and Nucleic Acid Components. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 41, 690-698. 7. Douglas T, Young M. (2006). Viruses: Making Friends with Old Foes. Science 312, 873. 8. Saini V, Zharov VP, Brazel CS, Nikles DE, Johnson DT, Everts M. (2006). Combination of Viral Biology and Nanotechnology: New Applications in Nanomedicine. Nanomedicine 2(3), 200-206. 22 9. Destito G, Schneemann A, Manchester M. (2009). Biomedical Nanotechnology Using Virus-Based Nanoparticles. Viruses and Nanotechnology. Curr. Top. Microbiol Immunol 327, 95-122. 10. Portney NG, Ozkan M. (2006). Nano-oncology: Drug Delivery, Imaging, and Sensing. Anal Bioanal. Chem. 384, 620–630. 11. Pattenden LK, Middelberg APJ, Niebert M, Lipin DI. (2005). Towards the Preparative and Largescale Precision Manufacture of Virus-like Particles. TRENDS in Biotechnology 23 (10), 523-529. 12. Arora PS, Kirshenbaum K. (2004). NanoTailoring: Stitching Alterations on Viral Coats. Chem Bio 11(4), 418-20. 13. Fischlechner M, Donath E. (2007). Viruses as Building Blocks for Materials and Devices. Angew. Chem. Int. Ed. 46, 3184-3193. 14. Young M, Willits D, Uchida M, and Douglas T. (2008). Plant Viruses as Biotemplates for Materials and their use in Nanotechnology. Annu. Rev. Phytopathol. 46, 361- 84. 15. Vriezema DM, Comellas-Aragones M, Elemans JA, Cornelissen JJ, Rowan AE, Nolte RJ. 2005. Self-Assembled Nanoreactors. Chem. Rev., 105, 1445-1489. 16. Nam KT, Kim D, Yoo PJ, Chiang C, Meethong N, Hammond PT, Chiang Y, Belcher AM. (2006). Virus-Enabled Synthesis and Assembly of Nanowires for Lithium Ion Battery Electrodes. Science 312, 885-888. 17. Lee YJ, Hyunjung Yi, Kim W, Kang K, Yun DS, Strano MS, Ceder G, Belcher AM. (2009). Fabricating Genetically Engineered High-Power Lithium Ion Batteries Using Multiple Virus Genes. Science 324, 1051-1055. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos Marco A. Garza Navarro, Virgilio A. González González, Moisés Hinojosa Rivera, Martín Edgar Reyes Melo, Alejandro Torres Castro Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales, FIME-UANL ingmarcogarza@gmail.com, virgilio.gonzalezgnz@uanl.edu.mx, hinojosa@gama.fime.uanl.mx, mreyes@gama.fime.uanl.mx, atorres@mail.uanl.mx RESUMEN En este trabajo se reporta la síntesis y caracterización de compósitos magnéticos, los cuales fueron preparados utilizando al biopolímero quitosán (QTO) como matriz para la coprecipitación in situ de nanopartículas de magnetita (FeFe2O4) y ferrita de cobalto (CoFe2O4). La razón en peso de FeFe2O4/QTO y CoFe2O4/QTO fue igual a 3. Los compósitos obtenidos fueron caracterizados mediante difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de transmisión (MET) y magnetometría. Los resultados muestran que las nanopartículas sintetizadas en ambos compósitos presentan distribución estrecha de aproximadamente 5 nm. Así mismo, las características magnéticas están de acuerdo con las reportadas para nanopartículas de un solo dominio magnético, en donde la respuesta magnética depende altamente del tamaño, la temperatura y las interacciones inter e intra partículas. PALABRAS CLAVE Biopolímeros, nanopartículas, composites, interacción de partículas, magnético. Artículo basado en el proyecto galardonado con el Premio de Investigación UANL 2009, en la categoría de Ciencias Exactas, otorgado en la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la UANL, celebrada el 10 de septiembre de 2009. ABSTRACT The synthesis and characterization of magnetic composites, which were prepared using the biopolymer chitosan as matrix to the in situ co-precipitation of magnetite (FeFe2O4) and cobalt ferrite (CoFe2O4) nanoparticles is reported. FeFe2O4 /QTO and CoFe2O4 /QTO were synthesized at weight ratios of three. The resultant composites were characterized by means of X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and magnetometry. The results shown that synthesized nanoparticles, in both composites, have a narrow size distribution size of 5 nm and moreover, the magnetic characteristics are consistent with those reported for magnetic single-domain nanoparticles, where its magnetic response is highly dependent of particles dimensions, temperature and both intra- and inter-particle interactions. KEYWORDS Biopolymers, nanoparticles, composites, particle interactions, magnetic. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 23 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. INTRODUCCIÓN El desarrollo de compósitos entre nanopartículas y templetes poliméricos ha atraído la atención de la comunidad científica en virtud de la versatilidad de sus potenciales aplicaciones, mismas que pueden ser enfocadas al desarrollo de dispositivos médicos, tanto terapéuticos como de diagnóstico, sistemas de separación y marcado biológico, remediación de aguas residuales, entre otros.1-15 Diversas aproximaciones han sido sugeridas en la literatura para el desarrollo, por ejemplo, de dispositivos de entrega localizada de medicamento en donde nanopartículas magnéticas de óxidos metálicos son estabilizadas en polímeros biodegradables y biocompatibles.7-10 Así mismo, se ha documentado en diversas publicaciones la potencial aplicación de este tipo de compósitos como inductores de hipertermia localizada, a fin de diseñar métodos alternos y menos agresivos para el tratamiento de tumores cancerígenos.11,14-16 Más aún, se ha reportado que estos sistemas de nanopartículas magnéticas pueden ser utilizados como separadores biológicos cuando la matriz polimérica utilizada para su estabilización presenta afinidad, por ejemplo, para interactuar con especies tales como bacterias, glóbulos rojos, células cancerígenas y vesículas de Glogi, entre otras.5, 14, 17, 18 Bajo este contexto, se han indicado diversas rutas de síntesis para la preparación de compósitos entre nanopartículas de óxidos magnéticos y matrices poliméricas tales como el poliestireno, poli(estirenco-divinil-benceno), poli(estiren-b-etilen/butilen-bestiren), poli(estiren-sulfonato), alcohol polivinílico, y quitosán.19-24 De entre estas matrices, el poli-aminosacárido quitosán (QTO) resulta un candidato idóneo para el desarrollo de compósitos potencialmente aplicables a las áreas tecnologías antes mencionadas en esta introducción.25-27 En virtud de ello se ha propuesto el desarrollo de compósitos entre este biopolímero y nanopartículas magnéticas de óxidos metálicos tales como las denominadas ferritas espinela (MFe2O4, donde M representa un catión divalente), a través de metodologías de dos pasos, que constan de la síntesis y posterior dispersión de dichas nanoestructuras en disoluciones ácidas de quitosán. Cabe señalar que de acuerdo con estos reportes se han logrado estabilizar partículas con dimensiones que abarcan un intervalo de entre 14 y 1390 nm, y las cuales varían en función de la razón 24 en peso MFe2O4/QTO, siendo reportada tan alta como 4.25-27 Más aún, de acuerdo a diversos trabajos de investigación se ha demostrado que el QTO presenta una importante afinidad para formar compuestos de coordinación entre sus grupos funcionales amino e hidróxilo y diversos cationes metálicos, tales como Fe(II), Fe(III), Co(II), Cu(II), Ni(II), Pb(II), Cd(II) y Cd (IV).28-35 En virtud de ello es posible pensar que el desarrollo de compósitos MFe 2O 4/QTO puede ser llevado a cabo a partir de compuestos de coordinación entre los respectivos cationes metálicos precursores de las MFe2O4 y el QTO.36 En virtud de ello, el presente trabajo de investigación tiene como finalidad el desarrollo de compósitos FeFe2O4/QTO y CoFe2O4/QTO, a una razón en peso MFe2O4/QTO = 3, utilizando como ruta de síntesis la co-precipitación in situ de cationes coordinados con la matriz de QTO. Es importante hacer notar que la ruta de síntesis utilizada en este trabajo no ha sido reportada previamente por ningún otro grupo de investigación. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL La síntesis de los compósitos FeFe2O4/QTO y CoFe 2O 4/QTO fue llevada a cabo utilizando cantidades de cloruro férrico (FeCl3-6H2O), cloruro ferroso (FeCl2-4H2O) y cloruro de cobalto (CoCl26H2O) con razones molares de 1:2 de Fe(II):Fe(III) y Co(II):Fe(III), respectivamente, las cuales fueron disueltas en ácido fórmico al 88%. Así mismo, el quitosán utilizado fue disuelto en ácido fórmico a fin de obtener una disolución con concentración de 10 mg/mL. Posteriormente, las disoluciones Fe(II): Fe(III) y Co(II):Fe(III) fueron mezcladas, cada una, en las porciones necesarias para obtener compósitos FeFe2O4/QTO y CoFe2O4/QTO cuya razón en peso MFe2O4/QTO fuera igual a 3. Las disoluciones resultantes de dichas mezclas fueron vertidas en cajas Petri a fin de evaporar, bajo condiciones de vacío, el disolvente. Una vez evaporado el disolvente, las películas poliméricas resultantes fueron lavadas con una disolución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH) con concentración de 5 M, con la finalidad de precipitar las respectivas ferritas espinel en el interior de la matriz de quitosán. Luego de ser lavadas con NaOH, las películas de compósitos fueron lavadas con agua desionizada en repetidas ocasiones y finalmente secada en condiciones ambiente. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. Ya secas, las películas de compósito fueron pulverizadas para su caracterización. Las muestras de compósitos FeFe2O4/QTO y CoFe2O4/QTO fueron nombradas QTOFe y QTOCo, respectivamente. La caracterización cristalina y morfológica de las NFE con nanopartículas de ferritas espinel fue realizada mediante las técnicas de difracción de rayos X, utilizando un difractómetro Bruker Advance X-ray Solutions, y microscopía electrónica de transmisión, lograda en un microscopio Jeol 2010F. Las características magnéticas de los compósitos fueron evaluadas en un magnetómetro Quantum Design tipo MPMS-SQUID-VSM. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La figura 1 muestra los patrones de difracción de rayos X obtenidos para las muestras de compósito QTOFe y QTOCo, así como la correspondiente a la matriz de QTO utilizada. Como se observa en el patrón correspondiente a la muestra QTOFe, las reflexiones mostradas por el compósito son consistentes con las reportadas para los óxidos de hierro magnetita [JCPDS 19-0629] y maghemita [JCPDS 39-1346]. Así mismo, el halo amorfo observado en dicho patrón en un intervalo de entre 10º y 30º puede ser asociado a la matriz de QTO [véase figura 1(c)]. Más aún, el ancho mostrado por cada una de las reflexiones hace difícil precisar si la fase cristalina de las partículas corresponde a magnetita o maghemita. No obstante, la ausencia de reflexiones atribuibles a la familia de Fig. 1. Patrones de difraccion de rayos X de los compósitos (a) QTOFe, (b) QTOCo y (c) de la matriz de quitosán. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 planos (211) a 32.2º indica la inexistencia de cristales separados de maghemita cúbica. Las distancias interplanares asociadas a cada reflexión indicada en el patrón de la muestra QTOFe se encuentran reportadas en la tabla I. A fin de determinar la fase cristalina de las partículas sintetizadas en la matriz de QTO, se recurrió al cálculo de su parámetro de red (a0), considerando para ello los picos asociados a las reflexiones de los planos (311) y (400). El resultado de este cálculo fue a0 = 8.36 Å, valor que se encuentra entre los reportados para la magnetita (a0 = 8.39 Å) y la maghemita (a0 = 8.35 Å), por lo cual es posible indicar que las partículas sintetizadas en este compósito presenta una estructura cristalina 37 atribuible a magnetita no estequiométrica. Por su parte, el patrón correspondiente al compósito QTOCo es mostrado en la figura 1(b). En este caso la posición de las reflexiones confirman que la fase cristalina de las partículas precipitadas corresponde a la estructura de espinela cúbica reportada para la ferrita de cobalto [JCPDS 22-1086]. Lo anterior fue confirmado a través del cálculo del parámetro de red, a partir de patrón obtenido de esta muestra, y el cual resultó ser a0 = 8.40 Å; el parámetro de red reportado para la ferrita de cobalto es a0 = 8.39 Å [JCPDS 22-1086]. Las distancias interplanares calculadas del patrón de difracción del compósito QTOCo son mostradas en la tabla I. Tabla I. Distancias interplanares obtenidas a partir de los patrones de difracción experimentales de los compósitos QTOFe y QTOCo. a Experimental FeFe2O4 dhkla (Å) CoFe2O4 dhklb (Å) Plano QTOFe dhkl (Å) QTOCo dhkl (Å) 4.85 4.85 (111) - 4.79 2.97 2.97 (220) - 2.98 2.53 2.53 (311) 2.52 2.52 2.42 2.42 (222) - 2.44 2.10 2.10 (400) 2.08 2.11 - 1.93 (331) - 1.92 1.71 1.71 (422) - 1.74 1.62 1.62 (511) - 1.64 1.49 1.48 (440) 1.47 1.47 1.42 1.42 (531) - 1.42 JCPDS 19-0629. bJCPDS 22-1086 25 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. Ahora bien, tal como se observa en los patrones de difracción, el ancho de las reflexiones es bastante significativo, sugiriendo que las dimensiones de los dominios cristalinos son del orden de la longitud de onda de la radiación X utilizada para su estudio. En virtud de ello, es posible calcular las dimensiones de los cristales a través de la ecuación de ScherrerDebye: L= Kλ β cosθ (1) en donde L representa el tamaño del cristal ponderado por el volumen, K es el factor de Scherrer, usualmente tomado como 0.89, λ es la longitud de onda de los rayos X, que en nuestro caso es λ = 1.54 Å, β es el ancho medio del pico máximo de difracción y θ es el ángulo de Bragg de la difracción. De este cálculo se obtuvo que los compósitos QTOFe y QTOCo observan un tamaño de cristal de aproximadamente 4.9 y 3.8 nm, respectivamente. Tal como se puede pensar, este resultado sugiere que aun a una razón MFe2O4/QTO = 3 existe una buena estabilización del tamaño de partícula por parte de la matriz de QTO. Sin embargo, en función de asociar las dimensiones de los dominios cristalinos calculados con el tamaño de partícula en cada compósito es indispensable elucidar la morfología y orden cristalino de las nanopartículas de ferritas espinela sintetizadas en cada caso. En virtud de ello, la figura 2 muestra imágenes de microscopía electrónica de transmisión obtenidas de los compósitos QTOFe y QTOCo. La figura 2(a) muestra la morfología y orden cristalino de una nanopartícula de magnetita de aproximadamente 4 nm. En esta figura es posible observar un arreglo regular de sitios atómicos en el cual no es detectable disrupción alguna atribuible a defectos cristalinos. Así mismo, y de acuerdo a la medición entre planos cristalinos (d = 2.47 Å), el arreglo observado puede ser atribuido al de la familia de planos {311} de la estructura espinela de la magnetita, cuya distancia interplanar es reportada como d = 2.53 Å [JCPDS 19-0629]. Por su parte las figuras 2(b) y (c) muestran nanopartículas del compósito QTOCo. Tal como se observa en ambas figuras, el arreglo cristalino es regular y no presenta ninguna disrupción, y de acuerdo a la medición de la distancia interplanar, el arreglo mostrado en las figuras 2(b) y 2(c) puede ser atribuido a las familias de planos {111} y {311}, 26 Fig. 2. Imágenes de microscopía electrónica de transmisión que muestran en (a) una nanopartícula del compósito QTOFe, y en (b) y (c) nanopartículas del compósito QTOCo. respectivamente, en virtud de que las distancias entre planos de dichas familias han sido reportadas como d = 4.85 Å, para la familia {111}, y d = 2.53 Å, para la {311} [JCPDS 22-1086]. De estos resultados es posible indicar que, dado el arreglo cristalino observado, las nanopartículas sintetizadas en ambos compósitos son monocristalinas y en consecuencia su tamaño de cristal es proporcional a su tamaño de partícula. De igual manera es seguro decir que, considerando la ruta de síntesis empleada para la preparación de los compósitos, el tamaño de partícula es controlado principalmente por dos factores: (1) la concentración de reactivos y (2) el efecto estérico de la matriz estabilizante, debido a la coordinación de los cationes precursores de la espinela con los grupos amino e hidroxilo del QTO. Teniendo esto en mente, si la concentración de los reactivos es controlada para obtener compósitos con una determinada razón QTO/MFe 2O 4, las dimensiones finales de las partículas sintetizadas dependerán del tamaño del sitio intermolecular en que éstas crezcan. Por otro lado, los lazos de histéresis magnética obtenidos para los compósitos QTOFe y QTOCo son mostrados en la figura 3. Dichos lazos fueron obtenidos a 1.8 K y 300 K, luego de un proceso de enfriamiento desde temperatura ambiente hasta la temperatura de medición (ZFC). Como se observa en esta figura, a 1.8 K los compósitos QTOFe y QTOCo muestran características histeréticas apreciables tales como coercitividad (μ0HC) de 0.05 y 1.21 T, y remanencia (σR) de 9.4 y 18.5 A-m2/kg, Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. así como saturación (σS) de 49.4 y 61.5 A-m2/kg, respectivamente; la saturación fue estimada a partir de la extrapolación a campo infinito (1/μ0H) de la curva de magnetización inicial en cada caso. De estos resultados es posible deducir que la razón de remanencia (σR/σS) es, en ambos compósitos, menor a la esperada para un sistema de nanopartículas no interactuantes con anisotropía cúbica (σR/σS = 0.8), e incluso para uno de nanopartículas con anisotrópica uniaxial (σR/σS = 0.5), lo cual sugiere la respuesta del momento magnético de las partículas de los compósitos se encuentra dirigida por fenómenos de frustración magnética al interior de las partículas, o inclusive por la interacción entre ellas.38-40 Más aún, para ambos compósitos el valor de saturación es mucho menor al reportado para la magnetita y la ferrita de cobalto en bulto, mismo que es 100 y 94 A-m2/kg, respectivamente.41,42 Una posible explicación de esta deficiencia en la saturación puede ser asociada a efectos superficiales inherentes a las dimensiones de las partículas.42 Es bien sabido que en las nanopartículas de óxidos magnéticos, el orden de los espines puede desviarse del ferrimagnético observado en espinelas magnéticas en bulto, en virtud de la gran cantidad de cationes superficiales, con coordinación incompleta, cuyos espines no se encuentran necesariamente ordenados de manera colineal con los del resto de la partícula. Esta desviación de la co-linealidad de los espines superficiales crea frustración magnética sobre la respuesta del “núcleo” ferrimagnéticamente ordenado de las partículas, vía la interacción entre ambas “fases” magnéticas.43,44 Lo anterior es corroborado a través de la medición del lazo de histéresis magnética del compósito QTOCo, obtenida a 1.8 K luego de ser sujeto a un enfriamiento desde temperatura ambiente hasta dicha temperatura en presencia de un campo de 7 T, y la cual es mostrada en el inserto de la figura 3(a); este proceso de enfriamiento es denominado “enfriamiento a campo aplicado” (FC). Como se observa el lazo FC denota un notable corrimiento de las características histeréticas con respecto a las observadas en el lazo ZFC, lo cual puede ser interpretado como el acoplamiento entre las fases magnética superficial y la correspondiente al núcleo de las partículas, a través de un campo denominado de intercambio (μ0HE), y el cual induce una orientación preferencial sobre su momento magnético.45 Las magnitudes observadas Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Fig. 3. Lazos ZFC de histéresis magnética de los compósitos (a) QTOFe y (b) QTOCo, obtenidos a 1.8 K (○) y 300 K (□). El inserto en (b) muestra un comparativo entre los lazos ZFC (○) y FC (●) del compósito QTOCo, medidos a 1.8 K. Las unidades de los ejes del inserto son iguales a las indicadas en (b). en el lazo FC son de μ0HE = - μ0(Hizq - Hder)/2 = 0.16 T y μ0HC = μ0(Hder – Hizq)/2 = 1.08 T, donde Hizq y Hder representan los puntos en donde el lazo de histéresis magnética corta el eje negativo y positivo del campo, respectivamente.46 Así mismo, como lo muestra la figura 3, a 300 K ambos compósitos carecen de histéresis, lo cual pudiera estar asociado a la transición del orden magnético de los sistemas al régimen superparamagnético. Tal como se halla documentado, el superparamagnetismo es un comportamiento exhibido por partículas de un solo dominio magnético cuando sus propiedades son medidas a temperaturas por encima de cierta temperatura crítica, a partir de la 27 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. cual el orden magnético trasciende de uno bloqueado de manera ferromagnética a uno inestable.45,47 Dicha temperatura critica es llamada de bloqueo (TB) y puede ser asociada al umbral en donde la energía térmica supera la o las barreras energéticas relacionadas con el cambio en la dirección del momento magnético de una partícula o de un ensamble de partículas.47 En virtud de lo anterior, el cambio de la orientación de momento magnético ocurre más rápidamente que el tiempo de respuesta del equipo en donde se miden sus propiedades, y en consecuencia el comportamiento de las nanopartículas de un solo dominio magnético asemeja al de un paramagneto. La evolución del orden magnético en la temperatura es mostrada en la figura 4, a manera de un gráfico de μ0HC vs. T, obtenido de la medición de lazos ZFC del compósito QTOCo a diferentes temperaturas. Como se observa, la coercitividad denota un rápido decaimiento en su magnitud en un intervalo de entre 1.8 K y 47.5 K, aproximándose a μ0HC = 0 en T = 115 K. Este decaimiento puede ser explicado como la transición del orden ferromagnético al régimen superparamagnético a medida que el sistema se aproxima a su correspondiente TB.48 Ahora bien, se ha reportado que la evolución de μ0HC en la temperatura puede ser aproximada a través de la ecuación empírica:48,49 ⎡ ⎛ T ⎞k⎤ μ0 H C = μ0 H C (0)⎢1− ⎜ ⎟ ⎥ (2) ⎢⎣ ⎝ TB ⎠ ⎥⎦ donde μ0HC(0) es la coercitividad a 0 K y k es un exponente empírico, que para un sistema de partículas no interactuantes con momento magnético orientado en el sentido del campo se reporta como 0.5, y para un sistema de partículas no interactuantes con momento magnético orientado aleatoriamente tiene un valor de 0.77.48,49 Así mismo, es importante indicar que TB se encuentra relacionada, para esta aproximación, con el tiempo de respuesta (τ) del momento magnético de las partículas de la siguiente manera:48 EA (3) TB = k B ln(τ τ 0 ) en donde EA es la barrera energética a superar para lograr un cambio en la orientación de los momentos magnéticos, kB es la constante de Boltzmann y τ0 se encuentra relacionado al tiempo de respuesta de un espín. No obstante, como lo muestra la figura 4, 28 Fig. 4. Evolución de la coercitividad en función de la temperatura (○), obtenida del compósito QTOCo a partir de lazos ZFC de histéresis magnética medidos a diferentes temperaturas. Las curvas trazadas en el gráfico corresponden a las aproximaciones definidas, en cada caso, por la ecuación ahí indicada. ninguno de los modelos sugeridos en la literatura en los cuales el exponente k toma valores de 0.5 y 0.77, describe de manera adecuada el decaimiento de μ0HC. Además, como lo muestra la curva sólida en esta figura, aún y cuando el exponente k es tomado como una variable, el mejor ajuste obtenido es incapaz de describir el comportamiento del compósito QTOCo. La magnitud de los parámetros utilizados para la evaluación de la ecuación (2) son mostrados en la figura 4. Considerando este resultado, es posible indicar que, además de la transición del orden magnético al régimen superparamagnético, el rápido decaimiento de la coercitividad puede estar influenciado por interacciones entre partículas, tal como ha sido sugerido por otros autores.49 La figura 5 muestra las curvas ZFC y FC de la magnetización en función de la temperatura, obtenidas para los compósitos QTOFe y QTOCo a un campo constante de 10 mT. Como se observa en ambos casos, la curva ZFC muestra un incremento en la magnitud de la magnetización a medida que la temperatura aumenta hasta llegar a un máximo, luego del cual comienza a decaer. Este comportamiento puede ser explicado de la siguiente manera. 47 A bajas temperaturas el momento magnético de las nanopartículas se encuentra bloqueado en su dirección mas energéticamente favorable, misma que es impuesta por su anisotropía. Sin embargo, a medida Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. Fig. 5. Curvas ZFC (○) y FC (●) de la magnetización (σ) en función de la temperatura, obtenidas de los compósitos (a) QTOFe y (b) QTOCo a un campo constante de 10 mT. que la temperatura aumenta, la energía térmica agregada al sistema comienza a ser equiparable a la energía de anisotropía que mantiene bloqueada la dirección del momento magnético sobre su eje preferencial. En consecuencia, a medida que la temperatura aumenta, la orientación del momento magnético de las partículas comienza a ser capaz de fluctuar lejos de su eje preferencial para alinearse en el sentido del campo aplicado. Por lo tanto, el incremento progresivo de la magnetización en la curva ZFC corresponde a la relajación del momento magnético de las partículas sobre su barrera energética, misma que, en promedio, es superada por todos los momentos magnéticos del sistema a la temperatura en que la curva ZFC muestra su máximo. En consecuencia, esta temperatura puede ser asociada a TB, misma que para el caso del compósito QTOFe es 86 K y para el QTOCo es 114 K. No obstante, a medida que la temperatura aumenta por encima de TB, la energía térmica agregada al sistema induce la rápida fluctuación de los momentos magnéticos de las partículas lejos de la impuesta por el campo aplicado. Esta fluctuación ocurre a tiempos mucho más cortos al tiempo que le toma al equipo adquirir la medición de la magnetización del sistema. En consecuencia, la magnetización comenzará a decaer, en virtud de que, en promedio, el momento magnético del sistema no se encuentra orientado de manera totalmente paralela al campo aplicado. Tal como se ha descrito anteriormente en este articulo, este comportamiento es conocido como superparamagnetismo.50 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Más aún, la figura 5 muestra una notable irreversibilidad entre las curvas ZFC y FC en ambos compósitos, la cual se caracteriza por un súbito incremento de la magnetización de la curva FC hacia valores por encima del máximo de la curva ZFC. Esta irreversibilidad puede ser atribuida a la respuesta conjunta del momento magnético de las partículas, que por debajo de TB se encuentra bloqueado en el sentido del campo, y la relacionada a espines superficiales cuya orientación se encuentra “congelada” a temperaturas por debajo a la que la irreversibilidad ocurre.45 Como se indicó previamente, la existencia de espines superficiales arreglado de manera no colineal con respecto al núcleo ferrimagnético de las partículas es viable, en virtud de las dimensiones de las partículas en los compósitos QTOFe y QTOCo, además de haber sido demostrada a partir de la medición de un campo de intercambio entre ambas fases [véase inserto en la figura 3(b)]. Se ha reportado que es posible determinar la distribución de tamaño de partícula de un sistema de nanopartículas de un solo dominio magnético que se encuentra bajo el régimen superparamagnético. Esto es, asumiendo que la distribución del tamaño de partícula es de tipo logarítmica normal, así como que el comportamiento magnético del sistema de nanopartículas es descrito correctamente por la función de Langevin,51 es posible la estimación de parámetros geométricos relacionados a:37 el diámetro promedio ponderado por el volumen, d v ; El diámetro correspondiente al área superficial promedio de la partícula, d a ; el diámetro mediano d m ; el diámetro promedio en número, d n ; el diámetro correspondiente al volumen promedio de cristal ponderado por el peso, d vv ; y la desviación estándar de la distribución, σ d ; los cuales pueden ser calculados a partir de evaluación de las ecuaciones (4) a (9):52 1 ⎡6k TM ⎤ 3 dv =⎢ B 0 ⎥ ⎣ π M S C1 ⎦ (4) donde C1 y M0 son la pendiente y la extrapolación lineal a campo infinito, respectivamente, de una curva de momento magnético, m (en μA-m2) vs. 1/μ0H (en T-1). La magnetización de saturación por unidad de volumen de los cristales, MS, es calculada como la razón de M0/ε, en donde ε representa la fracción volumétrica comprendida por las nanopartículas. 29 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. 1 3 ⎡6k T 3 χ ⎤ (5) da =⎢ B ⎥ π M μ C S 0 1 ⎣ ⎦ donde x es la susceptibilidad magnética inicial en m3/kg, la cual es determinada como la pendiente a un campo igual a cero de la curva de magnetización inicial y μ0 la permeabilidad del espacio libre (4 x107 H/A). ⎡ 2 ⎛da⎞ ⎤ σ d = exp ⎢ ln ⎜ ⎟ ⎥ (6) ⎢ 3 ⎝ dv ⎠ ⎥ ⎣ ⎦ 2⎤ ⎡ 3 (7) d m = d v exp ⎢− (lnσ d ) ⎥ ⎣ 2 ⎦ ( ) = d exp(2(lnσ ) ) d n = d v exp − (lnσ d ) d vv v 2 (8) 2 (9) d Los cálculos fueron realizados a partir de los datos correspondientes a las curvas de magnetización inicial obtenidas a 300 K de los compósitos QTOFe y QTOCo. Los resultados de estos cálculos son mostrados en la Tabla II. Como se observa en esta tabla, existe una cercana correspondencia con los tamaños de partícula obtenidos mediante las técnicas de difracción de rayos X y microscopía electrónica de transmisión. No obstante, cabe señalar que las desviaciones entre los tamaños de partícula obtenidos mediante las técnicas antes citadas y los de esta aproximación pueden ser atribuidas al acoplamiento entre los espines superficiales y el núcleo de las partículas, tal y como ha sido reportado para otros Tabla II. Distribuciones de tamaños de partícula obtenidas a partir de las mediciones magnéticas de los compósitos QTOFe y QTOCo. Parámetro (nm) 30 Compósito QTOFe QTOCo dv 6.01 2.74 da 6.88 3.24 σd (s/u) 1.35 1.40 dm 5.25 2.31 dn 5.49 2.45 d vv 7.19 3.43 sistemas de nanopartículas magnéticas. 40 Así mismo, es importante hacer notar que a partir de la metodología de síntesis reportada en este trabajo es posible obtener distribuciones estrechas de tamaño de partícula en compósitos cuya razón en peso MFe2O4/QTO es igual a 3. CONCLUSIONES A través de la metodología de síntesis utilizada en este trabajo fue posible la preparación de compósitos MFe2O4/QTO [M = Fe(II), Co(II)]. A diferencia de otros métodos reportados en la literatura, la ruta de síntesis aquí propuesta, permite la obtención de compósitos con razones en peso MFe2O4/QTO = 3, en donde se observan distribuciones estrechas de tamaño de partícula, y cuyas propiedades magnéticas son acordes a las reportadas para sistemas de nanopartículas de un solo dominio magnético. Es importante mencionar que estas características no han sido alcanzadas previamente por otros métodos de síntesis reportados para la preparación de este tipo de compósitos, razón por la cual este trabajo de investigación representa una importante contribución en el desarrollo y estudio de nuevos materiales avanzados, cuyas aplicaciones pueden ser enfocadas, por ejemplo, a la biología y la medicina. REFERENCIAS 1. Mürbe, J., Rechtenbach, A., Töpfer, J. Synthesis and physical characterization of magnetite nanoparticles for biomedical applications, Mater. Chem. Phys. 110, 426-433, 2008. 2. Kim, D.-H., Nikles, D. E., Johnson, D. T., Brazel, C. S. Heat generation of aqueously dispersed CoFe 2O 4 nanoparticles as heating agents for magnetically activated drug delivery and hyperthermia, J. Magn. Magn. Mater. 320, 2390-2396, 2008. 3. Liu, T.-Y., Hu, S.-H., Hu, S.-H., Tsai, S.-P., Chen, S.-Y. Preparation and characterization of thermalsensitive ferrofluids for drug delivery application, J. Magn. Magn. Mater. 310, 2850-2852, 2007. 4. Habib, A. H., Ondeck, C. L., Chaudhary, P., Bockstaller, M. R., McHenry, M. E. Evaluation of iron-cobalt/ferrite core-shell nanoparticles for cancer thermotherapy, J. Appl. Phys. 103, 07A307, 2008. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. 5. Lim, J., Tilton, R. D., Eggeman, A., Majestich, S. A. Design and synthesis of plasmonic magnetic nanoparticles, J. Magn. Magn. Mater. 311, 78-83, 2007. 6. Chung, S.-H., Hoffmann, A., Guslienko, K., Bader, S. D., Liu, C., Kay, B., Makowski, L., Chen, L. Biological sensing with magnetic nanoparticles using Brownian relaxation, J. Appl. Phys. 97, 10R101, 2005. 7. Liu, X., Kaminski, M. D., Riffle, J. S., Chen, H., Torno, M., Finck, M. R., Taylor, L., Rosengart, A. J. Preparation and characterization of biodegradable magnetic carriers by single emulsion-solvent evaporation, J. Magn. Magn. Mater. 311, 84-87, 2007. 8. Aurich, K., Schwalbe, M., Clement, J. H., Weitschies, W., Buske, N. Polyaspartate coated magnetite nanoparticles for biomedical applications, J. Magn. Magn. Mater. 311, 1-5, 2007. 9. Zhu, A., Yuan, L., Liao, T. Suspension of Fe3O4 nanoparticles stabilized by chitosan and o-carboxymethylchitosan, Int. J. Pharm. 350, 361-368, 2008. 10. Bo, Z., Jianmin, X., Huizhou, L. Preparation and application of magnetic microsphere carriers, Front. Chem. Eng. Chin. 1, 96-101, 2007. 11. Neuberger, T., Schöpf, B., Hofmann, H., Hofmann, M., Rechenberg, B. v. Superparamagnetic nanoparticles for biomedial applications: possibilities and limitations of a new drug delivery system, J. Magn. Magn. Mater. 293, 483-496, 2005. 12. Giri, J., Pradhan, P., Somani, V., Chelawat, H., Chhatre, S., Banerjee, R., Bahadur, D. Synthesis and characterizations of water-based ferrofluids of substituted ferrites [Fe1-xBxFe2O4, B = Mn, Co (x = 0–1)] for biomedical applications, J. Magn. Magn. Mater. 320, 724-730, 2008. 13. Pradhan, P., Giri, J., Banerjee, R., Bellare, J., Bahadur, D. Preparation and characterization of manganese ferrite-based magnetic liposomes for hyperthermia treatment of cancer, J. Magn. Magn. Mater. 311, 208-215, 2007. 14. Pankhurst, Q. A., Connolly, J., Jones, S. K., Dobson, J. Applications of magnetic nanoparticles Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 in biomedicine, J. Phys. D: Appl. Phys. 36, R167R181, 2003. 15. Taketa, S.-i., Mishima, F., Terazono, B., Izumi, Y., Nishijima, S. Development of magnetic forceassisted gene transfer system using biopolymercoated ferromagnetic nanoparticles, Sci. Technol. Adv. Mater. 7, 308-314, 2006. 16. Takeda, S.-i., Mishima, F., Fujimoto, S., Izumi, Y., Nishijima, S. Development of magnetically targeted drug delivery system using superconducting magnet, J. Magn. Magn. Mater. 311, 367-371, 2007. 17. Kularatne, B. Y., Lorigan, P., Browne, S., Suvarna, S. K., Smith, M. O., Lawry, J. Monitoring tumour cells in the peripheral blood of small cell lung cancer patients, Cytometry 50, 160-167, 2002. 18. Morisada, S., Miyata, N., Iwahori, K. Immunomagnetic separation of scum-forming bacteria using polyclonal antibody that recognizes mycolic acids, J. Microbiol. Methods 51, 141148, 2002. 19. Huang, Z., Tang, F. Preparation, structure, and magnetic properties of polystyrene coated by Fe3O4 nanoparticles, J. Colloid Interface Sci. 275, 142-147, 2004. 20. Rabelo, D., Lima, E. C. D., Reis, A. C., Nunes, W. C., Novak, M. A., Garg, V. K., Oliveira, A. C., Morais, P. C. Preparation of magnetite nanoparticles in mesoporous copolymer template, Nanolett. 1, 105-108, 2001. 21. Rajan, G. S., Stromeyer, S. L., Mauritz, K. A., Miao, G., Mani, P., Shamsuzzoha, M., Nikles, D. E., Gupta, A. J. Superparamagnetic nanocomposites based on poly(styrene-bethylene/butylene-b-styrene)/cobalt ferrite compositions, J. Magn. Magn. Mater. 299, 211218, 2006. 22. Shchukin, D. G., Radtchenko, I. L., Sukhorukov, G. B. Synthesis of nanosized magnetic ferrite particles inside hollow polyelectrolyte capsules, J. Phys. Chem. B 107, 86-90, 2003. 23. García-Cerda, L. A., Escareño-Castro, M. U., Salazar-Zertuche, M. Preparation and characterization of polyvinyl alcohol–cobalt ferrite nanocomposites, J. Non-Cryst. Solids 353, 808-810, 2007. 31 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. 24. Yang, K.-K., Wang, X.-L., Wang, X.-L. Progress in nanocomposite of biodegradable polymer, J. Ind. Eng. Chem. 13, 485-500, 2007. 25. Belessi, V., Zboril, R., Tucek, J., Mashlan, M., Tzitzios, V., Petridis, D. Ferrofluids from magnetic-chitosan hybrids, Chem. Mater. 20, 3298-3305, 2008. 26. Donadel, K., Felisberto, M. D. V., Fávere, V. T., Rigoni, M., Batistela, N. J., Laranjeira, M. C. M. Synthesis and characterization of the iron oxide magnetic particles coated with chitosan biopolymer, Mater. Sci. Eng., C 28, 509-514, 2008. 27. Kim, E. H., Ahnb, Y., Lee, H. S. Biomedical applications of superparamagnetic iron oxide nanoparticles encapsulated within chitosan, J. Alloys Compd. 434-435, 633-636, 2007. 28. Onsoyen, E., Skaugrud, O. Metal recovery using chitosan, J. Chem. Technol. and Biotechnol. 49, 345-404, 1990. 29. Deans, J. R., Dixon, B. G. Uptake of Pb2+ and Cu2+ by novel biopolymers, Water Res. 26, 469-472, 1992. 30. Rorrer, G. L., Hsien, T.-Y., Way, J. D. Synthesis of porous-magnetic chitosan beads for removal of cadmium ions from waste water, Ind. Eng. Chem. Res. 32, 2170-2178, 1993. 31. Kaminski, W., Modrzejewska, Z. Application of chitosan membranes in separation of heavy metal ions, Sep. Sci. Technol. 32, 2659-2668, 1997. 32. Schmuhl, R., Krieg, H. M., Keizer, K. Adsorption of Cu (II) and Cr(VI) ions by chitosan: Kinetics and equilibrium studies, Water SA 27, 1-8, 2001. 33. Burke, A., Yilmaz, E., Hasirci, N. Evaluation of chitosan as a potential medical iron (III) ion adsorbent, Turk. J. Med. Sci. 30, 341-348, 2000. 34. Jin, L., Bai, R. Mechanism of lead adsorption on chitosan/PVA hydrogel beads, Langmuir 18, 9765-9770, 2002. 35. Boal, A. K., Das, K., Gray, M., Rotello, V. M. Monolayer exchange chemistry of γ-Fe2O3 nanoparticles, Chem. Mater. 14, 2628-2636, 2002. 32 36. Li, B., Jia, D., Zhou, Y., Hu, Q., Cai, W. In situ hybridization to chitosan/magnetite nanocomposite induced by the magnetic field, J. Magn. Magn. Mater. 306, 223-227, 2006. 37. Jung, C., Jacobs, P. Physical and chemical properties of superparamagnetic iron oxide MR contrast agents: Ferumoxides, ferumoxtran, ferumoxsil, Magn. Reson. Imaging 13, 661-674, 1995. 38. Calero-DdelC, V. L., Rinaldi, C. Synthesis and magnetic characterization of cobalt-substituted ferrite (CoxFe3-xO4) nanoparticles, J. Magn. Magn. Mater. 314, 60-67, 2007. 39. Mazz, K., Mumtaz, A., Hasanain, S. K., Ceylan, A. Synthesis and magnetic properties of cobalt ferrite (CoFe2O4) nanoparticles prepared by wet chemical route, J. Magn. Magn. Mater. 308, 289295, 2007. 40. López, J. L., Pfannes, H.-D., Paniago, R., Sinnecker, J. P., Novak, M. A. Investigation of the static and dynamic magnetic properties of CoFe2O4 nanoparticles, J. Magn. Magn. Mater. 320, e327-e330, 2008. 41. Cornell, R., Schwertmann, U. The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences and uses, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2003. 42. Sato Turtelli, R., Duong, G. V., Nunes, W., Grössinger, R., Knobel, M. Magnetic properties of nanocrystalline CoFe 2O 4 synthesized by modified citrate-gel method, J. Magn. Magn. Mater. 320, e339-e342, 2008. 43. Kodama, R. H. Magnetic nanoparticles, J. Magn. Magn. Mater. 200, 359-372, 1999. 44. Coey, J. M. D. Noncollinear spin arrangement in ultrafine ferromagnetic crystallites, Phys. Rev. Lett. 27, 1140-1142, 1971. 45. Martinez, B., Obradors, X., Balcells, Ll., Rouanet, A., Monty, C. Low temperature surface spin-glass transition in γ-Fe2O3 nanoparticles, Phys. Rev. Lett. 80, 181-184, 1998. 46. Del Bianco, L., Fiorani, D., Testa, A. M., Boneti, E., Signorini, L. Field-cooling dependence of exchange bias in a granular system of Fe Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. nanoparticles embedded in an Fe oxide matrix, Phys. Rev. B 70, 052401, 2004. 47. Leslie-Pelecky, D. L., Rieke, R. D. Magnetic properties of nanostructrured materials, Chem. Mater. 8, 1770-1783, 1996. 48. Martínez, B., Roig, A., Obradors, X., Molins, E., Rouanet, A., Monty, C. Magnetic properties of γ-Fe2O3 nanoparticles obtained by vaporization condensation in a solar furnance, J. Appl. Phys. 79, 2580-2586, 1996. 49. Larionova, J., Guari, Y., Tokarev, A., Chelebaeva, E., Luna, C., Sangregorio, C., Caneschi, A., Guérin, C. Coordination polymer nano-objects into ionic Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 liquids: nanoparticles and superstructures, Inorg. Chim. Acta 361, 3988-3996, 2008. 50. Edelstein, A. S., Cammarata, R. C., Nanomaterials: synthesis, properties and applications, Institute of Physics Publishing, London, 2002. 51. Spaldin, N. Magnetic materials: fundamentals and device applications, Cambridge University Press, Cambridge, 2003. 52. Sjögren, C., Johansson, C., Naevestad, A., Sotum, P. C., Briley-Saebo, K., Fahlvik, A. K. Crystal size and properties of superparamagnetic iron oxides (SPIO) particles, Magn. Reson. Imaging 15, 55-67, 1997. 33 �Lectores en Wikilandia Gabriel Zaid RESUMEN Wikipedia es sencillamente indescriptible: son tantas sus entradas, es tanta su información, que nunca nadie podrá conocer todo lo que contiene. En este artículo se analiza esta colosal enciclopedia con un propósito doble: descubrir sus novedades y señalar su deuda con la tradición del saber libre –opuesta a la del saber jerárquico. PALABRAS CLAVE Wikipedia, información, enciclopedia, internacional, conocimiento, libre. ABSTRACT Wikipedia is simply indescribable: it has so many entrances and so much information, that nobody will never be able to know everything what contains. In this article this colossal encyclopedia is analyzed with a double intention: to discover its new features and to indicate its debt with the tradition of the free knowledge - opposed to the one of the hierarchic knowledge. KEYWORDS Wikipedia, information, encyclopedia, international, knowledge, free. Los buenos escritores, traductores, críticos, maestros, editores, correctores, tipógrafos, libreros y bibliotecarios suelen empezar como buenos lectores. Su afición los lleva a los oficios del libro, donde se ponen al servicio de la comunidad lectora según sus gustos y oportunidades. No hay un centro que coordine la división del trabajo comunitario, sino una especie de anarquía creadora, movida por iniciativas diversas y dispersas. Hay clubes de lectores (sobre todo en los países de habla inglesa) así como asociaciones gremiales de escritores, traductores, editores, libreros, bibliotecarios y talleres de artes gráficas. Cosa admirable, hay una Society of Indexers (www. indexers.org.uk) que promueve su especialidad (utilísima y subestimada en los países de habla española, en esto subdesarrollados): preparar los índices de nombres y de temas que facilitan la consulta de un libro. Hay órganos del Estado dedicados a la promoción del libro, la lectura y los oficios relacionados. Pero no hay (afortunadamente) planificación central, sino múltiples miradores del mundo del libro en revistas literarias o especializadas, en libros sobre libros y en bibliografías, catálogos, diccionarios y directorios. La tradición de fijar las obras de la palabra (para conservarlas y subir de nivel la vida humana) es antiquísima. Está en los sabios del mundo oral que guardan 34 Artículo publicado en la revista Letras Libres, ISSN 1405-7840, Año 11, Nº 129, pp. 34-36, septiembre 2009. Reproducido con la autorización del autor. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Lectores en Wikilandia / Gabriel Zaid la memoria de la tribu. Se extiende a la conservación de canciones, oraciones, cuentos, leyendas, textos sagrados y clásicos desde que aparece la primera tecnología útil para el caso: la escritura. Avanza con los trabajos de copiado, de crítica textual y de traducción en el mercado de libros de Atenas, la Biblioteca de Alejandría, el Vivarium de Casiodoro, las cortes islámicas y los monasterios medievales. Florece en las academias del Renacimiento con el desarrollo de otra tecnología: la imprenta. Despierta las ambiciones universales de la Encyclopédie, el British Museum y otras bibliotecas y museos enciclopédicos que han ido incorporando las nuevas tecnologías de conservación: la fotografía, la grabación sonora, la microfilmación, el fotocopiado, los videos. Alegóricamente, culmina en “La Biblioteca de Babel” que Borges publicó en 1941. Apenas empezaba la tecnología electrónica, que reanimó el proyecto en marcha. La red de interconexión digital se inventó en mil novecientos sesenta y tantos, para el mutuo respaldo de los centros de cómputo del Pentágono. El origen del proyecto, la construcción de computadoras gigantescas y los mitos sobre la cibernética hacían temer una gran centralización, frente al espíritu libertario surgido en esos años contra la guerra, el gigantismo y la vida robotizada. Pero la nueva tecnología se volvió cada vez más barata, y acabó facilitando lo que no se esperaba: el networking, las redes de personas o grupos con presencia mutua, contactos y colaboraciones frecuentes o esporádicas, la organización horizontal (en vez de vertical). En 1968, Stewart Brand publicó una especie de enciclopedia de la contracultura: The Whole Earth catalog: Access to tools, cuyo espíritu universal, innovador, iconoclasta y constructivo al mismo tiempo recuerda la Encyclopédie. Steve Jobs, el fundador de Apple, ha dicho que en esa “Biblia” de los jóvenes de su generación estaba implícito el concepto de la World Wide Web. Es significativo que el primer proyecto electrónico de biblioteca universal (iniciado por Michael Hart en 1971) haya sido y siga siendo un servicio público independiente, sostenido por centenares de voluntarios que cooperan desde sus propias computadoras en su casa. También que fuera bautizado como Project Gutenberg y alojado en Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 una institución benedictina (el Illinois Benedictine College), una de las órdenes que se distinguió en la Edad Media por sus bibliotecas y el copiado de libros. El Proyecto Gutenberg (www.gutenberg.org) sigue en marcha, ofrece gratuitamente unos 30,000 libros del dominio público en diversos idiomas y es el antecedente de proyectos muy distintos: Amazon (www.amazon.com, desde 1994), Wikipedia (www. wikipedia.org, 2001) y Google Books (www.google. com/books, 2004). La Ilustración y el ascenso de la burguesía hicieron crecer el mercado del libro en el siglo XVIII. En particular, prosperaron las grandes producciones editoriales cuya posesión era como tener un piano: enciclopedias de muchos volúmenes y colecciones de obras completas. Estas ediciones requieren gastos de preparación durante años (no meses), se prestan poco a la venta en librerías y, por lo mismo, tienen un problema financiero. Para solventarlo, se inventaron la suscripción previa y el surtido por entregas (de no haber suficientes suscriptores, la obra no se publicaba). 35 �Lectores en Wikilandia / Gabriel Zaid En el siglo XX, prosperó otro modelo comercial, desarrollado para el mercado masivo: la venta de puerta en puerta (o de contacto en contacto) con ejércitos de vendedores y crédito en abonos al comprador; lo cual requiere capitales todavía mayores y mucha administración. Se entiende que las grandes enciclopedias disponibles en cada idioma sean unas cuantas o ninguna. También se entiende el retraso en actualizarlas. Denis Diderot tardó quince años en publicar los 28 volúmenes de la primera edición de la Encyclopédie (1751-1766). La primera edición de la Encyclopaedia Britannica (nacida para contrarrestar la influencia de los enciclopedistas franceses) se publicó en 100 fascículos más o menos semanales entre 1768 y 1771. Su famosa undécima edición de 1911 (la mejor, según Borges) pasó al dominio público y ahora puede consultarse gratis en http://encyclopedia.jrank. org, aunque no por iniciativa de la empresa, que titubeó ante las ediciones electrónicas, temiendo que dañaran, en vez de reforzar, su negocio principal. La Britannica entró a la red tardíamente (sigue vendiendo la edición impresa, pero también suscripciones a la electrónica actualizada), frente a la amenaza de Microsoft, que le hizo una oferta de compra y, ante el rechazo, se lanzó a publicar Encarta, sin imprimirla: como un servicio en línea pagado por suscripción, que finalmente fracasó. No tuvo la demanda que esperaba y suspendió la publicación en 2009, después de quince años de pérdidas. La sorpresa del siglo XXI ha sido la Wikipedia, un proyecto cooperativo de voluntarios que trabajan gratis y hasta ponen dinero. Nadie se hubiera imaginado que era posible competir con la Britannica y Microsoft sin grandes capitales, ni ejércitos de vendedores, cobradores y administradores, ni un plan previo de los temas que serían incluidos para asignarlos a un gran elenco de especialistas. Menos aún que era posible ampliar y actualizar su contenido a una velocidad nunca vista. La Wikipedia se anuncia como la enciclopedia gratuita que todos pueden editar. La escriben espontáneos que todos los días proponen nuevos artículos o cambios a los publicados. Esto se presta a toda clase de intervenciones ignorantes, desmedidas, interesadas o de mala fe, pero los resultados han sido inesperadamente aceptables. La calidad del 36 contenido está por debajo, pero no tanto, de la Britannica, que también tiene lo suyo. En la edición de 1974, por ejemplo: el artículo sobre Heidegger es tonto; la entrada sobre Axel’s castle dice que es ¡una novela!; no es fácil encontrar la Accademia del Cimento porque viene con una sola c; abre dos entradas distintas (ambas mal escritas) para Lucas Pacioli y Lucas Paciola, que son la misma persona (Luca Pacioli); pero no abre entradas para Georg Lichtenberg, Czeslaw Milosz, Octavio Paz, Wilhelm Reich, Marcel Schwob, Vidyapati, Xavier Zubiri y muchos otros. La Wikipedia no publica anuncios. El secreto para que sea gratuita está en el entusiasmo de una multitud de colaboradores que trabajan gratis desde su casa; en un grupo de líderes, también voluntarios, que se reparten la supervisión y toman decisiones sobre el material recibido; y en que el personal pagado a tiempo completo se reduce a unas cuantas decenas de personas en oficinas modestas, con cientos de computadoras. Todo lo cual cuesta unos seis millones de dólares al año, recabados en una charola de la misma página, donde se puede depositar. En 2008, unas 150,000 personas aportaron 40 dólares en promedio a la colecta anual. La idea y el patrocinio iniciales fueron de Jimmy Wales, un empresario de internet que vive de sus propios negocios y sigue siendo el promotor del proyecto, desde la Wikimedia Foundation. Ha promovido la Wikipedia en más de 200 lenguas, así como proyectos afines: Wiktionary, Wikiquote, Wikibooks, Wikisource, Wikinews, Wikiversity (pueden verse en www.wikipedia. org y www.wikimedia.org). La Wikipedia dice tener tres millones de artículos en inglés, casi un millón en alemán y francés, medio millón en español, portugués, italiano, japonés, polaco, ruso, etcétera. Ninguna otra enciclopedia tiene tal cobertura. La Encyclopédie tenía 72,000 artículos y Encarta 62,000. La Britannica dice tener 122,000. La Wikipedia recibe nueve millones de visitas diarias. Ante ese éxito, Bertelsmann contrató los derechos para resumir los 50,000 artículos más consultados y publicar una enciclopedia impresa en un solo volumen, que paga regalías a la edición electrónica. Lo cual, de paso, muestra que los libros impresos no Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Lectores en Wikilandia / Gabriel Zaid desaparecerán tan fácilmente. Quien tenga a mano la muy recomendable y barata Columbia Encyclopedia (sexta edición, 2000) con 50,000 artículos en un solo volumen de 3,200 páginas sabe que, para muchas consultas, es más práctico abrirla que buscar en la red. Eso explica el mercado para la edición de Bertelsmann. Hay quienes dicen, con razón, que el fenómeno Wikipedia obliga a replantearse muchas cosas en el mundo del saber y la investigación. También se ha dicho, con menor razón, que ha creado un nuevo paradigma de la producción intelectual; perdiendo de vista que la comunidad lectora siempre ha sido Wiki. Lo nuevo es la tecnología. Lo nuevo es el éxito llamativo de una cooperación intelectual que ha sido milenaria. En todo caso, si se quiere hablar de un cambio de paradigma, habría que situarlo en el Renacimiento, cuando la gente de libros opta por la tertulia frente a la cátedra, la imprenta frente a la universidad, el saber libre frente al saber jerárquico. El cambio coincide con la aparición de una tecnología (la de Gutenberg), y se reanima con la aparición de otra. Ambas refuerzan las estructuras horizontales (la conversación, el networking) frente a las verticales (la universidad, el Estado, la televisión). Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 El ejemplo puede inspirar muchos otros proyectos cooperativos de lectores en acción. Por ejemplo: Una fe de erratas en la red. Aunque la única aspiración respetable son los libros sin erratas, lo civilizado es reconocer la imperfección y pedir ayuda a los lectores para advertirlas en beneficio de otros lectores y de las próximas ediciones. El procedimiento (lamentablemente abandonado) consistía en encargar una última lectura del libro impreso antes de encuadernarlo, para incorporar una tabla de erratas advertidas. Hoy es posible crear bases de datos en línea que registren las erratas señaladas por todos los lectores que quieran participar. La programación Wiki es ideal para esto. La organización más sencilla consistiría en que cada editor abra una fe de erratas para cada edición de sus libros. Muchos lectores marcan las erratas de los libros de su biblioteca, pero no tienen manera de avisar a los demás. Más ambicioso sería abrir un registro para los errores de facto (números, cantidades, fechas, nombres, lugares, parentesco, títulos, atribución) que tienden a perpetuarse como virus que saltan de unos libros a otros. Y para los errores crasos de traducción, sin entrar a cuestiones de estilo, que se prestan a discusiones interminables. También otro para asuntos autorales, limitado a cuestiones de facto: omisión o error en el nombre del autor, traductor, compilador y otros titulares de derechos; permisos; plagios indiscutibles con textos paralelos. Y muchos otros más, por ejemplo: una alerta de libros dignos de traducirse que encajarían perfectamente en tal colección de tal editorial, o de libros previamente editados en español cuya novedad pasó y pudieran ser de interés para nuevas generaciones de lectores. 37 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana Buenaventura Rigol CardonaA, Damaris Peña EscobioA, Osbeidy Hernández DuránA, Sebastián Díaz De la TorreB Departamento de Ingeniería Mecánica, Facultad de Ingeniería. Universidad de Holguín “Oscar Lucero Moya”, Cuba B Centro de Investigación e Innovación Tecnológica CIITEC IPN rigol.cardona@yahoo.com.mx , sediazt@ipn.mx A RESUMEN Se presenta una metodología de mejora continua del mantenimiento técnico para vehículos de transporte de carga, basada en el control estadístico de procesos y se valida en una empresa de la ciudad de Holguín, Cuba, encargada de transportar los alimentos de la canasta básica para 1 millón de habitantes. Se parte de postulados teóricos y se procesa la información del Coeficiente de Disponibilidad Técnica (CDT). Con la metodología propuesta se superó la reducción esperada de la variabilidad, cuando la mayoría de los vehículos se habían depreciado. El índice de Capacidad de Proceso (Cp) mejoró de 1,01 hasta 2,15. PALABRAS CLAVE Mantenimiento, capacidad de procesos, estadísticas, transporte terrestre, disponibilidad técnica. ABSTRACT It is presented a continuous improvement methodology, for the technical maintenance service for freight transportation vehicles, based on statistical process control, and it is validated at an enterprise located in Holguin City, Cuba, in charge of the basic food transportation for over one million people. Considering theoretical principles, the data of the Coefficient of Technical Availability (CTA) was processed. The use of the proposal methodology allowed to surpass the expected reduction of the variability, despite of the majority of the vehicles were depreciated. The Process Capacity index was improved from 1,01 to 2,15. KEYWORDS Maintenance, process capability, statistics, ground transportation, technical availability. INTRODUCCIÓN La crisis económica mundial y las dificultades propias de la República de Cuba, requieren un mejor uso de los recursos disponibles, entre ellos el capital intelectual formado. La tendencia política actual del país facilita el desarrollo o adopción 38 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. de nuevas tecnologías, con impacto directo en el bienestar de la población. Estas deberán respetar los recursos naturales e incrementar la competitividad del sector industrial. El caso que se presenta y discute en este artículo es fruto del trabajo conjunto entre la Universidad de Holguín (UHo), una empresa de la misma ciudad, el Centro de Investigación e Innovación Tecnológica (CIITEC) del Instituto Politécnico Nacional (IPN) de los Estados Unidos Mexicanos, y el apoyo de ambos gobiernos. La referida empresa transporta los alimentos para una población superior al millón de habitantes, mediante una flota de camiones. El desempeño de la misma se afectó por su baja disponibilidad técnica, es así que se propusieron medidas para revertir tal situación, partiendo de los vínculos universidad - empresa. En este artículo se reportan las acciones tomadas dentro del ámbito de actuación de los ingenieros mecánicos, quienes gestionan actualmente el mantenimiento técnico de tal flota. De la bibliografía consultada se percibe amplio trabajo en el transporte terrestre de carga en áreas como las siguientes: la estructura óptima de la flota para satisfacer eficientemente la demanda de una zona económica, la utilización efectiva de camiones y remolques agrícolas como reportó Tolpekin,1 el análisis de punto de equilibrio de costos e ingresos que estudiaron Gallagher y Watson,2 la aplicación de la programación lineal entera – mixta al sistema de transporte cañero realizada por López,3 etc. Sin embargo, cuando se conoce que los gastos más importantes de un camión semirremolque son combustible (24,3 a 42,7) %, depreciación (8,7 a 14,3) % y mantenimiento (25,3 a 27,2) %, de acuerdo con Hine y Rizet,4 es lógico dirigir la atención a tal área. La realidad del desempeño de las áreas de mantenimiento en las empresas de transporte cubanas dista mucho de lo que demanda la sociedad moderna. Lo anterior dado que es el propio conductor quien realiza la reparación parcial de la avería mecánica, además de tener que cumplir con actividades varias dentro de la organización. En la figura 1 se muestra un camión Kamaz luego de la reparación general que se realiza en la empresa. El vehículo recupera su funcionabilidad a un costo considerable (tiempos), como han señalado Rigol, Peña, Batista Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Fig. 1. Fotografía de un camión Kamaz. y Hernández.5 La administración de mantenimiento podría desempeñar un importante papel en tomar decisiones productivas, en momentos de cambios rápidos y profundos del mercado. A su vez, la administración deberá apoyarse con investigadores e implicados con el estudio y/o análisis estadístico del problema. Cabe mencionar que esta situación se superó en otros continentes mediante el desarrollo e implementación de culturas apropiadas a sus prácticas e idiosincrasia. Por ejemplo, el Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (MCC) propuesto por Nowlan y Heap y comentado por Knezevic,6 el Mantenimiento Productivo Total (MPT) desde la perspectiva de Nakajima,7 entre otras. Tales culturas tienen una rigurosa disciplina tecnológica y mayor poder adquisitivo; pero la situación de una empresa se puede mejorar simplemente mediante la incorporación de múltiples conocimientos. En el análisis sistemático de la eficiencia real de una flota de camiones es importante definir parámetros indicadores. Así, el coeficiente de aprovechamiento del parque del transporte automotor de carga es el cociente de los vehículos promedio trabajando y los existentes. En Cuba este coeficiente fue de 54,3 % en el año 2006, según la ONE,8 permaneciendo esta tendencia en décadas anteriores según Daquinta.9 En la figura 2 se muestra un ejemplo de una carretera secundaria medianamente averiada, que propicia la disminución del mencionado coeficiente, y que los costos de mantenimiento correctivo (MC) superen a los costos conjuntos de los mantenimientos preventivo planificado (MPP) y predictivo (MPd). Por tanto, la demanda de los primeros servicios 39 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. Fig. 3. Imagen de la Autopista Nacional. Fig. 2. Imagen de carretera secundaria medianamente averiada. aumenta, junto a la carencia de una fuerza laboral suficientemente capacitada y disciplinada. Esto se suma a las dificultades cotidianas de las empresas, como son los recortes financieros y el agotamiento de las refacciones, entre otras. Sin ánimo de agotar el tema de la red vial cubana, es importante saber que languideció durante muchos años, debido a la difícil situación económica de los años 1990. En tal período no se contaba con maquinarias, mezclas asfálticas y mucho menos de una infraestructura capaz de asegurar herramientas y equipos especializados. La conservación de las carreteras se logró con trabajos manuales y soluciones muy locales. En estos momentos el Ministerio de la Construcción (MICONS) de conjunto con el Ministerio del Transporte (MITRANS) adquirieron nuevas tecnologías como pavimentadoras, máquinas fresadoras y un tren de reciclado, como asegura Tamayo.10 Después de estudiar varias variantes se ejecutó una Autopista Nacional con secciones transversales, que constituye el vial más importante. Terminada tendrá 1 020 km a lo largo de todo el país, desde Pinar del Río, en la parte occidental, hasta Guantánamo, en el extremo más oriental. A pesar del gran significado que tiene para el país, se encuentra actualmente detenida debido a la falta de recursos financieros. En estos momentos la longitud en explotación es de 570 km, en diferentes fases de ejecución se encuentran alrededor de 65 km y quedando pendiente el inicio de los 385 km restantes. En la figura 3 se muestra una parte de la Autopista Nacional. 40 Al respecto, a la provincia de Holguín le corresponden 1 030,6 km de los 17 814,9 km de las vías rurales pavimentadas de Cuba, como observaron Marín y Serrano.11 Arbella12 ha estudiado la influencia de los viales en el deterioro de los ómnibus o buses y Zaragoza13 determinó las causas que influyen en el rendimiento de los neumáticos en una empresa de transporte de combustibles. Venegas14 consideró tales elementos en una propuesta para elevar el desempeño del sistema de mantenimiento en el parque automotriz de la Universidad de Holguín. Ciertamente resulta difícil para los usuarios de estas vías conocer las cifras oficiales del estado de la red vial de Cuba: el 75 % se considera bueno, el 17 % regular y el 8 % malo. La explicación radica en que se mejoran las vías nacionales (que asumen alrededor del 70 % del tránsito del país) pero no las vías provinciales y rurales. Por ello se trabaja en un plan integral de carreteras, y las provincias y municipios desarrollan el Plan Imagen para las mejoras en las redes de su jurisdicción, según Bilbao.15 Casos especiales son las zonas montañosas y de difícil acceso, donde para mejorar la calidad de vida de la población campesina, se ha elevado el nivel de servicio de sus caminos, partiendo de experiencias como las que reportó la Dirección Nacional de Vialidad de Argentina.16 Este plan redunda en evitar el éxodo hacia las zonas urbanas con todas las implicaciones sociales y económicas que esto implica. En la figura 4 se muestra una carretera de una zona montañosa de Holguín, por donde circulan los vehículos de transporte de carga estudiados en este artículo. Por lo anteriormente expuesto, este trabajo se enfoca a desarrollar una metodología de mejora del proceso de mantenimiento técnico en los vehículos de transporte de carga, aplicando el control estadístico. Este artículo tiene como meta Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. Fig. 4. Imagen de una zona montañosa de Holguín. presentar la metodología y validarla en una empresa de transporte de la ciudad de Holguín, en Cuba. El principal método de investigación empleado es el estadístico, para tratar los datos de la empresa y contribuir a que su toma de decisiones sea eficaz. La hipótesis de trabajo es que se podrá mejorar el desempeño del proceso de mantenimiento técnico en los vehículos de transporte, mediante la disminución de su variabilidad. FUNDAMENTO TEÓRICO Y ANÁLISIS De las ciencias económicas se conoce que “el hecho de que una empresa adopte determinadas estructuras de capital y tecnológicas afectaría, lógicamente, el grado de variabilidad de sus resultados”, como plantea Mallo;17 donde la estructura tecnológica implica las características estructurales de los procesos productivos de la empresa y, por consiguiente, determina las estructuras de costos derivados de ellos. Partiendo de ello, se emplearon en la investigación los postulados teóricos que se mencionan a continuación. El primer postulado teórico plantea la necesidad de evaluar la tendencia central a través de la media aritmética y la variabilidad mediante la desviación típica, ambas de la característica de calidad del proceso de mantenimiento, según Freund.18 Para los vehículos de transporte, el Coeficiente de Disponibilidad Técnica (CDT) es el parámetro de calidad fundamental, el cual se puede calcular según la NASA.19 En la ejecución del presente estudio el CDT se registró diariamente en la empresa, desde el año 2006 hasta 2009. Se consideraron los datos del período con menor variabilidad; porque generalmente es más sencillo ajustar el valor medio del proceso tecnológico que disminuir su variabilidad, de acuerdo con Cantú.20 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 El segundo postulado teórico se refiere a que la capacidad del proceso puede evaluarse sólo si está bajo control estadístico, por lo que se requiere conformidad en ambos aspectos. La capacidad de un proceso de cumplir con especificaciones se cuantifica mediante los índices de capacidad Cp y capacidad real Cpk, siempre que la característica de calidad siga una distribución muestral normal o que se aproxime. Plantea Gutiérrez21 que tales índices enfatizan la necesidad de establecer mejoras prácticas para reducir la variabilidad del proceso. Con ello se facilita comparar el desempeño de los proveedores o procesos y se proporciona una idea aproximada de los artículos y/o rubros que no cumplen con las especificaciones. El índice Cp mide la capacidad potencial para cumplir con las especificaciones inferior (EI) y superior (ES), según la desviación estándar (σ). Genéricamente el CDT tiene EI = 0,00 % (todos los vehículos fuera de servicio) y ES = 100,00 % (vehículos en óptimas condiciones de uso) y se calcula mediante la ec. (1): ES − EI (1) Cp = 6σ Si la característica de calidad no sigue una distribución normal, Gutiérrez y De la Vara 22 plantean que se calculan los percentiles P99,865 y P0,135 de la distribución muestral, y se emplea la ec. (2): ES − EI Cp = (2) P99 ,865 − P0 ,135 Los valores notables del índice Cp, las decisiones recomendadas y las desviaciones típicas se calcularon según la norma de la flota de camiones Kamaz, por despeje de la ec. (1), con EI = 65,00 % y ES = 100,00 %. Todos ellos se muestran en la tabla I. El índice Cpk estima la capacidad potencial del proceso para cumplir con las especificaciones. Se prefiere utilizar Cpk en lugar de Cp porque el primero considera tanto el centrado del proceso como la desviación estándar. La ec. (3) proporciona el valor de Cpk, referida a EI como margen de seguridad: μ− EI (3) Cpk = 3σ Se dice que un proceso está bajo control estadístico cuando sobre él solo actúan causas asignables de variación según CENEN,23 o que está en un estado de “statistical equilibrium” de acuerdo con Cockerill.24 Dicho equilibrio se establece cuando 41 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. Tabla I. Valores del índice Cp, decisiones sugeridas y desviaciones típicas correspondientes. Cp σ Decisión 0,66 8,84 Indeseable. No adecuado para el trabajo. Requiere de modificaciones serias. 0,67 8,71 Inadecuado para el trabajo. Se necesita un análisis del proceso, con buena probabilidad de éxito. 1,00 5,83 Aceptable. Adecuado para trabajar, requiere de un control estricto según se acerca a 1,00. 1,33 4,39 Aceptable. Adecuado para trabajar, requiere de un control estricto según se acerca a 1,00. 1,34 4,35 Preferido. Más que adecuado. la salida de datos tiene una media aritmética y una desviación típica fijas. Los gráficos de control son la herramienta más sencilla para el control de los procesos tecnológicos. El tercer postulado teórico parte del concepto de calidad de concordancia. Ésta última entendida como la medida de cumplimiento de una producción con sus especificaciones de calidad, por la cantidad y tipo de defectos que ésta presenta. A partir de ello se miden y representan gráficamente los costos de calidad (usualmente se disgregan en costos de prevención, evaluación y fallo) en función de la calidad de concordancia. De lo anterior se originan 3 zonas, señaladas por Hernández:25 1. De proyectos de mejora: los costos de fallo superan el 70 % del total y los costos de prevención son menores que el 10 %. Se sugiere investigar y encontrar proyectos de mejora. 2. De indiferencia: los costos de fallo representan el 50 % y los costos de prevención el 10 %, aproximadamente. Si no pueden encontrarse proyectos beneficiosos, se desviará el énfasis al control. 3. De perfeccionismo: los costos de fallo son inferiores al 40 % y los costos de evaluación superan el 50 %. En esta zona, se cuentan con evidencias de perfección alcanzadas en el proceso. Se debe estudiar el costo ocasionado por cada defecto detectado, lo anterior para optimizar las tolerancias, reducir las inspecciones, comprobar las decisiones para mejorar la calidad del proceso. 42 MATERIALES Y MÉTODOS Al identificar y eliminar sistemáticamente las fallas a través del mantenimiento se reduce el derroche, haciendo funcionar establemente los medios de trabajo, que son los camiones de la marca Kamaz en este caso. Su disponibilidad técnica es una tarea de primer orden y el cumplir el objeto social de la empresa representa la mayoría (91 %) de los viajes que se realizan. La metodología de la investigación es: 1. Determinar la antigüedad de la flota En el año 2006, al comenzar los trabajos, el 95 % de la flota tenía más de 20 años de uso, y el resto más de 10 años; lo que limitaba penetrar mercados existentes y potenciales. Actualmente, la tecnología se ha envejecido más y en la empresa se recibieron otros camiones en mal estado técnico, que en realidad deberían ser destinados a darse de baja de la flota, pero que con su incursión afectaron la disponibilidad técnica. 2. Determinar el comportamiento inicial de los diferentes tipos de mantenimiento El resumen mensual de la duración en horas calendario del mantenimiento realizado a los camiones, dividido entre MPP y MC, aparece en la tabla II, obtenida de Ramos.26 Se aprecia la baja relación MPP / MC, que promedia en el año Tabla II. Resumen mensual del mantenimiento MPP y MC de la flota de camiones Kamaz. Meses Tiempo de Tiempo de R e l a c i ó n MPP (h) MC (h) MPP/MC (%) Enero 345 16 941 2,04 Febrero 55 9 353 0,59 Marzo 66 17 186 0,38 Abril 113 12 669 0,89 Mayo 100 10 648 0,94 Junio 142 11 573 1,23 Julio 49 15 619 0,31 Agosto 114 11 632 0,98 Septiembre 235 9 611 2,45 Octubre 104 9 790 1,06 Noviembre 25 11 828 0,21 Diciembre 116 12 448 0,93 Total 1 465 149 298 0,98 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. aproximadamente 1,00 %. Es decir, de 100 horas de mantenimiento, sólo se cuenta con 1 h de trabajo preventivo según el plan de mantenimiento de los vehículos. el mal estado de los viales, el deficiente servicio técnico a los vehículos y su antigüedad. En cuanto a las tres primeras causas su incidencia en la situación no es muy significativa, porque los vehículos se operan por los mismos conductores, transitan por las mismas rutas y reciben el servicio técnico de un personal calificado. La cuarta causa se relaciona con la depreciación física y hacia ella se orienta la solución tecnológica que se presenta, como un proyecto a la medida. 3. Determinar la criticidad de los sistemas técnicos de los camiones Se empleó la Curva de Pareto, donde el objeto de control fueron los sistemas y/o partes de los camiones, y el elemento de control los fallos. La información primaria se obtuvo de las órdenes de trabajo, según Hernández27 (ver tabla III). Se establecen las clases de importancia: A, B o C, según los resultados. Como prácticamente la relación teórica no es exacta, se preestableció en clase A aproximadamente al 20 % de los objetos de la columna 1 y se buscó en la columna 7, que le corresponden el 50,47 % de los problemas. Se sugiere que el control se realice para las clases A, B y C de estos tipos: de importancia, de excepción y mínimo, respectivamente. Las causas de los fallos son diversas y las candidatas son: la mala explotación de los vehículos, 4. Determinar el comportamiento de los costos de calidad La investigación de Espinosa28 determinó los costos de MPP y MC como el 25,70 % y el 74,30 % del total, respectivamente. Se plantea que el desempeño de la empresa se ubica en la zona de proyectos de mejora. 5. Calcular la desviación típica mínima semanal Para que el proceso sea apto con EI, durante el periodo inicial, correspondiente al año 2007, se debe cumplir la condición de la ec. (4): Tabla III. Fallos de los sistemas y/o partes de los camiones Kamaz. No. Sistemas o partes: Fallos Cantidad: % de: Acumulado: Cantidad: Acumulado: Clase 1 Eléctrico 756 756 22,76 22,76 A 2 Frenos 320 1076 9,64 32,40 A 3 Otros 302 1378 9,09 41,49 A 4 Neumáticos 298 1676 8,97 50,47 A 5 Transmisiones 275 1951 8,28 58,75 B 6 Soldadura 261 2212 7,86 66,61 B 7 Alimentación 190 2402 5,72 72,33 B 8 Motor 187 2589 5,63 77,96 B 9 Lubricación 145 2734 4,37 82,32 B 10 Escape 101 2835 3,04 85,37 B 11 Caja de marchas 97 2932 2,92 88,29 C 12 Dirección 92 3024 2,77 91,06 C 13 Suspensión 91 3115 2,74 93,80 C 14 Enfriamiento 81 3196 2,44 96,24 C 15 Arranque 54 3250 1,63 97,86 C 16 Bombas 16 3266 0,48 98,34 C 17 Diferencial 6 3272 0,18 98,52 C Total Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 3321 100,00 43 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. ) 6σ≤T (4) Donde T se obtiene de la ec. (5): T =( ES − EI )= 35% (5) ) Por lo que σ≤ 5,83% . Las mediciones se realizaron diariamente y se agruparon y analizaron semanalmente con 6 días laborables (de lunes a sábado). Si su cantidad se designa por la letra n, resulta n = 6. La ec. (6) requiere la constante c2 y proporciona la desviación típica mínima semanal.23 ) s =σc2 = 5,83* 0 ,8686 = 5,06% (6) 6. Monitorear y representar gráficamente el CDT diario de la flota, desde el año 2007 hasta el primer semestre del año 2009 Los valores del CDT se procesaron con el sistema estadístico StatGraphics;29 hasta calcular la media aritmética y la desviación típica, para atenuar las fluctuaciones diarias y aplicar las técnicas de muestras pequeñas. En la figura 5 se muestra el comportamiento del CDT. En el año 2007 la tendencia del CDT es al aumento, debida a la previa detección de fallas y a las medidas técnico – administrativas que se tomaron luego de determinar el comportamiento inicial de los diferentes tipos de mantenimiento. Se alcanzó una media aritmética de 49,98 % y una desviación Fig. 5. Comportamiento del CDT en el periodo 2007 a 2009. típica de 5,80 %. En el año 2008 se alcanzó una media aritmética de 50,10 % y una desviación típica de 3,51 %. En la práctica, los valores de medias aritméticas de este año y el precedente se diferencian poco: la diferencia se verifica en la disminución de la desviación típica. Lo anterior se acentúa porque en el año 2009 la media aritmética fue de 46,55 % y la desviación típica fue de 2,71 %. 7. Realizar el ajuste por el método de mínimos cuadrados (MMC) a cada año En la tabla IV se muestra la ecuación resultante del ajuste por el MMC por año, junto con la pendiente y los coeficientes de determinación R2 y de correlación R. Se aprecia el deterioro del coeficiente de correlación desde 78,98 % al 46,82 %. 8. Probar que la media aritmética semanal se distribuye normalmente Tal normalidad se determinó cada año con el sistema estadístico mencionado, y es el resultado que: “No se puede rechazar que la variable proceda de una distribución normal con un nivel de confianza de al menos el 90 %”. Procede una alternativa, con el tabulador electrónico Excel.30 Para ello se calculan: la media aritmética y la desviación típica para cada semana del año en cuestión. Los valores se normalizan, se representan gráficamente y se obtiene la ecuación del ajuste por el MMC y los respectivos coeficientes de determinación y correlación. 9. Calcular los índices de capacidad y de capacidad potencial del proceso, y el coeficiente de variación (CV) El empleo del CV es ventajoso para eliminar las unidades de medida, y en Cuba se aplicó en el mantenimiento por Luna.31 En la tabla V se resumen los resultados. σ (7) CV = Xm Tabla IV. Ecuación resultante del ajuste por el MMC por año, e información asociada. C o e f i c i e n t e d e Coeficiente de correlación determinación R² R Año Etapa Ecuación ajustada Pendiente 2007 1 Y = 0,3021x + 41,968 16,81° 2008 2 Y = 0,1334x + 46,837 7,59° 0,2824 0,5314 2009 3 Y = -0,2514x + 48,816 -14,11° 0,2192 0,4682 44 0,6238 0,7898 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. Tabla V. Resumen de los resultados. Año Etapa Cpk Cp CV(%) 2007 1 -0,86 1,01 11,61 2008 2 -1,42 1,66 7,01 2009 3 -2,27 2,15 5,82 10. Repetir toda la metodología hasta alcanzar los valores deseados en los coeficientes e índices Realizar análisis puntuales según proceda. RESULTADOS 1. En el trienio 2007 - 2009 la flota presentó un CDT que se distribuyó aproximadamente normal a un nivel de confianza de al menos 90 %. Este porcentaje disminuyó finalmente un 3 % porque se incluyeron vehículos de baja eficiencia a la flota. 2. Con la aplicación de la metodología propuesta aquí, se disminuyó la variabilidad del proceso de mantenimiento a los camiones. Si los valores recomendados de la desviación típica se ajustan a una línea de tendencia por el MMC, la ec. (8) explica el 94,38 % de la variación, y se forma un ángulo de -53,06° con el eje de las abscisas. y = -1,33x + 10,414 (8) Si los valores alcanzados de la desviación típica se ajustan a otra línea de tendencia mediante el MMC, con la ec. (9) se explica el 96,33 % de la variación, y se forma un ángulo de -57,08 ° con el eje de las abscisas. La tendencia decreciente se aprecia con el signo negativo del ángulo. y = -1,545x + 7,0967 (9) 3. El comportamiento observado del CV (11,61; 7,01 y 5,82 %) se aproxima al comportamiento esperado de los costos de calidad del tipo fallos externos, siendo de (11; 9 y 6 %). CONCLUSIONES 1. Con la metodología de mejora propuesta se superó la reducción de la variabilidad esperada, a pesar de que la mayoría de los vehículos se habían depreciado; y de que la ampliación del parque de estos fue con vehículos de la misma marca y modelo, pero con un estado técnico inferior. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 2. El índice de capacidad de proceso Cp se mejoró desde 1,01 hasta 2,15; pero empeoró el índice de capacidad potencial de proceso Cpk, debido al descenso del valor medio anual del CDT. 3. La información existente del CDT del parque de un trienio, validó la hipótesis de que, en las condiciones de la empresa de transporte de carga de la ciudad de Holguín, la metodología de mejora redujo su variabilidad. RECOMENDACIONES 1. Mejorar la cultura tecnológica en la empresa, a través de la capacitación, para que todos los trabajadores conciban al mantenimiento como parte de la clave del éxito de la misma. 2. Desarrollar una metodología para calcular los costos de calidad en las empresas de transporte de carga. 3. Estudiar la posible relación del CV y los costos de calidad del tipo fallos externos en éstas empresas. AGRADECIMIENTOS Se agradece a la Secretaría de Educación Pública de México y al ICyTDF por el apoyo económico en la realización de esta investigación, y al Instituto Politécnico Nacional por las facilidades prestadas. BIBLIOGRAFÍA 1. S. Tolpekin, Problemas económicos de la utilización integral de los fondos fijos de producción, Moscú, Editorial Progreso, 1981, 287 p. 2. Ch. Gallagher y H. Watson, Métodos cuantitativos para la toma de decisiones en administración, La Habana, Edición revolucionaria, s/f, 611 p. 3. E. López, Contribuciones al perfeccionamiento del sistema integral de transporte cañero, Tesis doctoral, Holguín, Universidad de Holguín, 2005, 186 p. 4. J. Hine y C. Rizet. “Halving Africa’s freight transport costs: Could it be done?”, Simposio Internacional sobre Transporte y Comunicaciones en África, Bruselas, 1993, 87 p. 45 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. 5. B. Rigol, D. Peña, C. Batista y O. Hernández, Realidades del sistema de mantenimiento en el transporte terrestre de carga. Estudio de caso de la eficacia de una flota de camiones marca Kamaz, en una empresa de transporte de la ciudad de Holguín, Jornada de Ingeniería Mecánica, Holguín, Universidad de Holguín, 2008, 9 p. 6. J. Knezevic, Mantenimiento, Madrid, Editorial Isdefe, 1996, 211 p. 7. S . N a k a j i m a , T P M , I m p l a n t a c i ó n d e l mantenimiento productivo total, Madrid, Editorial Tecnologías de Gerencia y Producción, S. A., 1991, 256 p. 8. ONE, Anuario estadístico de Cuba, La Habana, Editora ONE, 2006. 9. L. Daquinta, Mantenimiento y reparación de la maquinaria agrícola, La Habana, Editorial Félix Varela, 2004, 381 p. 10. H. Tamayo, Se consolida programa de reparación vías de interés nacional, La Habana, Emisora radial Radio Rebelde, 2009, http://www.radiorebelde. cu/noticias/economia/economia1-020709.html. 11. F. Marín y L. Serrano, Exposición de la red vial de interés nacional, La Habana, Centro Nacional de Vialidad, 2008, 49 p. 12. Y. Arbella, Influencia de los viales en el deterioro de los ómnibus Yutong modelo ZK 6120- HA, Tesis de grado, Holguín, Universidad de Holguín, 2009, 89 p. Tutores: J. Batista y C. Batista. 13. P. Zaragoza, Estudio de las causas que influyen en el rendimiento de los neumáticos en la UEB TRANSCUPET, Tesis de grado, Holguín, Universidad de Holguín, 2009, 77 p. Tutor: A. Zúñiga. 14. A. Venegas, Política y sistema de mantenimiento en el parque automotriz de la Universidad de Holguín, Tesis de grado, Holguín, Universidad de Holguín, 2009, 73 p. Tutores: J. Batista y C. Batista. 15. R. Bilbao, Aceleran en Cuba programa de preservación de carreteras, Camagüey, Emisora radial Santa Cruz, 2009, http://www. radiosantacruz.icrt.cu/ . 16. Dirección Nacional de Vialidad de Argentina, X Reunión de Directores de Carreteras de Iberia e Iberoamérica, Lima, 2003, 11 p. 46 17. C. Mallo, Contabilidad analítica, Madrid, Editorial Fotopublicaciones S. A., 1991, 1159 p. 18. J. Freund, Estadística elemental moderna, La Habana, Editorial Félix Varela, 2006, 466 p. 19. NASA, Availability Prediction and Analysis, Houston, Ed. Johnson Space Center, 1998, 6 p. 20. M. Cantú, Calidad total y productividad, Distrito Federal, 1994, 187 p. 21. H. Gutiérrez, Calidad total y productividad, Distrito Federal, Editorial McGraw-Hill / Interamericana, 1997, 403 p. 22. H. Gutiérrez y R. de la Vara, Control estadístico de calidad y Seis Sigma, La Habana, Editorial Félix Varela, 2007, 636 p. 23. CENEN, Curso de aseguramiento de la calidad, La Habana, Editorial CEN, 1989, 407 p. 24. A. Cockerill, Section 17.3 - Engineering statistics and quality control, Marks’ Standard Handbook for Mechanical Engineers, Nueva York, 2007, 44 p. 25. A. Hernández, Los costes de la calidad, Principado de Asturias, Editora del Instituto de Fomento Regional, 2004, 62 p. 26. G. Ramos, Estudio de eficiencia técnico económica del sistema de mantenimiento de los vehículos de transporte de carga marca KAMAZ, de una empresa de transporte de carga de Holguín, Tesis de grado, Holguín, Universidad de Holguín, 2006, 93 p. 27. O. Hernández, Estudio de los tiempos disponibles e indisponibles y las fallas más comunes en los vehículos marca KAMAZ, de una empresa de transporte de carga de Holguín, Tesis de grado, Holguín, Universidad de Holguín, 2007, 87 p. 28. Y. Espinosa, Estudio de eficiencia técnico - económica del sistema de mantenimiento de vehículos de transporte de carga de un operador logístico integral de la cd. de Holguín, Tesis, Holguín, Universidad de Holguín, 2006, 105 p. 29. Statistical Graphics Corporation, STATGRAPHICS Plus para Windows - versión 5.1, Edición profesional, 2002. www.statgraphics.net. 30. Microsoft Corporation, Microsoft Office Excel, Microsoft Office Professional Edition, 2003. 31. H. Luna, Explotación técnica de automóviles, La Habana, Editora ISPJAE, 1997, 243 p. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I Javier Rojas Sandoval javierrojas@monterreyculturaindustrial.org RESUMEN Este artículo presenta la historia del arranque de la industria textil en el estado de Nuevo León, México, en el siglo XIX. Se aborda en la parte I los antecedentes y condiciones durante el arranque de las plantas textiles y las particularidades de “La Fama de Nuevo León”. En la parte II se abordarán las fábricas “El Porvenir” y “La Leona”. PALABRAS CLAVE Industria textil, México, Nuevo León, Fábricas, siglo XIX. ABSTRACT In this article, the history of the beginning of the textile industry in the state of Nuevo Leon, Mexico, in the eighteen century is presented. In part I the background and conditions during the starting of the textile plants, and the particularities of the company “La Fama de Nuevo Leon”, are described. In part II, the cases of the companies “El Porvenir” and “La Leona” are studied. KEYWORDS Textile industry, Mexico, Nuevo Leon, Factories, eighteen century. INTRODUCCIÓN La actividad textil en Nuevo León1 conoce dos etapas: la que aprovecha los productos de la lana y la del algodón. La primera tuvo su origen en los primitivos obrajes durante la época colonial. La segunda se desarrolló al introducirse el cultivo del algodón en la región de Tamaulipas y la Laguna, pues al parecer el producto no logró aclimatarse en Nuevo León. Su cultivo en Coahuila fue obra de la iniciativa de empresarios regiomontanos, en particular de Hernández Hermanos, quienes refaccionaron a los algodoneros de la Laguna. Luego de la etapa del obraje, o paralelamente, la primitiva industria textil era trabajada por las mujeres en sus domicilios que fabricaban piezas de algodón y otros materiales, entre ellas rebozos. Se trataba de la industria doméstica cuyos productos se ponían a la venta en los mercados locales, desde principios del siglo XIX.2 Las fuentes mencionan que para el primer tercio de 1800, empezaron a instalarse pequeños establecimientos donde se fabricaban mantas. El gobernador José María Parás, en su memoria de 1827, menciona que los sarapes “más finos y de mejor vista” eran los llamados hechizos, confeccionados por mujeres. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 47 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval Otras fuentes dan a conocer que en 1832 sacaban utilidades de los tejidos de algodón y de lana los pueblos de Abasalo, San Nicolás, Hidalgo y San Francisco de Cañas (actualmente el municipio de Mina), entre otros. Las mujeres confeccionaban trabajos muy apreciados por su calidad; pero la actividad no iba más allá del trabajo doméstico o pequeños talleres. En 1849 se producían jorongos “finos y hermosos y bien combinados colores”, los cuales, se decía, se trabajaban en el cañón de Sabinas y otros pueblos. En 1850, Vidaurri informaba que los jorongos eran vendidos en la Feria de Saltillo, por lo cual se les llamaba saltilleros.3 Sin embargo, al parecer la competencia de los lienzos de algodón extranjeros, de mejor calidad y más baratos, provocó que disminuyera el desarrollo de esa incipiente industria textil en Monterrey. Tendría que ser de mayor formalidad la iniciativa para constituir sociedades de inversión y con ello fundar las primeras fábricas de la industria textil, lo cual se produjo hacia la segunda mitad del siglo XIX. Coincidiendo con el esquema clásico de la industrialización británica, Nuevo León inicia su despegue industrial por la rama textil, con la constitución de fábricas dedicadas a esa actividad. Comenzando con La Fama de Nuevo León, instalada en 1854 en Santa Catarina, Nuevo León, localizada al poniente de la ciudad de Monterrey, entre la Sierra Madre y el cerro de las Mitras, se instaló en un terreno de dos hectáreas dentro de lo que fue la Hacienda de los Ábrego. El lugar era apropiado por estar a catorce kilómetros de Monterrey, a la orilla del camino a Saltillo y en las proximidades de las fuentes de agua provenientes del acueducto de la acequia de Capellanía, que transportaba el líquido desde los manantiales del río Santa Catarina que abastecían a la ciudad de Monterrey. Con el fin de aprovechar industrialmente el agua, se construyó un acueducto elevado, que según mediciones recientes (Méndez), era de alrededor de 455 metros, pero según Antonio Guerrero4 era de 900 metros de longitud, el cual condujo el agua durante 96 años (de 1854 a 1950) desde el Paso del Águila hasta el interior de la fábrica textil. El acueducto fue derribado en 1970 para dar paso a la ampliación de la calle Juárez, la que fuera en otros tiempos Congregación de la Fama, N. L. 48 A partir de la instalación de la fábrica textil, a la antigua hacienda de los Ábrego comenzó a llamársele con el mismo nombre que a la planta fabril: La Fama. Puede decirse que la fábrica le dio identidad a la comunidad formada a su alrededor. Para 1900, la Congregación de la Fama tenía 675 habitantes, de los cuales 131 eran obreros de la factoría, cien hombres y 31 mujeres. Se construyó cerca de la fábrica el templo de San Francisco de Paula, que data de fines del siglo XIX. En 1906, la administración de la fábrica donó terrenos para edificar la escuela y la plaza pública, con lo cual el proceso de urbanización cobró forma con la fábrica como centro.5 En 1871, diecisiete años después de que se constituyera La Fama, tuvo lugar la fundación de la segunda planta textil: la Fábrica de Hilados y Tejidos El Porvenir. Para instalarla los empresarios seleccionaron el poblado de Santiago, N. L. No obstante la ubicación en lugar tan distante de Monterrey, los hombres de la iniciativa habían tomado en cuenta el agua y otros elementos favorables para el funcionamiento de la fábrica. Los empresarios de El Porvenir tenían ya la experiencia de la planta textil anterior, por el hecho de haber sido accionistas fundadores de La Fama los Rivero y los Zambrano. Resulta importante reseñar las razones por las que se instaló El Porvenir en el municipio de Santiago, debido a que en el mismo se construyó otra comunidad fabril. Treinta años antes de que concluyera el siglo XIX el municipio de Santiago era un poblado cuya comunidad no llegaba a los siete mil habitantes (6,932 según datos del cronista de Santiago).6 Al iniciar el siglo XX, la población había aumentado en 5,723 personas, para sumar un total de 12,655 santiaguenses. En el interior del municipio se ubicaba la hacienda El Cercado, en la que moraban algunas familias que vivían de la agricultura. Para el año de 1900, la población residente en la hacienda había alcanzado las 1,534 personas.7 Nueve años después, la población de la hacienda sumaba dos mil habitantes, según informa el maestro Pablo Livas,8 incremento que tal vez haya sido producto de la instalación de la fábrica textil. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval Un hecho de particular significado que le daría importancia como polo de atracción económica a la región era la abundancia de agua así como de árboles frutales y madereros, localizados en la hacienda El Cercado y en los terrenos de lo que posteriormente serían la Hacienda Vista Hermosa. Precisamente la riqueza de árboles fue la razón por la que el secretario general del gobierno de Vidaurri, Manuel García Rejón, se interesó en unirse con Andrés Calzado para montar un aserradero en El Cercado; mas como el funcionario gubernamental hiciera causa común con Vidaurri, en oposición política a Benito Juárez, el presidente terminó por confiscarle los bienes a García Rejón en 1863,9 bienes que fueron adquiridos luego por el otro socio, Andrés Calzado. Al final, éste también tuvo problemas económicos por lo cual se vio en la necesidad de hipotecar sus propiedades para pagar a sus acreedores. Uno de ellos era el comerciante de origen español Valentín Rivero, quien recibió la mitad de la hacienda de El Cercado por la suma que le debía Andrés Calzado. La otra mitad de la hacienda pasó a manos de la casa comercial Zambrano, Hermano y Compañía, 10 de la cual formaban parte Eduardo, Emilio Zambrano y Jesús González Treviño. Como afirman don Tomás y don Rodrigo Mendirichaga, biógrafos de Valentín Rivero, al adquirir los Zambrano y Rivero la hacienda de El Cercado: todo quedó en familia pues los hermanos Zambrano eran los hijos mayores del conocido comerciante e industrial Gregorio Zambrano, y Jesús González Treviño estaba casado con Rosa Zambrano, hija de Gregorio.11 Las familias Zambrano y Rivero fueron las encargadas de la iniciativa para la constitución de la empresa fabril. Valentin Rivero [1817-1897] Desde el punto de vista de los recursos que se requirieron para montar las fábricas textiles se tiene el siguiente reporte: La Fama se constituyó con un capital superior al de El Porvenir. La primera requirió 75 mil pesos divididos entre nueve accionistas, contra cincuenta mil de la segunda, repartidos entre tres socios (que en realidad eran dos: los Zambrano y Rivero). Valentín Rivero participó con un limitado diecisiete por ciento del capital en La Fama, y un cuarenta por ciento en la inversión inicial de El Porvenir. La fábrica textil La Leona se fundó en 1874, en un lugar cercano a La Fama. Prácticamente ambas fábricas han sido vecinas. En un principio y por mucho tiempo compartieron el mismo acueducto. Sin embargo, los principales empresarios fundadores de La Leona no fueron los mismos que participaron como accionistas en las otras plantas textiles. Tabla I. Fábricas textiles en Nuevo León 1887. Fábrica Materia prima anual Producción Obreros Tipo de motor y potencia Husos (año de fundación) quintales anual ocupados La Fama Algodón 1,400 Turbina 35 HP 2,664 16,000 piezas 70 [1854] El Porvenir Algodón de 2,500 Máquina movida por agua de De 30 a 34 mil piezas 5,000 225 a 250 [1871] a 3,000 3 turbinas 120 HP de 40 varas cada una La Leona Algodón 1,200 Rueda hidráulica 20 HP 1,740 De 15 a 20 mil piezas 100 [1874] a 1,500 Fuente: Archivo General del Estado de Nuevo León, Fomento, Exp. 25, 1900, Monterrey, N. L. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 49 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval Desde el punto de vista de la tecnología, puede observarse que los telares de la Fama y El Porvenir provenían de Inglaterra; otra parte del equipo fue adquirido en Estados Unidos. En los tiempos de la fundación la maquinaria era moderna. En la tabla I se describen aspectos técnicos y de producción de las plantas antes mencionadas. Tanto La Fama como El Porvenir y La Leona dieron origen al establecimiento de comunidades habitadas por los trabajadores y sus familias que desarrollaron una cultura vinculada con las actividades de las fábricas, expresándose, entre otras, en la fundación de asociaciones mutualistas y luego sindicales, así como en escuelas, iglesias, centros deportivos, periódicos y revistas. En el presente trabajo se anotan los momentos más importantes de la historia de las tres plantas pioneras, y algunos aspectos de sus vínculos con las comunidades.12 FÁBRICA DE HILADOS Y TEJIDOS DE ALGODÓN LA FAMA DE NUEVO LEÓN El 22 de junio de 1854, el notario público Bartolomé García formalizó la constitución de la sociedad por acciones. De esa manera se funda la primera fábrica textil: La Fama de Nuevo León. Los hombres que conjuntaron sus recursos para fundar la sociedad tenían una rica experiencia en el mundo de los negocios comerciales, a través de los cuales habían logrado acumular importantes sumas monetarias que les permitieron realizar las inversiones en la nueva actividad industrial. Los fundadores de La Fama de Nuevo León fueron nueve.13 Entre los primeros inversionistas que se mencionan figura Gregorio Zambrano, oriundo de la capital del antiguo Reino de León, miembro de una influyente familia de terratenientes y dedicado a los negocios mercantiles, con trayectoria en el ejercicio del poder político regional (tres años antes de 1854 había sido jefe de la comuna regiomontana). El segundo fue Manuel María de Llano, nacido en Monterrey, hombre dedicado a la explotación maderera y propietario de una molienda triguera, ambos establecimientos eran accionados por fuerza hidráulica y estaban ubicados por el rumbo de la Purísima en Monterrey. Al igual que el socio Gregorio Zambrano, don Manuel también era 50 un hombre que compaginaba exitosamente los negocios con la política: en varias ocasiones había desempeñado el cargo de presidente municipal de Monterrey, además de haber sido diputado local y federal, así como jefe del poder ejecutivo estatal. El tercer socio fue el danés Juan María Clausen, yerno de don Gregorio Zambrano, propietario de la casa comercial Clausen y Compañía. El cuarto fue el español José Morell, también hombre de negocios. El quinto, otro hispano, Pedro Calderón, al parecer nacionalizado mexicano, casado con una de las hijas de otro importante hombre de negocios, Juan Francisco de la Penilla (de origen español, fundador de la casa comercial La Reinera). Además de ser un dinámico comerciante, don Pedro Calderón también fue miembro de la clase política regiomontana de esos años: desempeñó los cargos de alcalde y regidor en la ciudad de Monterrey. El sexto inversionista de la sociedad, con capital acumulado como producto de fortunas heredadas,14 fue el médico y también presbítero José Ángel Benavides, originario del Valle del Huajuco. Don Mariano Hernández, también español, apoderado comercial del suegro de don Pedro Calderón, fue el séptimo socio. En la sociedad figuraba otro personaje dedicado a las transacciones comerciales: Ezequiel Steele, de posible ascendencia norteamericana. El noveno socio fue el español don Valentín Rivero, hombre también dedicado a múltiples negocios, que en un tiempo se desempeñó como empleado de la casa comercial de don Francisco de la Penilla.15 En suma, la primera fábrica textil de Nuevo León fue producto de la iniciativa inversionista de seis vecinos de Monterrey de origen extranjero Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval (cuatro hispanos, un danés y un probablemente norteamericano) y tres regiomontanos.16 Dos de ellos con vínculos parentales: Gregorio Zambrano suegro de Juan María Clausen. Algunos con activa participación en los asuntos políticos de la región: Gregorio Zambrano, Manuel María de Llano y Pedro Calderón. La mayoría con inversiones en negocios comerciales. Ver tabla II. En cuanto al capital inicial con que se fundó la fábrica textil, éste ascendió a la suma de 75 mil pesos, distribuidos en quince acciones de cinco mil pesos cada una. La Fábrica de Hilados y Tejidos de Algodón La Fama de Nuevo León se puso en marcha al principiar el año de 1856, un año y medio después de su formal constitución. El sábado 19 de enero17 se inauguró con bendición y banquete. La misma fuente da cuenta de que al evento asistieron el señor obispo Francisco de Paula Verea y el gobernador del estado, general Santiago Vidaurri. La primera maquinaria con que comenzó sus operaciones la fábrica textil consistió en 56 telares británicos de construcción moderna para su tiempo; cada uno producía diariamente una y media piezas de manta de 32 varas, de la mejor clase entre las manufacturadas en el país. Su rendimiento anual era de 45,000 pesos y su maquinaria era movida por agua y por una máquina de vapor de 26 caballos de fuerza.18 Tabla II. Fundadores de La Fama de Nuevo León Acciones Importe* Gregorio Zambrano Monterrey Accionistas Origen 2.0 10,000.00 Manuel Ma. de Llano Monterrey 3.0 15,000.00 José A. Benavides Monterrey 1.0 5,000.00 Valentín Rivero España 2.5 12,500.00 José Morell España 1.5 7,500.00 Pedro Calderón España 1.0 5,000.00 Mariano Hernández España 1.0 5,000.00 Juan María Clausen Dinamarca 2.5 12,500.00 Estados Unidos 0.5 2,500.00 15.0 75,000.00 Ezequiel Steele Totales Fuente: Tomás y Rodrigo Mendirichaga, El inmigrante..., ver bibliografía al final, p. 94. * Pesos mexicanos de la época. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Los cronistas de La Fama afirman que el acueducto que transportaba el líquido utilizado como fuerza hidráulica para mover la maquinaria se construyó entre 1848 y 1859 y que tenía un kilómetro de longitud, con 24 arcos de medio punto. Mediciones recientes indican que era en realidad de alrededor de 455 metros de longirud. Los restos que todavía quedan del acueducto indican que fue una hermosa obra de ingeniería, según narra don Jesús Cortés García, cronista de la Fama. Un testigo de la inauguración de la fábrica, periodista de El Restaurador de la Libertad (vocero del gobierno del estado), narraba la impresión que le produjo el ruido de las máquinas: el estrépito no interrumpido que formaba la complicadísima máquina, cuyas ruedas y demás partes que la constituyen no cesaban de moverse con admirable combinación.19 Lo que, más allá de la simple nota periodística, revela que por esos tiempos no se conocían en la región máquinas de esa naturaleza. Eran los tiempos de la industria paleotécnica. La producción se inició al principiar el año y José Sotero Noriega, en el Diccionario Universal de Historia y de Geografía, decía que: sus tejidos aún no son conocidos en la nación, pero la calidad de ellos es, según los inteligentes, sin rival aun comparándolos con los de las mejores fábricas de Estados Unidos.20 La calidad de sus tejidos de algodón le mereció un premio en la Exposición de 1888. Tres decenios después de haberse fundado la fábrica, consumía por año unos 400 quintales de algodón traídos de Tamaulipas y Coahuila, principalmente, y algunas veces importados de Texas. Por las mismas fechas la planta textil trabajaba con un motor de turbina de 35 caballos de fuerza y 2,664 husos. Producía dieciséis mil piezas al año y daba empleo a setenta obreros que recibían un jornal “ordinario” de cincuenta centavos diarios.21 La Fama se incendió el 9 de mayo de 1895, la planta quedó casi destruida. Al día siguiente hubo una junta de accionistas que acordó su reconstrucción. Según registros del Archivo General del Estado de Nuevo León, algunos de los accionistas que rehabilitaron la planta no fueron los mismos que 51 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval iniciaron la sociedad fabril en 1854. En el mismo registro aparece la lista de la maquinaria, equipo y edificios con que contaba la fábrica en esos años.22 En la solicitud dirigida al gobierno del estado en la que se pedía la exención de impuestos por la reapertura de la fábrica, se incluyen los nombres de los accionistas Pablo Burchard y José A. Muguerza. El segundo, cofundador de la Cervecería Cuahtémoc en 1890, era propietario de embarcaciones que transportaban algodón de México a Inglaterra.23 En 1906, Bernardo Reyes informaba que La Fama textil había producido en 1905 un total de 1’620,000 metros de manta y otros géneros. Asimismo que Tabla III. Inventario de la fábrica textil La Fama de Nuevo León 1895. Bienes raíces Un edificio de sillar, cimientos de piedra y techos de vigas, tierra y láminas de fierro, destinado a las máquinas. Cuarenta cuartos para operarios y bodegas de adobe. Tres cuartos y zaguán de sillar. Un acueducto de piedra y atarjea para la conducción de agua, que sirve como fuerza motriz. Máquinas y equipo Una máquina de vapor. Una máquina de vapor sistema Cortiss, con su correspondiente caldera y chimenea de ladrillo y fierro. Una máquina abridora de algodón y accesorios. Ocho cardas para algodón y máquinas hiladoras con 2,420 husos por punto. 81 telares para tejer manta. Una prensa hidráulica para hacer tercios. Una máquina para doblar género. Una instalación completa de aparatos contra incendio, con su depósito de agua y bombas. Una instalación completa de luz incandescente y su dínamo correspondiente. Herramienta de fragua y herrería. Tarjas y machuelos. Romanas de distintos tamaños. Herramientas de carpintería. Insumos En las bodegas existían pacas de algodón por un valor de 98,589 pesos. 52 tenía un equipo de fuerza motriz de vapor de noventa caballos y daba trabajo a 120 obreros. La fábrica textil seguía dando vida a la congregación de La Fama, compuesta, en 1900, por 675 habitantes;24 casi la mitad de la población que tenía la otra comunidad textil ubicada en El Cercado, que para esas mismas fechas estaba habitada por 1,534 personas. Un año antes de que Madero lanzara su manifiesto revolucionario contra Porfirio Díaz, la fábrica textil presentaba la siguiente situación: contaba con tres mil husos, 130 telares y daba trabajo a 110 operarios. Disponía igualmente de setenta viviendas para sus obreros.25 Por el año de 1909, Pablo Livas informaba que la planta contaba con maquinaria para el blanqueo y tintorería, accionada por turbinas hidráulicas e ingenios de vapor que desarrollaban en total una fuerza de 125 caballos. Ocupaba una extensión de terreno como de diez hectáreas en las que están establecidos todos los talleres, parques y huertas dispuestos perfectamente, regados y atendidos por cuenta de la empresa.26 La fábrica obsequió un terreno destinado a la edificación de una escuela para los hijos de los obreros. El sostenimiento correría a cargo del municipio de Santa Catarina y de la fábrica. Los productos elaborados eran mantas blancas y de color, driles, mezclillas y cotonadas de diversas clases; se vendían en los estados fronterizos y en el interior de la república. Cuando estalló la Revolución, los acontecimientos afectaron la vida de la fábrica. Se sabe que el 12 de diciembre de 1911 tres obreros se hicieron eco de la rebelión de Bernardo Reyes contra Francisco I. Madero. Las corporaciones militares del estado los persiguieron hasta la Mesa del Pino, sin lograr su aprehensión.27 También existen noticias de que en 1913 el ejército federal invadió la fábrica y arrestó a algunos trabajadores. A pesar de los acontecimientos armados revolucionarios, pueden encontrarse algunos informes que indican la actividad productiva de la fábrica textil en esos años. En 1913, el Departamento del Trabajo reportaba el siguiente estado de la planta textil: consumía al año 90,860 kilos de algodón; producía 26,658 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval piezas estampadas y tejidos; había realizado ventas por 130,736.87 pesos; tenía instalados 3,010 husos modernos; funcionaban 117 telares; empleaba a 130 obreros, quienes laboraban diez horas diarias y ganaban en promedio 7.25 pesos por semana, cada uno.28 A pesar de que los inspectores de la dependencia gubernamental reportaban que no existían condiciones higiénicas apropiadas en la planta, reconocían que la compañía proporcionaba atención médica y medicinas a los trabajadores, en caso de accidente, y les pagaban medio sueldo. Asimismo, la fábrica proporcionaba una habitación con dos piezas y un patio con una renta de cincuenta centavos por semana. Además de que la gerencia seguía sosteniendo una escuela para los hijos de los obreros.29 Según narra el ingeniero Luis Eduardo Villarreal, quién fuera superintendente de la planta, un cambio muy importante en la historia de La Fama de Nuevo León se produjo cuando la misma pasó a ser propiedad de la empresa Compañía Textil Reinera, S. A., lo que sucedió en los primeros días del mes de mayo de 1941. Por esos años La Fama, ya bajo la nueva administración, se dedicaba a la fabricación de telas corrientes de algodón y operaba con 84 trabajadores. Posteriormente, en abril de 1953, la Compañía Textil Reinera se fusionó con la empresa Textiles Monterrey, lo que en opinión del ingeniero Villarreal Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 fue realmente una sustitución de razón social y de patrón, con todas sus leyes y reglamentos, ya que la Compañía Textil Reinera desapareció al fusionarse con Textiles Monterrey. La fusión se realizó mediante la aportación de los bienes muebles e inmuebles de la compañía y la compra de maquinaria de la unidad industrial Compañía Textil Reinera y los inventarios consistentes en materias primas en proceso y productos terminados, así como los edificios y terrenos de las fábricas. Los propietarios eran los señores Aurelio González, Jr., Jorge G. Rivero y Virgilio C. Guerra, apoderados de la Compañía Textil Reinera y Jorge G. Rivero Jr., como subgerente y apoderado de Textiles Monterrey. El mes de enero de 1950, el señor Virgilio C. Guerra, en su carácter de apoderado, solicita ante el gobierno del estado —en esos años bajo la administración del doctor Ignacio Morones Prieto— los beneficios de la Ley de Protección a la Industria, por el hecho de haber creado una nueva industria dedicada a la manufactura de popelinas y gabardinas con hilos peinados y torzales.30 La nueva planta fue instalada en lugar distinto al de la antigua fábrica, pero ubicadas ambas en el municipio de Santa Catarina, N. L. La distancia que separaba ambas fábricas era una calle. Se trataba de una nueva planta con edificio enteramente nuevo y con maquinaria completamente moderna. Según reza la descripción del Periódico oficial de marzo de 1951, la nueva fábrica era a tal punto moderna que podía ser considerada como de lo más avanzado que existía en el país en esos años, producía telas finas que antes se importaban, como gabardinas y popelinas con hilos peinados y torzales. El mismo Periódico oficial informa que las inversiones que se hicieron en la nueva industria ascendieron a la suma de 4’197,163.69 pesos mexicanos. En la misma se daba ocupación a 395 trabajadores. Para estas mismas fechas la unidad antigua trabajaba con maquinaria que en su mayor parte — alrededor de un cincuenta por ciento— se encontraba en completo estado de abandono y en desuso; de hecho su destino era el cierre, pues los 84 obreros que aún laboraban en ella fueron trasladados a la nueva planta. 53 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval La nueva fábrica significó un cambio radical en comparación con la antigua planta. En primer lugar, en la nueva se fabricaba popelina fina para camisería, mientras en la antigua se producía exclusivamente tela burda de baja calidad.31 Las relaciones obrero-patronales de la vieja planta se regían por el contrato-ley de la industria textil de 1927-1929 y sus reformas; en cambio, las de la planta nueva se basaron en un convenio celebrado entre la empresa y el Sindicato de Trabajadores de la Industria Textil y Similares de la República Mexicana, Sección 49, sancionado por las autoridades federales del trabajo. En la planta antigua regía el sistema de pago a destajo, sin tomar en cuenta la calidad del material que se fabricaba, se daban casos en que, a pesar del mayor esfuerzo físico realizado por el trabajador, éste devengaba menor salario. En la fábrica nueva se aplicaron las reglas generales de modernización de la industria textil del algodón y sus mixturas, acordadas por la comisión mixta obrero-patronal, creada en cumplimiento de la cláusula VI del Convenio de fecha 7 de junio de 1950. En estas reglas generales se precisaba el sistema de cargas de trabajo, que fijaba los tabuladores y categorías de los trabajadores. Sobre el proceso de modernización de los sistemas de trabajo, el ingeniero Luis Eduardo Villarreal narra que la antigua fábrica La Fama de Nuevo León se había convertido en un conejillo de indias para probar los sistemas de modernización de la industria textil del algodón y sus mixturas, a nivel nacional. El experimento se produjo entre 1947 y 1950. Después de que se dieron las condiciones propicias entre los representantes de los empresarios y los trabajadores, 54 se aplicó el nuevo sistema de trabajo a nivel local y, posteriormente, se implementó en todas las fábricas textiles de algodón del país. Al aplicarse el moderno sistema hubo mucha resistencia tanto de parte de los empleados como de los operarios, debido a que se estaba planteando realizar actividades distintas a las tradicionales. Sin embargo, la gente se fue acostumbrando paulatinamente, en la medida en que todos se dieron cuenta de los beneficios del sistema norteamericano de tiempos y movimientos, conocido con el nombre de Barnes. El otro sistema fue el Norris & Elliot, también de procedencia norteamericana, que consistía en la aplicación de una tarifa adecuada para cada uno de los puestos de la planta. También en la Fama de Nuevo León se implantó, a partir del mes de abril de 1949, el sistema de control de entradas y salidas del personal —tanto de obreros como empleados— por medio de tarjetas y reloj checador, medida cuyo uso se generalizó por el grueso de la industria en la ciudad de Monterrey. La instalación de la nueva planta trajo consigo la implantación de modernos procesos de producción. En la unidad antigua no era posible la fabricación de géneros finos, pues desde que se principiaba a trabajar el material hasta que salía la tela pasaba por maquinaria diseñada para tela de clase corriente. Los telares eran del tipo plano y habían sido construidos en el siglo XIX. En la fábrica moderna todo el proceso de elaboración se destinaba a la fabricación de telas finas de alta calidad. Se principiaba con el tren de abrir, donde salía una napa uniforme y luego pasaba por cardas nuevas, posteriormente seguía por las peinadoras, que regularizaban el tamaño de la fibra (quitando toda la fibra corta) hasta salir a los telares automáticos, diseñados específicamente para las telas de calidad superior. En la fábrica antigua, además de que se carecía de máquinas peinadoras, tampoco se le daban al hilo los tres pasos de veloz, los movimientos de los malacates de los tróciles eran distintos; los de la fábrica antigua eran de cordón y los de la nueva, de banda de tensor. En la otra no existían canilleras automáticas ni limpiadores de canillas, ni coneras de banda. En cambio, en la fábrica moderna el urdidor era automático y ahorraba en gran parte el repaso a mano. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval La diferencia entre las dos plantas (Ver tablas IV y V) estaba en el sistema de humectación; el de la fábrica moderna era automático y mantenía en cada departamento la humedad requerida. En suma, después de funcionar por casi cien años (1854-1951), a partir de la instalación de la nueva planta, llegó a su fin la antigua Fábrica de Hilados y Tejidos de Algodón La Fama de Nuevo León, para renacer como una moderna fábrica textil, con edificios, maquinaria, sistemas de producción y laborales completamente nuevos. La nueva planta fue registrada bajo la razón social de Compañía Textil Reynera, S. A. Dos años después, 1953, pasó a denominarse Textiles Monterrey, S. A. Tabla V. Maquinaria y equipo de la nueva planta textil 1951 Cantidad Equipo Marca 20 Cardas Platt 20 Cardas Whitin 1 Máquina Rib von Lap 1 Máquina Whitin Sliver Lap 88 Peinadoras Whitin 1 Manuar Howard & Bolloug Año Telares y husos 1856 56 telares Producción anual 32 varas diarias Energía Máquina de vapor de 26 HP Motor de 35 HP Veloces finos Sace Lowell 144 husos c/u 2 Veloces intermedios Whitin 96 husos c/u 38 Hiladores Whitin 240 husos c/u 10 Torzaleras Whitin 252 husos c/u Widin Co. 80 malacates c/u 82 malacates c/u 1 Dobladora de hilo Universal Widin Co. 1 Urdidor de alta velocidad Reiner 90 Telares Draper mod. E 1922 Núm. obreros 1 Equipo de humectación American Moistening Co. 30 1 Atadora Barber Colman 1 Engomador Saco Lowell 1 Máquina limpiadora de canillas Terrel 2,664 16 mil piezas 70 husos al año 2,420 Máquina de 1895 husos vapor Cortiss 81 telares 1’620,000 Máquina de metros 1906 vapor de 40 120 anuales de HP manta 3,000 Planta husos y 4,500 piezas 1909 eléctrica para 110 130 al mes 150 focos telares 3,010 husos y 26,658 piezas 1913 130 117 estampadas telares Fuente: Elaborado con datos de Vizcaya Canales, Pablo Livas y Óscar Flores, ver bibliografía al final. 1884 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 24 chorros 7 4 Tabla IV. La Fama. Evolución tecnológica y productiva 1856-1913. Especificaciones Automáticos Tubería de vapor Instalación de fuerza Instalación de luz Motores eléctricos, poleas, bandas y transmisiones Fuente: Periódico Oficial del Gobierno del Estado de Nuevo León, ver bibliografía al final. 55 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval REFERENCIAS 1. Javier Rojas Sandoval. El patrimonio industrial histórico de Nuevo León: Las fábricas pioneras. CECYTE, N. L.- CAEIP, Monterrey, N.L. 2009. Vol. No. 1. 2. La República Mexicana. Nuevo León. Reseña geográfica y estadística, Librería de la Viuda de Ch. Bouret, París-México, 1910. 3. Ibid. 4. Antonio Guerrero Aguilar, Santa Catarina a través de la historia, STUANL-Club Rotario, Santa Catarina, N. L., 1988, pp. 40 y ss. 5. Una fuente de gran importancia para la historia de la fábrica textil La Fama es la documentación contenida en el Archivo Municipal de Santa Catarina, N. L. y la publicación Memorial, dirigida por Margarito Cuéllar. También el texto de Jesús Cortés García: Semblanzas. Estampas y apuntes de un pueblo: La Fama, N. L., Santa Catarina, N. L., 1991. 6. Juan Alanís Tamez, Historia de Santiago, Santiago, Nuevo León, 1989, pp. 35 y ss. 7. Bernardo Reyes, Memoria de 1903-1907, Archivo General del Estado de Nuevo León. 8. Pablo Livas, El estado de Nuevo León. Su situación económica al aproximarse el Centenario de la Independencia de México, Monterrey, 1909, p. 49. 9. El texto imprescindible para el conocimiento de la fundación y primeros años de la fábrica La Fama es el de Tomás y Rodrigo Mendirichaga: El inmigrante. Vida y obra de Valentín Rivero, Emediciones, Biografía, Monterrey, 1989, pp. 149 y ss. 10. Ibid., p. 150. 11. Ibid. 12. Para estudiar algunos aspectos de la industria textil, véase: Mario Cerutti, Burguesía y capitalismo 56 en Monterrey (1850-1910), Editorial Claves Latinoamericanas, México, 1983. 13. Tomás y Rodrigo Mendirichaga, op. cit., pp. 93 y 94. 14. Ibid., p. 94. 15. Israel Cavazos Garza, Diccionario biográfico de Nuevo León, vol. II, Universidad Autónoma de Nuevo León, Capilla Alfonsina, Monterrey, 1984. 16. Tomás y Rodrigo Mendirichaga, op. cit., p. 95. 17. Ibid. 18. Francisco R. Calderón, Historia moderna de México. La república restaurada. La vida económica, Editorial Hermes, México, 1965, pp. 90-91. 19. Citado por Mendirichaga, op. cit., p. 102. 20. Ibid., p. 103. 21. Ibid. 22. AGENL, Sección Concesiones, Expediente núm. 6 / 2, 6 de julio de 1895. 23. Israel Cavazos, op. cit. 24. Bernardo Reyes, Memoria de 1906, Capilla Alfonsina, UANL. 25. Isidro Vizcaya Canales, op. cit., p. 84. 26. Pablo Livas, op. cit., p. 51. 27. Diccionario histórico y biográfico de la revolución mexicana, tomo V, Instituto Nacional de Estudios Históricos de la Revolución Mexicana, Secretaría de Gobernación, México, 1992. 28. Óscar Flores, Burguesía, militares y movimiento obrero en Monterrey (1909-1923), Fac. de Filosofía y Letras, UANL, Monterrey, 1991, p. 83. 29. Ibid. 30. Periódico Oficial del Gobierno del Estado de Nuevo León, núm. 19, 7 de marzo de 1951. 31. Ibid. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad Mariano David Zerquera Izquierdo, Juan José Sánchez Jiménez Universidad de Guadalajara mariano_zerquera_izquierdo@hotmail.com RESUMEN En este artículo se presentan los resultados del análisis de un sistema de bombeo compuesto por bombas centrífugas, con motor con variador de velocidad, operando en paralelo, que entrega un caudal determinado a una salida común. Se codificó un programa en Matlab para determinar la distribución del flujo a entregar por cada bomba, para un caudal total demandado, de modo que las pérdidas totales del sistema sean mínimas. Palabras claves Ahorro energético, bombas, optimización, Matlab. ABSTRACT Results of the analysis of a pumping system made of variable speed centrifugal pumps operating in parallel and delivering a given flow to a common output are presented in this paper. A Matlab program for determining the flow distribution delivered by each pump, according to the total required flow, was coded in such a way that the system losses are minimal. KEYWORDS Energy saving, pumps, optimization, Matlab. INTRODUCCIÓN En la práctica se encuentran sistemas de bombeo en los que se utilizan bombas centrífugas con motor con variador de velocidad operando en paralelo, entregando un determinado caudal a una salida común1,2,3 (figura 1). Resulta tedioso determinar el caudal que debe entregar cada una de las bombas, de modo que se obtenga una operación óptima desde el punto de vista económico. Existe un amplio trabajo sobre bombas individuales movidas por motores de velocidad variable.4-12 También hay reportes relativos a la operación y ahorro en sistemas de bombeo en paralelo empleando variadores de velocidad, pero no hay tantos en los que se determine el mínimo costo en cuanto a pérdidas. En13 se lleva a cabo un estudio en un sistema de riego, pero con la limitante de emplear bombas en paralelo idénticas. En14 solamente se mencionan las ventajas de la operación en paralelo de las bombas empleando variadores inteligentes de velocidad variable y la forma gráfica de la determinación del comportamiento del sistema. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 57 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. Fig.1. Operación de bombas en paralelo. En15 se muestra un caso de estudio para un sistema de dos bombas en paralelo, pero operando a dos velocidades fijas. Un sistema de bombas en paralelo para un sistema de refrigeración es presentado en16 mostrándose resultados de ahorros empleándose un método de control mediante diferencia de presión, pero no se hace referencia a la optimización del costo. En otros manuales y cursos ofrecidos por firmas que fabrican variadores, también se presentan las ventajas del uso de éstos pero sin mencionar los aspectos de la optimización.17,18 DESARROLLO Para llevar a cabo el trabajo planteado, se partirá de un sistema con n bombas descargando a un tronco común tal como se muestra en la figura 1, el cual bombea líquido hacia un tanque. Se considera que las bombas b1, b2, ... , bn están accionadas por los motores m1, m2,…., mn, los cuales a su vez están alimentados por variadores de frecuencia c1, c2, … , cn. Estos convertidores alimentan los motores con voltajes y frecuencias V1,f1, V2,f2, ... ,Vn,fn, ajustables, desde un sistema eléctrico con voltaje y frecuencia V,f fijos. Cada conjunto motor bomba forman sistemas S1, S2, ... , Sn por los que se alimentan caudales de líquido Q1, Q2, ... , Qn a un sistema común Sc que demanda un caudal total Qc. Para un caudal total de líquido Qc a bombear, habrán infinitas combinaciones de caudales 58 a repartirse entre cada bomba. Cada una de estas distribuciones arroja un comportamiento técnico económico diferente, existiendo una única combinación que arroje como resultado un mínimo costo de operación. Para cada combinación de distribución de caudales, cada bomba es accionada a una determinada velocidad y por tanto cada motor debe ser alimentado con el voltaje y la frecuencia requerida. Como ejemplo, para explicar la metodología, se partirá de un sistema sencillo formado por dos bombas, con los parámetros de comportamientos mostrados en la tabla I. Se conoce que los pares de valores de comportamiento de la bomba corresponden a una velocidad de 1 800 RPM y que la densidad del líquido tiene el valor de ρ =1 000 kg/m3 Se desea: a) Determinar el comportamiento del sistema si se requiere bombear un caudal total Qc=100 litros /s cuando las velocidades de los motores se ajustan de modo que las bombas No.1 y No.2 entreguen flujos: Q1=40 litros/s, Q2=60 litros/s b) Llevar a cabo un estudio para determinar cual debe ser el caudal a entregar por cada bomba para suministrar el caudal total común Qc=100 litros/s de modo que la operación del sistema dé como resultado el menor costo de la demanda eléctrica. DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA Ajuste de las curvas de las bombas y de los sistemas Con los datos dados en la tabla I, se realizó un ajuste a curvas, mediante Matlab,19, 20 lo que arrojó como resultado los coeficientes mostrados en la tabla II. De acuerdo con estos coeficientes, se corresponden las siguientes ecuaciones: Bomba No.1: H= -0,0022Q2-0,22Q+100 (m) (1) Bomba No.2: H= -0,001Q2-0,0066Q+48 (m) (2) Sistemas No.1 y No.2: H=1,37•10-20Q3+0,006Q2+7,258•10-17Q+2 (m) (3) Sistema común: H=-6,94•10-7Q3+0,0031Q2-0,0031Q+10.099 (m) (4) Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. Bomba No.1: Pb = 0, 0576Q3b -11, 4822Q b2 +1, 37•103 Q b + 0, 4666•103 (W) (5) Bomba No.2: Pb =0,1224Q3b -20, 6077Q b2 +1, 3366•103 Q b +1, 0179•103 (W) (6) Donde: Pb- Potencia demanda por la bomba Qb -Caudal entregado por la bomba DETERMINACIÓN DE LAS CARGAS DEL SISTEMA Y POTENCIAS DE LAS BOMBAS Para determinar la carga correspondiente a cada bomba es necesario primeramente conocer la carga H total que le presenta el sistema. Para un gasto total Qc suministrado, la bomba No.1 entregará un caudal Q1 y la bomba No.2 un caudal Q2. La altura total correspondiente a la bomba No.1 está dada por la suma de la altura del sistema No.1 con la del sistema común. De igual forma la altura que ve la bomba No.2 es la suma de la altura correspondiente al sistema No.2 sumado con la del común. En la figura 2 se muestran las curvas de H vs Q de los sistemas No.1 y No.2 y la del común, basado en los datos de la tabla I, así como los puntos de operación para los caudales dados. De acuerdo con estos caudales, las alturas correspondientes a cada una de las bombas están dadas por: Bomba No.1: Hs1c=Hs1+Hc=11,6+40=51,6 m Bomba No.2: Hs2c=23,6+40=63,6 m. Es decir que la bomba No.1 debe bombear un caudal de 40 litros/s contra una altura de 51,6 m; la bomba No.2 un caudal de 60 litros/s contra una altura de 63,6 m y para ello deben ser giradas a una velocidad que se le definirá velocidad de Fig. 2. Características de H vs Q. Pares de valores correspondientes a la tabla I. Tabla I. Datos del sistema. Q: Caudal (litros/s) H: Altura (m) Efb: Eficiencia de la bomba (%). Q 0 20 40 60 80 100 120 Bomba 1 Hb1 100 94,32 87 77,8 67,7 56 41,19 Bomba 2 Hb2 48 47,8 46,16 44 41,12 33,74 32,88 Sistema 1 y 2 Hs1, Hs2 2 4,4 11,6 23,6 40,4 62 88,4 Sistema común Hsc 10 11,2 14,8 20,8 29,2 40 53 Bomba 1 Efb1 0 75 85 87 82 67 50 Bomba 2 Efb2 0 40 66 78 80 75 70 Tabla II. Coeficientes de los polinomios obtenidos mediante el ajuste de las curvas de H vs Q de las bombas y los sistemas. Coeficientes Orden 3 Orden2 Orden1 Independiente Bomba 1 (b1) - -0,0022 -0,22 100 Bomba 2 (b2) - -0,001 -0,0066 48 Sistema 1 (S1) 1,37•10-20 0,006 7,258•10-17 2 Sistema 2 (S2) 1,37•10 0,006 7,258•10 2 Sistema común (Sc) -6,944•10 0,0031 -0,0031 10 Bomba 1 (b1) 0,0576 -11,4822 1,37•103 0,4666•103 Bomba 2 (b2) 0,1224 -20,6077 1,3366•103 1,0179•103 -20 -7 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 -17 59 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. operación. Sin embargo los pares de valores de H y Q introducidos como datos se corresponden con la velocidad de dato, 1 800 RPM para cada una de las bombas. Esto plantea la necesidad de calcular las velocidades de operación a las cuales deben ser giradas las bombas por sus motores primarios. En la figura 3 se muestran las características de H vs Q de la bomba No.1 a la velocidad de dato n=1 800 RPM y un punto de la característica (punto A) que se corresponde con el punto de operación el cual debe pasar por el par: Q1=40 litros/s, H1=51,6 m. Para determinar la velocidad de la bomba correspondiente a la característica que pasa por el punto A de la figura 3, es necesario aplicar la ley de afinidad de las bombas centrífugas.1,21,22,23 Si se considera el punto A como el 2 en la figura 3 al aplicar la ecuación de afinidad correspondiente se tiene: Q2 H1 = H 2 12 Q2 H1 = 51, 6 (7) Q 12 = 0, 0323Q 12 (8) 40 Si se considera como la condición 1, la correspondiente a un punto de la característica de la bomba a la velocidad de dato, se pueden igualar las ecuaciones (8) y (1), obteniéndose la siguiente ecuación: 0, 0323Q12 = −0, 0022Q12 − 0, 22Q1 + 100 (9) De la ecuación (9) se obtiene: Q 1=50,7441 litros/s El valor del caudal Q1 hallado se encuentra señalado en la figura 3. 2 Fig. 3. Característica de H vs Q correspondiente a la bomba No.1 60 Puesto que la característica de la bomba se corresponde con la velocidad de dato y de acuerdo con la nomenclatura planteada, se puede escribir aplicando la ecuación de afinidad correspondiente: 50, 7441 1800 = 40 N2 Entonces: N2=1 419 RPM De acuerdo con los resultados anteriores, para que la bomba impulse un caudal de 40 litros/s a la altura de 51,6 metros debe ser girada a 1 419 RPM. La potencia de la bomba, si la misma fuera movida a la velocidad de 1 800 RPM, se puede determinar mediante la ecuación (5), al sustituir el caudal por su valor: Q1=50,7441 litros /s: Pb =47 946 W = 47,946 kW. La potencia demandada por la bomba a la velocidad de operación N1=1 419 RPM se obtiene aplicando la ecuación de afinidad de las potencias: 47, 946 ⎛ 1800 ⎞ =⎜ ⎝ 1419 ⎟⎠ 3 P2 P2=23,464 kW Por un procedimiento similar al anterior para la bomba No.2 se obtiene: Q1=50,5563 litros/s N2=2 136 RPM Pb=31,997 kW P2=53,485 kW Si se repite el procedimiento anterior para varias combinaciones de caudales, se obtienen los resultados mostrados en la tabla III y su representación gráfica en la figura 4. Puede observarse que en este caso la condición de mínimo se corresponde con una potencia total demandada igual a 75,5 kW (señalado en color gris). En este procedimiento no se han considerado las pérdidas en los motores eléctricos, aspecto que se tomará en cuenta a continuación. PROGRAMA DE OPTIMIZACIÓN Cuando existe un número de bombas mayor a dos, el procedimiento seguido anteriormente resulta muy tedioso, además de que en éste no se consideraron las pérdidas en los motores, ni los costos. Es por ello que para salvar todo esto, se ha codificado un programa de optimización , empleando la librería de optimización (fmincon) del Matlab,24 considerando como función objetivo a optimizar las pérdidas Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. Tabla III. Potencia demandada por las bombas para un caudal total Qc=100 litros/s Bomba No.1 Bomba No. 2 PT(kW) Q1 Nb1 Q2 Nb2 P (kW) P (kW) (lts/s) b1 (RPM) (lts/s) b2 (RPM) 10 5,5 1 198 90 102,44 2 591 107,94 20 10,68 1 251 80 82,82 2 429 93,5 30 16,44 1 325 70 66,66 2 777 83,11 40 23,46 1 417 60 53,48 2 136 76,96 50 32,78 1 524 50 42,77 2 009 75,55 60 43,74 1 645 40 33,92 1 899 77,67 70 59,11 1 776 30 26,27 1 808 85,38 80 75,99 1 915 20 18,96 1 741 94,95 90 97,1 2 060 10 10,94 1 698 108,05 P T: Potencia total del sistema. P b1, P b2: Potencia demandada por las bombas. Q1,Q2: Caudal entregado por cada bomba. Nb1,Nb2: Velocidad de cada bomba. Fig. 4. Potencia mecánica demandada por las bombas para diferentes gastos. Pb1: Potencia demandada por la bomba No.1 Pb2: Potencia demandada por la bomba No.2 PT: Suma de las potencias Pb1 y Pb2. totales, o sea: PTS=Psb1+Psb2+ ... +Psbn+Pml+Pm2+ ... +Pmn+Psc. Para emplear esta función objetivo es necesario plantear las siguientes restricciones de desigualdad para las potencias de las bombas y de los motores respectivamente: Pbn≤PNbn≥0 Pmn≤PNmn≥0 Donde: PTS - Pérdidas totales del sistema. Psbn- Pérdidas del sistema y bomba n. Pmn- Pérdidas del motor n. Psc- Pérdidas del sistema común. PNbn- Potencia nominal de la bomba n. PNmn- Potencia nominal del motor n. Se presentan a continuación los resultados obtenidos del programa, correspondientes a un sistema formado por tres bombas. Los sistemas individuales S1, S2, S3, el común Sc y las bombas (velocidad 1 800 RPM), presentan los parámetros de comportamientos mostrados en la tabla IV. Se desea, como ejemplo: a) Determinar el comportamiento del sistema si se requiere bombear un caudal total Qc=125 litros /s cuando las velocidades de los motores se ajustan de modo que las bombas No.1, No.2 y No.3 entreguen flujos: Q1=50 litros/s, Q2=25 litros/s y Q3=50 litros/s. b) Determinar cual debe ser el caudal a entregar por cada bomba para suministrar el caudal total común Qc=125 litros/s de modo que la operación del sistema dé como resultado el menor costo de la demanda eléctrica. El programa presenta dos opciones: a) Operación no óptima de bombas en paralelo b) Operación óptima de bombas en paralelo. Mediante la primera opción el usuario debe introducir entre otros datos, los parámetros del circuito equivalente del motor,25,26 el caudal que se Tabla IV. Pares de valores de las bombas y los sistemas. Q 0 20 40 60 80 100 120 Bomba 1 y 3 (75 hp, 1 800 RPM) H 100 94,32 87 80 67,7 56 41,9 Bomba 2 (50 hp,1 800 RPM) H 48 47,8 46,16 44 41,12 33,74 32,88 Sistema 1 y 3 H 4 6,16 12,7 23,5 38,6 58 82 Sistema 2 H 2 4,4 11,6 23,6 40,4 62 88,4 Sistema común H 10 11,2 14,8 20,8 29,2 40 53 Bomba 1 y 3 Ef 0 75 85 87 82 67 50 Bomba 2 Ef 0 40 66 78 80 70 50 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 61 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. desea suministre cada una de las bombas, los pares de valores de altura y caudal, etc. Como resultado se obtiene el punto de operación del sistema, incluyendo el costo total por demanda de energía eléctrica. Con la segunda opción, debe darse el caudal total a bombear por el conjunto de bombas, con esto el programa en forma automática mediante un subprograma de optimización, determina que caudal debe bombear cada bomba de modo que las pérdidas de todo el sistema resulten mínimas y por tanto la mínima demanda de energía eléctrica. Al comparar los resultados de estas dos opciones, el usuario puede determinar el ahorro que se obtiene, al emplear una distribución óptima de los caudales. Para realizar los cálculos con el programa, en una de sus ventanas deben ser introducidos los datos económicos, según se muestra en la figura 5. Tabla V. Comportamiento de cada motor (operación no óptima). Motor I(A) 1 f(Hz) n2(RPM) P1 P C Ef(%) V1(V) (kW) ($/año) (kW) 60,55 57,08 1 703 45,85 91,43 437,6 3,93 16 879,4 2 40,96 71,78 138,12 38,9 91,49 550 3,309 14 212,4 3 60,55 57,08 1 703 45,85 91,43 437,6 3,93 16 879,4 Tabla VI. Comportamiento de cada bomba (operación no óptima). Bomba Q(l/s) H(m) Pe(kW) 1 50 73,63 41,83 2 25 66,9 3 50 73,63 41,83 Ef(%) P(kW) C($/año) 86,07 5,83 25 070 46 19,192 82 443 86,07 5,83 25 070 35,43 Tabla VII. Comportamiento de cada motor (operación óptima). Motor I(A) f(Hz) n2(RPM) Ef (%) P1 (kW) V1 P C (V) (kW) ($/año) 1 73,8 60,8 1 813,52 59,46 92,14 455,1 4,673 20 070,8 2 13,16 67,9 2 032,6 11,87 79,6 520,5 2,42 10 398,8 3 73,8 60,8 1 813,52 59,46 92,14 455,1 4,673 20 070,8 Tabla VIII. Comportamiento de cada bomba (operación óptima). Bomba Q(l/s) H (m) Pe(kW) Fig. 5. Ventana para introducción de datos económicos. RESULTADOS De los cálculos del programa se obtuvieron los resultados mostrados en las tablas V, VI, VII y VIII IX y X. En las tablas V y VI se presentan los parámetros de comportamiento de los motores y las bombas respectivamente, correspondientes a la operación no óptima, donde: I- Corriente demandada por los motores. f- Frecuencia del voltaje aplicado a los motores. P-Pérdidas en los motores o las bombas. n2- Velocidad de los motores. P1- Potencia eléctrica demandada por los motores. V1- Voltaje aplicado a los motores. C- Costo de las pérdidas totales. P e- Potencia mecánica demandada por las bombas. 62 1 60 80,23 54,74 Ef(%) P(kW) C($/año) 86,11 7,6 32 776,6 2 5 61,15 9,42 31,72 6,448 25 695,9 3 60 80,23 54,74 86,11 7,6 32 776,6 Tabla IX. Pérdidas totales y costos de los conjuntos motor-bomba. Conjunto Operación no óptima Motor P(kW) C($/año) Bomba Operación óptima P(kW) C($/año) 1 9,7675 41 949 12,2817 52 747,3 2 22,504 96 655,7 8,87 38 094,8 3 9,7675 41 949 12,2827 52 747,3 Tabla X. Pérdidas y costos de todo el sistema. Operación no óptima Operación óptima PTs(kW) C($/año) Ahorro total: 42,04 33,433 180 555 143 589 180 555-143 589=36 966 ($/año) Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. En las tablas VII y VIII se muestran los resultados correspondientes a la operación óptima. En la tabla IX se muestran los resultados de los conjuntos motor-bomba. Por último en la tabla X se muestran las pérdidas y costos del sistema total. De esta tabla puede observarse que este sistema hipotético con una operación óptima presenta un ahorro anual de 36 966 pesos. Puede comprobarse que en la condición óptima las pérdidas totales en los motores y por tanto el costo de éstas, es superior si se compara con la operación no óptima. Sin embargo, respecto a las pérdidas en el sistema hidráulico ocurre lo contrario y como un todo el costo de las pérdidas es inferior en la operación óptima. CONCLUSIONES Se propone una metodología que considera tanto los aspectos económicos como los técnicos en el diseño y operación de sistemas de bombas en paralelo con motores de velocidad variable. En sistemas de bombeo compuestos por bombas en paralelo, para un caudal total de líquido a suministrar, sólo existe una distribución de caudales para cada una de las bombas, con los que se lograr una operación económica óptima. El programa desarrollado resulta de gran utilidad en regiones en las que se aplican tarifas de energía eléctrica diferenciadas, con lo que se abre la posibilidad de obtener ahorros de energía y por lo tanto ahorros en la operación de plantas de bombeo. Las conclusiones anteriores se ilustraron utilizando un ejemplo típico de dos bombas operando en paralelo en las que se compara la operación en condiciones óptimas con respecto a una operación típica basada sólo en criterios técnicos. BIBLIOGRAFÍA 1. Karachi, Manual sobre bombas centrífugas, Alfaomega, 2002. 2. Frank M. White, Mecánica de fluidos, McGraw Hill, 1994. 3 Kenneath Mc Naughton, Bombas, selección, uso y mantenimiento. Mc. Graw Hill, 1999. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 4. De León Benitez, C., Viego Felipe P, Ahorro de energía por control de velocidad en el sistema de bombeo de Guarapo, Revista Centro Azucar, No. 1,. 2000. 5. García Arvisu F., Ventajas del uso de motores de altas eficiencia y variadores de velocidad en Hoteles, Fidecomiso para el ahorro de energía, 1999. 6. Using variable speed drives in pump applications, ABBB Drives, Application Guide No.2, 2008. 7. N. N. Kozhevnikov : Prospects of Frecuency Control of the Dredge Suction Pump, Power Technology and Engineering Vol. 40, No. 6, 2006. 8. Aníbal T. De Almeida, Fernando J. T. E. Ferreira: VSDs for Electric Motor Systems, Reporte de Investigaciòn, University of Coimbra, 2000. 9. Pardo García A., Díaz Rodríguez J.L., Ahorro energético con convertidor de frecuencia, Revista Colombiana de Tecnologías Avanzadas, Vol. 1. 2003. 10. Richard Michael Villegas Fernández: Variadores de frecuencia para el ahorro de energía en moto_ bombas del proyecto Park Plaza. Tesina, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica Eléctrica, Unidad Culhuacán, 2009. 11. Macias Uribe L., Programa de lenguaje visual para determinar las características de las bombas centrifugas:, Tesis de Maestría, Universidad de Guadalajara, 2008. 12. Edward Charles Lemmer:Wind Electric Pump System Design, Master of Science and Engineering Thesis, Stellenbosch University, 2009. 13. Planells P., Tarjuelo J.M. y Ortega J.F.: Optimización de estaciones de bombeo en riego a la demanda, Ingeniería del Agua, Vol.8, 2001. 14. L.I Jinguo: Parallel Pumping, ABB Review, 2004. 15. Department of Energy Washington: Industrial Technologies Program Energy Efficiency and Renewable Energy U.S: Optimize Parallel Pumping Systems, Oct 2006. 16. XY Wu, CZ Yang, DS Wu, and F Zhan: Enrgy Saving Analysis of Pressure Difference Conrol 63 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. of Frecuency Conversion Variable Water Flow System, Proceedings: Building Simulation, 2007. 17. J.W.de Wekker V.: Sistemas de Bombeo, características y dimensionamientos, maual de Wekker and Asociados, 2004. 18. Greg A. Jonson: Pumping Systems Audites , Crane Ingineering, Feb 2009. 19. Báez López D., Matlab con aplicaciones a la Ingeniería, Física y Finanzas, Alfaomega, 2006. 20. Delores M. Etter, Solución de problemas de Ingeniería con Matlab, Prentice Hall, 1997. 21. Ron Carlson, “The correct method of calculating energy savings to justify adjustable-frequency drives on pumps,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 36, dic. 2000. 22. Viedma A., Zamora B.: Teoría y problemas de máquinas Hidráulicas, Horacio Escarbajal Editores, 2000. 23. White F. M.: Mecánica de Fluidos, Mc Graw Hill, 2004. 24. P. Venkataraman, Applied Optimization with Matlab Programming, John Wiley, 2002. 25. McPerson G., Laramore R: “An introduction to Electrical Machines and Transformes”, Second Edition, Prentice Hall, 1994. 26. Jimmie J. Cathey Mc., Máquinas Eléctricas: Análisis y diseño aplicando Matlab. Garw Hill, 2001. 2ª. REUNIÓN PANAMERICANA E IBÉRICA DE ACÚSTICA 160th ASA meeting 7° Congreso FIA 17° Congreso IMA 15 – 19 de Noviembre 2010 CANCÚN - MÉXICO ÁREAS TÉCNICAS 1. Acústica Oceanográfica 2. Bioacústica Animal 3. Acústica Arquitectónica 4. Ultrasonido y Vibraciones Biomédicas 5. Ingeniería Acústica 6. Acústica Musical 7. Ruido y su Control 8, Acústica Física 9. Acústica Fisiológica y Psicológica 10. Comunicación Hablada 11. Acústica y Vibraciones Estructurales 12. Acústica Submarina 13. Proceso de Señales Acústicas 14. Acústica en Educación 15. Audio-Acústica, etc. COMITÉ ORGANIZADOR James West (ASA), Co-Chair Sergio Beristain (IMA) Co-Chair Samir Gerges (FIA) Co-Chair Charles Schmid, Vice-Chair Rebeca de la Fuente, Programa Cultural ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA Suite INOI, 2 Huntington Quadrangle Melville, NY 11747-4502, USA Tel. 516-576-2360 - FAX 516-576-2377 asa@aip.org http://asa.aip.org FEDERACIÓN IBEROAMERICANA DE ACÚSTICA Universidad Federal de Sta. Catarina Cx Postal 476 Florianópolis SC 88040900 Brasil Tel. 55-48-234-4074 - FAX 55-48-331-9677 fia@mbox1.ufsc.br http://fia.ufsc.br INSTITUTO MEXICANO DE ACÚSTICA P.O. Box 12-1022, México, D.F. 03001, México Tel. 52-55-5682-2830, 5682-5525 sberista@gmail.com http://acustica-cancun.blogspot.com 64 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial Víctor Marines Castillo, Gina Idárraga Ospina, Programa Doctoral en Ingeniería Eléctrica en FIME-UANL vic.gmarines@gmail.com , gidarraga@gmail.com Enrique Esteban Mombello Instituto de Energía Eléctrica, Universidad Nacional de San Juan, Argentina mombello@iee.unsj.edu.ar RESUMEN En el presente trabajo se realiza un análisis de las características de distintas herramientas de simulación de transitorios electromagnéticos para la simulación de la operación de la protección diferencial de transformadores. Se evaluaron las características de los programas EMPT/ATP, PSCAD y Matlab/Simulink considerando la característica de magnetización, la corriente de magnetización y las condiciones de sobreexcitación del núcleo de un transformador de potencia. Finalmente se presentan los resultados de la simulación de una protección diferencial con restricción por armónicas realizada en PSCAD, para realizar la discriminación entre corrientes de magnetización y corrientes de cortocircuito. PALABRAS CLAVE Corriente de energización, transformador saturable, protección diferencial, transitorios electromagnéticos, ATP, PSCAD, MatLab. ABSTRACT This paper describes the characteristics of three electromagnetic transients simulation programs for the simulation of differential protection scheme in power transformers. The evaluation was done for the programs EMPT/ATP, PSCAD and Matlab/Simulink, considering the following model featuring, magnetization curve, inrush current and over excitation conditions in the transformer core. Finally, the results of differential protection simulation in PSCAD with harmonic restriction are presented, the proposed scheme discriminates between inrush and short circuit currents. KEYWORDS Inrush current, Saturable transformer, Differential protection, Electromagnetic transients. ATP, PSCAD, Matlab. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 65 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. INTRODUCCIÓN Los transformadores de potencia forman parte del equipo primario del sistema eléctrico de potencia (SEP), y son elementos indispensables para transmitir los bloques de energía a través de las grandes distancias que separan los centros de generación y los consumidores. La calidad y continuidad de la energía eléctrica depende en gran medida del buen estado de estos equipos, a pesar de que los transformadores son elementos muy confiables, están expuestos a fallas de cortocircuito las cuales, pueden llegar a ser muy severas, al grado de destruir por completo el transformador. Para proteger el transformador se cuenta en la actualidad con el relevador de protección diferencial,1 el cual es el encargado de realizar la detección de cortocircuitos en terminales y devanados del transformador (fallas internas). Dicho relevador basa su operación en la suma fasorial entre las corrientes de entrada y salida del transformador,2 como puede verse en la figura 1. Es decir, en estado estable y en condición de falla externa, esta suma siempre es prácticamente cero (ideal). Por el contrario, cuando ocurre una falla interna la suma fasorial toma valores muy elevados, haciendo que el relevador reconozca el alto valor de corriente como una falla y entre en operación. Sin embargo, la protección diferencial de transformadores puede operar incorrectamente ante corrientes de energización (inrush). La corriente de energización del transformador, producida por la conexión inicial o por re-cierre de un interruptor automático de liberación de falla, es transitoria con valores muy elevados (hasta 30 veces la corriente a plena carga).1 La misma fluye desde la fuente hacia el transformador sin fluir fuera de él Fig. 1. Diagrama de conexión del relevador de porcentaje diferencial.7 66 (similar a una falla interna), por esta razón se presenta una corriente diferencial. Dicha corriente puede provocar un mal funcionamiento en el esquema de protección diferencial, motivo por el cual la corriente de energización debe ser detectada de forma tal que la protección permanezca sin actuar durante el periodo de energización del transformador, lo que convierte en una de las mayores preocupaciones en los esquemas de protección diferencial de transformadores la distinción exacta y rápida entre corrientes de energización y corrientes de falla. Lo anterior, debido a que la corriente de magnetización de energización presenta características diferentes a las corrientes de falla, la más significativa es su contenido armónico, presente en los transformadores por la característica no lineal del núcleo magnético, por tener sobreexcitación o también por presentar magnetización residual en el núcleo.3 Actualmente el esquema de protección diferencial más utilizado para la detección de la corriente de energización, es la protección diferencial con retención por armónicas. La retención se lleva a cabo discriminando la corriente de energización de una corriente de cortocircuito a partir del contenido de la segunda armónica y, utiliza el quinto armónico para discriminar condiciones de sobreexcitación. El algoritmo de retención por armónicas compara el valor de la segunda armónica con respecto a la componente de frecuencia fundamental y, si ésta relación es mayor que un valor predeterminado, se bloquea la operación de la protección.4 Sin embargo, el esquema de protección diferencial con retención por armónicas no realiza una adecuada discriminación entre la corriente de energización y la corriente de falla, causando una incorrecta operación del relevador, ya que el segundo armónico puede presentarse durante fallas internas en los transformadores, esto es debido a la saturación de los transformadores de corriente (TC), o a la presencia de capacitancias en el sistema que alimenta al transformador, así que el segundo armónico generado bajo estas circunstancias puede ser mayor que el segundo armónico generado por la corriente de energización del transformador.5 Aunado a esto, el uso de materiales amorfos para la elaboración de núcleos magnéticos de mejor calidad, y que generen menos pérdidas, disminuye el contenido armónico de la corriente de energización.6 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. En el presente artículo se analiza el modelo del transformador saturable para su aplicación en el diseño de algoritmos de protección diferencial de transformadores, mediante una comparación de programas de simulación de fenómenos electromagnéticos. Cada programa de simulación tiene sus ventajas, por ello los autores no pretenden hacer una comparación exhaustiva de las funciones que tiene cada programa sino modelar el transformador tan real como sea posible para determinar el modelo que presenta las mejores características, que a criterio de los autores, son las necesarias para la aplicación en el diseño de algoritmos aplicables en la protección diferencial. PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE TRANSFORMADORES En la figura 1 se presenta el esquema de protección de porcentaje diferencial conectado en las terminales de un transformador de potencia a través de los transformadores de corriente (TC). En el recuadro se muestra la característica del relevador, donde la región de operación es representada por el área sombreada sobre la pendiente (SLP). Por lo tanto, el relevador genera la señal de disparo si la corriente de operación IOP es mayor que un porcentaje de la corriente de retención IRET según. (1) I OP > SLP × I RET + I min donde las corrientes de operación y retención son obtenidas como. → → I OP = I S 1 + I S 2 → (2) → I RET = k I S 1 − I S 2 (3) En la (1), la comparación de una corriente de retención (escalada por la pendiente SLP) con la corriente de operación, se realiza para evitar falsas corrientes de operación en la protección diferencial, debido a la corriente de desbalance o de error, principalmente, por errores de relación de los TC; el porcentaje SLP es calculado de forma tal que represente un valor mayor a dicha corriente de desbalance. Los errores de relación de los TC no son la única causa de producir corrientes falsas de operación en el relevador diferencial. La tabla I enumera los principales factores que causan corrientes falsas Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 de operación y la solución típica a cada problema. Los primeros 3 problemas de la tabla I, tienen una solución directa al seleccionar conexiones apropiadas de los TC ó utilizar características de porcentaje diferencial en el esquema de protección diferencial, pero un problema muy complejo es el discriminar entre corrientes de falla interna y corrientes de energización. MODELO DEL TRANSFORMADOR SATURABLE Los programas de simulación de fenómenos electromagnéticos PSCAD, 8 ATP 9 y MatLab 10 presentan una gran variedad de modelos de Tabla I. Factores que afectan la aplicación de la protección diferencial en transformadores de potencia. Problema Desplazamiento de fase entre la corriente del primario y secundario del transformador de potencia. Causa Solución Conexión deltaestrella de los devanados del transformador de potencia. Conexión apropiada de los TC como: estrella-delta. Compensación interna en relevadores digitales. Relación de transformación Cambiadores de variable del Tap para control de transformador voltaje de potencia. Diferentes niveles de voltaje entre el primario y Desajuste entre secundario del relación de transformador de transformación potencia tiene del como consecuencia transformador diferentes tipos de potencia y de TC, relación de TC. transformación y característica de funcionamiento. Característica de porcentaje diferencial en el relevador típicamente resuelve este problema Corriente de magnetización de energización, Desbalance en sobreexcitación, la corriente saturación en TC, aplicada al Algoritmos de transitorios en el relevador discriminación. SEP, energización (corriente de transformadores diferencial). paralelos al que esta puesto en servicio. 67 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. transformadores dentro de sus librerías, desde el transformador ideal hasta el modelo del transformador saturable, monofásico y trifásico, además de permitir el desarrollo e implementación de nuevos modelos. Un resumen del estado del arte en modelos de transformadores para la simulación de transitorios de baja frecuencia (corriente de energización, ferroresonancia e interacciones armónicas) puede verse en la referencia11. La figura 2 muestra el modelo circuital del transformador saturable monofásico el cual por su sencillez discutiremos en esta sección. El modelo considera la característica de magnetización la cual modela la rama de excitación con una resistencia Rm, que simula las pérdidas en el núcleo, y una inductancia saturable Lsat. Fig. 2. Modelo circuital del transformador monofásico saturable. Sin considerar las pérdidas en el núcleo, las expresiones matemáticas que describen el circuito equivalente del transformador, mostrado en la figura 2 se pueden escribir de la siguiente forma: di dφ v1 = R1i1 + L1 1 + N1 (4) dt dt di dφ (5) v2 = R2/ i2 + L/2 2 + N 2 dt dt donde, Φ es la suma de los flujos que ligan una bobina con los producidos por la otra. Podemos asumir, que estos flujos mutuos son producidos por la acción combinada de las corrientes que actúan simultáneamente, esto permitirá que los efectos no lineales sean incluidos y, por lo tanto, Φ se puede mirar como la suma de flujos separados. Para modelar la característica no lineal entre flujo y corriente, los programas de simulación generalmente utilizan la curva de saturación y advierten al usuario de la necesidad de un modelo más riguroso para condiciones específicas como lo es modelar el lazo de histéresis (aspecto que se explicará posteriormente). Como el fenómeno transitorio de energización de transformadores se presenta por la relación no lineal 68 flujo-corriente es importante definir, con base a pruebas, el modelo del transformador que se requiere para su aplicación en el diseño de un algoritmo para la protección diferencial. Modelo de saturación sin histéresis Dicho modelo también es conocido como el modelo que representa la característica no lineal del núcleo del transformador mediante un lazo de histéresis sin área, como se muestra en la figura 3, los programas de simulación; PSCAD®, MatLab® y ATP, presentan éste modelo mediante secciones o trozos lineales del primer cuadrante de la característica de saturación. Ésta curva puede ser diseñada como flujo contra corriente de magnetización ó también como tensión (en RMS) contra corriente de magnetización (en RMS). Otro de los modelos de saturación sin histéresis es el que presenta PSCAD® y se conoce como método de compensación de fuente de corriente.12 EMTDC utiliza un algoritmo de ajuste de curvas para representar la saturación del transformador en una forma lisa y continua. Para realizar el ajuste de curva, el método necesita la reactancia del núcleo de aire XAIR, la corriente de magnetización IMR, y el punto de la rodilla XKNEE. Fig. 3. Curva de saturación sin histéresis. Modelo de saturación con histéresis En MatLab® (Simulink) se puede modelar la no linealidad de Lsat mediante el lazo de histéresis, con ayuda de una herramienta llamada psbhysteresis, la cual genera un archivo con dirección *.mat necesaria cuando se requiere de la modalidad de Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. histéresis, los parámetros requeridos para diseñar la curva de histéresis son el flujo remanente φr, el flujo de saturación φS, la corriente de saturación IS, la corriente coactiva IC y la pendiente dφ/dt; como se muestra en la figura 4, MatLab® realiza el ajuste de curva utilizando la expresión analítica arctangente. En ATP se puede añadir al modelo de saturación sin histéresis una inductancia Lsat con histéresis y de esta forma se obtiene un modelo del transformador con histéresis. PSCAD no presenta este modelo. Fig. 4. Lazo de histéresis. Corriente de magnetización El fenómeno transitorio de magnetización de transformadores es considerado un fenómeno complejo y difícil de modelar para un transformador en particular, debido a que existe un gran número de diseños del núcleo del transformador y que algunos de sus parámetros son no-lineales y dependientes de la frecuencia. Actualmente, existen diversas funciones analíticas que ajustan adecuadamente la curva de saturación,13-16 pero pueden llegar a ser muy complejas y requerir de mucha información. Despreciando las pérdidas, la corriente de magnetización se encarga de establecer el flujo en el núcleo circulando principalmente por la rama de excitación del transformador, en estado estable esta corriente se encuentra en un rango de 0.1% - 5% del valor de corriente nominal del transformador. La figura 5 muestra la energización de un transformador en el instante que la forma de onda de voltaje corresponde al flujo magnético residual del momento en que fue desconectado, si se presenta una continuación uniforme del flujo φr entonces el fenómeno transitorio de magnetización no existe. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 En la práctica, el fenómeno transitorio de corriente de energización es inevitable ya que el instante de la conmutación no puede ser controlado fácilmente. La figura 6 presenta el caso de máximo valor de corriente de energización cuando el transformador es desenergizado, la corriente de excitación sigue la curva de histéresis y se reduce a cero, mientras que el valor del flujo magnético disminuye hasta ubicarse en φr como se puede ver en figura 4. Cuando el transformador es re-energizado en el valor máximo negativo -φMAX y el flujo residual tiene un valor positivo, la densidad de flujo magnético no inicia en -φMAX comenzará en φr y alcanzará su valor máximo positivo en (φr + 2φMAX). Fig. 5. Caso de energización con corriente de energización nula. Fig. 6. Caso de energización con corriente de energización máxima. Sobreexcitación de transformadores La densidad de flujo magnético que circula por el núcleo del transformador es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la frecuencia del sistema V/Hz. Una sobreexcitación puede producir niveles de flujo magnético que saturan el núcleo, teniendo como resultado un incremento de la corriente 69 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. de magnetización y consigo la operación de la protección diferencial, sin embargo el transformador puede tolerar como máximo entre 105% y 110%17 con respecto a los valores nominales de V/Hz y no es deseable que su protección diferencial opere cuando el transformador se encuentre por debajo de su tolerancia por lo cual se utilizan métodos de bloqueo de la protección diferencial. Una característica de la corriente de sobreexcitación es su alto contenido de armónicas impares, en especial la tercera y la quinta, siendo ésta ultima utilizada para bloquear la protección diferencial en condiciones de sobreexcitación. La tercera armónica no se usa debido a la conexión delta-estrella de transformadores la cual anula naturalmente la tercera armónica, adicionalmente el uso de dicha armónica puede confundirse con condiciones de desbalance. ANÁLISIS DE RESULTADOS Descripción del sistema de prueba El sistema de prueba monofásico se muestra en la figura 7. Dicho sistema y sus parámetros son tomados como base para la implementación en cada programa de simulación, ya que corresponde a un ejemplo del toolbox de MatLab®10 y consiste en un transformador monofásico de 150MVA, 288/132 kV, alimentado por una fuente de tensión que suministra 288 kV rms a 60 Hz. Fig. 7. Diagrama del sistema de prueba. Después de hacer un gran número de simulaciones de la corriente de energización en diferente instante de tiempo de energización, y con una curva de saturación sin histéresis en cada programa, se comprobó que no existe diferencia significativa entre los programa de simulación, todos representan a la corriente de energización con el contenido armónico que la caracteriza, como se muestra en figura 8. 70 a b c Fig. 8. Caso de energización en el máximo valor (cruce por cero de tensión), a) Simulink, b) ATP, c) PSCAD. C o m p a ra c i ó n e n t r e e l m o d e l o d e l transformador saturable con histéresis y sin histéresis La característica no lineal flujo-corriente que presentan los transformadores puede ser modelada con la característica de saturación o con un modelo aún más elaborado considerando la curva de histéresis. Es importante discutir las características que presenta cada modelo desde el punto de vista de la aplicación de la protección diferencial y de esta forma discernir las ventajas y limitaciones de cada modelo. 1) Energización en el punto de flujo máximo Energizar un transformador para condiciones de flujo máximo no presenta diferencia significativa alguna entre el modelo con histéresis y sin histéresis, ésta comparación es mostrada en figura 9. La semejanza de los resultados se debe a que durante la energización el transformador opera en la zona de saturación lugar donde el lazo de histéresis es tan delgado que no tiene área, la figura 10 muestra el lazo de histéresis formado. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. a) Fig. 9. Energización en el máximo valor (modelo con histéresis). a) Fig. 10. Lazo de histéresis formado al arrancar el transformador en el valor de flujo máximo. 2) Condiciones de flujo residual Una de las diferencias que se presentan entre el modelo con histéresis y sin histéresis, además de la carga computacional, radica en el flujo residual (φr). El modelo de transformador con histéresis tiene la capacidad de recordar el flujo residual cuando ha sido desconectado del sistema mientras que una característica de saturación como la que se muestra en la figura 3, no tiene esta capacidad. La figura 11 muestra la desconexión y conexión del transformador modelado en Simulink® con histéresis y sin histéresis; en la grafica superior, figura 11(a), se muestra el comportamiento del flujo magnético, se puede observar que cuando el transformador es desenergizado y re-energizado el flujo magnético tiene un valor de (φr + 2φMAX ) mientras que para el modelo sin histéresis el valor de flujo es (2φMAX ). Esto repercute en el valor esperado de pico de corriente como se puede ver en figura 11(b). Cabe mencionar que para modelar el flujo residual con una característica sin histéresis se puede utilizar el modelo de trozos lineales y representar la curva de saturación con dos pendientes donde la primera se encuentra en el eje vertical con un valor máximo de φr y la segunda pendiente corresponde a la inductancia en el núcleo de aire correspondiente a la zona de saturación, de esta forma es posible obtener flujo residual y simular adecuadamente condiciones de Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 b) b) Fig. 11. Energización en el valor máximo, a) con histéresis, b) sin histéresis. desenergización y re-energización de transformadores. La figura12 muestra el comportamiento del flujo y la corriente cuando se diseña una característica de saturación de dos pendientes simulada en PSCAD; se puede observar que el flujo se mantiene en el valor de φr correspondiente al modelo con histéresis, figura 12(a). Resultados semejantes se obtienen en ATP y MatLab. 3) Condiciones de sobreexcitación Para modelar condiciones de sobreexcitación, en los programas de simulación empleados, cuando se utiliza una curva de saturación sin histéresis, es necesario diseñar el codo de saturación con suficientes puntos y una característica de dos 71 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. Fig. 12. Re-energización en el valor máximo de flujo magnético con una curva de saturación de dos pendientes. pendientes no serviría para representar correctamente condiciones de sobreexcitación ya que su contenido armónico se ve afectado. Para analizar condiciones de sobreexcitación es recomendable modelar la característica no lineal del transformador mediante el lazo de histéresis o en su defecto una curva de saturación por trozos con los puntos que representen adecuadamente la zona de saturación. SELECCIÓN DEL MODELO PARA SU APLICACIÓN EN LA PROTECCIÓN DIFERENCIAL Modelar la corriente de magnetización suele ser una tarea compleja y demandante de mucho tiempo, por tal motivo se recurre a los programas de simulación de fenómenos electromagnéticos. Modelar la corriente de magnetización no es la única característica que se debe cumplir en la evaluación de algoritmos de protección diferencial de transformadores, los siguientes son requerimientos para dicha tarea: • Modelar corriente de magnetización de energización. • Modelar condiciones de sobreexcitación. • Simular la corriente de energización con flujo residual. • Modelar condiciones de falla interna. • Modelar condiciones de falla externa. • Modelar condiciones de saturación de TC. • Simular fallas interna con alto contenido de 2da armónica. • Simular transitorios como, tensión de restablecimiento (TRV). • Simular la energización de un transformador en paralelo al que se encuentra en servicio. Tabla II. Características de los programas para la aplicación en la protección diferencial. Saturación Programa Con Sin Histéresis Histéresis ATP MatLab Simulink PSCAD 72 Unidades Pu ● ● ● ● ● ● SI Otras características ● Programa de Transitorios electromagnéticos (EMTP). El modelo de transformador tiene opción de graficar la corriente del primario. Para simular el caso de máximo valor de corriente de energización asegurarse que el ángulo de la fuente de tensión sea 90°, 270°. Se puede modelar la característica de saturación con lazo de histéresis añadiendo una rama no lineal de inductancia con histéresis. ● Programa de simulación de sistemas dinámicos generales. El modelo de transformador tiene opción de graficar la corriente del primario, corriente de magnetización, densidad de flujo. MatLab es una herramienta poderosa para el tratamiento digital de la señal. Programa de Transitorios electromagnéticos (EMTP). El modelo de transformador tiene opción de graficar la corriente del primario y secundario, corriente de magnetización (modelo clásico) y densidad de flujo. Presenta dos métodos para modelar la característica de saturación. Cuenta con una librería de protecciones, donde se encuentran modelos de TC, filtros digitales y relevadores de protección (distancia, sobrecorriente, diferencial). Cuenta con un modelo de transformador para fallas internas. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. Los requerimientos mencionados son incluidos en el criterio de elección. La tabla II presenta las características principales consideradas en cada programa. Con el análisis de resultados obtenidos y las características de cada programa de simulación presentadas en la tabla II, se hace la elección de PSCAD como el programa de simulación de transitorios electromagnéticos para su aplicación a la protección diferencial. Considerado por los autores como la herramienta que presenta las mejores características para la tarea de obtención y evaluación. En la figura 13 puede verse el esquema de protección diferencial con restricción por armónicas, implementado en PSCAD®. Fig. 13. Esquema de protección diferencial con restricción por armónicas. Implementado en PSCAD®; a) sistema de prueba, b) filtros digitales (fundamental, 2da, 4ta y 5ta armónica), c) lógica de operación del relevador diferencial instantáneo (87U1) y lógica de operación del esquema diferencial con retención por armónicas (87R1). Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 En el esquema diferencial de la figura 13 se utilizaron TC’s, con modelos Jiles-Atherton no mostrados en la figura. En la figura 14 se muestra la operación de los relevadores con el método de discriminación tradicional de armónicos, ante una corriente de energización figura 14a) y una corriente de falla de cortocircuito figura 14b). En la figura 14a) y figura 14b), se puede ver que el relevador diferencial instantáneo 87U1 no opera debido a que la corriente no es lo suficientemente severa como para hacer operar esta unidad, ésta unidad solo opera para fallas muy severas. En la figura 14a), la unidad de restricción por armónicas 87R1 hace una identificación correcta, al no operar, debido a que la finalidad de ésta unidad es aumentar la región de no falla, sumando el contenido de 2da y 4ta armónica en la pendiente SLP. En la figura 14b), Fig. 14. Operación del relevador diferencial con retención por armónicas. a)corriente de energización, b)falla interna de cortocircuito. 73 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. la unidad de restricción por armónicas 87R1 hace una identificación correcta de la falla, mandando la señal de disparo del interruptor. PROPUESTA PARA REALIZAR LA DISTINCIÓN ENTRE CORRIENTE DE ENERGIZACIÓN Y FALLAS INTERNAS EN TRANSFORMADORES Buscando contribuir en la mejora del esquema de la protección diferencial se propone una metodología basada en dos etapas. En dichas etapas se busca realizar un algoritmo que discrimine entre corrientes de energización y corrientes de falla; finalmente se realizará la validación del nuevo algoritmo usando datos reales obtenidos en laboratorio. • Etapa 1. Desarrollo del algoritmo de protección. Se incluye la investigación y desarrollo de los algoritmos y su evaluación por simulación digital. Se tomarán datos de las simulaciones requeridas para la validación de algoritmos de protección diferencial de transformadores, mencionado en IV-C, y obtenidos previamente de.8 Con ésta base de datos se probará y verificará el algoritmo desarrollado. • Etapa 2. Validación del algoritmo en tiempo real. Se propone crear una versión virtual de la protección diferencial desarrollada. La versión virtual consta de una computadora equipada con una tarjeta de adquisición de datos. La corriente de falla y energización del transformador será adquirida por dicha tarjeta, después será procesada mediante los algoritmos desarrollados. CONCLUSIONES En el presente artículo se realizó una comparación de los modelos existentes en los programas de simulación de fenómenos electromagnéticos: EMTP/ATP©, PSCAD® y MatLab® (Simulink), y se seleccionó, revisando los parámetros del transformador que reconoce cada programa, el modelo que presenta las mejores características para su aplicación en el estudio del esquema de protección diferencial. Se expuso como la corriente de magnetización de energización, sobreexcitación, saturación de TC, transitorios en el SEP, y la energización de un 74 transformador paralelo puesto en servicio, son los factores que afectan el esquema de protección de porcentaje diferencial de transformadores. Se demostró que para desarrollar un algoritmo capaz de discriminar entre corrientes de magnetización y corrientes de fallas, para la protección diferencial de transformadores, no es necesaria la modelación del transformador con histéresis. Lo anterior debido a que las características esenciales de la corriente de energización, requeridas en la protección diferencial, son obtenidas de modelos sin histéresis y para estas mismas características no se requiere de una curva de saturación que represente el codo de la curva de forma exacta, por lo que se puede recurrir a características de saturación de dos pendientes cuando se requiera modelar condiciones de flujo residual. REFERENCIAS 1. J. Lewis Blackburn, Thomas J. Domin. Protective relaying principles and applications. Third edition. Taylor and Francis group, New York, 2006. 2. Ed. Phillip, A. Laplante, Electrical Engineering Dictionary. Boca Raton: CRC Press LLC, 2000 3. W. K. Sonnemann, C. L. Wagner, G. D. Rockefeller, “Magnetizing inrush phenomena in transformer banks” , AIEE Transactions, part III, vol.77, Oct. 1958. pp.884-892. 4. M. A. Arman, B. Jeyasura, “A State of art review of transformer protection algorithms” , IEEE Transactions on Power Delyvery, vol. 3, no. 2, April 1988, pp. 534-544. 5. P. Liu, O. P. Malik, D. Chen, G. S. Hope , Y. Guo, “Improved operation of differential protection of power transformers for internal faults” , IEEE Transactions on Power Delyvery, vol. 7, no. 4, 1992, pp. 1912-1919. 6. T. S. Siduh, M. S. Sachdev, H. C. Wood, M. Nagpal, “Desing, implementation and testing of a micro-processor-based high-speed relay for detecting transformer winding faults”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 7, no 1, 1992, pp. 108-117. 7. R. E. Cordray, “Percentage differential transformer protection,” Elect. Eng., vol. 50, pp. 361-363, May 1931. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. 8. Manitoba HVDC Research Center, PSCAD / EMTCD, V.4.2.1. 9. ATPDraw/EMTP Version 4.2 10. Matlab Software. Version 7.4, the Mathworks, Inc, Natick, MA, USA. 11. A. Martinez, A. Mork, “Transformer Modeling for Simulation of Low-Frequency Transients”, 2003 IEEE Power Engineering Society General Meeting 12. H. W. Dommel, Transformer Models in the Simulation of Electromagnetic Transients, Proc. 5th Power Systems Computing Conference, Cambridge, England, September 1-5, 1975, Paper 3.1/4. 13. A. Medina, J. Arrillaga, “Simulation of Multilimb Power Transformers in the HarmonicDomain”, IEE PROCEEDINGS-C, Vol. 139, No.3, May.1992, pp. 269-276. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 14. Francisco de León, Adam Semlyen, “A Simple Representation of Dynamic Hysteresis Losses in Power Transformers”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 10, No.1, pp. 315-321, January 1995. 15. C.E. Lin, C.L. Cheng C. L. Huang, “Hysteresis Characteristic Analysis of Transformer UnderDifferent Excitations sing Real Time Measurement”, IEEE Transactions on Power DeliveryVol. 6, No. 2, April 1991. 16. C. Pérez-Rojas, “Fitting saturation and hysteresis via arctangent functions”,IEEE, Power Engineering Review, Vol. 20, November 2000 pp. 55-57 17. IEEE Std. 242-2001, IEEE Recommended practice for protection and coordination of industial and commercial power system, IEEE, 2001 75 �Eventos y reconocimientos I. RECONOCIMIENTO A LA EXCELENCIA EN EL DESARROLLO PROFESIONAL UANL 2009 El pasado 22 de septiembre, por quinta ocasión, se llevó a cabo la entrega de “Reconocimientos a la Excelencia en el Desarrollo Profesional UANL 2009”, en el Aula Magna del Colegio Civil Centro Cultural Universitario. Durante la ceremonia el Ing. José Antonio González Treviño, Rector de la UANL, distinguió a 51 egresados de las diferentes facultades por su desarrollo profesional, el cual le da prestigio a nivel nacional e internacional a esta casa de estudios. Dentro del área de ingeniería fueron reconocidos los egresados de FIME-UANL: • Roberto González García Ingeniero en Control y Computación • Luis Guadalupe Díaz Morales Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones • Jaime Aguirre Sánchez Ingeniero Mecánico y Eléctrico • Raúl Fernández Manrique Ingeniero Administrador de Sistemas • Manuel Sergio González Salinas Ingeniero Mecánico Administrador El Rector de la UANL, Ing. José A. González, durante la entrega de los Reconocimientos a la Excelencia en el Desarrollo Profesional UANL 2009. 76 II. PREMIO MEJOR TESIS UANL 2008 El premio a las Mejores Tesis de Licenciatura y Maestría de la UANL, se ha venido consolidando como un instrumento eficaz para reconocer e incentivar a los estudiantes a realizar investigación. En esta ocasión la premiación se llevó a cabo el 23 de septiembre en la Sala de usos múltiples de la Biblioteca Universitaria “Raúl Rangel Frías”. En esta edición se recibieron 109 trabajos, de los cuales 59 fueron en nivel Licenciatura y 50 en Maestría; distribuidos en 6 categorías: Ciencias Agropecuarias, Ciencias de la Salud, Ciencias Naturales y Exactas, Ciencias Sociales y Administrativas, Educación y Humanidades; y Arquitectura, Ingeniería y Tecnología. En el área de Arquitectura, Ingeniería y Tecnología fueron premiadas las tesis: • “Síntesis por coprecipitación de BiVO4 (vanadato de bismuto), caracterización y evaluación de su actividad fotocatalítica en la degradación oxidativa de rodamina B en disolución acuosa”, elaborada por Ulises Matías García Pérez bajo la asesoría del Dr. Azael Martínez de la Cruz para obtener el grado de maestro en ciencias. Los ganadores del Premio de Tesis UANL 2008 en compañia de autoridades universitarias. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Eventos y reconocimientos • “Preparación y caracterización de películas delgadas de Sb2CS4:C (sulfato de antimonio dopado con carbón) para aplicación en celdas solares”, elaborada por Emma Cristina Cárdenas Orozco bajo la asesoría de la Dra. Bindu Krishnan para obtener el grado de licenciatura. Dentro del área de Ciencias Naturales y Exactas resultó premiada la tesis: • “Implementación computacional de un procedimiento de búsqueda voraz, aleatorizado y adaptativo para el diseño eficiente de territorios de atención comercial con requerimientos de asignación conjunta” elaborada por Saúl Isaí Caballero Hernández, bajo la asesoría del Dr. Roger Z. Ríos Mercado para la obtención de su grado de maestro. III. CONDECORAN AL DR. UBALDO ORTIZ MÉNDEZ COMO CABALLERO DE LA ORDEN DE LAS PALMAS ACADÉMICAS DE LA REPÚBLICA FRANCESA El pasado 8 de octubre el Dr. Ubaldo Ortiz Méndez, Secretario Académico de la UANL recibió las Palmas Académicas por parte de Daniel Parfait, representante del Gobierno de Francia, por su trayectoria profesional en la educación. Durante la ceremonia se le hizo un homenaje por su carrera profesional, en su calidad de docente, investigador y funcionario de la UANL, así como por su compromiso en el campo de la educación pública en nuestro país. Dicho reconocimiento fue instituido en 1808 por Napoleón, con el objetivo de honrar con medallas al mérito a miembros de la universidad francesa. Daniel Parfait representante de Francia felicita al Dr. Ubaldo Ortíz Méndez. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Posteriormente, en 1866, las Palmas comenzaron a entregarse a quienes trabajan por la educación. En 1955, el presidente René Coty instituyó tres grados dentro de la Orden: caballero, oficial y comendador. IV. 62 ANIVERSARIO DE LA FIME-UANL Durante la semana del 19 al 23 de octubre tuvo lugar la celebración del sexagésimo segundo aniversario de la FIME-UANL, en el que se realizaron eventos académicos, culturales, deportivos y sociales. ALMUERZO DE LA FRATERNIDAD El Director de la FIME, el M.C. Esteban Báez Villarreal presidió el 17 de octubre el tradicional “Almuerzo de la Fraternidad”, donde convivieron maestros y egresados de diferentes generaciones y que sirve de preámbulo a la semana de aniversario. Asistentes al tradicional “Almuerzo de la Fraternidad” de la FIME-UANL. SIMPOSIO INTERNACIONAL SOBRE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA 2009 El 20 de octubre se inauguró el XVI Congreso Internacional sobre Educación, Ciencia y Tecnología. La ceremonia fue presidida por el M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME; el Dr. Ubaldo Ortiz Méndez, Secretario Académico de la UANL, y el Ing. Rogelio G. Garza Rivera, Director del CIIDIT de la UANL en representación del Dr. Jesús Ancer Rodríguez, Secretario General, en funciones de Rector de nuestra máxima Casa de Estudios. Durante su discurso de inauguración el Ing. Esteban Báez Villarreal manifestó que “En la FIME estamos comprometidos con la generación y 77 �Eventos y reconocimientos Maestros y alumnos asistentes al Simposio internacional sobre Educación, Ciencia y Tecnología 2009. producción de ciencia y tecnología y son precisamente estas razones las que nos impulsan a que nos reunamos y compartamos las expectativas a corto y mediano plazo de la aplicación en los campos del conocimiento, de la investigación y de la innovación, a nivel local, nacional e internacional”. En el marco de este simposio se ofrecieron diferentes conferencias, entre las que destacan: • “Desarrollo logístico en sudamérica y formación de especialistas polivalentes y multidisciplinarios”, impartida por el Dr. Alberto Ruibal, profesor de la Universidad Autónoma del Occidente, Colombia. • “Tribology of hip and knee total joint prostheses”, estando a cargo del Dr. Saverio Affatato, Director de Tribología Físico Sanitaria, Istituti Ortopedici Rizzoli, Italia. • “La importancia de la ingeniería de manufactura en el desarrollo de la naciones”, impartida por el Dr. Víctor Jacobo Armendáriz, de la Facultad de Ingeniería de la UNAM. RECONOCIMIENTOS AL MÉRITO Durante la inauguración de la semana de aniversario fueron entregados los reconocimientos al mérito a las siguientes personas. • Mérito a la Docencia: Ing. Juan Antonio Franco Quintanilla • Mérito a la Investigación: Dr. Roger Z. Ríos Mercado y Dr. Conrado Borraz Sánchez • Mérito al Desarrollo Profesional: Ing. Roberto González García, Ing. Raúl Fernández Manrique, Ing. Luis Guadalupe Díaz Morales, Ing. Jaime Aguirre Sánchez, Ing. 78 El Dr. Martin E. Reyes Melo recibiendo el reconocimiento a su investigación de manos del M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME-UANL. • • • • Manuel Sergio González Salinas y Ing. Marco Antonio Palomo Guardado Mérito a la Innovación Tecnológica: Dr. Marco A. Ludovic Hernández Rodríguez Mérito a la Excelencia Deportiva: Srita. Paola Michell Longoria López Premio al mejor trabajo de Investigación en el Área de Ingeniería y Tecnología: Dr. Juan Ángel Rodríguez Liñan y el Dr. Jesús de León Morales Premio al mejor trabajo de Investigación en el Área de Ciencias Exactas: Dr. Virgilio A. González González, Dr. Marco Antonio Garza Navarro, Dr. Moisés Hinojosa Rivera, Dr. Martín Edgar Reyes Melo y Dr. Alejandro Torres Castro MÉRITO ACADÉMICO ESTUDIANTIL Y GRUPO DE LOS 100 Dentro de las actividades de la semana de aniversario de nuestra Facultad, se llevó a cabo la Ceremonia de Reconocimiento al Mérito Académico Estudiantil y a los alumnos del Grupo de los Cien, que en esta ocasión tuvo lugar el 21 de octubre. Los alumnos distinguidos con el Mérito Académico son: De León Medellín Leonela Cristal IEA 99.349 Vargas Sosa Víctor Jafet IMTC 98.011 Hinojosa Tapia Claudia Liseth IAS 96.653 Vega Valencia David Alejandro IME 96.055 Moreno Córdova Juan Roberto IMA 95.988 Martínez Castro Aldo Antonio IEC 95.329 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Eventos y reconocimientos Alumnos que recibieron el Reconocimiento al Mérito Académico, acompañados por el M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME-UANL. CARRERA CONMEMORATIVA 6.2 KM. Como cierre a los festejos del 62 aniversario se efectuó la tradicional carrera conmemorativa, la cual consistió en un recorrido de 6.2 km en el circuito de Ciudad Universitaria, contando con gran afluencia de corredores, entre maestros, alumnos y comunidades en general. Después se premió a los ganadores de las diferentes categorías y se efectuó una convivencia familiar en el estacionamiento principal. M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME-UANL, dando la señal de arranque de la Carrera Conmemorativa 6.2 Km. de la FIME-UANL. V. TOMA DE PROTESTA DEL DR. JESÚS ANCER RODRÍGUEZ COMO RECTOR DE LA UANL El pasado 28 de octubre teniendo como sede el Teatro Universitario del Campus Mederos, se llevó a cabo la ceremonia de toma de protesta como rector de la UANL del Dr. Jesús Ancer Rodríguez para el periodo comprendido de 2009 a 2012. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Toma de protesta del Dr. Jesús Ancer Rodríguez como Rector de la UANL, para el período 2009-2012. La ceremonia fue dirigida por el M.C. Guadalupe Evaristo Cedillo Garza, Presidente de la Junta de Gobierno de la UANL. Tras la toma de protesta el Dr. Ancer Rodríguez en su primer mensaje como Rector de la UANL comentó: “Es difícil concebir un honor más grande para un universitario, que el de convertirse en rector de la institución en la que primero fue estudiante y más tarde maestro, investigador y directivo; hoy tengo el más grande honor, pero al mismo tiempo, la más alta responsabilidad, porque en el momento que nos toca vivir, las instituciones de educación superior están llamadas a jugar un papel principal en el desarrollo del país”. VI. DESIGNAN AL ING. ROGELIO G. GARZA RIVERA COMO SECRETARIO GENERAL DE LA UANL El 29 de octubre del presente el Dr. Jesús Ancer Rodríguez, Rector de la Máxima Casa de Estudios designó al Ing. Rogelio G. Garza Rivera como Secretario General de la misma. El Ing. Rogelio G. Garza Rivera al recibir el nombramiento de Secretario General de la UANL del Rector de la UANL el Dr. Jesús Ancer Rodríguez. 79 �Eventos y reconocimientos En la misma ceremonia se ratificó al licenciado Jaime Gutiérrez Arguelles, como Abogado General de la institución; así como al maestro Lázaro Vargas Guerra, titular del Departamento Escolar y de Archivo, dependencias clave en el funcionamiento de la institución. VII. PREMIO DE TESIS EN INGENIERÍA ELÉCTRICA El jueves 19 de noviembre de 2009, las autoridades de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), del Fideicomiso para el Ahorro de Energía (FIDE) y del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) otorgaron, en las instalaciones de éste último en Cuernavaca, Morelos, los reconocimientos a los ganadores de los XXIV Certámenes Nacionales de Tesis 2007-2008. El Dr. Manuel Antonio Andrade Soto, quien actualmente es profesor del Doctorado en Ingeniería 80 Foto oficial de los galardonados con los premios de Tesis en Ingeniería Eléctrica 2007-2008. Eléctrica en FIME-UANL, obtuvo el Primer Lugar, Nivel Doctorado en la especialidad de Redes Eléctricas, con su tesis “Análisis y caracterización de oscilaciones no lineales en sistemas de potencia empleando análisis espectral de Hilbert”. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Septiembre 2009 - Noviembre 2009 Alejandro Aquino Bustos, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 1 de septiembre de 2009. Juan Martín Garza Martínez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, Proyecto corto, 25 de septiembre de 2009. Mauricio Alejandro Méndez Villa, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Manufactura, “Justificación de uso de robots cartesiano en una celda de manufactura”, 8 de septiembre de 2009. Alejandro Vladimir Lara Mendoza, Maestro en Ciencias en Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Determinación de las propiedades de una aleación incdoy 909 para aplicación aeroespacial a diferentes condiciones”, 28 de septiembre de 2009. Nasser Mohamed Noriega, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Compuesto dimetilsiloxano y titaniato de bario con índice de refracción ajustable mecánicamente”, 11 de septiembre de 2009. Ruffo Eder Soriano González, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, Proyecto de investigación: “Análisis de las exportaciones de piña en México”, 18 de septiembre de 2009. Humberto David Guerra Encinas, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, “Impacto de la crisis económica y el acervo al fraccionamiento en las pequeñas y medianas empresas”, 21 de septiembre de 2009. Raúl Omar Garrido Saldaña, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 21 de septiembre de 2009. Emilio Adrián De la Garza Carrasco, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Evaluación de desempeño de una empresa de manufactura”, 25 de septiembre de 2009. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Guillermo Ahumada Castro, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Examen por materias), 28 de septiembre de 2009. Jonathan Sánchez Cárdenas, Maestro en Ciencias en Materiales, “Efecto de la microestructura en el escalamiento topométrico en superficies de fractura de nylon”, 2 de octubre de 2009. Héctor Arnoldo Leopoldo Rodríguez Rodríguez, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Manufactura, (Examen por materias), 2 de octubre de 2009. Flor Araceli García Castillo, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Manufactura, “Análisis y predicción de maquinado de aleaciones de titanio t:64”, 9 de octubre de 2009. Myrthala Izet Arellano García, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 12 de octubre de 2009. Perla Elizabeth Cantú Cerda, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Análisis y optimización estructural de redes complejas”, 12 de octubre de 2009. 81 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Beatriz Adriana Castillo Torres, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 12 de octubre de 2009. René Graciano Torres, Maestro en Ciencias en Ingeniería Eléctrica con especialidad en Control, (Examen por materias), 9 de noviembre de 2009. José Ricardo Botello Orozco, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Proyecto corto: ¿cuál es el mejor lugar para trabajar?”, 13 de octubre de 2009. Octavio Alfaro Cuevas Villanueva, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientacion en Producción y Calidad, (Examen por materias), 9 de noviembre de 2009. Dante Salvador Salazar Monarres, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, “Oportunidad de mejora continua en el departamento escolar y de archivo de la UANL”, 15 de octubre de 2009. Ernesto Siller Guzmán, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Examen por materias), 16 de octubre de 2009. Aldo Romero Zamarripa, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Examen por materias), 20 de octubre de 2009. Humberto Valdés Carrillo, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Proyecto corto: optimización del uso y control de materiales de empaque de la planta Vitro flotado García”, 27 de octubre de 2009. René González Segura, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Manufactura, (Examen por materias), 28 de octubre de 2009. Alejandro Garza Román, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Manufactura, (Examen por materias), 28 de octubre de 2009. Luz Elisa Garza González, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, “Exportación de frutas tropicales a la provincia de Quebec, en Canadá”, 30 de octubre de 2009. Guadalupe Adriana Salazar Cavazos, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 9 de noviembre de 2009. 82 Edgar Leonel Montelongo Concha, Maestro en Ingeniería con orientacion en Mecatrónica, (Examen por materias), 11 de noviembre de 2009. Javier Rangel Carmona, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientacion en Producción y Calidad, Proyecto corto, 11 de noviembre de 2009. Abraham Arphxad Alpuche, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientacion en Relaciones Industriales, “Materias de titulación: algunas consideraciones teóricas para el optimismo desarrollo en los rols. Labs.”, 11 de noviembre de 2009. Rubén Eduardo Moreno, Maestro en Ingeniería con orientacion en Mecatrónica, (Examen por materias), 17 de noviembre de 2009. Jorge Alberto Castillo Garza, Maestro en Ciencias en Ingeniería con especialidad en Materiales, “Deformación plástica en una aleación de aluminio tipo 6063”, 19 de noviembre de 2009. Alexander Ruiz Genovez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, Proyecto corto: “Análisis comercial y financiero para gimnasio”, 27 de noviembre de 2009. Arturo Hernández Ramírez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 27 de noviembre de 2009. Claudia Moreno Rodríguez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 30 de noviembre de 2009. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Acuse de recibo EPISTEMUS EL FARO EPISTEMUS es una publicación semestral de divulgación, que busca promover la cultura científica, tecnológica y de la salud, presentando una selección de la producción académica de la Universidad de Sonora. El contenido aparece dividido estratégicamente en cuatro secciones: Proyectos de investigación, Desde la academia, Políticas de ciencia y tecnología, y CTS Epistemus, que es donde se ofrecen interesantes notas cortas sobre temas de actualidad. Como un ejemplo se puede tomar el número del segundo semestre de 2009, en el que se describen estudios sobre plantas de energía solar en el país, el uso de fuentes alternas de energía cubriendo diversas políticas en ese sector. En el área de salud se mencionan dos enfermedades comunes en la actualidad, el tabaquismo y la tuberculosis. En física y la salud se explican algunos casos de tumores y se hace una descripción directa y clara de lo que es la sangre en el sistema circulatorio. Esta revista se puede consultar en línea en http:// www.ingenierias.uson.mx (JAAG) Este boletín informativo, “El faro, la luz de la ciencia”, editado por la Coordinación de la Investigación Científica de la UNAM, aparece mensualmente con excepción de los meses de julio y agosto, presenta artículos cortos, de divulgación científica, con un estilo ligero, ajustados a dos páginas, una impresión pulcra, pero con una falta de estilo definido en las ilustraciones. Los temas tratados son atractivos, por ejemplo en el número 102, del año IX, correspondiente al 3 de septiembre de 2009, se aborda: la simetría en la naturaleza, la ciencia de la levadura de pan, el desafio de las bolsas de plástico, la astronomia y los pueblos antiguos, entre otros temas. Además se presentan un editorial, pequeñas notas informativas, reseñas y hasta acertijos. No se encontró el ISSN de la publicación, ni se encuentran fichas de los autores en esta publicación de sólo 18 páginas más forros. Para mayor información se puede contactar al correco electrónico: boletin@cic-ctic.unam.mx Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 (FJEG) 83 �Colaboradores Aguilar Garib, Juan Antonio Ingeniero Mecánico y Maestro en Metalurgia por el Instituto Tecnológico de Saltillo. Doctorado en Ingeniería de Materiales por la UANL en 1991. Estancia de investigación en la Universidad de Texas en Austin (1997-1998). Premio de Investigación UANL en 1991, 2001 y 2003, y Premio TECNOS en el 2000. Es Profesor Investifgador de la FIMEUANL, miembro del SNI, nivel 1 y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Caballero Hernández, Diana Bióloga por la FCB-UANL, 1er. lugar de su generación. Es maestra en Inmunobiología y doctora en ciencias con especialidad en Microbiología por la UANL. Ha sido reconocida con el Mérito Académico UANL y con el premio a la mejor tesis de maestría en el área de Ciencias Naturales UANL 2004. Chávez Guerrero, Leonardo Ingeniero Mecánico Metalúrgico (2001) y Maestro en Ingeniería de Materiales (2004) por la FIME-UANL. Doctorado en Nanociencias y Nanotecnología (2008) por el Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IPICyT). Actualmente es profesor investigador de la FIME y el CIIDIT. Premio Mejor Tesis de Licenciatura UANL (2001). Premio Estatal de la Juventud N.L. en 2003 y 2007. Premio Desarrollo Rural Sustentable S.L.P. (2006). Díaz de la Torre, Sebastián Ingeniero Químico por la Universidad Autónoma de Zacatecas, Maestro en Ingeniería Metalúrgica en la ESIQIE – IPN y Doctor en Ciencias de Materiales e Ingeniería en la Universidad de Kyoto, Japón. Profesor titular en el CIITEC – IPN. 84 García Pérez, Ulises Matías Licenciado en Química Industrial por la UANL y Maestro en Ciencias con especialidad en Materiales por la FIME-UANL. Actualmente es estudiante del Doctorado de Materiales de la misma Institución. Premio Mejor Tesis de Maestría-UANL en el área de Ingeniería, Tecnología y Arquitectura (2008). Garza Navarro, Marco A. Ingeniero Mecánico Electricista (2004) y Doctorado en Ingeniería de Materiales (summa cum laude, 2009) por la FIME-UANL. González González, Virgilio A. Químico Industrial con Maestría en Química Orgánica por la FCQ-UANL y Doctorado en Ingeniería de Materiales por la FIME-UANL. Ha sido investigador en el campo de los polímeros desde 1975. Es miembro del SNI nivel II. Es profesor investigador de tiempo completo de la UANL desde 1998. Hernández Durán, Osbeidy Ingeniero Mecánico (2007) y Maestrante en ciencias técnicas por la Universidad de Holguín (UHo) “Oscar Lucero Moya” de Cuba. Es especialista en energía de la Empresa de Servicio de Carga de Holguín. Hinojosa Rivera, Moisés Ingeniero Mecánico Administrador (1988), Maestría (1991) y Doctorado (1996) en Ingeniería de Materiales por la FIME-UANL, Posdoctorado en ONERA (Chatillôn Francia, 1997-1998). Miembro del SNI nivel I y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Profesor-Investigador de la FIMEUANL desde 1998. Actualmente es Subdirector de Posgrado de la FIME-UANL. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Colaboradores Idárraga Ospina, Gina Ingeniera Electricista por la Universidad Nacional de Colombia- Sede Medellín (2002). Doctora en Ingeniería Eléctrica, Universidad Nacional de San Juan (UNSJ), Argentina (2007). Investigadora invitada de la Friedrich Alexander Universität, Erlangen-Nürnbert, Alemania (2006). Actualmente Profesora Investigadora de la FIME-UANL. Marines Castillo, Víctor Ingeniero Mecánico Electricista por la UANL (2006). Actualmente cursa la Maestría en el Programa Doctoral de Ingeniería Eléctrica de la FIME-UANL. Martínez-De la Cruz, Azael Licenciado en Química Industrial por la UANL y Doctor en Ciencias Químicas por la Universidad Complutense de Madrid. Actualmente es profesor investigador de FIME-UANL, ha obtenido 3 premios de Investigación UANL, 1 reconocimiento como asesor de la mejor tesis de maestría-UANL (2008) y 3 premios Nacionales de Investigación. Miembro del SNI, nivel II. Mombello, Enrique Esteban Ingeniero Eléctrico en 1982 y Doctor en Ingeniería Eléctrica en 1998, por la Universidad Nacional de San Juan (UNSJ), Argentina. Académico e investigador del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Argentina) de 1982 a 1989 y de 1991 a 1998. Beca académica 1989-1991 en el Instituto de Alta Tensión de la RWTH Aachen, Alemania. Actualmente es Profesor Investigador del Instituto de Energía Eléctrica de la UNSJ, Argentina. Peña Escobio, Damaris Ingeniera Industrial (2003) y Maestrante en ciencias técnicas por la Universidad de Holguín (UHo) “Oscar Lucero Moya” de Cuba. Ostenta la categoría docente de Profesor asistente. Es especialista en calidad de la Organización Básica Eléctrica de Holguín. Reyes Melo, Martín Edgar Ingeniero en Industrias Alimentarias por la UANL. Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica por la FIME-UANL Doctorado en Ingeniería de Materiales (2004) en la Université Paul Sabatier de Toulouse, Francia. Miembro del SNI, nivel I. Premio a la Mejor Tesis de Maestría UANL 1999. Premio Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 de Investigación UANL 1999 y 2004. Es catedrático investigador en la FIME y el CIIDIT de la UANL. Rigol Cardona, Buenaventura Rubén Ingeniero Mecánico (1998) y Maestro en Ciencias Técnicas (2005) por la Universidad de Holguín (UHo) “Oscar Lucero Moya” de Cuba. Ostenta la categoría docente de Profesor asistente. Becario SEP en el CIITEC IPN. Rojas Sandoval, Javier Licenciado en Historia y Maestría en Metodología de la Ciencia por la UANL. Estudios de doctorado en la Universidad Iberoamericana. Profesor e investigador de la UANL. Director de la página: www.monterreyculturaindustrial.org. Miembro de The International Commitee for the Conservation of the Industrial Heritage y el Comité Mexicano para la Conservación del Patrimonio Industrial. Sánchez Jiménez, Juán José Doctor en Ciencias Técnicas en la Universidad Central de Las Villas, Cuba, en 1990. Actualmente es Profesor Investigador Titular C del Departamento de Ingeniería Mecánica Eléctrica de la Universidad de Guadalajara. Torres Castro, Alejandro Doctorado en Ingeniería de Materiales por la UANL. Pos-doctorado en el departamento de Ingeniería Química en la Universidad de Austin en Texas. Actualmente es profesor investigador en el área de materiales en la FIME-UANL. Es Candidato en el Sistema Nacional de Investigadores. Zaid, Gabriel Poeta y ensayista. Ingeniero Mecánico Administrador por el ITESM, Monterrey (1955), con una tesis sobre la industria del libro. Recibió el premio Xavier Villaurrutia (1972). Fue miembro del consejo de la revista Vuelta (1976-1992) y de la Academia Mexicana de la Lengua (1986-2002). Ingresó en El Colegio Nacional el 26 de septiembre de 1984. Zerquera Izquierdo, Mariano Doctor en Ingeniería Eléctrica en la Universidad Central de Las Villas, Cuba (1984). Trabaja como Profesor Investigador Titular C del Departamento de Ingeniería Mecánica Eléctrica de la Universidad de Guadalajara. 85 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, profesores e investigadores a colaborar en la revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril, reportes de investigación, reportajes y convocatorias. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Se aceptarán trabajos en inglés solamente de personas cuyo primer idioma no sea el español. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo el veredicto inapelable. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, precisión de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. CRITERIOS EDITORIALES En el caso de los trabajos de revisión o divulgación el autor debe demostrar que ha trabajado y publicado en el tema del artículo, debe ofrecer una panorámica clara del campo temático, debe separar las dimensiones del tema y evitar romper la línea de tiempo y considerar la experiencia nacional y local, si la hubiera. No se aceptan reportes que muestren solamente mediciones. Los artículos deben contener la presentación de resultados de medición acompañados de su análisis detallado, un desarrollo metodológico original, una manipulación nueva de la materia o ser de gran impacto y novedad social. Sólo se aceptan modelos matemáticos si son validados experimentalmente por el autor. No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen mediciones y se efectúe 86 un análisis de correlación para su validación. No se aceptan trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntas. LINEAMIENTOS EDITORIALES Para su consideración editorial es requisito enviar: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, en CD o por E-mail a la dirección: revistaingenierias@gmail.com El título del artículo no debe exceder de 80 carácteres. El número máximo de autores por artículo es cuatro. La extensión de los artículos no deberá exceder de 8 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como en inglés. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg Para cualquier comentario o duda estamos a disposición de los interesados en: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, 1er. piso, ala norte. Tel.: 8329-4000 Ext. 5854 Fax: 8332-0904 E-mail: revistaingenierias@gmail.com Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2010 Volumen Volumen de la revista 13 Número Número de la revista 46 Mes de publicación Mes cuando se publicó Enero-Marzo Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2010, Vol 13, No 46, Enero-Marzo Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Elizondo Garza, Fernando J., 1954-, Director Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Méndez Cavazos, Julio César, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/01/2010 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2020809 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Rights Information about rights held in and over the resource Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Biopolímeros Corriente de energización Fotocatálisis Industria textil Nanotecnología Wikipedia