1 20 2 https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20799/Ingenierias_2017_Ano_20_No_76_Julio-Septiembre.pdf 3f5d9fa35cc0cdcb23191fcaf35daa26 PDF Text Text ��76 Contenido Julio-Septiembre de 2017, Vol. XX, No. 76 2 Directorio 3 Editorial: Juntos por FIME con identidad y orgullo Jaime Arturo Castillo Elizondo 6 Modelado de turbina eólica con generador de inducción para análisis de estabilidad de señal pequeña Gina Idárraga Ospina, Gerardo Blanco Bogado, Arturo Conde Enríquez, Vicente Cantú 18 Transmisión de datos mediante onduletas Battle-Lemarié Francisco Javier Pío Mendoza, José Antonio de la O Serna 29 Impacto de la inversión en outsourcing y el desempeño del desarrollador de software José Luis Cantú Mata 42 Proceso de automatización para el envío de información contable a un sistema SAP Sergio Alcaraz Corona, Joel Estrada Gámez 55 Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB Jesús G. Puente Córdova, Edgar Reyes Melo, Beatriz López Walle 73 Eventos y reconocimientos 75 Tesistas titulados de Maestría en la FIME-UANL 76 Colaboradores 78 Información para colaboradores 79 Código de ética Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 � �DIRECTORIO Ingenierías, Año XX N° 76, julio- septimbre 2017. Es una publicación trimestral, editada por la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Domicilio de la Publicación: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Teléfono: +52 (81) 83294020 Ext. 5854, Fax +52 81 83320904. Editor responsable: Dr. Juan Antonio Aguilar Garib. Reserva de derechos al uso exclusivo No. 04-2011-101411064600-102, ISSN: 1405-0676. Número de certificado de licitud de título y contenido: 15,525, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. 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Garza Rivera Rector M.A. Carmen del Rosario de la Fuente García Secretario General Dr. Santos Guzmán López Secretario Académico Dr. Celso José Garza Acuña Secretario de Extensión y Cultura Lic. Antonio Ramos Revillas Director de Editorial Universitaria FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Dr. Jaime A. Castillo Elizondo Director Dr. Juan Antonio Aguilar Garib Editor responsable M.C. Cyntia Ocañas Galván M.C. Jesús G. Puente Córdova Redacción Gregoria Torres Garay Tipografía y formación M.A. José Luis Martínez Mendoza Diseño M.C. Adán Ávila Cabrera Fotografía Ing. Cosme D. Cavazos Martínez Webmaster René de la Fuente Franco Impresor CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Mauricio Cabrera Ríos, Puerto Rico. UPRM / Dr. Cezar Henrique Gonzalez, Brasil. UFPE, Recife-Pernambuco / Dra. Ruth Kiminami, Brasil. UFSC, San Pablo / Dr. Juan Jorge Martínez Vega, Francia. Universidad de Toulouse III / Dr. Juan Miguel Sánchez, USA. UT-Austin / Dr. Zarel Valdez Nava, Francia. 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Ríos Mercado, FIME-UANL / Dr. Juan Ángel Rodríguez Liñán, FIME-UANL. � Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 75 �Editorial: Juntos por FIME con identidad y orgullo Jaime Arturo Castillo Elizondo Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica jaime.castilloe@uanl.mx Suelo cerrar mis mensajes con esta expresión: “Juntos por FIME con identidad y orgullo”, que, aunque parece sencilla, lleva el compromiso de la historia que hemos pasado y la que estamos construyendo para el futuro, por lo que es algo que tengo presente en todo momento que dedico a la facultad. Este compromiso me motiva para presentarles una reflexión al respecto de esta expresión con la que seguramente muchos ya estamos familiarizados, y confío que identificados. Precisamente, de los tres elementos que componen esta expresión el más contundente en cuanto a su significado es la identidad, el cual es un concepto que puede tener cierto grado de complejidad porque no se refiere a algo que construimos nosotros mismos, es algo que se recibe como herencia, y se tiene la obligación de fortalecer para transferirlo más adelante, de manera que es común que la descripción de la identidad comience por narraciones en las que hay decisiones acertadas y actuaciones brillantes, que sólo pueden ser valoradas hasta que la historia da constancia de su trascendencia y fundamento de lo que hoy somos. La identidad no puede darse mediante un decreto, sino que se va formando con el trabajo colaborativo, no solo entre contemporáneos, sino que va trascendiendo generaciones. La identidad de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica comenzó a construirse desde su fundación, en parte como heredera de la identidad universitaria, cuyo origen podría rastrearse hasta el Real y Tridentino Colegio Seminario de Monterrey del siglo XVIII, la Escuela de Medicina fundada por el doctor José Eleuterio González “Gonzalitos”, la Escuela de Jurisprudencia y el Colegio Civil. De esa misma manera, la identidad de la FIME se sustenta y se fortalece con la obra de cada generación, o administración de la facultad. Si se hace una comparación con la descripción común de la identidad nacional, se podrá apreciar que se fundamenta en muchos sucesos, los héroes que nos dieron patria son apenas el principio, y aunque son elementos esenciales de la identidad, no lo fueron hasta que se entiende en el presente la importancia de sus actos. Sobre este principio, tan importante como lo que se hizo es lo que se siguió haciendo después y se hace hoy en favor del engrandecimiento social, cultural y económico de México. Cada persona que hace cabalmente lo que le corresponde hacer, contribuye a ese proyecto de nación, y guardando toda proporción, igual ocurre con el proyecto de la FIME. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 � �Juntos por FIME con identidad y orgullo / Jaime Arturo Castillo Elizondo Las manifestaciones de la identidad están presentes en todas las actividades, ya sean culturales, académicas, artísticas y de folklore. En la FIME se reflejan externamente de la manera más simple en los colores verde y blanco, en la huella y en el oso, pero lo esencial son los valores que nos identifican y que se suman al carácter universitario, al de nuevoleoneses, al de norteños y mexicanos, que en común gustan del trabajo bien hecho. Todo esto se transmite de generación a generación, de padres a hijos, de maestros a alumnos, de compañero a compañero, de modo que se genera un sentido de permanencia y pertinencia que proviene de nuestros intereses y valores comunes y del sentimiento de que, así como los fundadores tuvieron su parte en el nacimiento de la FIME, nosotros tenemos la nuestra en su crecimiento y reputación, y a la vez somos los fundadores de elementos que serán tomados en el futuro. Un ejemplo de la amplitud de la identidad es el número de foros y reuniones que se organizan en diferentes países sobre este concepto, especialmente en su acepción de identidad nacional, a fin de entenderla, fortalecerla y mostrarla. Sin embargo, para los fines de este mensaje considero que ha sido descrita suficientemente y puedo pasar a los otros dos aspectos: juntos y orgullo. Juntar significa reunir, no necesariamente en lo físico, pero si en lo que son nuestros principios comunes que nos invitan a unirnos, en este caso, “juntos” es un recordatorio de que aprovechando la riqueza que brinda la diversidad ideológica propia de un medio universitario, la unión en una causa hace la fuerza, así de simple. El orgullo por otra parte resulta mucho más natural, convencidos de que lo que hacemos tiene valor, y los logros nos proporcionan un cierto sentido de satisfacción, y los hacemos nuestros en trabajo y mérito, independientemente del lugar de la universidad en el que se generen. El crecimiento del país, la UANL y la FIME, depende de las acciones de todos, recordando que ninguna se puede considerar tan pequeña que no sea digna de crédito ni tan grande que vuelva insignificantes a las demás. Entre las muchas formas que tiene la FIME de mostrar su obra, aparte de la propia formación de ingenieros y científicos, está la difusión del conocimiento mediante la revista Ingenierías, y quiero aprovechar la ocasión para felicitar a la FIME por esta publicación que celebra en este año su 20 aniversario. Esta revista también construye su propia identidad a partir de sus antecedentes en boletines departamentales y publicaciones que a pesar de su vida corta, proporcionaron enseñanzas que fueron de gran utilidad para lanzar en 1998 esta revista. Quiero agradecer a todos los autores que han enviado trabajos para su arbitraje y posible publicación en esta revista, especialmente a los autores que proveyeron los primeros artículos, aceptando la invitación para escribir y ofreciendo su reputación en favor de la identidad de nuestra facultad, ya que su alcance no se limita a la comunidad universitaria por estar en el sitio web de publicaciones de la UANL, sino que puede ser consultada desde cualquier parte del mundo. También quiero reconocer a los estudiantes que han presentado su primera publicación arbitrada en esta revista, ya que cumplen con un ejercicio esencial en la formación de investigadores y muy importante en la formación de profesionistas. � Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 75 �Juntos por FIME con identidad y orgullo / Jaime Arturo Castillo Elizondo Al igual que muchos logros de la FIME, tales como el Reconocimiento Internacional Europeo sello EUR-ACE para los programas IAS e IMA, además de las certificaciones de CACEI, CIEES y ABET, la revista Ingenierías es también objeto de identidad y orgullo. De algún modo todos apreciamos la unión, la identidad y el orgullo por nuestra facultad, y en lo particular suelo expresarlo en voz alta, suelo escribirlo y recalcarlo, porque así lo siento: “Juntos por FIME con identidad y orgullo”, es un reconocimiento al trabajo colaborativo de muchos y a la labor que fortalece la identidad y el sentido de pertenencia, al mismo tiempo que es un llamado para que todos asumamos el compromiso de actuar en favor de nuestra facultad. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 � �Modelado de turbina eólica con generador de inducción para análisis de estabilidad de señal pequeña Gina Idárraga Ospina*, Gerardo Blanco Bogado**, Arturo Conde Enríquez*, Vicente Cantú Gutierrez* *Universidad Autónoma de Nuevo León, FIME **Universidad Nacional de Asunción, Asunción, Paraguay gidarraga@gmail.com RESUMEN En este trabajo se presenta un modelo de turbina eólica de velocidad variable con generador de inducción doblemente alimentado, para análisis de estabilidad de pequeña señal. Los modelos de los componentes del sistema en espacio de estados son presentados en una estructura general. Los resultados obtenidos muestran la respuesta del modelo ante una señal de velocidad de viento generada y el análisis de estabilidad de pequeña señal realizado para diferentes escenarios de red. Se define claramente el efecto de la robustez de la red eléctrica sobre la estabilidad de pequeña señal de este sistema de turbina eólica y generador, conectada a la red por medio de una línea de transmisión. PALABRAS CLAVE Turbina eólica de velocidad variable, generador de inducción doblemente alimentado, estabilidad de pequeña señal. ABSTRACT A model of a variable speed eolic turbine with a double fed induction generator for analysis of small signal is presented in this work. The models of the components of the system in space state are presented in a general structure. The results show the response of the model before a generated signal of wind speed and the stability analysis of the small signal for different network scenarios. The effect of robustness of the electric network over the stability of the small signal in this system of eolic turbine and generator connected to the network by means of transmission lines is clearly defined. KEYWORDS Variable speed eolic turbine, double fed induction generator, small signal stability. � Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Modelado de turbina eólica con generador de inducción para análisis de estabilidad... / Gina Idárraga Ospina, et al. INTRODUCCIÓN Las energías renovables han tenido un importante desarrollo como generación distribuida en los sistemas eléctricos de potencia (SEP) como una alternativa de bajo costo para alimentar zonas de consumo aisladas reduciendo las pérdidas de suministro al evitar la construcción de líneas de transmisión y aprovechando los recursos naturales existentes en la región, principalmente la energía solar y la energía eólica. Además, la generación eólica se ha desarrollado rápidamente debido a que disminuye la producción de gases de efecto invernadero y apoya a la sustentabilidad del medio ambiente. Por otro lado, el aumento en la penetración de energía eólica hacia el SEP está incrementando la preocupación del impacto de las turbinas eólicas (TE) en la estabilidad del SEP. En ese sentido, se presenta el desarrollo de un modelo completo de la generación eólica para realizar estudios dinámicos en corto intervalo, con el fin de apreciar el efecto que pueda tener la integración de este tipo de generación en puntos claves de la red eléctrica. Debido principalmente a la naturaleza estocástica del viento, se han presentado nuevos desafíos relativos al control, modelado y simulación de la operación integrada de sistemas de generación eólicos en los SEP modernos. Es importante representar este comportamiento del viento porque de ahí proviene la energía mecánica que hace girar a la TE. Es necesario, para el análisis de la red eléctrica, entender cómo la penetración de energía eólica afecta a un SEP existente interconectado, especialmente para el análisis de estabilidad de pequeña señal (AEPS). Se han publicado trabajos relacionados al modelado, control y AEPS de TE con generador de inducción doblemente alimentado (GIDA),2-8 pero en su mayoría se realiza el AEPS enfocado a evaluar las técnicas de control para los convertidores. Por ejemplo, se presentan modelados del convertidor hasta de 16 variables de estado, simplificando los modelos de la red eléctrica, como son las líneas de transmisión y la compañía eléctrica, y el análisis de la interacción de sistemas. El caso de estudio del presente trabajo, se basa en el modelado de cada uno de los subsistemas que conforman una turbina eólica de velocidad variable (TEVV) con generador de inducción doblemente alimentado GIDA. Se realizan simulaciones para apreciar la respuesta del modelo completo ante señales de velocidad de viento generadas. Para el AEPS se consideran dos escenarios, la conexión a una red robusta y la conexión a una red débil para analizar su impacto en la red eléctrica. MODELADO COMPLETO DE LA TEVV CON GIDA La figura (1) muestra la estructura general del modelo de la TEVV con GIDA. A su vez, la figura (2) muestra el diagrama de la TEVV con GIDA conectada a un sistema SEP en un esquema máquina bus infinito. En breve se describen cada uno de los bloques. La primera señal necesaria para modelar una TE es la velocidad del viento. Una forma de modelar la velocidad del viento, es con base en mediciones, pero en este caso utilizaremos un enfoque clásico presentado en.1,2,9-11 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 � �Modelado de turbina eólica con generador de inducción para análisis de estabilidad... / Gina Idárraga Ospina, et al. Fig. 1. Estructura general del modelo de la TEVV con GIDA, Fig. 2. Configuración de la TEVV con GIDA. La manera convencional de representar al rotor de una TE es utilizando la ecuación de potencia extraída del viento expresada como (1) donde PV es la potencia extraída del viento en W; ρ es la densidad del aire en kg⁄m3; Cp es el coeficiente de potencia; λ es la relación de velocidad de punta, entre la velocidad de punta de las aspas (ωtR/VV, donde ωt y R son la velocidad rotacional y el radio de la TE respectivamente y VV es la velocidad del viento); β es el ángulo de inclinación de las aspas en grados y por último At es el área cubierta por el rotor de la TE en m2. Cp se representa empíricamente como (2) donde y c1=0,5176, c2=116, c3=0,4, c4=5, c5=21 y c6=0,0068. Las ecuaciones que describen al GIDA son idénticas a las del generador de inducción de jaula de ardilla y se encuentran en.12 Sin embargo, no es conveniente utilizarlas directamente de esta forma para el AEPS. Se deben � Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Modelado de turbina eólica con generador de inducción para análisis de estabilidad... / Gina Idárraga Ospina, et al. respetar los requerimientos resultantes de los principios en los cuales están basados los programas de simulación dinámica; esto es, considerar sólo las componentes fundamentales de frecuencia de voltajes y corrientes. Para cumplir con estos requerimientos, es necesario deducir un modelo práctico con ciertas simplificaciones, basado en las siguientes suposiciones: • Despreciar la saturación magnética. • Considerar los voltajes y corrientes del GIDA sinusoidales a frecuencia fundamental. • Todas las masas rotatorias se representan por un elemento: es decir, se utiliza la representación masa concentrada. • Despreciar los transitorios y resistencia en el estator. Por lo tanto, las ecuaciones de voltajes y corrientes del GIDA se pueden reescribir como (3) (4) (5) (6) (7) (8) donde ut es el voltaje en terminales, el cual se mantiene constante durante el AEPS; y Xs=Xsσ+Xm. Las ecuaciones de potencia activa y reactiva del estator se simplifican y resultan de la siguiente manera: (10) Las potencias activa y reactiva del rotor y total del GIDA se expresan en las siguientes ecuaciones: (11) (12) (13) (14) En estado estable, de acuerdo a las Ecs. (9) y (11), se puede probar que Pr=sPs, y como el deslizamiento, s, es usualmente pequeño, Pr puede ser ignorada. Finalmente asumimos que PTOT≈Ps. La ecuación de movimiento del generador es: Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 � �Modelado de turbina eólica con generador de inducción para análisis de estabilidad... / Gina Idárraga Ospina, et al. (15) donde Hm es la constante de inercia de la máquina y Tm es el par mecánico. El convertidor se modela como fuentes de corriente de voltaje controlado a frecuencia fundamental. Por lo tanto, los puntos de ajuste de corriente serán las corrientes del rotor. Los diagramas de bloque de los controladores del convertidor se presentan en la figura (3), mientras que las ecuaciones de control están dadas por: (16) (17) (18) (19) (20) (21) El controlador del ángulo de inclinación se activa sólo para altas velocidades del viento. El ángulo de inclinación se modifica para limitar la eficiencia aerodinámica del rotor. Si se aumenta el ángulo de inclinación β, se disminuye el coeficiente de potencia Cp y por lo tanto disminuye PV. Esto permite que la velocidad del rotor no sea muy alta, evitando así un daño mecánico para la TE. El controlador del ángulo de inclinación se muestra en la figura (4). Fig. 3. Diagrama de los controladores: a) control de velocidad y b) control de voltaje. Fig. 4. 10 Diagrama del controlador del ángulo de inclinación. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Modelado de turbina eólica con generador de inducción para análisis de estabilidad... / Gina Idárraga Ospina, et al. RESPUESTA DEL MODELO SIMULADO Después de la integración del modelo de la turbina eólica de velocidad variable con GIDA en MATLAB/Simulink se simuló un caso de estudio usando una turbina eólica de 2 MW. Se analiza la respuesta de los modelos al aplicarse una secuencia de viento generada. Los parámetros del generador y de la turbina se presentan en las tablas I y II. La velocidad del viento inicial está por debajo de la velocidad nominal. A los 5 s inicia una rampa de velocidad, lo cual significa un incremento en la velocidad promedio del viento de 4 m/s en 30 s. Después de 10 s, ocurre una ráfaga de viento con una amplitud de -3 m/s con una duración de 10 s. Se asume que la turbina eólica está montada en un terreno con las siguientes parámetros: KN=0,004, F=600 y μ=11,5 m/s. Se ha tomado en cuenta que el nodo de conexión es un nodo robusto, Xl/Xm =0,01, donde Xl es la reactancia entre las terminales de la turbina y la barra infinita. Los resultados se muestran en las figuras (5). En esta figura podemos observar la velocidad del viento, la velocidad del rotor, el ángulo de inclinación de las aspas del rotor, y las potencias activa y reactiva. Un poco después de los 20 s se observa cómo se alcanza el valor de potencia nominal y, en ese instante, actúa el controlador del ángulo de inclinación para prevenir sobre-velocidades. Cabe destacar que gran parte de la turbulencia es filtrada por la inercia del rotor una vez que se alcanza la velocidad nominal de la turbina, y es poco notable en la potencia de salida. Este alisamiento de las fluctuaciones de la potencia de salida causadas por ráfagas de viento y turbulencias es una de las principales ventajas de las TEVV sobre las turbinas eólicas de velocidad fija. También, podemos concluir que el desempeño del controlador de voltaje en terminales es bueno porque mantiene el voltaje en 1,0 pu, aun cuando la velocidad del viento y la potencia generada cambian constantemente durante el intervalo de simulación. Tabla I. Parámetros del GIDA. Inductancia mutua, Lm, (pu) 3,0 Inductancia de encadenamiento del estator, Lsσ, (pu) 0,10 Inductancia de encadenamiento del rotor, Lrσ, (pu) 0,08 Resistencia del estator, Rs, (pu) 0,01 Resistencia del rotor, Rr, (pu) 0,01 Constante de inercia, Hm, (seg) 3,5 Tabla II: Parámetros de la TE. Diámetro del rotor, (m) Área de barrido del rotor (“m” ^2) Potencia nominal (MW) 75 4418 2 Velocidad nominal del viento (m/s) 11,5 Velocidad nominal del rotor (rpm) 18 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 11 �Modelado de turbina eólica con generador de inducción para análisis de estabilidad... / Gina Idárraga Ospina, et al. Fig. 5. Respuesta del modelo ante una señal de velocidad de viento simulada. 12 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Modelado de turbina eólica con generador de inducción para análisis de estabilidad... / Gina Idárraga Ospina, et al. ESTABILIDAD DE PEQUEÑA SEÑAL CON GIDA La estabilidad de pequeña señal es la habilidad de los SEP para mantener el sincronismo durante pequeños cambios de las condiciones de operación básicamente relacionados con variaciones de cargas y generación. La estabilidad de pequeña señal depende del estado de operación inicial del sistema ya que en este tipo de análisis son consideradas pequeñas perturbaciones, aquellas en las que es posible linealizar el sistema de ecuaciones algebraicas diferenciales (EAD) simulando el comportamiento del sistema. El objetivo de realizar el AEPS con el modelo desarrollado es visualizar su capacidad para mantenerse estable ante alguna pequeña perturbación. La simplicidad de las ecuaciones reducidas que resultaron de las simplificaciones tomadas en cuenta facilita la linealización y por ende el análisis. Por otro lado, en un SEP siempre están presentes las variaciones de carga y generación consideradas como pequeñas perturbaciones, por lo que se justifica así la realización del AEPS considerando la integración de energía eólica al SEP. MODELO DINÁMICO NO LINEAL El modelo no lineal del sistema del GIDA conectado a la red se puede escribir como un conjunto de EAD de la siguiente manera: (22) (23) donde x, z, y u son las variables de estado, algebráicas y de entrada, respectivamente, mientras que y son las variables de salida. El conjunto de EAD del sistema del GIDA conectado a la red se resume en la tabla III. Tabla III: EAD del modelo del GIDA. f(x,z,u) (7) (8) (15) (16) (17) (19) g(x,z,u) (5) (6) x idr, iqr, ω, x1, x2, x3 z ids, iqs u Tm, uqs y udr, uqr CONDICIONES INICIALES El punto de partida de un AEPS es la inicialización del modelo del SEP, la cual se realiza calculando flujos de potencia. Después, se inicializa el sistema resolviendo sus EAD con todas las derivadas iguales a cero para obtener así los puntos de equilibrio (x0,z0,u0). Para el caso de estudio de la figura (2), la red se modela por su equivalente de Thevenin; es decir, una barra infinita detrás de una reactancia (de la línea) Xl. Una red robusta se modela con un valor pequeño de Xl (mayor relación de corto circuito) y viceversa. Las ecuaciones de flujos de potencia en pu, de acuerdo a la figura (2) son: (24) Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 13 �Modelado de turbina eólica con generador de inducción para análisis de estabilidad... / Gina Idárraga Ospina, et al. (25) donde γ es el ángulo del voltaje en terminales del GIDA y Xl es la reactancia de la línea. LINEALIZACIÓN Como se asume que las perturbaciones son pequeñas, las Ecs. (22) y (23) se linealizan por un expansión de series de Taylor. Despreciando los términos de segundo orden y mayor, y eliminando las variables algebraicas, z, el modelo lineal correspondiente se obtiene de la siguiente manera: (26) donde: (27) La matriz A es la matriz de estados del sistema. Sus valores propios, reales y/o complejos, dan los modos naturales del sistema y permiten la valoración de la estabilidad de pequeña señal. Si A es real, y tiene valores propios complejos, estos siempre aparecerán en pares conjugados. RESULTADOS La solución de flujos de potencia se realiza con las ecuaciones (24) y (25). Para los parámetros dados por la tablas I y II, la tabla IV muestra algunos valores en estado estable correspondientes a las siguientes condiciones de post-disturbio en pu: PTOT =0,9 pu y ut=1,0 pu, considerando una red robusta (Xl/Xm=0,01). Tabla IV. Valores iniciales para el sistema de generación eólico de la figuras (1) con PTOT =0,9 pu y ut=1,0 pu, donde us0=|usdq0 |, is0=|isdq0 |, ur0=|urdq0 |, ir0=|irdq0 |, PTOT0 y QTOT0= potencia activa y reactiva total entregada a la red, Tm0= par mecánico de entrada, con Xl/Xm=0,01. us0 PTOT0 QTOT0 Tm0 ur0 ir0 is0 1,0 0,9 0,013 0,775 0,267 1,049 0,985 En la tabla V, λ = σ ± j ω son los valores propios, donde la parte real proporciona el amortiguamiento y la componente imaginaria da la frecuencia de oscilación. ξ es el factor de amortiguamiento, dado por Tabla V: Valores propios para el modelo de la TEVV con GIDA con PTOT=0,9 pu y ut=1,0 pu conectada a una red robusta. Valor propio σ ω ξ f λ1, λ2 -28,37 320,56 0,0882 51,019 λ3, λ4 -63,76 49,01 0,792 7,8 λ5 -98,13 0 1 0 λ6 -43,95 0 1 0 14 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Modelado de turbina eólica con generador de inducción para análisis de estabilidad... / Gina Idárraga Ospina, et al. el cual determina la taza de decaimiento de la amplitud de la oscilación y f=ω/(2π) es la frecuencia de oscilación en Hz. La tabla VI contiene los factores de participación de cada variable de estado con respecto a cada modo. Como se puede observar, todos los valores propios tienen partes reales negativas, por lo tanto el sistema de la figura (1) es estable ante pequeñas perturbaciones. Los resultados validan que el sistema de generación eólico es estable. En particular, se presentan dos modos oscilantes con frecuencias de 51,019 Hz y 7,80 Hz. De acuerdo a la tabla VI, los factores de participación indican que estos modos oscilantes se deben a la corriente del rotor y a la velocidad rotacional de la máquina. Los modos de oscilación rápida, λ1 y λ2, se asocian en mayor medida a los transitorios en el rotor (idr, iqr). Los modos de oscilación media, están asociados mayormente con los transitorios del tren de mando, ωm. Por último los modos λ5 y λ6 son debidos a las variables de control x2 y x3 las cuales están en función de la potencia activa y reactiva respectivamente. Considerando ahora una red débil, (Xl/Xm=0,1), y tomando en cuenta que las condiciones de post-disturbio en pu son las mismas que en el caso anterior, resolvemos flujos de potencia y se obtienen los valores iniciales presentes en la tabla VII. Se puede observar que, para la red débil, la potencia reactiva requerida del GIDA es substancialmente mayor que la potencia reactiva requerida en el caso de una red robusta. Tabla VI: Factores de participación del modelo de la TEVV con GIDA. λ1, λ2 λ3, λ4 λ5 λ6 0,589 0 0,043 0,043 idr 0,565 0,018 0,035 0,035 iqr 0 0,512 0 0 wm 0 0,003 0 0 x1 0,023 0,007 0,478 0 x2 0,024 0,005 0 0,396 x3 Tabla VII: Valores iniciales para el sistema de generación eólico de la figura (1) con PTOT =0,9 pu y ut=1,0 pu, donde us0=|usdq0 |, is0=|isdq0 |, ur0=|urdq0 |, ir0=|irdq0 |, PTOT0 y QTOT0= potencia activa y reactiva total entregada a la red, Tm0= par mecánico de entrada, con Xl/Xm=0,1. us0 PTOT0 QTOT0 Tm0 ur0 ir0 is0 1,0 0,9 0,136 0,764 0,267 1,101 0,998 En la tabla VIII se presentan los valores propios de la matriz de estados del modelo de la TEVV con GIDA conectada a una red débil. El sistema sigue siendo estable, pero su respuesta es más lenta con respecto al caso de una red robusta, porque el valor de λ1 se hace menos negativo. Además, aumenta la frecuencia de oscilación en el modo oscilante λ2. Este aumento conlleva a una disminución en el factor de amortiguamiento ξ, lo cual significa que la respuesta asociada a estos valores propios tendrá una mayor duración. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 15 �Modelado de turbina eólica con generador de inducción para análisis de estabilidad... / Gina Idárraga Ospina, et al. Tabla VIII: Valores propios para el modelo de la TEVV con GIDA con PTOT =0,9 pu y ut=1,0 pu conectada a una red débil. Valor propio σ ω ξ ƒ λ1, λ2 -18,151 359,43 0,0504 57,21 λ3, λ4 -63,603 50,018 0,795 7,961 λ5 -99,428 0 1 0 λ6 -32,395 0 1 0 CONCLUSIONES La respuesta del modelo ante una secuencia de velocidad de viento generada mostró un acertado grado de correspondencia. Esto otorga confianza en los modelos derivados y muestra que los resultados de las simplificaciones y suposiciones realizadas son aceptables. Con la realización del AEPS se derivaron las siguientes conclusiones: resultó que todos los valores propios tienen parte real negativa, por lo tanto el sistema es estable, tanto para el caso de una red robusta, como para el caso de una red débil; se presentaron dos modos oscilantes, los cuales se asociaron a las corrientes del rotor y a la velocidad rotacional del GIDA. Estos modos fueron más severos en el caso de una red débil, que aunque no se perdió estabilidad, la respuesta asociada a esos modos es más lenta. En relación a este resultado, se puede concluir también que el impacto de la conexión de turbinas eólicas en puntos débiles de la red conlleva a riesgos de estabilidad. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al Ing. César Heberto Ochoa Ruiz por la realización de su tesis de maestría en el tema relacionados, los datos aportados ayudaron en la realización del presente artículo. BIBLIOGRAFÍA 1. Ackermann T. Wind Power in Power System, Chichester: John Wiley & Sons, 2005. 742p. 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Se definen parámetros de diseño para su implementación como base vectorial sintetizadora de símbolos. Se realizan experimentos de transmisión de datos y se evalúa el esquema usando los criterios de BER, BE y PAR. Se compara con sistemas basados en OFDM. PALABRAS CLAVE Onduletas, Battle-Lemarié, modulación digital. ABSTRACT It is shown that a digital modulation scheme based on Battle-Lemarie wavelets (BL) has notable noise immunity and low intersymbolic interference. This is supported on the orthogonality, the fast decay of the BL wavelets and its energy lumped in limited regions of the time-frequency plane. The analytic construction of BL wavelets and scaling functions is studied. Design parameters for its implementation as a symbol synthesizer vector base are defined. Data transmission experiments are conducted and the scheme is evaluated using the criteria of BER, BE and PAR. Comparison is made with OFDM based systems. KEYWORDS Wavelets, Battle-Lemarie, digital modulation. INTRODUCCIÓN En una modulación digital,1 existe una relación biyectiva entre los elementos del conjunto de secuencias binarias y los elementos del conjunto de símbolos sn (t), ver figura 1. Existen diferentes esquemas y métodos de modulación que permiten obtener un conjunto de señales simbólicas adecuado para la representación de las secuencias binarias. De la teoría de onduletas,2- 4 una función φ(x) es refinable si puede ser expresada como la sumatoria de dilataciones trasladadas y escaladas de ella misma. El análisis multiresolución (multiresolution analysis, MRA) es un conjunto de condiciones aplicadas sobre una función refinable φ(x) y un conjunto de espacios 18 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Transmisión de datos mediante onduletas Battle-Lemarié / Francisco Javier Pío Mendoza, et al. Fig. 1. Relación biyectiva entre secuencias binarias y símbolos. funcionales definidos por φ(x). Si φ(x) satisface al MRA, se le denomina función escalante (scaling function). Luego, la función escalante, tras un proceso similar al de un filtrado, da lugar a la función onduleta madre ψ(x) (mother wavelet function). La onduleta madre, por medio de dilataciones y traslaciones temporales, genera onduletas de menor escala temporal y en un espectro de frecuencia más elevado. La función escalante y las onduletas conforman una base funcional con la que es posible representar otras funciones. Adicionalmente, cada una concentra su energía en regiones del plano tiempo-frecuencia independientes entre sí; ver figura 2. Fig. 2. Localización de la función escalante φ y funciones onduletas ψ en el plano tiempo-frecuencia. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 19 �Transmisión de datos mediante onduletas Battle-Lemarié / Francisco Javier Pío Mendoza, et al. ¿Existe alguna ventaja en la utilización de una base de onduletas como base funcional que genere el conjunto de símbolos de un esquema de modulación digital? En el presente trabajo, se estudian las propiedades de las onduletas BattleLemarié (BL) para proponer un esquema de modulación digital. La tabla I indica que las onduletas BL se caracterizan por su ortogonalidad, ya sea entre onduletas de distintas escalas, así como entre onduletas de la misma escala pero trasladadas. Aunado a esto, las onduletas BL tienen un decaimiento rápido y su energía se concentra en un intervalo de tiempo y en un ancho de banda acotados. Tabla I. Clasificación de onduletas spline con sus propiedades principales.5 Tipo de onduleta Spline ortogonal (Battle-Lemarié, Mallat) Ortogonalidad Soporte compacto Sí No Propiedades clave *Simetría y regularidad *Ortogonalidad Spline semiortogonales (ChuiInter-escala Wang, Unser-Aldroubi) *Simetría y regularidad Análisis o *Localización en tiemposíntesis frecuencia óptima Spline ortogonal recorrido Intra-escala (Unser-Thévenaz-Aldroubi) No *Simetría y regularidad *Cuasiortogonalidad *Decaimiento rápido Spline biortogonal ( C o h e n - D a u b e c h i e s - No Feauveau) Sí *Simetría y regularidad *Soporte compacto Se plantea la hipótesis de que un esquema de modulación digital basado en onduletas BL tendrá inmunidad al ruido notable y baja interferencia intersimbólica. Lo anterior debido a que: a) la ortogonalidad facilita recuperar la señal afectada por el ruido del canal ya que propicia que la proyección del ruido en los vectores que componen la base sea uniforme. La ortogonalidad elimina la interferencia intersimbólica y facilita la demodulación y detección de las señales recibidas. Además, b) el decaimiento exponencial facilita su implementación en dispositivos digitales sin que el truncamiento de la onduleta signifique pérdida de ortogonalidad considerable. Como antecedente, la aplicación de onduletas en sistemas de comunicaciones ha sido propuesta en esquemas de modulación del tipo OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing). En este caso, se remplazó el uso de exponenciales complejas portadoras basadas en el análisis Fourier por una base de onduletas ortonormales. Fueron utilizadas onduletas Haar y Daubechies.6 Por otro lado, existe el antecedente del uso de onduletas BL de spline cúbico, y principalmente de onduletas Daubechies como formas de onda para codificación en banda base de esquemas BPSK (binary phase-shift keying) y QPSK (quaternary phase-shift keying).7 20 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Transmisión de datos mediante onduletas Battle-Lemarié / Francisco Javier Pío Mendoza, et al. ONDULETAS BATTLE-LEMARIÉ El término de spline se refiere a las funciones que se definen por segmentos mediante polinomios. Las denominadas onduletas spline son construidas a partir de un B-spline. Los B-spline centrados B1 y B(m+1) se definen como:4 (1) y (2) respectivamente. Luego, los espectros de frecuencia de B1 y Bm son: (3) y (4) respectivamente. En la figura 3, se observa el B-spline de quinto orden en el dominio temporal y su densidad espectral de energía. Para obtener las funciones escalante φ(x) y onduleta ψ(x) a partir de un Bspline, se procede, en un primer paso, a normalizar el B-spline en la frecuencia Fig. 3. B-spline de quinto orden B5 en el tiempo (arriba) y su densidad espectral (abajo). mediante4: (5) donde (6) Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 21 �Transmisión de datos mediante onduletas Battle-Lemarié / Francisco Javier Pío Mendoza, et al. El desarrollo algebraico de (6) permite obtener en (5) una expresión en el dominio temporal consistente en una suma de versiones trasladadas y ponderadas del B-spline original de la forma: (7) donde φ†(x) es la función escalante que satisface el MRA, son los coeficientes de ponderación, δ(x) es la función impulso y el símbolo * indica la operación de convolución. La figura 4 muestra la función escalante y su densidad espectral. La tabla II contiene los primeros coeficientes para m = 5. Fig. 4. Función escalante normalizada φ† de orden m = 5 (arriba) y su densidad espectral (abajo). Tabla II. Coeficientes de ponderación utilizados en la obtención de función escalante correspondiente al B-spline B5(x). 0 4.9833 5 − 0.1442 10 0.0085 15 1 − 2.1660 2 1.0055 6 0.0801 11 − 0.0049 16 0.0003 7 − 0.0451 12 0.0029 17 − 0.0002 3 − 0.5035 4 0.2651 8 0.0257 13 − 0.0017 18 0.0001 9 − 0.0147 14 0.0010 19 − 0.0001 − 0.0006 El segundo paso es hallar las funciones H0(γ) y H1(γ) que satisfacen las ecuaciones:4 (8) y (9) 22 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Transmisión de datos mediante onduletas Battle-Lemarié / Francisco Javier Pío Mendoza, et al. donde H0(γ) y H1(γ) se relacionan mediante: (10) El desarrollo de (8), (9) y (10) conducen al resultado: (11) donde ψ(I)(x) hace referencia a la onduleta madre (el subíndice indica la ordinalidad con respecto a las onduletas de las siguientes escalas), indica el B-spline centrado y normalizado, y hm,k son coeficientes de ponderación. Aplicando operaciones de dilatación y traslación sobre ψ(I)(x) se generan las onduletas de las siguientes escalas. Por ejemplo, la siguiente generación se expresa con: (12) y (13) La figura 5 muestra la función onduleta madre de orden 5 y su densidad espectral. La tabla III indica los primeros coeficientes h5,k no nulos. Fig. 5. Función onduleta madre ψ de orden m = 5 (arriba) y su densidad espectral (abajo). Tabla III. Coeficientes de ponderación utilizados en la obtención de función onduleta correspondiente del B-spline B5(x). k h5,k k h5,k k h5,k k h5,k 1 j0.471151 11 −j0.010772 21 −j0.007183 31 j0.000176 3 −j0.119680 13 −j0.024218 23 j0.000766 33 j0.001296 5 −j0.097851 15 j0.004107 25 j0.004016 35 −j0.000089 7 j0.031501 17 j0.013048 27 −j0.000361 37 −j0.000745 9 j0.046451 19 −j0.001713 29 −j0.002271 39 j0.000046 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 23 �Transmisión de datos mediante onduletas Battle-Lemarié / Francisco Javier Pío Mendoza, et al. BASE VECTORIAL La implementación de los resultados analíticos previos en un esquema de modulación digital requiere crear una base vectorial. La base funcional contiene P funciones: una función escalante más P-1 funciones onduletas (onduleta madre y onduletas hijas de las escalas subsecuentes). En el presente trabajo, se propone fijar en 16 el número de elementos de la base. Si P < 16, se complementa la base de funciones onduletas BL con la modulación por exponenciales complejas de la P-tupla de funciones originales, similar a lo desarrollado en 8 y 9. Para ello, se definen parámetros y constantes de diseño, ver tabla IV. La figura 6 muestra la densidad espectral de un ejemplo de base vectorial. MODULACIÓN DIGITAL La base vectorial, mediante combinaciones lineales, genera un espacio vectorial. Los coeficientes que ponderan la combinación de los vectores se utilizan para codificar información. En el presente trabajo, la simulación del sistema de transmisión de datos emplea el esquema BPSK. Los bloques binarios para determinar cada coeficiente o amplitud compleja son de un solo bit. En consecuencia, las amplitudes que modulan a los vectores de la base son de 1 y −1. Las señales simbólicas, o símbolos, se generan con la suma de las 16 señales moduladas. Por lo tanto, cada símbolo representa la información de palabras binarias de 16 bits. El símbolo se sintetiza en forma discreta mediante: (14) Tabla IV. Parámetros y constantes de diseño de la base vectorial. Par. o cons. Significado Unidad S Intervalo de soporte finito P Rango de funciones onduletas no Adimensional moduladas BWP Ancho de banda de onduletas no Frecuencia moduladas Q Frecuencia fundamental de Frecuencia modulación kmax Armónica máxima de Q Adimensional fmax Frecuencia máxima de BWΦ Frecuencia BWΦ Ancho de banda de la base extendida Frecuencia por modulación fs Frecuencia de muestreo Nsam Número de elementos del vector Elementos (muestras) Tiempo Valores sugeridos o dados > 4 seg 1, 2, 4, 8 ó 16 Muestras / Tiempo Factor de corrección entre tiempo Adimensional continuo y discreto 24 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Transmisión de datos mediante onduletas Battle-Lemarié / Francisco Javier Pío Mendoza, et al. Fig. 6. Densidad espectral de funciones de la base vectorial de orden m = 5 con S = 4 s, P = 4, Q = 7.5 Hz, fs = 64 Hz. Para P = 4, cada P-tupla consiste en función escalante (línea sólida), onduleta madre (línea intermitente) y dos onduletas hijas de primera generación (línea punteada). y en su forma continua se expresa como: (15) donde αk,l son las amplitudes complejas. La figura 7 da un ejemplo de señal simbólica. En la recepción, la señal recibida contiene una componente de ruido. La base vectorial se emplea como operador de análisis o correlador y permite encontrar los coeficientes de la señal dentro del espacio vectorial que es proyectada ortogonalmente por la señal recibida. Los coeficientes obtenidos son comparados con el conjunto de amplitudes complejas predefinidas por la modulación BPSK para establecer la correspondencia a los datos binarios. Las propiedades de las onduletas permiten dos escenarios en la transmisión de símbolos. En el primero, no existe superposición entre símbolos consecutivos; y en el segundo, el símbolo siguiente se genera una unidad temporal después y se superpone al previo pese a que su transmisión no haya concluido. La ortogonalidad de las onduletas BL permite este caso. Los resultados en las simulaciones muestran que la afectación por el ruido del canal es menor con la no superposición de símbolos y es comparable con el de un sistema basado en OFDM. Lo anterior, en términos de tasa de error binario (bit error rate, BER). Mientras que, para la superposición, se tiene un desempeño inferior de la BER. La figura 8 muestra BER para ambos casos en presencia de ruido blanco aditivo gaussiano (additive white gaussian noise, AWGN). Por otro lado, se verificaron aspectos que exhiben resultados poco alentadores. La eficiencia de ancho de banda (bandwidth efficiency, BE) depende del parámetro Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 25 �Transmisión de datos mediante onduletas Battle-Lemarié / Francisco Javier Pío Mendoza, et al. Fig. 7. Señal simbólica s(x) de la secuencia binaria correspondiente al número 5432110 (arriba) y su densidad espectral (abajo) usando los parámetros m = 5, P = 8, Q = 10 Hz, S = 4 s. Fig. 8. Tasa de error binario vs relación señal a ruido por bit para base vectorial BL con m = 5, P = 4, Q = 5 Hz, S = 4 s y fs = 64 Hz y base vectorial OFDM con 16 portadoras. 26 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Transmisión de datos mediante onduletas Battle-Lemarié / Francisco Javier Pío Mendoza, et al. S y la constante BWΦ para la no superposición; y solamente de BWΦ para la superposición simbólica. Las ecuaciones: (16) y (17) calculan la BE para la no superposición y la superposición simbólica, respectivamente. Conforme la tabla IV, los valores mínimos sugeridos para S = 4 s, Q = BWP implican un valor de BWΦ = 20 Hz. Por lo que la BE es 0.2 bps/Hz para la no superposición y 0.8 bps/Hz para la superposición simbólica; ambos casos son inferiores a un sistema OFDM con BE = 1 bps/Hz. La razón de valor pico a valor promedio (peak-to-average ratio, PAR) presenta valores elevados para la no superposición de símbolos, lo cual es indeseable, ver figura 9; y mejora con la superposición simbólica (máximo detectado de 16 dB) pero sin superar a los sistemas OFDM (≈12 dB). CONCLUSIONES En la construcción de las funciones onduletas BL, se obtienen expresiones formuladas y conjuntos de coeficientes que permiten la obtención numérica de los vectores que representan a las funciones analíticas. Esto facilita la implementación en los esquemas de modulación y los sistemas de transmisión de datos. Se verifica que el truncamiento del soporte infinito no compromete la ortonormalidad de la base resultante. Se observa que la base puede comprender las Fig. 9. PAR en función de P y S para bases de onduletas expandidas por modulación y base OFDM. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 27 �Transmisión de datos mediante onduletas Battle-Lemarié / Francisco Javier Pío Mendoza, et al. escalas de onduletas como sea requerido, o bien, que es posible extender la base por medio de modulación con exponenciales complejas. Cada escala de onduletas tiene un ancho de banda definido. Las onduletas BL mejoran sus características en frecuencia conforme aumenta el orden del B-spline asociado. Para un orden m > 3, se acerca bastante a la respuesta en frecuencia de filtros ideales. Cuando la implementación como sistema de transmisión de datos se realiza mediante el uso de símbolos no superpuestos, la tasa error binario es comparable con los sistemas OFDM. Sin embargo, la eficiencia de ancho de banda y la razón de valor pico a valor promedio distan notablemente de un valor comparable con el de OFDM. Aprovechando la ortogonalidad entre translaciones, la superposición de símbolos permite sacrificar, en cierta medida, la BER para que la BE y la PAR se vean beneficiados. De tal forma que, solo en aplicaciones donde la eficiencia en el uso del ancho de banda y los picos en las señales simbólicas sean criterios desestimables, el esquema propuesto basado en onduletas BL representa una alternativa a los sistemas OFDM. REFERENCIAS 1. Proakis, John G. y Masoud Salehi. Digital Communications. 5th ed. McgrawHill Higher Education. Boston: McGraw-Hill, 2008. 2. Chui, C K. Wavelet Analysis and Its Applications. Vol. v. 1, An Introduction to Wavelets. Boston: Academic Press, ©1992. 3. Keinert, Fritz. Wavelets and Multiwavelets. Studies in Advanced Mathematics. Boca Raton, FL: Chapman & Hall/CRC Press, ©2004. 4. Christensen, Ole. 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Los resultados cumplen con el ajuste del modelo, y aunque no demuestran relaciones causa efecto entre las variables, si es posible realizar una cuantificación de la relación. PALABRAS CLAVE Outsourcing, software, competencias del desarrollador de software. ABSTRACT This research aims to analyze the impact of the variables: outsourcing investment (Y1) and performance of the software developer (Y2), from the perspective of an organization that hires software outsourcing service, through a structural model. To perform this analysis, a multivariate model was designed and filled with data from a sample of 32 organizations that contracted this service, measured using a Likert scale. The results comply with the model fit, although they do not demostrate cause - effect relationships among the analyzed variables, still quantifying the relationship is possible. KEYWORDS Outsourcing, Software, software developer performance. INTRODUCCIÓN El empeño de las empresas por ser más competitivas les genera la necesidad de buscar nuevas formas de alcanzar sus metas, ordinariamente asociadas al costo del producto que ofrecen. El outsourcing es una estrategia de negocios para las organizaciones que les permite reducir sus costos operativos, delegando actividades no centrales a proveedores que las entregan como bienes o servicios. Lo más común es que sean actividades intensivas en capital humano, por lo que en ese caso esta estrategia repercute en ahorro en el reclutamiento y selección de personal, transfiriendo las prestaciones laborales a la empresa outsourcing. Uno de los departamentos en los que es posible aplicar esta estrategia es el de Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 29 �Impacto de la inversión en outsourcing y el desempeño del desarrollador de software / José Luis Cantú Mata informática, en el que de paso, la disminución de necesidades de personal ha propiciado que la competencia vaya en ascenso, ya que, como señala Arora,1 las empresas no desean invertir en personal con capacidades fuera de sus áreas de competencia. Un ejemplo de la reducción de costos mediante outsourcing es el caso de Kodak, que a finales de la década de los 80’s contrató a un proveedor para administrar sus sistemas de información, ya que detectaron que gastaban sumas considerables en un rubro que no correspondía al de su giro empresarial. Al externalizar el departamento de informática, la empresa obtuvo las mismas funciones con personal especializado, evitando invertir en su contratación y en herramientas tecnológicas dedicadas a esa área. Sin embargo, no es posible imitar simplemente el caso de Kodak porque no es garantía que el outsourcing por si mismo resulte en la reducción de costos o que constituya alguna ventaja competitiva. La valoración de la inversión realizada en outsourcing para desarrollo de software requiere el análisis de la administración de costos,2 la innovación 3 y el desempeño del desarrollador 4. Esta último factor es el objeto de este trabajo: Determinar si además de que la paga el servicio implica por si misma una entrega con un grado de satisfacción acorde a esa pago, validar si esa inversión repercute en una mejora en el desempeño del desarrollador de software. ANTECEDENTES Outsourcing de procesos informáticos La informática es un área altamente dependiente de la tecnología de cómputo y comunicaciones, y ha sido un elemento de gran importancia para mejorar la eficiencia, la productividad y la competitividad de las organizaciones. Las empresas que requieren servicios informáticos, sin que la informática sea su actividad preponderante, son algunas de las que encuentran adecuado recurrir al outsourcing, a fin de evitar distracciones de su giro principal cuidando aspectos que corresponden a la obsolescencia debida a los rápidos avances tecnológicos en materia de los equipos que se requieren para mantener la operación de esos servicios. Como definición, el outsourcing representa los procesos del negocio que son realizados por un proveedor. Hacer que el proveedor asuma la responsabilidad de desarrollar este tipo de proceso del negocio no es una tarea fácil para los administradores a cargo debido a la especificación de sus propias necesidades y las respectivas actividades que van a ser realizadas por el proveedor,5 analizando los costos involucrados en las actividades a externalizar.2 Es común considerar a la reducción de costos como factor principal de contratación de un proveedor. Del caso Kodak se puede resaltar que el proceso de decisión para reducir costos comenzó por identificar los rubros en los que se estaba gastando y decidir quién puede realizar las mismas actividades, por lo menos con la misma calidad, sin incurrir en costos que no correspondieran rigurosamente a su actividad central. Este caso es un claro ejemplo de que los costos operativos internos pueden llegar a ser altos en relación a la contratación de un proveedor. 30 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Impacto de la inversión en outsourcing y el desempeño del desarrollador de software / José Luis Cantú Mata De acuerdo a la OCDE y EUROSTAT,6, la innovación se refiere a la introducción de un bien o servicio, ya sea nuevo o mejorado, en relación a sus características o al uso destinado. Las empresas se enfocan en su actividad principal con la finalidad de proporcionar su producto o servicio a sus clientes y el outsourcing se encarga de realizar sus otros procesos operativos.7 Ahora que la vida de un producto como novedad es cada vez más corta, el outsourcing permite disminuir el tiempo de salida al mercado de un producto.3 Desde este punto, el outsourcing es considerado un factor estratégico que permite a la empresa cliente lanzar nuevos productos o servicios al mercado debido a que la empresa está enfocada en desarrollar su actividad principal. Desempeño desarrollador de software El desempeño se refiere al comportamiento en el logro de los objetivos propuestos, y constituye la estrategia individual para alcanzarlos, centrándose en identificar las necesidades de capacitación y desarrollo, señalando las habilidades y destrezas de un individuo 9 con conocimientos especializados que involucran la mejora de la calidad del software.4 En este sentido, la actividad principal del proveedor representa el conjunto de habilidades y recursos aprovechados de la forma brinden valor agregado.9 Existen empresas que no piensan solamente en reducir costos operativos a través del outsourcing, sino que consideran contratar a un proveedor porque requieren de un bien o servicio de calidad que cumpla con sus necesidades y el proveedor, siendo el desarrollo de software su actividad principal, le permite ofrecerlo de acuerdo a la preparación del personal (diplomas, certificaciones, conocimiento de lenguajes de programación), en relación a la contratación de personal internamente. Entre algunas causas del por qué una empresa recurre al outsourcing son:10 a. La falta de mano de obra calificada. b. Reemplazar un mal servicio del personal. c. Recursos no disponibles internamente. d. Dificultad en administrar los procesos operativos. Entre algunos retos a los que se enfrentan las empresas de desarrollo de software es la contratación del capital humano, con las competencias que permitan desempeñar el proceso de desarrollo de software efectivamente: a. Experiencia, liderazgo, razonamiento lógico, y pensamiento creativo, entre otros.11 b. Toma de riesgos (por trabajo bajo presión) y las relaciones interpersonales.12 c. Identificar y resolver problemas complejos.13 MÉTODO Dado que en este trabajo no se lleva a cabo ningún análisis que relacione las variables en términos de causa y efecto, es decir que se desconoce la manera conceptual en que las variables se relacionan, teniendo acceso únicamente a parámetros que muestran la existencia de una relación antecedente - consecuencia, pero no a una del tipo causa efecto. Para explicar mejor esta afirmación, se puede Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 31 �Impacto de la inversión en outsourcing y el desempeño del desarrollador de software / José Luis Cantú Mata tomar un ejemplo que muestra la valoración empírica de una relación, se trata de la propuesta del cofundador de Intel, Gordon E. Moore, quien afirmó hace 50 años que cada año la cantidad de transistores en un circuito integrado se multiplicaría por dos. Esa afirmación provino de que esa fue la tasa de avance que se observó en los primeros años de producción de circuitos integrados y la extrapoló en una tendencia a la que se le llamó “Ley” de Moore. La relación mostrada no estaba fundamentada con algún reto conocido del mercado o meta establecida por las propias compañías. Llanamente se graficó el número de transistores de un circuito integrado contra el año en que fue producido y se observó la tendencia. La relación es empírica y no muestra alguna base con respecto a variables tecnológicas. Pronto la “ley” comenzó a mostrar variaciones y se realizaron algunos ajustes porque el tipo de circuitos integrados ha cambiado ya que no se han establecido funciones entre las variables tecnológicas y esa predicción. Aunque la relación empírica podría validarse con un buen número de casos, sus parámetros no se pueden utilizar de manera específica para interpretar las razones de ese avance o comportamiento en el futuro. Lo mismo ocurre en este trabajo, se tienen una tabla con las respuestas dadas a diferentes preguntas y se pueden establecer tantas hipótesis como combinaciones de variables pueda haber, de manera que se puedan calcular coeficientes mediante regresión, sin que tengan de por sí algún significado. De las combinaciones posibles se propusieron las siguientes hipótesis según las variables de la tabla I: H1: La administración de costos (X1) tiene impacto significativo en la inversión en outsourcing (Y1). H2: La innovación (X2) tiene impacto significativo en la inversión en outsourcing (Y1). H3: El liderazgo (X3) tiene impacto significativo en el desempeño del desarrollador de software (Y2). H4: La resolución de problemas (X4) tiene impacto significativo en el desempeño del desarrollador de software (Y2). H5: La experiencia (X5) tiene impacto significativo en el desempeño del desarrollador de software (Y2). H6: El desempeño del desarrollador de software (Y2) tiene impacto significativo en la inversión en outsourcing (Y1). En la presente investigación se abordó el enfoque cuantitativo con alcance exploratorio y el diseño es no experimental, transeccional, con recolección de los datos en un solo momento.14 El tamaño de la población fue determinado mediante la base de datos proporcionada por el Consejo de Software de Nuevo León (CSOFTMTY). Se aplicó un cuestionario que fue contestado por 32 empresas que corresponden: 31.25 % del sector industria, 9.375 % del sector comercio y 59.375 % del sector servicio. El género de los participantes corresponde a 90.63 % hombres y 9.37 mujeres, distribuidos por puesto de trabajo, donde los resultados son de 71.88 % directores de departamento de informática; 12.50 % subdirectores de tecnología; 6.25 % gerentes de sistemas; y 9.37 % líderes de proyecto. El instrumento de medida, está preparado para analizar el comportamiento de las organizaciones que están adquiriendo software administrativo a través del 32 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Impacto de la inversión en outsourcing y el desempeño del desarrollador de software / José Luis Cantú Mata Tabla I. Variables de estudio. Variables Definición Indicadores v 2 . El costo propuesto cumple con el presupuesto otorgado Es el proceso que permite a la contratación de servicios Administración planificar y controlar el costo informáticos. de costos X1 de un producto o servicio a v3. En caso de incrementar el costo adquirir del servicio, se ha otorgado un margen de error económico para concluir el proyecto Innovación X2 v4. La contratación del outsourcing Es la creación o mejora de un le permite lanzar nuevos productos producto o servicio o servicios al mercado con mayor frecuencia. Liderazgo X3 v 5 . El personal asignado tiene la habilidad para relacionarse con otros individualmente y en equipo. Es el individuo que posee un v . El personal tiene la determinación conjunto de habilidades que influye 6 e iniciativa para desarrollar en otros individuos para realizar una adecuadamente sus funciones. actividad v 7 . El personal toma los riesgos necesarios para cumplir adecuadamente con sus funciones. v8. El personal asignado demostró una visión a largo plazo para la usabilidad del producto final. Capacidad de solucionar las v9. El personal posee la habilidad para Resolución de dificultades que impiden cumplir resolver los problemas presentados problemas X4 durante el desarrollo del proyecto. con los objetivos propuestos v10. El criterio de decisión del personal en relación a la usabilidad del producto final fue el adecuado. Experiencia X5 v11. El personal demostró un adecuado manejo de las herramientas tecnológicas utilizadas para el desarrollo del proyecto. Conocimiento adquirido v12. El personal demostró un adecuado de acuerdo a la practica conocimiento para cumplir con los desarrollada objetivos propuestos. v13. El personal capacito adecuadamente al cliente para el uso del producto final. Inversión en Es la cantidad económica destinada v1. La inversión en outsourcing cumplió con sus expectativas outsourcing Y1 a adquirir productos o servicios v14. El personal asignado cumplió con Desempeño los objetivos de acuerdo al tiempo Cumplimiento de actividades desarrollador de estipulado. realizadas por un individuo software Y2 v15. El producto final fue entregado en el tiempo acordado. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 33 �Impacto de la inversión en outsourcing y el desempeño del desarrollador de software / José Luis Cantú Mata servicio de un proveedor que su actividad principal es el desarrollo de software, bajo el criterio de la escala Likert, donde el encuestado califica cada ítem según su percepción en puntuaciones de 1 a 5 para la recolección de los datos. Se utilizó el método de análisis factorial exploratorio mediante el software SMART – PLS. Modelo estructural Para analizar la información se utilizó el software SMART-PLS empleando ecuaciones estructurales. Esta técnica permite separar las relaciones de las variables para cada conjunto de variables dependientes, empleando el uso de variables latentes. Este tipo de variables simplifica la información contenida en los indicadores así como la cantidad de datos a manejar. En el análisis, se parte de variables observables que pueden ser medidas en unidades y pueden ser objetivas o subjetivas. Se propone este modelo para analizar el efecto sobre las variables dependientes, predecir su valor y la influencia de las variables latentes. En la figura 1 se muestra el modelo estructural que realiza el análisis de las variables dependientes: inversión en outsourcing (Y1) y desempeño del desarrollador de software (Y2). La primer variable se relaciona con la administración de costos (X), la innovación (X2) y desempeño del desarrollador de software (Y1) y la segunda variable se relaciona con liderazgo (X3), resolución de problemas (X4) y experiencia (X5). Fig. 1. Modelo estructural. Fuente: Análisis de resultados con SMART-PLS. 34 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Impacto de la inversión en outsourcing y el desempeño del desarrollador de software / José Luis Cantú Mata RESULTADOS Para complementar el análisis multivariante se realizaron dos preguntas a los participantes: 1. ¿Con que frecuencia realiza reuniones de planeación sobre outsourcing de software? A. 1 vez cada 2 años. B. 1 vez al año. C. 2 veces al año. D. 3 veces al año. E. 4 veces o más al año. Se identificó que los resultados se concentran en: 1 vez cada dos años con el 9.375 %, 1 vez cada año con el 43.75 %, 2 veces al año tuvo el 31.25 %, 3 veces al año con el 0 %, y 4 veces o más al año tuvo el 15.625 %. 2. ¿Como impactó la inversión del outsourcing en relación al costo de la producción interna? A. Disminuyó drásticamente. B. disminuyó ligeramente. C. sin cambios. D. incrementó ligeramente. E. incrementó drásticamente. El 12.5 % mencionó que sus costos disminuyeron drásticamente, el 28.125 % sus costos diminuyeron ligeramente, el 6.25 % mencionó que no tuvo cambios, el 43.75 % mencionó que sus costos se incrementaron ligeramente, y por último el 9.375 % respondó que sus costos incrementaron drásticamente. Consecuentemente se realizó un análisis de Pearson para comprobar el grado de correlación entre la planeación y el impacto de la inversión en la contratación de outsourcing. El resultado es de -0.516 con significancia de 0.003. Este resultado indica que la falta de planificación de las empresas ocasionó mayor inversión en outsourcing, es decir, el incremento ocasionado es gasto que genera pérdidas económicas a la organización, por lo tanto, como podría esperarse, la falta de planificación de las actividades aumenta el costo para la empresa. A fin de demostrar la validez del modelo estructural, se realizan los siguientes análisis: i. Multicolinealidad. En las tablas II y III de colinealidad se muestran los valores correspondiente a cada una de las variables latentes en su respectivo análisis con la variable dependiente, el Factor de Inflación de la Varianza (FIV) muestra valores por debajo de 4 y el índice de tolerancia se encuentran en un nivel aceptable (los valores no son bajos, cerca de 0, y no son altos, no sobrepasan el valor de 1). Esto nos indica que no hay presencia de colinealidad entre las variables latentes. En la tabla IV “Criterios de calidad” se evalúa lo siguiente: i. Validez convergente. Se refiere a evaluar si un conjunto de indicadores miden realmente un constructo determinado y no están midiendo otro concepto Tabla II. Estadísticos de colinealidad Y1 Tolerancia FIV X1 0.941 1.065 X2 0.950 1.053 Y2 0.966 1.038 Fuente: Análisis de resultados con SPSS. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 35 �Impacto de la inversión en outsourcing y el desempeño del desarrollador de software / José Luis Cantú Mata Tabla III. Estadísticos de colinealidad Y2 Tolerancia FIV X3 0.681 1.470 X4 0.484 2.065 X5 0.544 1.840 Fuente: Análisis de resultados con SPSS. Tabla IV. Criterios de calidad. AVE Confiabilidad compuesta Promedio cargas cruzadas X1 0.707 0.827 X2 1.000 X3 0.636 X4 R2 Alpha de Cronbach KMO - Sig. 0.116 0.601 0.500 – 0.014 1.000 -0.018 1.000 – 0.838 0.397 0.714 0.551 – 0.000 0.667 0.856 0.455 0.749 0.649 – 0.000 X5 0.683 0.866 0.401 0.768 0.665 – 0.000 Y1 1.000 1.000 0.086 0.757 1.000 – Y2 0.753 0.859 0.446 0.820 0.671 0.500 – 0.003 Fuente: Análisis de resultados con SMART-PLS. distinto.15 En primer lugar, la Varianza Extraída Media (AVE), es la variación promedio que una variable latente explica a las variables observables en relación a su teoría.16 Valores superiores a 0.5 son aceptables.17 Como se muestra en la tabla, todos los valores son superiores a 0.5, así mismo, se obtiene el promedio de la AVE, cuyo resultado es de 0.778. Por tanto, se cumple con la validez convergente.16-17 ii. Confiabilidad compuesta. Se refiere a la consistencia interna de una variable latente y no supone que los indicadores son fiables por el contrario los prioriza. Valores entre 0.6 y 0.7 son aceptables como límite inferior.17-18 El respectivo resultado, por variable, es superior a 0.8. iii. Validez discriminante. Se refiere a comprobar que un constructo mide un concepto distinto de otros constructos. Esta validez se realizó en dos partes, la primera parte consiste en el método Fornell – Larcker, el cual, compara el valor más alto de las correlaciones al cuadrado (0.617) con la AVE por variable, se puede comprobar que la AVE es superior. Por tanto, se procede a realizar la segunda parte, en donde, se obtiene el promedio por variable latente de las cargas cruzadas y se compara con los valores obtenidos de la confiabilidad compuesta. 15 Por variable latente, la confiabilidad compuesta es superior al promedio de las cargas cruzadas. iv. Se obtiene el resultado de R2 que corresponde a 0.757 para Y1 y 0.820 para la variable Y2. De acuerdo a Hair,17 valores superiores a 0.750 son denominados como “sustancial”. v. Alpha de Cronbach. Se refiere a la correlación interna o confiabilidad de un conjunto de indicadores observables para medir una variable que no es observable o medida directamente. En este caso, cada una de las variables propuestas X1, X3, X4, X5, Y2 han sido medidas con sus respectivos indicadores 36 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Impacto de la inversión en outsourcing y el desempeño del desarrollador de software / José Luis Cantú Mata y los resultados indican que son aceptables cumpliendo con el valor establecido de 0.6 como límite inferior según Hair.17 Por otro lado, las variables X2 y Y1 son medidas con un solo indicador y por esta razón tiene la puntuación más alta disponible (1.000). vi. Validez de contenido. Permite evaluar cada una de las variables latentes y comprobar su respectivo agrupamiento. El análisis se realiza en dos partes, la primera parte se realiza con la medida de adecuación muestral Kaiser-MeyerOlkin (KMO). Esta prueba indica si los factores analizados son candidatos a ser agrupados y conformar una variable.19 La segunda parte se realiza para definir si el análisis es apropiado utilizando la prueba de esfericidad de Bartlett. Esta prueba indica si es significativa mediante el p – valor (Sig.) del análisis realizado, comparando este resultado con el valor de significancia del nivel de confianza perteneciente al 95 % que corresponde a 0.05, basado en la suposición que la población es normal.19 Los valores son superiores a 0.500 de la prueba KMO e indica que la primera parte es aceptable, y la segunda parte con la prueba de esfericidad de Bartlett es significativa. La prueba se omitió para las variables X2 y Y1 debido a que son medidas con un indicador y por lo tanto, no suministran resultados. COMPROBACIÓN DE LAS HIPÓTESIS Para comprobar las hipótesis (Xi – Y) se utilizó el estadístico “t” para la prueba de una cola, el cual, tiene establecido como límite inferior 0.98 para un nivel de confianza del 95 %. 20 Este estadístico permite identificar cuáles son las variables de estudio significativas sobre las variables dependientes. De acuerdo a Anderson, 21 la forma de saber la representatividad de las variables latentes sobre la variable dependiente es comparar la “t” teórica (valor de 0.98) con el resultado de la “t” práctica. Se puede observar ambos estadísticos en la tabla Estadístico “t”, al realizar dicha comparación, se puede apreciar que el valor de la “t” práctica, en cada uno de los casos, es mayor que la “t” teórica. Por lo tanto, se acepta cada una de las hipótesis propuestas. Ver tabla V. DISCUSIÓN Con este estudio, se identificó que la correlación entre planeación e inversión es negativa, en medida que se realicen las reuniones de planeación para administrar la inversión del proyecto de outsourcing, no repercutirá en un incremento del costo en el bien o servicio. Por lo tanto, debido la baja cantidad de reuniones de planificación sobre outsourcing no se estipulan las propias necesidades de la empresa en relación al proyecto de outsourcing, además de no permitir analizar los costos involucrados en las respectivas actividades a realizar, coincidiendo con McIvor.2 Por otro lado, el modelo estructural permitió identificar lo siguiente en la variable inversión en outsourcing (Y1): la administración de costos (X1). Las empresas que han contratado el servicio no han presentado problemas de cancelación por incremento en costos, aunque han sufrido retrasos en la entrega de los objetivos propuestos, han culminado con el desarrollo del proyecto. Tiene relevancia predictiva alta por la capacidad de decisión de invertir o no de acuerdo Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 37 �Impacto de la inversión en outsourcing y el desempeño del desarrollador de software / José Luis Cantú Mata Tabla V. Estadístico “t”. Relación Estadístico Estadístico causal T (“t” T (“t” práctica) teórica) 1 Cola 0.98 Hipótesis Comentarios X1 -> Y1 0.697 16.825 H1: Se realizó la inversión con Aceptada el presupuesto necesario para la finalización del proyecto. X2 -> Y1 -0.372 5.909 H2: Las empresas se enfocan en Aceptada sus competencias centrales para desarrollar su producto o servicio, sin embargo, están fallando en la innovación de sus productos o servicios, ya que éstos no están disponibles a tiempo en el mercado. X3 -> Y2 0.417 6.094 H3: El personal demostró: tener Aceptada la capacidad de relacionase con el personal asignado de su cliente, tener determinación e iniciativa, además de tomar los riesgos necesarios para cumplir con sus funciones. X4 -> Y2 0.256 3.463 H4: El personal cumple con su Aceptada trabajo, pero con retraso. X5 -> Y2 0.408 5.477 H5: El personal demostró su Aceptada conocimiento al utilizar las herramientas tecnológicas y capacitar al cliente sobre el uso del producto final. Y2 -> Y1 -0.138 2.838 H6: El proveedor no está Aceptada cumpliendo a tiempo con los objetivos afectando la inversión de su cliente, lo cual lo obliga a distraerse de su actividad principal. Aunque esto constituye una ineficiencia, no ha afectado la finalización del proyecto. Fuente: Análisis de resultados con SMART-PLS. al presupuesto otorgado y su margen de error en caso de incremento económico; tiene relación negativa con innovación (X2) y relevancia predictiva alta. Las empresas contratan este tipo de servicio para que le permita enfocarse en su actividad principal, sin embargo, las empresas están fallando en la innovación de sus productos o servicios, estos no están siendo lanzados a tiempo al mercado por el incumplimiento de los objetivos propuestos, por lo tanto debe enfocarse al proyecto en lugar de enfocarse a su actividad principal; y, desempeño del desarrollador de software (Y2), el proveedor no está cumpliendo a tiempo con los objetivos y el 38 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Impacto de la inversión en outsourcing y el desempeño del desarrollador de software / José Luis Cantú Mata desarrollo de las actividades, está afectando la inversión de su cliente que pasa a transformarse en un gasto que genera pérdidas económicas. Tiene relevancia predictiva baja, coincidiendo con Balmelli,22 quienes han mencionado que los proyectos que no cumplen con el tiempo de entrega suelen tener mayor inversión en el proyecto. Esto ocasiona que el cliente no se enfoque a su actividad principal. Sin embargo, en este caso, esto no ha afectado la finalización del proyecto. Por otro lado, el desempeño del desarrollador de software (Y2) como variable dependiente fue explicada en un 82 % por sus respectivas variables. De acuerdo al análisis, se distingue la importancia que genera cada una de las competencias del desarrollador de software. El liderazgo (X3), en el presente estudio es considerada como sustancial, tiene relevancia predictiva alta, sin embargo, el personal del proveedor se integra adecuadamente con el personal cliente, lo cual, su determinación y toma de riesgos son apropiadas, sin embargo, no se comprenden los requerimientos y necesidades del cliente, probablemente esto se debe a la baja planificación y el no saber especificar sus necesidades informáticas; en la variable resolución de problemas (X4), el personal está cumpliendo con su trabajo, sin embargo, puede afectar en el cumplimiento a tiempo de los objetivos. Desde la perspectiva de Colomo,12 coincidimos teóricamente con la capacidad para identificar y resolver problemas complejos que el desarrollador de software debe tener, sin embargo, de acuerdo a nuestros hallazgos esta variable tiene relevancia predictiva media, probablemente este resultado es debido a que la resolución de problemas es una cualidad adquirida durante la preparación profesional y forma parte de la personalidad del desarrollador de software, es decir, ya está adaptada a su forma de trabajo al momento de comenzar a desarrollar sus habilidades en proyectos laborales. Por último, en el caso de la variable experiencia (X5) el proveedor cumple con el desarrollo de sus actividades, aunque no en el tiempo señalado. Desde la perspectiva de Gorla,23 la preocupación que tiene la empresa cliente sobre las habilidades, la capacidad y la experiencia del proveedor, ha sido demostrada. Tiene relevancia predictiva media. El proveedor asigna personal que no tiene la experiencia suficiente, el estudio comprueba que el personal no está actualizado en el uso de los lenguajes de programación utilizados para cumplir con el proyecto de desarrollo de software, no ha demostrado el conocimiento suficiente para cumplir con el tiempo de los objetivos propuestos y no proporcionó el curso de capacitación adecuadamente. CONCLUSIONES En el presente estudio se plantea un modelo estructural con dos variables dependientes, en la literatura no se encontró evidencia sobre el análisis de estas variables al mismo tiempo. Tampoco se encontró algún análisis del impacto de las variables desempeño del desarrollador de software e inversión de outsourcing. En este trabajo fue posible cuantificar la existencia de la relación, pero no es posible extraer la casusa - efecto, ya que no se deben tomar antecedentes por causas. De acuerdo al impacto de la inversión del outsourcing en relación al costo de producción interna, debido a la falta de planeación, las empresas presentaron incrementos de costo en sus proyectos, lo que inmediatamente se traduce en pérdidas. Aunque parecería obvio, se confirma que las reuniones de planeación deben realizarse durante toda la vigencia de los proyectos. También se confirma Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 39 �Impacto de la inversión en outsourcing y el desempeño del desarrollador de software / José Luis Cantú Mata que si el desempeño del desarrollador de software es de mala calidad, la inversión tiende a subir y se convierte en gasto. Por último, aunque el modelo cumple con los criterios de calidad mencionados, el análisis para cada variable dependiente ha sido hecho solamente con tres relaciones cada una y no permite establecer relaciones conceptuales porque se propusieron según la información disponible. Esta limitación no es exclusiva de este trabajo, sino que es propia de que se establecen hipótesis en busca de correlaciones estadísticas sin que se conozca la naturaleza de la relación entre ellas. El hecho de que algunas prácticas con afectación cuantificable, pero con consecuencias variables, obedece además a que no se consideraron interacciones entre variables como primera aproximación para relaciones empíricas. REFERENCIAS 1. Arora, A., Arunachalam, V. S., Asundi, J. and Fernandes, R., (1999). The Indian Software Services Industry. Research Policy, 30, 1267-1287. 2. McIvor, R. (2000) “A practical framework for understanding the outsourcing process”. Supply Chain Management: An International Journal, 5: 22 – 36. 3. Mierau A., Strategic Importance of Knowledge Process Outsourcing, Technical University of Kaiserslautern, Kaiseslautern, Germany 2007, pp. 4–17. 4. Abraham, K. y Taylor, S. K. (1993). Firms Use of Outside Contractors: Theory and Evidence. 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Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 41 �Proceso de automatización para el envío de información contable a un sistema SAP Sergio Alcaraz CoronaA, Joel Estrada GámezB Universidad Autónoma de Nuevo León CIDET, FIME Universidad Autónoma de Nuevo León, FIME, Maestría en Ingeniería con orientación en Tecnologías de Información, sergio.alcarazcrn@uanl.edu.mx A B RESUMEN En este trabajo, presentamos el diseño e implementación de un proceso de automatización para el envío de información contable entre bases de datos de una empresa comercial siguiendo una metodología de desarrollo de software profesional. El proceso de automatización propuesto es indispensable para la correcta facturación de clientes de la empresa comercial en tiempo y forma, así como evitar diversos problemas tales como pérdidas económicas, múltiples retrasos e inconsistencias en la información contable que se derivan de realizar el envío de esta información tan importante de forma manual. PALABRAS CLAVE Desarrollo de software, bases de datos, sistemas administrativos empresariales, SAP, facturación electrónica. ABSTRACT In this work, we present the design and development of a process to automate the transmission of billing information between database systems of a commercial enterprise. The proposed automated process is necessary for the correct billing of customer information on a timely manner and also to avoid further problems such as, economic losses as well as multiple information delays and inconsistencies all due to the current manual transmission of this sensitive information. KEYWORDS Software development, databases, enterprise management systems, SAP, electronic billing. INTRODUCCIÓN Antecedentes La informática es un área de las ciencias computacionales y tecnologías de información que está en constante evolución, en donde es posible encontrar una amplia gama de productos o servicios cuya funcionalidad se basa o depende de alguna forma de software. En particular, el software se ha convertido en un componente fundamental en una creciente lista de aplicaciones prácticas en 42 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Proceso de automatización para el envío de información contable.../ Sergio Alcaraz Corona, et al. diversos sectores productivos de cualquier país o región. Actualmente, existe una gran diversidad de aplicaciones de software construidas con una gran variedad de lenguajes de programación, estructuras, herramientas y ambientes de desarrollo, entre otros elementos. Por tanto, es muy común encontrar casos en donde una empresa u organización utilice un número considerable de aplicaciones o sistemas para diferentes propósitos o necesidades de información. A pesar de los grandes avances en materia de desarrollo del software, todavía es frecuente encontrar dentro de las organizaciones algunos sistemas que fueron desarrollados desde los años 80 y que continúan vigentes en la actualidad. Debido a las condiciones que existían en aquel entonces, dichos sistemas eran producidos en su totalidad por los pocos aunque grandes fabricantes de sistemas de información, lo cual a su vez generó una alta dependencia por parte de las organizaciones contratantes con los proveedores. Este tipo de sistemas son conocidos como sistemas legados (Legacy Systems) los cuales se caracterizan por estar creados con lenguajes llamados de tercera generación tales como Fortran, Cobol, Basic, Pascal, RPG, C, entre otros.1 Algunas otras de las características principales de los sistemas legados son:2 • Es un tipo de sistema principalmente dirigido a apoyar la parte operativa de una empresa por lo cual requiere estar disponible en todo momento por tratarse de una área crítica para una organización. • Suelen ser sistemas bastantes complejos y grandes, pudiendo llegar al orden de varios cientos de miles de líneas de código que contienen la mayoría o toda la lógica del negocio. • Su estructura es rígida y de tipo procedimental, es decir, todas las funciones están codificadas una seguida de otra en uno solo programa en lugar de distribuir cada una en diferentes subprogramas. • La documentación en este tipo de sistemas es escasa o nula lo cual en conjunto con los puntos anteriores dificulta las labores de mantenimiento, actualización, trazabilidad de funcionalidades, entre otras. Debido a lo anterior, las empresas han buscado otras alternativas con el fin de renovar sus sistemas de información y con ello hacer más eficiente la gestión de las diferentes funciones operativas y administrativas de la empresa. Una de estas medidas se ha enfocado en el traspaso gradual de cierta información relevante de los sistemas legados a plataformas tales como el sistema SAP (Systems, Applications, Products in Data Processing) en donde el procesamiento de la información pueda ser en general más eficiente.3 Básicamente, SAP es un sistema de gestión que permite a las empresas administrar sus recursos humanos, financieros, contables, productivos, logísticos, entre otros. Para lograr lo anterior, el sistema SAP está conformado por varios módulos que se encargan de soportar cada una de las áreas antes mencionadas. En términos generales, SAP se utiliza para gestionar todas las fases de los modelos de negocio pertenecientes a una corporación y debido a eso es también catalogado como un sistema ERP (Enterprise Resource Planning), es decir, un sistema de planificación de recursos empresariales que integra en un único sistema todos los procesos de negocio de una empresa.4 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 43 �Proceso de automatización para el envío de información contable.../ Sergio Alcaraz Corona, et al. Por otra parte, la informática también ha contribuido de manera importante en lo que se refiere a la automatización de procesos, con lo cual se busca mejorar la eficiencia de dichos procesos dentro de una empresa principalmente con el fin de satisfacer las expectativas de sus clientes. La automatización consiste en obtener información en o cercano a tiempo real de manera que este accesible para todo el personal involucrado. En general, la automatización de procesos es un mecanismo que, en varios casos, implica emplear un conjunto de técnicas de comunicación, computación y equipamiento, todo con el objetivo de aumentar la productividad y eficiencia de los procesos administrativos de rutina así como la actividad gerencial, mejorando el desempeño humano ante problemas complejos y dinámicos.5,6 Objetivo El objetivo de este trabajo es presentar el diseño e implementación de un proceso de automatización para el envío de información contable desde un sistema legado a un sistema SAP, en específico al módulo FI (Finanzas), el cual no solo se encarga de gestionar todos los procesos financieros y contables de una empresa sino que también es uno de los módulos más importantes del sistema SAP.7 Entre los diferentes tipos de movimientos que se pueden realizar en este módulo se encuentra el procesamiento de cuentas por pagar, cuentas por cobrar y la contabilización general de una empresa. El desarrollo de dicho proceso de automatización se realizó siguiendo una metodología de desarrollo de software empleada ampliamente en la industria como una secuencia ordenada de actividades cada una con su respectivo entregable. Justificación La organización para la cual se realiza este proyecto de automatización es Soriana la cual es una empresa mexicana de giro comercial que surgió en 1968 y actualmente está presente en 277 municipios a lo largo de los 32 estados de México. En el año 2014, la empresa OMONEL realizó un convenio con Soriana en el cual por medio de la tarjeta OMONEL, clientes terceros y empresas filiales de Soriana podrán realizar diversas compras. La problemática actual es que la información contable que fue facturada por la venta de bonos a clientes terceros y empresas filiales a través de dicho convenio no está siendo procesada de la manera correcta, además de no estar disponible en el momento que es requerida o bien la información presenta datos incorrectos o esta duplicada. El origen de esta problemática se debe a que la información de facturación de ventas y generación de notas de crédito se almacena en la base de datos del sistema legado. Dicha información debe ser enviada al módulo FI del SAP después de haber validado ciertos datos y generado la póliza contable correspondiente. En este caso, la información contable a procesar son Cuentas por Pagar (AP – Accounts Payable), Cuentas por Cobrar (AR – Accounts Receivable) y Contabilidad General (GL – General Ledger). Actualmente, el envío de esta información se debe hacer de forma manual, es decir, requiere de alguien que se encargue de realizar este traspaso diariamente mediante la ejecución de un programa que opera directamente en la base de datos del sistema legado para extraer la información, procesarla y enviarla a SAP. Por lo regular, lo anterior es una tarea que se lleva 44 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Proceso de automatización para el envío de información contable.../ Sergio Alcaraz Corona, et al. de una a dos horas para completarlo. La forma de envío manual presenta los siguientes inconvenientes. Por un lado, afecta al cliente en su línea de crédito para liberar su saldo y pueda seguir con la adquisición de vales electrónicos debido principalmente a que la información contable todavía no haya podido ser procesada o bien contenía errores. Actualmente, se cuenta con solo dos personas capacitadas para realizar el traspaso manual de esta información, teniendo que dejar sus actividades diarias y dedicar dos horas de su tiempo para esto. Adicionalmente, el área de finanzas no puede conciliar las cuentas bancarias por falta de esta información, generando problemas críticos en los cierres de mes y anuales. Por lo tanto, la automatización de esta tarea es de alta importancia para la empresa Soriana ya que con ello se podrá eliminar o al menos reducir significativamente los inconvenientes anteriores que vienen sucediendo desde Junio de 2014.8 Básicamente, con la automatización del traspaso de la información contable será posible tenerla disponible en tiempo y forma de manera que el área de Control de Ingresos pueda realizar el cobro diariamente de todos los clientes que participan en el convenio. De igual forma, los clientes también se verán beneficiados ya que podrán hacer comentarios o aclaraciones sobre la información facturada. En general, el procesamiento de esta información representa el 10% de la facturación total de la empresa que a diario realiza a nivel nacional. Por último, el alcance de este trabajo va enfocado al área contable de la empresa, sin embargo, su impacto y relevancia es global debido a que su ausencia genera grandes pérdidas e inconvenientes. METODOLOGÍA DE DESARROLLO En general, cualquier software comercial o empresarial debe construirse utilizando una metodología que permita crear al final un producto de utilidad y de la más alta calidad. En la actualidad, existe una gran variedad de metodologías de desarrollo de software, cada una con diferentes características, formas y mecanismos para producirlo. Sin embargo, para una implementación eficiente y confiable, se decidió emplear la metodología de desarrollo de software llamada Programación Extrema o también conocida como XP. Dicha metodología se eligió debido principalmente a su naturaleza ágil, iterativa, en donde el software se va construyendo en pequeños incrementos de corta duración como comúnmente sucede en este tipo de metodologías. Cada incremento produce una versión cada vez más completa del sistema hasta eventualmente terminarlo. Adicionalmente, es adecuada para proyectos cortos con pocos desarrolladores concentrados en un solo cliente, que en este caso es el Departamento de Control de Ingresos. Al igual que prácticamente todas las metodologías de desarrollo de software, la metodología XP consta de 4 fases o etapas principales de trabajo que son:9,10,11 Planificación, Diseño, Codificación y Pruebas. Planificación Como su nombre lo dice, esta etapa inicial de cualquier proyecto de desarrollo de software se enfoca en definir cada uno de los requerimientos tanto funcionales y no funcionales del sistema o aplicación solicitada. Es indispensable que Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 45 �Proceso de automatización para el envío de información contable.../ Sergio Alcaraz Corona, et al. cada requerimiento describa solamente una función específica, es decir, si un requerimiento abarca dos o más funciones entonces deberá dividirse en igual número de requerimientos. La definición de requerimientos anterior debe registrarse en un documento comúnmente llamado documento de especificación de requerimientos de software. Otra ventaja de utilizar la metodología XP es su flexibilidad para incorporar adecuaciones o ciertas modificaciones a los requerimientos durante el desarrollo.12 Por otra parte, en esta etapa también se realiza la planeación del proyecto con apoyo de un cronograma de actividades con sus respectivas fechas de inicio y terminación para un mejor control y administración de las actividades a realizar. El cronograma que se definió para este proyecto se muestra en la tabla I seguido de la lista de requerimientos. En general, en esta etapa se define el “que” deberá hacer el software. Tabla I. Cronograma de actividades. ETAPA Planificación Diseño Codificación Pruebas INICIO 13/06/2016 01/07/2016 02/09/2016 01/12/2016 FIN 30/06/2016 02/09/2016 01/12/2016 03/02/2017 Dentro de cada etapa se realizan ciertas actividades específicas que contribuyen a la implementación del proceso de automatización cuyas descripciones continúan en las siguientes secciones. La lista de requerimientos de un proyecto de desarrollo de software, casi por lo regular, se representan ya sea en una lista o bien de forma tabular, siendo esta última la que se muestra a continuación. Diseño Esta etapa tiene como objetivo elaborar el diseño de la estructura general del sistema o aplicación que sea capaz de realizar todas las funciones descritas en los requerimientos definidos en la etapa anterior. Es común que en esta etapa se utilicen ciertas herramientas o productos de software adicionales de apoyo en la definición del diseño del software a desarrollar. Por lo regular, un diseño se puede representar por algún tipo de modelo gráfico de la estructura del o de los componentes que se desarrollarán posteriormente. Por ejemplo, algunos diseños pueden incluir diagramas de flujo, diagramas de secuencia, diagramas de clases, algoritmos, entre otro tipo de representaciones gráficas que facilitan tanto la comprensión del funcionamiento lógico del software así como su implementación en la actividad de codificación. La metodología XP sugiere que los diseños sean simples y sencillos de modo que sean fáciles de entender e implementar en la etapa subsecuente de codificación. Al igual que en la etapa anterior, el diseño de la solución a implementar debe documentarse ya sea en el documento de requerimientos o bien en uno llamado documento de diseño. La figura 1 muestra el diagrama de flujo en donde se representan en forma de bloques las diferentes funcionalidades que se deberán ejecutar al llevar a cabo el proceso de automatización. Básicamente, el programa 1 46 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Proceso de automatización para el envío de información contable.../ Sergio Alcaraz Corona, et al. Identificación del R-01 Recopilar información a contabilizar requerimiento: Característica: Tomar de la base de datos origen, la información necesaria para la contabilización de facturas. Descripción: A través de un programa extraer información de la base de datos origen de facturación para la generación de pólizas contables. Identificación del R-02 Generación de póliza contable Cuentas por Cobrar (AR) requerimiento: Característica: La póliza generada contiene la misma estructura de SAP para su inserción y contabilización. La póliza debe ser enviada a través de la Interface de legados a SAP. Descripción: Esta póliza debe contener información de la base de datos origen de facturación generada por la adquisición de vales electrónicos. Esta póliza debe identificarse con Serie “A” Identificación del R-02.1 Generación de póliza de bonificación Cuentas por Cobrar requerimiento: (AR) Característica: La póliza generada contiene la misma estructura de SAP para su inserción y contabilización. La póliza debe ser enviada a través de la Interface de legados a SAP. Descripción: Esta póliza debe contener información de la base de datos origen de facturación para la generación de pólizas que bonificaran importes al cliente. Esta póliza debe identificarse con Serie “B” Identificación del R-03 Generación de póliza contable Cuentas por Pagar (AP) requerimiento: Característica: La póliza generada contiene la misma estructura de SAP para su inserción y contabilización. La póliza debe ser enviada a través de la Interface de legados a SAP. Descripción: Esta póliza debe contener información de la base de datos origen de facturación generada por la bonificación de importes. Identificación del R-04 Generación de póliza contable Contabilización General requerimiento: (GL) Característica: La póliza generada contiene la misma estructura de SAP para su inserción y contabilización. La póliza debe ser enviada a través de la Interface de legados a SAP. Descripción: Esta póliza debe contener información de los ingresos y egresos diarios. Identificación del R-05 Procesamiento de AR pólizas con error requerimiento: Característica: El proceso debe actualizar las cuentas en las pólizas que se generan erróneas desde el origen. El proceso debe hacer uso del programa de reprocesos de la Interface a SAP. Descripción: El proceso actualizará cuentas e insertará registros de bases de impuestos, con base al número de procesamiento con el que se generaron. Identificación del R-06 Procesamiento de AP pólizas con error requerimiento: Característica: El proceso debe actualizar las cuentas en las pólizas que se generan erróneas desde el origen. El proceso debe hacer uso del programa de reprocesos de la Interface a SAP. Descripción: El proceso actualizará cuentas e insertará registros de bases de impuestos, con base al número de procesamiento con el que se generaron. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 47 �Proceso de automatización para el envío de información contable.../ Sergio Alcaraz Corona, et al. se encargará de extraer la información, procesar los datos para generar las pólizas y finalmente enviarlas a SAP. Al llegar a SAP, la información es verificada, en caso de contener datos incorrectos, el programa 2 realizará la actualización y ejecutará un reproceso por medio de la base de datos de la interface. Cabe mencionar que la interface es otro componente de SAP y se utiliza principalmente para realizar los ajustes de las cuentas contables que presenten errores de manera que sus pólizas puedan ser reprocesadas. En términos generales, esta etapa define el “como” el software deberá trabajar. Fig. 1. Diagrama general de flujo. Codificación Una vez que se tienen documentados tanto los requerimientos como el diseño, se procede con la implementación del sistema empleando uno o más lenguajes de programación, herramientas y ambientes de desarrollo, entre otros elementos. 48 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Proceso de automatización para el envío de información contable.../ Sergio Alcaraz Corona, et al. Dado que el proceso que se busca automatizar, implica enviar datos de una base de datos a otra, se presenta una descripción del sistema de administración de bases de datos así como el lenguaje de programación a utilizar en este trabajo. En primer lugar, se va a estar trabajando con Microsoft SQL Server, el cual es un sistema de administración y análisis de bases de datos relacionales.13 En particular, el término SQL (Structured Query Language) representa un lenguaje estándar de consulta con el cual se puede tanto obtener como actualizar cualquier dato o conjunto de datos en bases de datos relacionales.14,15 Adicionalmente, el lenguaje SQL contiene una variedad de comandos que permiten seleccionar, insertar, actualizar o bien eliminar datos. Por tanto, el lenguaje de programación seleccionado es SQL. Al utilizar un sistema de administración de bases de datos como Microsoft SQL Server, no solamente es posible ejecutar los comandos anteriores de forma individual, sino que también es posible crear programas en lenguaje SQL conformados por dos o más comandos o sentencias comúnmente conocidos con el nombre de Stored Procedures (SP) o bien como procedimientos almacenados en una base de datos. Por lo tanto, un procedimiento almacenado o SP se define como un programa que contiene varias sentencias o comandos en lenguaje SQL capaz de realizar diversas funciones o actividades sobre algún conjunto de datos, en este caso, los datos para la facturación. Como se mencionó en la parte de la justificación, actualmente existen dos programas que deben ser ejecutados necesariamente por alguien para el procesamiento y envío de la información contable desde la base de datos del sistema legado hacia la base de datos de SAP diariamente. Como parte del proceso de automatización, se realizaron adecuaciones a estos programas para que, entre otras cosas, se puedan ejecutar de forma automática, es decir, sin la intervención de nadie. En particular, la adecuación más importante consistió en implementar los dos programas anteriores en forma de procedimiento almacenado o SP. Por lo cual, la ejecución automática de los nuevos procedimientos almacenados (SP1 y SP2) se dividió en dos tareas principales. Por un lado, la tarea 1 que por medio del SP1 se encarga de enviar toda la información contable (AR, AP y GL) del sistema legado a SAP y, por otro lado, la tarea 2 que hace uso del SP2 para realizar todos los reprocesos de las pólizas AP y AR que hayan presentado errores para que sean corregidos y posteriormente reenviados a SAP. Por lo tanto, la ejecución de las tareas anteriores quedó de la siguiente manera: Tarea 1: SAP Traspaso de Pólizas OMONEL Frecuencia: Diaria Horario: 00:30 horas. Base de datos origen en el sistema legado Tarea 2: SAP Procesa Pólizas AP – AR OMONEL Frecuencia: Diaria Horario: 01:00 horas. Base de datos de la Interface en SAP Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 49 �Proceso de automatización para el envío de información contable.../ Sergio Alcaraz Corona, et al. En particular, el Departamento de Soporte Técnico es el responsable de programar las tareas anteriores en el agente de SQL que está instalado en el servidor en la sección denominada “Jobs”, es decir, en dicha sección se define el nombre de la tarea para lo cual se debe también definir la base de datos, el programa, la frecuencia y hora en la que deberá ejecutarse. Una vez automatizadas las tareas anteriores, el Departamento de Operaciones se encargará de monitorear diariamente (24 horas x 7 días) y con ello asegurar su buen funcionamiento de estas dos tareas que en conjunto forman el proceso de automatización. La figura 2 muestra todo el flujo de información de interés en este proyecto. En particular, el flujo de información inicia en la base de datos del sistema legado que es en donde se captura la información contable. El proceso de automatización ejecuta el SP1 que se encarga de generar el tipo de póliza contable (AP, AR o GL) para su envío al módulo FI de SAP. Como se mencionó en la sección del diseño, cuando la información llega a SAP, ésta es validada y en caso de que contenga errores, el SP2 ejecutará un reproceso por medio de la base de datos de la interface (DB Interface) en donde se corregirán todos los errores para su posterior envío a SAP. Por último, la etapa de pruebas se describe a detalle en la siguiente sección de los resultados. Fig. 2. Diagrama de procesos. RESULTADOS Normalmente, en cualquier proyecto de desarrollo de software profesional existen diferentes tipos de pruebas que se deben aplicar para así poder entregar un producto final que funcione correctamente y de acuerdo a las expectativas del cliente10,11. Por tanto, la realización de pruebas es una de las actividades más importantes de cualquier metodología de desarrollo de software profesional. Sin embargo, por cuestiones de espacio, solo se describe un caso de prueba con el cual se pueda demostrar el buen funcionamiento de todo el proceso de automatización. 50 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Proceso de automatización para el envío de información contable.../ Sergio Alcaraz Corona, et al. Descripción de la prueba La prueba consiste en evaluar el desempeño y los resultados obtenidos después de que el proceso de automatización realiza la funcionalidad correspondiente a los requerimientos definidos en la etapa de planificación. El proceso comienza con la ejecución de la tarea 1, descrita en la sección anterior, en donde el SP1 se encarga de extraer la información necesaria para la generación de la estructura de las pólizas, así como el llenado de tablas para cada uno de los módulos de Cuentas por Pagar (AP), Cuentas por Cobrar (AR) y Contabilidad General (GL) para su envío a SAP. Como se mencionó con anterioridad, se necesitan al menos dos personas que se encarguen de realizar diariamente este proceso de forma manual el cual toma aproximadamente dos horas en completarse. Con el proceso de automatización, la tarea 1 tomó en promedio 14 minutos para enviar un total de 180 pólizas observadas para este caso de prueba en particular. Evidentemente, el tiempo anterior puede variar dependiendo de la cantidad de información que se deba procesar en cierto día siendo regularmente alrededor de 190 pólizas diarias que requieren enviarse. Sin embargo, puede haber días en donde se envíen hasta 270 pólizas en un tiempo máximo estimado de 20 minutos. Por lo tanto, se puede apreciar una reducción en el tiempo de envío de dos horas a un rango de 15 a 20 minutos sin la necesidad de asignar a alguien para ello. Una vez en SAP, se verifica el contenido de la información de las pólizas y con esto fue posible comprobar el buen funcionamiento de los requerimientos R01 al R04. Por otro lado, las pólizas de tipo AR y AP son las que normalmente presentan errores o inconsistencias en los datos que contienen. La figura 3 muestra una vista desde la base de datos de SAP (DB Interface) de una póliza de tipo AR que contiene varios errores. La figura 3 muestra el desglose de la póliza B-53076 (campo Ref) en donde los campos con información incorrecta se muestran dentro de los recuadros. Fig. 3. Ejemplo de una póliza con errores. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 51 �Proceso de automatización para el envío de información contable.../ Sergio Alcaraz Corona, et al. Por un lado, esta póliza no cuenta con indicador de impuestos para la cuenta 6906000002 (Cta_Mayor), es decir, el campo Ind_Imp esta vacío. Por otra parte, en la parte inferior de la figura se muestra la respuesta de SAP acerca del estado de esta póliza: El centro 5801 no existe. Actualmente, una póliza con este tipo de errores tarda aproximadamente 10 minutos en corregirse y reenviarse a SAP debido a que comúnmente se necesita modificar varios datos tales como el importe, número de cuenta, e incluso existen casos en donde además se necesita agregar alguna línea con cuentas e indicadores de impuestos específicos. Considerando que de las 190 pólizas que normalmente se envían diariamente, en promedio 60 presentan errores entonces el tiempo total para corregir todos esos casos es de al menos 10 horas lo cual ocasiona una serie de retrasos e inconvenientes tanto para la empresa como para los clientes. Con la inclusión del proceso de automatización, en específico la tarea 2 que se encarga de ejecutar el SP2 para reprocesar las pólizas que presenten errores ahora todos esos casos podrán ser corregidos y reenviados a SAP en tan solo 1 minuto aproximadamente (42 segundos para la presente prueba) mientras que el tiempo máximo registrado es de alrededor de 3 minutos. Al igual que con el tiempo de envío, lo anterior representa un cambio significativo en el tiempo requerido para corregir pólizas incorrectas, pasando de 10 minutos al orden de unos cuantos segundos por póliza en promedio. La figura 4 muestra los cambios necesarios que el SP2 realizó a esta póliza para su correcto procesamiento vistos desde la base de datos de SAP. Entre los cambios, se observa que la póliza ahora cuenta con el indicador de impuestos “A4” para la cuenta 6906000002 y la base de impuestos contiene un importe de $0.00. En general, lo más importante es el mensaje que aparece al final de la figura en donde se confirma la validez de la póliza de acuerdo a las reglas en SAP. Para el caso de pólizas tipo AP con errores, el proceso de corrección es el mismo y los tiempos de respuesta son similares. Por tanto, con el caso de prueba Fig. 4. Póliza corregida y validada en base de datos de SAP. 52 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Proceso de automatización para el envío de información contable.../ Sergio Alcaraz Corona, et al. presentado queda demostrado el correcto funcionamiento del proceso en base a los requerimientos R05 y R06. Por último, en la figura 5 se muestra la póliza correcta desde una de las ventanas del módulo FI de SAP. Fig. 5. Póliza corregida vista desde el módulo FI de SAP. CONCLUSIONES En este trabajo hemos presentado el diseño e implementación de un proceso de automatización para el envío de información contable entre dos bases de datos de sistemas administrativos pertenecientes a una empresa comercial siguiendo una metodología de desarrollo de software profesional. En específico, el uso de la metodología XP permitió construir el proceso de automatización como una secuencia ordenada de actividades cada una con sus respectivos objetivos, alcance y entregables. Adicionalmente, seguir dicha metodología sobre otras y adaptarla al contexto mostrado no fue una tarea trivial, sin embargo, hizo posible que se alcanzaran los objetivos y se obtuvieran los resultados esperados en el tiempo programado. De acuerdo a los resultados de las pruebas realizadas al proceso se pudo comprobar por un lado su buen funcionamiento en base a los requerimientos establecidos en relación al envío de la información contable hacia el sistema SAP, así como el reproceso de pólizas incorrectas. Por otro lado, fue posible también constatar los diversos beneficios que ofrecen este tipo de desarrollos tecnológicos para mejorar la operatividad dentro de una empresa u organización. En particular, los resultados muestran una mejora significativa en los tiempos de envío y de reproceso de las pólizas ya sin la necesidad de que nadie intervenga para realizar estas funciones. Por último, el trabajo desarrollado en este proyecto ya se encuentra oficialmente en operación, lo cual beneficia a varias áreas de la empresa, así como a los clientes al contar ellos con información contable correcta en mucho menor tiempo. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 53 �Proceso de automatización para el envío de información contable.../ Sergio Alcaraz Corona, et al. REFERENCIAS 1. Oz, E. (2008). Administración de los sistemas de información. 5ª. Edición, Thomson, México, ISBN 970-686-776-7. 2. Rojas, N. J. (2015). Conviviendo con sistemas legados. Bogotá, Colombia: Paradigma revista electronica en construcción de software. 3. SAP. (2017). www.sap.com. Obtenido de www.sap.com: https://www.sap. com/corporate/en/company.html 4. González, D. (08 de 06 de 2016). http://aprendesap.com. Obtenido de http:// aprendesap.com: http://aprendesap.com/blog/modulos-de-sap-erp-mm-sd-fipp-pm/ 5. Tesoro, J. y. (1993). Automatización administrativa y desempeño gerencial. 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Puente Córdova, Edgar Reyes Melo, Beatriz López Walle UANL, CIIDIT, FIME jesus.puentecr@uanl.edu.mx RESUMEN El polivinil butiral (PVB) es un polímero que debido a sus propiedades reológicas, ópticas y de adherencia, se utiliza como elemento clave en la fabricación de vidrio laminado. Sin embargo, sus propiedades eléctricas también lo posicionan como un candidato importante para aplicaciones en las áreas de la ingeniería eléctrica, electrónica y/o mecatrónica. El carácter covalente y macromolecular de la estructura del PVB, le confiere una movilidad restringida a sus portadores de carga eléctrica. En este trabajo, a través de mediciones experimentales de I(t) a temperatura y voltaje constantes, se caracterizaron los mecanismos de conducción eléctrica presentes en una película de PVB, para lo cual se describieron y utilizaron los modelos físicos necesarios pertinentes, que describen el movimiento de los portadores de carga eléctrica en la matriz polimérica. Estos resultados, son fundamentales para la optimización de la utilización del PVB como “electret”, material dieléctrico dotado de una carga eléctrica o momento dipolar “cuasi” permanente. PALABRAS CLAVE Polímero, polivinil butiral, dieléctricos, conducción eléctrica. ABSTRACT Polyvinyl butyral (PVB) is a polymer which, due to its rheological, optical and adhesion properties, is used as a key element in the manufacture of laminated glass. However, its electrical properties also position it as an important candidate for applications in the areas of electrical, electronics and mechatronics engineering. The covalent and macromolecular character of the structure of the PVB, confers a restricted mobility to its carriers of electric charge. In this work, the electrical conduction mechanisms present in a PVB film were characterized by experimental measurements of I(t) at constant temperature and voltage, for which the relevant necessary physical models were described and used, describing the motion of the electric charge carriers in the polymer matrix. These results are fundamental for the optimization of the use of PVB as “electret”, a dielectric material with a quasi-permanent electric charge. KEYWORDS Polymer, polyvinyl butyral, dielectrics, electrical conduction. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 55 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. INTRODUCCIÓN El polivinil butiral o PVB es un polímero sintetizado a partir de la reacción del alcohol de polivinilo con butiraldehído, y la estructura resultante de su unidad repetitiva se esquematiza en la figura 1a. La diferencia, tanto en el tamaño como en la configuración electrónica de los átomos que conforman al PVB, inducen una distribución espacial asimétrica de sus portadores de carga eléctrica, de tal manera que a cada uno de los grupos químicos de las cadenas poliméricas se les asocia un dipolo eléctrico. La movilidad de estos grupos químicos (dipolos), por efecto de un estímulo aplicado, es de gran ayuda para la caracterización de la estructura polimérica. Por ejemplo, la aplicación de una radiación infrarroja produce desplazamientos oscilatorios específicos para cada tipo de grupo químico. La figura 1b muestra el espectro de infrarrojo (FTIR) obtenido para una muestra de PVB, en los que se identifican para cada grupo químico, los diferentes modos de vibración producidos. a) b) Fig. 1. a) Esquema de la unidad repetitiva del PVB y b) su espectro FTIR. De lo anterior, es evidente que, la aplicación de un campo eléctrico constante, o variable, pero de menor frecuencia que la radiación IR, produce desplazamientos de los portadores de carga eléctrica (electrones, dipolos, cationes, aniones, huecos, 56 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. etc.), los cuales se manifiestan a través de corrientes eléctricas. En consecuencia, en una curva experimental I(t), obtenida a voltaje y temperatura constantes, deben estar registradas las contribuciones individuales de cada uno de los desplazamientos de los portadores de carga eléctrica de la muestra. En este trabajo, se obtuvieron y analizaron curvas isotérmicas I(t) a diferentes voltajes constantes, con la finalidad de identificar los mecanismos de conducción eléctrica que definen el comportamiento eléctrico del PVB. Se busca con este estudio, contribuir a la optimización de las películas delgadas de PVB, para su utilización como material aislante y/o como dieléctrico. Como aislante eléctrico, su función es impedir el paso de corriente eléctrica entre materiales conductores. Como dieléctrico, debe realizar la función de almacenar carga eléctrica, para lo cual es necesario caracterizar los fenómenos de polarización eléctrica y el de carga de espacio. En este sentido, los trabajos de investigación1-5 son escasos para el PVB, quedando muchas interrogantes aún por resolver, principalmente, en lo que respecta al efecto de la carga de espacio sobre el desempeño del PVB, ya sea como aislante o como dieléctrico. Como estrategia de estudio, en este trabajo se agruparon los mecanismos de conducción eléctrica que se pueden presentar en los polímeros, en dos grupos. El primero de ellos, corresponde a corrientes eléctricas que son función de la inyección de electrones en el polímero a través de la interfaz polímero-electrodo. El segundo grupo, corresponde a corrientes eléctricas asociadas a los movimientos de los portadores de carga eléctrica que se encuentran al interior o en el volumen de la muestra. Entre estos portadores de carga eléctrica, se encuentran principalmente los diferentes tipos de grupos químicos del PVB, representados cada uno de ellos por su momento dipolar eléctrico (ver figura 1), y también se encuentran los aditivos, impurezas y posibles productos de degradación presentes en la muestra. Aunado a lo anterior, se deben tomar en cuenta también, a los electrones atrapados en la muestra, los cuales previamente debieron haber sido inyectados a través de la interfaz electrodo-polímero. Los mecanismos de conducción controlados por el volumen pueden tener varios orígenes. En este sentido, la orientación de dipolos eléctricos (permanentes o inducidos) por efecto del campo eléctrico aplicado produce una corriente eléctrica que se puede medir experimentalmente. Paralelo a esto, cuando se dan las condiciones necesarias, la inyección de electrones también puede ser evaluada a través de una corriente eléctrica. Posterior a la inyección de electrones, estos pueden ser atrapados de dos maneras, produciéndose una acumulación de carga eléctrica en la muestra (carga de espacio). El primer tipo de atrapamiento se identifica como de tipo físico o trampas superficiales, y corresponden a cambios de los estados conformacionales del polímero, la energía asociada a este mecanismo de atrapamiento es de alrededor de 0.15 eV.6,7 El segundo mecanismo de atrapamiento se identifica como de tipo químico o trampas profundas, y se relaciona con la formación de radicales libres, entrecruzamiento químico, y/o ruptura de enlaces covalentes; la energía asociada a estas trampas se ha reportado como >1 eV. En la siguiente sección, se describen los modelos físicos que definen a los diferentes mecanismos de conducción posibles que puede presentar el PVB. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 57 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. MECANISMOS DE CONDUCCIÓN ELÉCTRICA EN POLÍMEROS Un polímero libre de imperfecciones e impurezas, no tiene electrones libres que puedan manifestar una corriente electrónica. Sin embargo, si puede manifestar corrientes eléctricas del orden de los pico-amperes, la cual es función de la estructura, la temperatura y del campo aplicado. De acuerdo con la teoría de bandas energéticas,6,8 los polímeros tienen una energía de banda prohibida (Eg) superior a los 5 eV, pero no explica el origen de las corrientes eléctricas producidas. Por lo tanto, para describir los mecanismos de conducción de los polímeros, se deben tomar en cuenta, además de la estructura atómica, también el tipo y la densidad de trampas presentes. En este sentido, varios autores han modificado la teoría de bandas energéticas para adaptarla al estudio del comportamiento eléctrico de los polímeros.8-10 La teoría de bandas energéticas, establece que para una red cristalina de material aislante o semiconductor, el campo eléctrico producido por los electrones de átomos vecinos modifica los niveles energéticos de los electrones de los átomos que constituyen sus alrededores, en acorde con el principio de exclusión de Pauli, lo que produce niveles discretos de energía muy próximos pero diferentes, dando origen a bandas de energía, y las separaciones entre dichas bandas corresponden a zonas o bandas prohibidas.6 Como se mencionó anteriormente, esta teoría no predice de manera satisfactoria el comportamiento eléctrico de los polímeros, entre otras razones, porque los polímeros no pueden cristalizar en un 100%, existiendo casos también en que los polímeros son amorfos. Consecuencia de este estado amorfo, las fronteras entre la banda de valencia, la banda prohibida y la banda de conducción no están perfectamente definidas (ver figura 2), y se han determinado experimentalmente “estados energéticos” que corresponden a zonas dentro de lo que se supone es una banda prohibida. Estos “estados energéticos”, que pueden estar ocupados o vacíos por portadores de carga eléctrica (electrones o huecos), se identifican como “estados localizados” porque son energéticamente distintos de sus vecinos más cercanos, y también se les conoce con el nombre de estados de Anderson, en honor a P. W. Anderson, quien fue el primero en sugerir que la “localización de electrones” es posible en un potencial no periódico o amorfo.9 Estos estados localizados corresponden a las “trampas” anteriormente mencionadas, y corresponden a pozos de energía potencial, que como se mencionó anteriormente pueden ser de naturaleza física o química. En la figura 2 se esquematizan estos pozos de potencial U(x) para un sistema cristalino (potencial periódico) y uno amorfo (potencial no periódico), y a efecto Fig. 2. Esquema de bandas energéticas en materiales poliméricos. 58 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. de comparación se muestran también las correspondientes bandas energéticas para un sistema cristalino y para un sistema amorfo, en este último se identifica una distribución de estados energéticos localizados. Fig. 3. Esquema de mecanismos de conducción en materiales poliméricos. La movilidad de los portadores de carga eléctrica se restringe de manera importante cuando son atrapados, o dicho de otra manera cuando ocupan los estados energéticos localizados. La energía asociada al atrapamiento de portadores de carga eléctrica depende además de la temperatura y del campo eléctrico, también de la profundidad energética de las trampas respecto al nivel de Fermi, razón por la cual se clasifican, como “trampas superficiales” con energía de 0.10.5 eV y de naturaleza física o como “trampas profundas” con energía mayor a 1 eV y de naturaleza química.11,12 Tomando en cuenta lo anterior, en la figura 3 se muestra un esquema que enlista a los modelos físicos que son utilizados para describir los mecanismos de conducción en polímeros. Para la utilización de estos modelos, es importante definir previamente, tanto la geometría de la muestra bajo estudio, como el protocolo utilizado para obtener las curvas experimentales de corriente. En este trabajo, la muestra de PVB utilizada tiene forma de película con un espesor x menor a 100 micrómetros, y debe estar colocada entre dos electrodos metálicos planos y paralelos. Tomando en cuenta lo anterior, la figura 4a, es un esquema que representa a las bandas energéticas del electrodo y del polímero, sin aplicación de campo eléctrico, la diferencia entre estas bandas, es una barrera de energía ϕ0, que a lo largo del espesor de la muestra es constante. Esta barrera ϕ0, es la que deben superar los portadores de carga eléctrica para ser inyectados al interior del polímero. Cuando se aplica un campo eléctrico uniforme, E, al polímero, la barrera de potencial de la figura 4a, cambia de forma a una barrera de potencial triangular, la cual está asociada a la energía potencial del electrón (-qEx) que todavía no es inyectado al polímero, ver la figura 4b. Una vez que un electrón es inyectado, se crea un hueco (carga eléctrica positiva) en el electrodo, y la fuerza de tipo Coulomb entre esta carga positiva y la carga negativa del electrón, produce una “fuerza imagen” que genera una diferencia de potencial, V(x), ver figura 4c. De lo anterior se deduce que, la aplicación del campo eléctrico produce una reducción de la barrera de potencial, ver figura 4d, que es el resultado de la superposición de los efectos de las figuras 4b y 4c. Además de reducir la barrera de potencial, el campo eléctrico Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 59 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. aplicado, también orienta los dipolos permanentes de la muestra. Paralelo a esto, los portadores de carga eléctrica (electrones) que ya han sido inyectados, reducen su movilidad por efecto de las trampas superficiales y profundas de la muestra, de tal manera, que los diferentes mecanismos de conducción que se pueden presentar en la película polimérica no dependen solamente del campo eléctrico aplicado, sino también de otros factores como lo son la temperatura, la naturaleza del polímero (tipos de trampas) y del tipo de electrodo.10,13 Fig. 4. Barrera de potencial de la interfaz entre electrodo (metal) y polímero. La modificación de la barrera energética, ϕ0, es un elemento clave para el desarrollo de los modelos de conducción eléctrica identificados en la figura 3, y en lo que sigue se describen en mayor detalle cada uno de estos modelos. Modelo de Schottky En este modelo, se considera que el abatimiento de la barrera de potencial es producto del campo eléctrico aplicado, y la figura 5 es un esquema que representa la manera en como un electrón supera dicha barrera para ser inyectado al polímero. Fig. 5. Esquema del mecanismo de conducción Schottky. A partir de las ecuaciones que definen los gráficos de las figuras 4 y 5, se deduce una expresión matemática (ecuación 1) que define la densidad de corriente J, para este mecanismo de conducción eléctrica, es importante mencionar que 60 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. se consideró como material modelo de estudio, a una película polimérica ideal, libre de trampas superficiales y profundas en su interior. (1) Donde T es la temperatura absoluta, kB es la constante de Boltzmann, y A* es la constante de Richardson, que se calcula mediante la ecuación 2, donde h es la constante de Planck, y para el caso de un electrón, con carga q y masa m, A* tiene un valor de 120 A/cm2K2.14 (2) Y βS es la constante de Schottky dada por la ecuación 3: (3) Donde εr es la permitividad dieléctrica relativa del polímero y ε0 representa la permitividad dieléctrica del vacío. La ecuación 1 muestra que la densidad de corriente depende de la temperatura y de la naturaleza del electrodo (ϕ0, barrera de potencial). Si a partir de los datos experimentales, se grafica el logaritmo natural de la densidad de corriente, contra la raíz cuadrada del campo eléctrico externo, y se obtiene una línea recta, puede decirse que la inyección de electrones puede ser descrita por el modelo de Schottky, la pendiente de dicha línea es igual a βS/kBT. Modelo de Fowler-Nordheim Aplicando un campo eléctrico (~109 V/m) a la muestra, aún y que la barrera de potencial disminuya, y si el electrón no puede superarla, existe la posibilidad de que debido a la dualidad onda-partícula del electrón, éste puede llegar a atravesar la barrera. Este fenómeno ondulatorio del electrón, también se conoce como “efecto túnel”.15 La figura 6 muestra un esquema cualitativo del efecto túnel. Fig. 6. Esquema del mecanismo de conducción por efecto túnel. Tomando en cuenta el carácter cuántico del electrón, la expresión matemática que describe la densidad de corriente es independiente de la temperatura, para lo cual también fue necesario asumir una barrera de potencial triangular, definida por la energía potencial del electrón.16 La expresión matemática obtenida queda definida por la ecuación 4: Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 61 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. (4) Sin embargo, para que se dé el fenómeno de tunelamiento entre dos electrodos metálicos con un material polimérico intermedio, la distancia entre ellos debe ser menor a 10 nm.17 Es simple identificar este mecanismo a partir de resultados experimentales, pues muestra una relación con el campo eléctrico aplicado, del tipo exp(-1⁄E). En base a lo anterior, es posible construir un gráfico Ln(J⁄E2) vs (1/E), el cual deberá ser una línea recta si el efecto túnel está presente. Modelo de Poole-Frenkel Este modelo, es similar al modelo de Schottky, con la variante de que se presenta en el volumen del polímero. En la figura 7, se representa un pozo de potencial o trampa, donde el efecto Poole-Frenkel es el abatimiento de la energía de atrapamiento, bajo el efecto combinado del potencial coulombiano (potencial que da origen a una fuerza electrostática clásica, pero cuya naturaleza es cuántica), y el potencial eléctrico asociado con el campo eléctrico externo. Fig. 7. Esquema del mecanismo de conducción Poole-Frenkel. En una película polimérica delgada, los centros de atrapamiento pueden considerarse como fijos, por lo que la conducción eléctrica se puede llevar a cabo sólo por los electrones que han superado la barrera de potencial. La expresión para la densidad de corriente del tipo Poole-Frenkel se puede obtener en la forma: (5) Con la constante de Poole-Frenkel (βPF) dada por la siguiente relación: (6) Para identificar este mecanismo de conducción, se construye un gráfico del logaritmo natural de la densidad de corriente contra la raíz cuadrada del voltaje aplicado, y como la ecuación es igual en forma a la que describe el mecanismo de Schottky, se obtiene una línea recta, y es a través del valor de la pendiente con lo cual se puede distinguir, en primera aproximación, que mecanismo de conducción eléctrica está presente en el polímero, ya que se pueden calcular los valores teóricos de dichas pendientes (βPF=2βS). 18 62 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. Modelo de corriente limitada por carga de espacio En este modelo se asume que la inyección de electrones al interior de la muestra es muy probable. Se asume también, que los electrones inyectados se distribuyen espacialmente de manera uniforme dentro del material.19,20 Bajo este contexto, la corriente limitada por carga de espacio (SCLC, siglas del término en inglés Space Charge Limited Current) es una medida de la rapidez de inyección y extracción de los portadores de carga eléctrica, entre los electrodos metálicos. Dado lo anterior, la corriente limitada por carga de espacio, depende de la concentración de los portadores de carga eléctrica, del tipo de carga eléctrica, de su movilidad, de la naturaleza de los electrodos y de las características de atrapamiento de cargas eléctricas. El análisis de la SCLC se lleva a cabo tomando en cuenta que, en primera instancia, el material polimérico está libre de trampas, y en segunda instancia, que el material posee trampas. Para un polímero libre de trampas, sin generación térmica de portadores de carga eléctrica, con contactos óhmicos que aseguran la inyección de un solo tipo de portadores de carga eléctrica (electrones), la densidad de corriente obtenida (ecuación 7) está compuesta de tres términos: corriente de deriva o conducción, corriente de difusión y corriente de desplazamiento.21 (7) Asumiendo condiciones en estado estable (dE/dt=0) en la ecuación 7, y un campo eléctrico uniforme a través del espesor, es posible obtener una expresión matemática para la densidad de corriente en términos de parámetros que se puedan medir de forma experimental, como el voltaje (V) y la densidad de corriente (J), la ecuación 8 es la ecuación obtenida, la cual es conocida como la ley de Mott-Gurney.19,21 (8) Donde d es el espesor de la película polimérica bajo estudio y μ la movilidad de los portadores de carga eléctrica (electrones). Por otra parte, pare el caso de un polímero, donde se tome en cuenta la presencia de trampas, se obtiene una expresión similar a la ecuación 8, pero influenciada por un factor θ, que denota la proporción entre portadores de carga eléctrica libres y portadores de carga atrapados, que están presentes en el volumen de material estudiado. La figura 7 es una representación esquemática de las ecuaciones 8 y 9. (9) Fig. 8. Esquema del comportamiento eléctrico de polímeros para corriente limitada por carga de espacio. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 63 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. A partir de la figura 8, se establecen ciertas consideraciones sobre el comportamiento de la corriente limitada por la carga de espacio. Para un nivel de voltaje bajo, se obtiene una pendiente igual a 1, lo que sugiere un comportamiento óhmico (la densidad de portadores de carga inyectados es despreciable en torno a la densidad de portadores intrínsecos). Si el material está o no libre de trampas, a partir de un cierto valor de voltaje se presentará una pendiente igual a 2, lo que sugiere la presencia de carga de espacio (las cargas inyectadas se acumulan en el material). Si el voltaje se sigue incrementando, se alcanza la ruptura eléctrica, lo cual involucra otros mecanismos, por ejemplo, ruptura intrínseca y/o ruptura térmica. Modelo de “Hopping” En este modelo, los defectos estructurales en las cadenas poliméricas se asumen como trampas o sitios energéticos que pueden ser ocupados por portadores de carga eléctrica. Cada sitio está asociado a una función de onda, relacionada con la probabilidad de ser ocupado por un portador de carga eléctrica (electrón). Cuando los sitios antes mencionados se encuentran muy cerca unos de otros, se produce un solapamiento significativo de las funciones de onda de los electrones, y por lo tanto una probabilidad de “saltar” de un sitio a otro (en realidad se trata de un efecto túnel asistido térmicamente). Cuanto más cerca se encuentren del nivel de Fermi, mayor será la probabilidad de que un electrón sea atrapado, y se pueden encontrar sitios donantes (ocupados) o aceptores (vacíos). Esto resulta en un proceso cuántico de movilidad de portadores de carga eléctrica, que se manifiesta en torno al nivel de Fermi. La conductividad (expresada como densidad de corriente por unidad de campo eléctrico) de este mecanismo se ha determinado experimentalmente, y se ha demostrado que sigue un comportamiento del tipo σ ∝ 1/T, lo cual se muestra en la ecuación 10, inicialmente propuesta por N. Mott.22 (10) Donde A es una constante de proporcionalidad, B es un factor que depende de la estructura electrónica del material, y n toma valores entre ¼ y ½. Modelo de conducción iónica En los polímeros existen iones en cantidades suficientes como para poder manifestarse en forma de una corriente eléctrica, bajo la acción de un campo eléctrico. Estos iones pueden provenir de impurezas, de los procesos de síntesis, y del uso de aditivos químicos. Aunque también se pueden generar por procesos de ionización, o de la absorción de contaminación, como moléculas de agua que pueden formar iones –OH (hidroxilos). El transporte de estos iones a través del material resulta en un transporte de materia, razón por la cual la movilidad iónica es inferior en varios órdenes de magnitud a la corriente de tipo electrónico. En este caso el mecanismo de transporte se da a través de una serie de “saltos” sobre las barreras de potencial, que permiten que los iones se muevan de un sitio a otro.14,17,21 Una expresión para la densidad de corriente para el mecanismo de conducción iónica es la siguiente (siguiendo la hipótesis de sitios energéticos distribuidos uniformemente): 64 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. (11) Cuando el campo eléctrico aplicado es fuerte (del orden ~107 V/m), para identificar este mecanismo, se construye un gráfico de Ln(J) vs E, el cual da como resultado una línea recta, con pendiente igual a qλ⁄kBT, que permite calcular λ, la distancia media entre saltos. Modelo de corriente eléctrica por orientación de dipolos eléctricos La corriente por orientación dipolar, también conocida como corriente transitoria, se manifiesta de manera importante en materiales poliméricos dieléctricos. La figura 9 muestra la dependencia temporal de la corriente de polarización, bajo la aplicación de voltaje constante. Esta corriente disminuye en función del tiempo, y cuando el voltaje es eliminado, se registra una corriente eléctrica de despolarización cuya dirección es contraria a la corriente de polarización. Fig. 9. Curva corriente vs tiempo, para un material polimérico. Ambos procesos, el de polarización y el de despolarización, son el resultado de la orientación de dipolos eléctricos en la dirección del campo eléctrico aplicado, y la forma de las curvas de corriente que se muestran en la figura 9, pueden ser modeladas como una primera aproximación mediante una función exponencial21,23 En los párrafos anteriores, se describieron de manera teórica los mecanismos de conducción que se pueden presentar en una película polimérica delgada, y en las secciones siguientes se presenta la parte experimental de este trabajo, cuyos resultados serán comparados con lo que describen cada uno de los modelos físicos, para con esto identificar los mecanismos de conducción que se presentan en la muestra estudiada. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Se manufacturaron probetas en forma de película delgada a partir de disoluciones de PVB en tetrahidrofurano (THF) como solvente (10% en peso). Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 65 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. Para asegurar el proceso de disolución, la mezcla PVB-THF fue sometida a un proceso de agitación a 700 RPM durante 1 hora, a 40°C. Las disoluciones obtenidas, se sometieron a un proceso tipo “tape casting” sobre una superficie de teflón, para separar parcialmente el solvente mediante convección natural, a temperatura ambiente durante 24 horas. El espesor de las películas obtenidas fue medido con un micrómetro Mitutoyo, obteniéndose un valor de ~20 µm. Las películas de PVB obtenidas, fueron sometidas a un voltaje constante, el cual produce un campo eléctrico también constante, esto con la finalidad de registrar la corriente eléctrica producida en función del tiempo, es importante mencionar que este procedimiento experimental se llevó a cabo a temperatura y presión constantes. El esquema del dispositivo experimental utilizado se muestra en la figura 10, el cual consiste en dos electrodos planos y paralelos de cobre, entre los cuales se coloca la muestra en forma de película delgada. Con la finalidad de generar entre los electrodos, un campo eléctrico uniforme y perpendicular a los planos de dichos electrodos, uno de ellos es de mayor área que el otro, dicho en otras palabras, se busca eliminar con esto el efecto de los bordes sobre las líneas imaginarias que constituyen el campo eléctrico. La interfaz electrodo-polímero juega un papel importante en la medición experimental de la corriente eléctrica, razón por la cual, el conjunto electrodos-polímero fue colocado en una cámara de vacío, se busca con esto disminuir considerablemente el efecto de la humedad sobre las mediciones de la corriente eléctrica que se produce a través del espesor de la muestra. Fig. 10. Esquema de la configuración experimental empleada para medición de la corriente eléctrica en función del tiempo. El circuito eléctrico exterior de la configuración experimental de la figura 10, fue conectado a un electrómetro Keithley 6517B, el cual tiene la capacidad de registrar corrientes eléctricas de órdenes de magnitud que van desde los femto-amperes (1 fA) a veinte micro-amperes (20 mA); y al mismo tiempo se puede proporcionar al circuito un voltaje de ±1 kV en corriente directa. Para la adquisición de datos se utilizó una interfase GPIB mediante un programa desarrollado en LabVIEW, esto con la finalidad de registrar la corriente en función del tiempo en la computadora, para su posterior análisis y procesamiento. Las mediciones experimentales de I(t) se registraron a diferentes voltajes constantes durante un tiempo de 1000 segundos (corriente de polarización), transcurrido este tiempo, el voltaje aplicado se reduce a cero durante un tiempo 66 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. de 1000 segundos (corriente de despolarización). Posterior a esto, se repite el protocolo anterior, pero aplicando un voltaje de mayor magnitud. En total se registraron curvas I(t) para voltajes de 100, 200, 300, 400 y 500 volts. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La figura 11 muestra las curvas isotérmicas I(t) obtenidas para los cinco voltajes aplicados. Las curvas experimentales describen corrientes eléctricas en un orden de magnitud de los pA, y aumentan globalmente a medida que el voltaje aplicado se incrementa, pero cada curva muestra una disminución de I cuanto transcurre el tiempo. La forma de las cinco curvas I(t) no parece ser afectada de manera importante por el voltaje aplicado, este comportamiento puede ser considerado como un indicador cualitativo de que la naturaleza de los movimientos inducidos a los portadores de carga eléctrica no varía de manera importante cuando el voltaje aplicado se incrementa, sin embargo, no se puede identificar con precisión la naturaleza de las curvas I(t). Considerando que los grupos químicos que conforman la estructura de las cadenas poliméricas del PVB, son “dipolos permanentes”, se establece que la orientación dipolar es un mecanismo que contribuye a la forma de las curvas I(t), pero no es posible identificar si un proceso de inyección y posterior atrapamiento de los portadores de carga eléctrica (electrones), también contribuye a dichas curvas. Como una primera aproximación, las curvas I(t) para varios polímeros se han modelado de manera empírica considerando una disminución exponencial.24-26 De acuerdo con este modelo experimental, y asumiendo que solamente se presenta la orientación de dipolos eléctricos permanentes o inducidos, se puede concluir que, al incrementarse el voltaje aplicado, el incremento global de las curvas I(t) son consecuencia directa de que un número mayor de dipolos eléctricos se orientan cuando el campo eléctrico aumenta (principalmente a tiempos cortos de análisis, menores a 100 s). Para tiempos mayores pero cercanos a 1000 s, en la figura 11 se observa un “plato” de corriente, lo cual puede ser asociado a que una gran parte de la población de dipolos eléctricos ya se han orientado por efecto del campo eléctrico Fig. 11. Corriente vs tiempo para el PVB, a diferentes niveles de voltaje. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 67 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. aplicado, lo cual parecería indicar, que se ha alcanzado un estado “estable”, el cual podría estar relacionado con portadores de carga eléctrica intrínsecos, o bien, que han sido inyectados al polímero a partir de los electrodos metálicos (portadores de carga eléctrica extrínsecos). Producto de lo anterior, las curvas I(t) de la figura 11, fueron analizadas utilizando los modelos físicos anteriormente descritos y que se resumen en la figura 3. A partir de estas curvas I(t), para cada uno de los voltajes aplicados, se construyó un conjunto de datos V-I para un tiempo de 1000 segundos (en los platos de corriente), y se construyó el gráfico de la figura 12. Los datos experimentales de esta figura fueron ajustados a una línea recta (ley de Ohm), lo que permitió estimar un parámetro eléctrico importante en el diseño de aislantes eléctricos, la resistencia eléctrica de volumen del PVB, cuyo valor fue de 3.29x1012 Ω. El conjunto de datos experimentales de la figura 12, fue utilizado para su evaluación con los modelos físicos pertinentes, para la identificación de los mecanismos de conducción que predominan para el PVB. Fig. 12. Corriente vs voltaje, para el PVB. Debido a que los modelos físicos de la figura 3, por lo general relacionan una densidad de corriente eléctrica (J) con un campo eléctrico (E), las parejas de datos V-I, fueron transformados a parejas de datos J-E. Para tal efecto, se tomó en cuenta la geometría de la muestra analizada (área A, y espesor d), y una vez calculado el conjunto de datos J-E, se construyó el gráfico de la figura 13, que representa la densidad de corriente (J=I/A) vs el campo eléctrico aplicado (E=V/d). Los datos experimentales de la figura 13, fueron ajustados a una línea recta, que representa a la ley de Ohm “microscópica”, J=σE, lo que permitió estimar la conductividad del PVB, σ=2.7x10-14 S/m, la cual es función, además, de la densidad de portadores de carga eléctrica presentes en el PVB, y de su movilidad; este valor calculado se encuentra en el orden de magnitud reportado para otros materiales poliméricos.3,10,25 Para la identificación de los mecanismos de conducción presentes en la figura 13, el conjunto de datos J-E fue transformado en acorde con las ecuaciones que definen la densidad de corriente para cada uno de los modelos físicos 68 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. Fig. 13. Densidad de corriente vs campo eléctrico, para el PVB. que se muestran en la figura 3. Producto de esta comparación, solamente los modelos de Schottky y el de corriente limitada por carga de espacio (SCLC), arrojaron resultados positivos, a partir de los cuales se obtuvo información de los mecanismos de conducción que rigen el comportamiento eléctrico del PVB, y por razones de espacio, solamente se presentan los resultados obtenidos para estos dos modelos. El resultado obtenido a partir del modelo de Schottky se muestra en la figura 14. Este modelo describe un mecanismo de conducción a través de la interfaz electrodo-polímero. Los datos experimentales de la figura 14 fueron calculados a partir de los datos experimentales de la figura 13, tomando el logaritmo natural de J, Ln(J), vs la raíz cuadrada de E. Este resultado sugiere que, a voltajes mayores a 100 V, existe la probabilidad de que portadores de carga, del tipo electrónico, sean inyectados al polímero a través de la interfaz. Para el caso del modelo de SCLC, también se construyó un gráfico a partir de las figuras 12 y 13, tomando el logaritmo natural de J, Ln(J) vs el logaritmo natural Fig. 14. Gráfico de Schottky para el PVB. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 69 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. de V, Ln(V). La finalidad de este gráfico (figura 15) es observar un cambio de pendiente (denotada en esta sección como “m”), con m=1 se dice que el mecanismo de conducción sigue un comportamiento óhmico, y si m=2, el mecanismo de conducción es asociado a la presencia de carga de espacio. En este caso, m=0.802, el cual es menor a la unidad, lo que sugiere una aproximación al comportamiento óhmico por parte del material (se cumple con un contacto óhmico). Fig. 15. Gráfico Ln(J) vs Ln(V), para el PVB. A partir de los modelos de Schottky y el de SCLC, se establece que las curvas isotérmicas I(t) obtenidas para el PVB, son el resultado de la contribución por inyección de electrones, y también del proceso de orientación dipolar. Por otra parte, no existe evidencia de corriente eléctrica limitada por carga de espacio, bajo las condiciones experimentales analizadas. Esto no es suficiente, para establecer que los electrones inyectados no hayan restringido su movilidad por efecto de las trampas (superficiales o profundas) en el volumen del polímero, lo que produciría una acumulación de carga eléctrica al interior de la muestra (carga de espacio). No existe evidencia de carga de espacio en el gráfico de la figura 15, esto debido a que no se suministró la energía suficiente a la muestra para liberar los electrones localizados en las trampas, y así poder manifestarse en forma de corriente eléctrica. CONCLUSIONES La compleja estructura macromolecular del PVB está constituida de varios tipos de portadores de carga eléctrica que participan de manera conjunta en la manifestación de la corriente eléctrica producida por efecto de un campo eléctrico aplicado. A nivel de la interfaz electrodo-polímero, la corriente eléctrica producida es consecuencia de la inyección de electrones a la muestra de PVB. A nivel del volumen de la muestra, la corriente eléctrica producida, es el resultado de la orientación de los dipolos eléctricos. Dependiendo de su nivel energético, los electrones inyectados al polímero pueden restringir su movilidad por efecto de las trampas superficiales y/o las trampas profundas que forman parte de la 70 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. estructura del PVB. Los resultados obtenidos en este trabajo, son fundamentales para la optimización de las potenciales aplicaciones de películas de PVB, ya sea como material aislante o como dieléctrico. REFERENCIAS 1. Jain K., Kumar N., Mehendru P. C.; Electrical and Dielectric Properties of Polyvinyl Butyral I. Studies of Charge Storage Mechanism, Journal of the Electrochemical Society, 126 (11), 1979, pp. 1958-1963. 2. Chand S., Kumar N.; Effect of iodine doping on electrical conduction in PVB films, Journal of Materials Science Letters, 8, 1989, pp. 1009-1010. 3. Santos S., Salazar I., Gómez C.; Dielectric Response and dc Conductivity in Polyvinylbutyral: An Analysis in the Complex Conductivity Plane, Japanese Journal of Applied Physics, 40, 2001, pp. 6077-6080. 4. Puente-Córdova J. G., Reyes-Melo M. E., López-Walle B. C., GonzálezGonzález V. A.; Materiales poliméricos dieléctricos, Ingenierías, 15 (57), 2012, pp. 29-37. 5. Reyes-Melo M. E., Puente-Córdova J. G., López-Walle B.; La carga de espacio en materiales híbridos, Ingenierías, 18 (67), 2015, pp. 38-47. 6. Teyssedre G., Laurent C.; Charge Transport Modeling in Insulating Polymers: From Molecular to Macroscopic Scale, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 12 (5), 2005, pp. 857-875. 7. Martínez-Vega J., ed. Dielectric Materials for Electrical Engineering. ISTEWiley, 2010. 8. Dissado L. A., Fothergill J. C. Electrical Degradation and Breakdown in Polymers, Peter Peregrinus, London, 1992. 9. Mott N. F.; Conduction in non-Crystalline systems IV. Anderson Localization in a Disordered Lattice, Philosophical Magazine, 22 (175), 1970, pp. 7-29. 10. Ieda M.; Electrical conduction and carrier traps in polymeric materials, IEEE Transactions in Electrical Insulation, EI-19 (3), 1984, pp. 162-178. 11. Blaise G.; Charge localization and transport in disordered dielectric materials, Journal of Electrostatics, 50, 2001, pp. 69-89. 12. Meunier M., Quirke N.; Molecular modeling of electron trapping in polymer insulators, Journal of Chemical Physics, 113 (1), 2000, pp. 369-376. 13. Lewis T. J.; Charge transport, charge injection and breakdown in polymeric insulators, Journal of Physics D: Applied Physics, 23, 1990, pp. 1469-1478. 14. Chiu F.-C.; A Review on Conduction Mechanisms in Dielectric Films, Advances in Materials Science and Engineering, article ID 578168, 2014, 18pp. 15. Fowler R. H., Nordheim L.; Electron Emission in Intense Electric Fields, Proceedings of the Royal Society of London, 119 (781), 1928, pp. 173-181. 16. Ghatak A. K., Sauter E. G., Goyal I. C.; Validity of the JWKB formula for a triangular potential barrier, European Journal of Physics, 18, 1997, pp.199204. 17. Simmons J. G.; Conduction in thin dielectric films, Journal of Physics D: Applied Physics, 4 (5), 1971, pp. 613-657. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 71 �Estudio de los mecanismos de conducción eléctrica en películas delgadas de PVB / Jesús G. Puente Córdova, et al. 18. Simmons J. G.; Poole-Frenkel Effect and Schottky Effect in Metal-InsulatorMetal Systems, Physical Review, 155 (3), 1967, pp. 657-660. 19. Diaham S., Locatelli M.-L.; Space-charge-limited currents in polyimide films, Applied Physics Letters, 101, 2012, 242905, 4pp. 20. Chavez J. L., Martinez-Vega J. J.; The High Electric Field Behavior in PEN, Proceedings of the IEEE International Conference on Solid Dielectrics, 2004, 4pp. 21. Segui Y. Diélectriques - Courants de conduction. Techniques de l’Ingénieur, 2000. 22. Mott N. F.; The effect of electron interaction on variable-range hopping, Philosophical Magazine, 34 (4), 1976, pp. 643-645. 23. Coelho R. Physics of dielectrics for the engineers. Elsevier Scientific Publishing Co., 1979. 24. Adamec V., Calderwood J. H.; Electrical conduction and polarization phenomena in polymeric dielectrics at low fields, Journal of Physics D: Applied Physics, 11, 1978, pp. 781-800. 25. Hadri B., Mamy P. R., Martinez J., Mostefa M.; Electrical conduction in a semicrystalline polyethylene terephthalate in high electric field, Solid State Communications, 139, 2006, pp. 35-39. 26. Guillermin C., Rain P., Rowe S. W.; Transient and steady-state currents in epoxy resin, Journal of Physics D: Applied Physics, 39, 2006, pp. 515-524. 72 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Eventos y reconocimientos PRIMER ENCUENTRO DE INVENTORES UANL El pasado 26 de abril se celebró el Primer Encuentro de Inventores 2017: Conocimiento protegido al servicio de la sociedad, en la UANL ,en el Marco del Día Mundial de la Propiedad Intelectual. La Dra. María de los Ángeles Pozas García, investigadora del Colegio de México, comento sobre la situación en México en cuanto al desarrollo en innovación y creación de nuevos productos, señalando la importancia de la transferencia de conocimiento. En ese mismo evento, el Centro de Incubación de Empresas y Transferencia de Tecnología (CIETT) de la UANL presentó algunos resultados en materia de invención, ya que en el primer trimestre del 2017, se aprobaron catorce diseños industriales, CERTIFICAN PROGRAMAS DE LA FIME CON EL SELLO EUR-ACE El pasado 27 de mayo, la European Network for Accreditation of Engineering Education (EURACE) entregó el certificado con el sello EUR-ACE a 6 programas que se imparten en México, dos de ellos en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Los programas reconocidos en la UANL son: Ingeniero Administrador de Sistemas e Ingeniero Mecánico Administrador, Este acto es una referencia, ya que es la primera vez que se entrega el que es la primera vez que se entrega este reconocimiento a programas educativos que se imparte fuera de la Unión Europea. cinco patentes y un modelo de utilidad, algunas de ellas desarrolladas en la FIME. Organizadores del encuentro de inventores con la expositora María de los Ángeles Pozas García (Centro). Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 El Mtro. Rogelio G. Garza Rivera (izq.), rector de la UANL, y el Dr. Jaime Arturo Castillo Elizondo, director de la FIME, muestran los certificados. 73 �Eventos y reconocimientos RECONOCIMIENTO A LA EIAO El pasado 7 de junio, el rector de la UANL, Mtro. Rogelio G. Garza Rivera, recibió de manos del presidente de México, Lic. Enrique Peña Nieto, el Premio Nacional de Calidad, en su edición XXVII, para la Escuela Industrial y Preparatoria Técnica “Álvaro Obregón” (EIAO) en la categoría de educación media superior, con lo que muestra su compromiso con la juventud nuevoleonesa, de ofrecer educación y servicios con estándares de clase mundial. COLABORACIÓN UANL - UNAQ La Universidad Autónoma de Nuevo León y la Universidad Aeronáutica en Querétaro colaborarán en proyectos conjuntos de investigación científica e innovación tecnológica para impulsar el desarrollo de la aviación en México. A fin de formalizar compromiso, el pasado 6 de junio, los rectores: Mtro. Rogelio G. Garza Rivera e Ing. Jorge Gutiérrez de Velasco Rodríguez, firmaron un convenio de colaboración en materia educativa, científica y tecnológica. El director de la EIAO , Ing. Fernando Rodríguez Gutiérrez, mostrando el diploma del premio, que le fue entregado por el presidente de México. Los rectores Mtro. Rogelio G. Garza Rivera, de la UANL e Ing. Jorge Gutiérrez de Velasco Rodríguez, de la UNAQ, Muestran el convenio de colaboración firmado. 74 Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Tesistas titulados de Maestría en la FIME-UANL * Abril - Junio 2017 Rodrigo Xavier San Miguel Becerra, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas. Asignación de pagos de préstamos, 4 de mayo. José Guadalupe Torres Chavarria, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas. Secuenciación de trabajos en una empresa que fabrica producto de papel, 4 de mayo. Ruth Berenice Cisneros Aldama, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas. Simulación Basada en agentes para la distribución del bienestar en México, 12 de mayo. Pablo Gómez - Gordo Villa, Maestría en Ciencias de la Ingeniería con orientación en Energías Térmica y Renovable. Desarrollo de un sistema de control automático inplementado en un motor CFR para el estudio físico-químico de la combustión, 19 de mayo. Hernán Alberto Ramirez Hernández, Maestría en Ciencias de la Ingeniería con orientación en Energías Térmica y Renovable, Treansferencia de calor y masa durante la formación de escarcha en superficies horizontales con flujo paralelo, 9 de junio del 2017. Llizeth Carolina Riascos Alvarez, Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas. Formulations and algorithms for the kidney exchanc problem, 9 de Junio del 2017. Armando Ramirez Cuevas, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Automotriz. Desarrollo de interfaz para lectura y almacenamiento de parametros CAN Bajo la Norma SAE-J1939, 12 de junio del 2017. José Agusitn Aquino Ramos, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales. “Cooper antimony sulfide thin films by spray pyolysis for photovoltaic applications”, 15 de junio del 2017. * Información proporcionada por la Coordinación de Titulación de Posgrado. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 75 �Colaboradores Alcaraz Corona, Sergio Cantú Gutierrez, Vicente Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones del ITESM, Maestría en Ciencias en Ingeniería Eléctrica de Illinois Institute of Technology, Chicago, IL y Doctorado en Ingeniería en Tecnologías de Información del ITESM Campus Monterrey. Trabajó por varios años como analista-programador en empresas de desarrollo de software y servicios de tecnologías de información. Actualmente es profesor investigador del Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico CIDET FIME UANL y su línea de investigación es en desarrollo de sistemas inteligentes y adaptativos de información. Ingeniero Electricista (1977) y Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad en Potencia (1993) por la UANL–FIME, donde es profesor desde 1974. Blanco Bogado, Gerardo Obtuvo el título de Doctor en Ingeniería en el Instituto de Energía Eléctrica (IEE), de la Universidad Nacional de San Juan, Argentina y de Ingeniero Electromecánico de la Universidad Nacional de Asunción, Paraguay. Durante los años 2009 y 2012 fue investigador visitante en el Institute of Power Systems and Power Economics (ie3) - Technische Universität Dortmund, Alemania. Desde el año 2010 es Investigador de la Facultad Politécnica, Universidad Nacional de Asunción (FPUNA), Director del GISE-FPUNA, y Coordinador del Programa de Doctorado y Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica de la FPUNA. Se desempeña como instructor y consultor de la Organización Latinoamericana de Energía (OLADE) y es Investigador categorizado Nivel II del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. 76 Cantú Mata, José Luis Ingeniero Administrador de Sistemas. Maestro en Administración Industrial y de Negocios, con orientación en Comercio Exterior. Doctor en Filosofía, con especialidad en Administración, todos por la UANL. Profesor-Investigador de la FIME-UANL. Línea de investigación: Estrategias de Administracion, y Gestion de Inovacion y Tecnología. Castillo Elizondo, Jaime Arturo Ingeniero Administrador de Sistemas de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (1993) y Maestro en Administración con especialidad en Recurso Humano de la Facultad de Ciencias Químicas (1998) de la Universidad Autónoma de Nuevo León, y Doctor en Educación por el Instituto de Educación Superior José Martí. Ha sido profesor de la FIME desde 1993, cubriendo además diferentes funciones administrativas, como la de Subdirector de Vinculación (2008-2014) y actualmente la de Director de la FIME. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores. Conde Enríquez, Arturo Graduado de Mecánico Electricista en 1993 de la Universidad Veracruzana. Mestría en Ingeniería Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Colaboradores Eléctrica en 1996; Doctorado en Ingeniería Eléctrica en 2002, ambos estudios realizados en la Facultad de Ingenieria Mecánica y Eléctrica de la UANL. Actualmente es profesor en la Universidad Autónoma de Nuevo León y miembro del SNI nivel 1, México. De la O Serna, José Antonio manufactura de productos electrónicos de consumo doméstico y a Instrumentación Electrónica en procesos mineros. Actualmente, es estudiante de la Maestría en Ciencias en Ingeniería Eléctrica de la FIME en la UANL. Puente Córdova, Jesús Gabino Doctor en Telecomunicaciones por la Escuela TELECOM Paris Tech, Francia (1982). Entre 1982 y 1986 trabajó en el ITESM. De 1988 a 1993 trabajó en el Politécnico de Yaoundé, Camerún. Actualmente es Profesor Investigador de la UANL. Es miembro del SNI. Ingeniero Mecánico Electricista (2010) y Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales (2013) por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Actualmente es estudiante de doctorado en Ingeniería de Materiales en la misma institución. Catedrático investigador en la FIME. Estrada Gámez, Joel Reyes Melo, Martín Edgar Licenciado en Sistemas Computacionales Administrativos de UAM, actualmente es estudiante de Maestría en Tecnologías de la Información de la UANL. Actualmente trabaja como Líder de Proyectos en el área de sistemas para una cadena comercial de tiendas de autoservicio de nivel nacional. Anteriormente se desarrolló como agente de soporte técnico en hardware, analista, y soporte de aplicaciones propias de la cadena. Ingeniero en Industrias Alimentarias por la Facultad de Agronomía de la UANL. Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales por la FIME-UANL. Doctorado en Ciencia de Materiales (2004) en la Universidad Paul Sabatier de Toulouse, Francia. Ha obtenido el Premio de Investigación UANL en 1999, 2004, 2009, 2011 y 2012. Es catedrático investigador en la FIME y el CIIDIT de la UANL. Es miembro del SNI nivel I, y desde 2011 miembro de la Academia Mexicana de Ciencias AMC. Idárraga Ospina, Gina María Obtuvo el título de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Nacional de Colombia en MedellínColombia en el año 2002 y la Maestría en Filosofía de la Universidad Nacional de San Juan (Argentina) en 2007. Actualmente es profesora en la Universidad Autónoma de Nuevo León, México. López Walle, Beatriz Ingeniera Mecánica -opción Mecatrónica- (2003) por la UNAM. Doctora en Microrobótica (2008) en la Université de Franche-Comté, en Besançon, Francia. Catedrático Investigador de la FIME y el CIIDIT de la UANL. Miembro del SNI nivel I. Pío Mendoza, Francisco Javier Ingeniero en Electrónica por parte de la Universidad Autónoma de Baja California (UABC) con experiencia laboral referente a Seguridad de Producto y Compatibilidad Electromagnética en la Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 Blanco Bogado, Gerardo Alejandro Obtuvo el título de Doctor en Ingeniería en el Instituto de Energía Eléctrica (IEE), de la Universidad Nacional de San Juan, Argentina y de Ingeniero Electromecánico de la Universidad Nacional de Asunción, Paraguay. Durante los años 2009 y 2012 fue investigador visitante en el Institute of Power Systems and Power Economics (ie3) - Technische Universität Dortmund, Alemania. Desde el año 2010 es Investigador de la Facultad Politécnica, Universidad Nacional de Asunción (FPUNA), Director del GISE-FPUNA, y Coordinador del Programa de Doctorado y Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica de la FPUNA. Se desempeña como instructor y consultor de la Organización Latinoamericana de Energía (OLADE) y es Investigador categorizado Nivel II del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. 77 �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 y reportes de investigación. 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 estableciendo claramente su contribución; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. 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, exactitud 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 Los autores de artículos de revisión o divulgación deberán contar con una producción directa reconocida en la temática de interés de la revista. Estos trabajos deben ofrecer una panorámica del campo temático, separar las dimensiones del tema, mantener la línea de tiempo y presentar una conclusión que derive del material presentado. No se aceptan reportes que muestren solamente mediciones. Los artículos deben presentar los resultados de las mediciones 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 que sean validados científicamente dentro del propio trabajo. No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen mediciones y se efectúe un análisis de correlación para su validación. No se aceptan protocolos de 78 investigación, proyectos, propuestas o trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntos. LINEAMIENTOS EDITORIALES Es requisito enviar para su consideración editorial: artículo, material gráfico y las fichas biográficas de cada autor en CD a la dirección de contacto, o por e-mail a revistaingenierias@uanl.mx . El artículo debe estar escrito en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo en Word o algún formato compatible con este software. La extensión máxima es de 15 páginas, el título del artículo no debe exceder de 80 caracteres, el número máximo de autores por artículo es cinco. 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 deben incluir 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. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. El material gráfico (imágenes y gráficas) utilizadas en el artículo deberán enviarse en archivos individuales en formato .tif, .jpg o .bmp en una resolución mínima de 1800 X 1800 puntos (eso una resolución de 300 dpi y 15 cm en el lado más pequeño de la imagen). Las fichas biográficas deben ser de máximo 100 palabras. CONTACTO 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@uanl.mx Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 �Código de ética Autores Los autores deben presentar una narración concisa y exacta del trabajo desarrollado, así como una discusión objetiva de su significado intelectual y científico. Los autores deben abstenerse de ofrecer los mismos manuscritos que se encuentren en consideración por otras publicaciones. Los autores deben incluir en su manuscrito detalles suficientes y referencias a fuentes de información públicas para hacer posible la reproducción del trabajo por terceros. Los autores deben abstenerse de presentar críticas personales en sus trabajos. Los autores deben citar aquellas publicaciones que son antecedentes esenciales para comprender el trabajo. Los autores deben abstenerse de incluir información que hayan obtenido mediante comunicación privada que no se localice en publicaciones. Los autores deben abstenerse de incluir información que hayan obtenido de manera confidencial sin el permiso explícito correspondiente. Los autores deben abstenerse de incluir información obtenida en el proceso de servicios confidenciales, tales como documentación para concursos o solicitudes de becas. Los autores deben abstenerse de citar publicaciones que no se relacionen o que sólo se relacionen remotamente con la materia. Los autores deben reconocer mediante una nota de agradecimiento el apoyo de las instituciones y organismos que hayan contribuido significativamente al desarrollo del trabajo, así como a colaboradores que hayan contribuido de manera importante, pero sin que hayan llegado a cumplir con el criterio de coautoría, si los hubiera. Los autores deben reconocer mediante una nota de agradecimiento el apoyo a colaboradores fallecidos que hayan contribuido de manera importante, pero sin que lleguen a cumplir con el criterio de coautoría, si los hubiera, señalando la fecha de su muerte. Los autores deben abstenerse de utilizar nombres ficticios o seudónimos. Los autores deben responsabilizarse del material que presentan en su manuscrito. Revisores Los revisores deben declinar cualquier invitación para evaluar un manuscrito si no se consideran calificados, carecen de tiempo para juzgar o se les presenta algún conflicto de intereses, tal como encontrarse vinculados estrechamente a los autores o al trabajo a evaluar. Los revisores deben manifestar al editor cualquier conflicto de intereses que detecten. Los revisores deben considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. Los revisores deben abstenerse de expresar críticas personales. Los autores deben abstenerse de incluir como autores a terceros que no cumplan con el criterio de coautoría, el cual consiste en la contribución significativa al desarrollo y preparación del trabajo. Los revisores deben explicar y apoyar sus juicios de manera suficiente para que el editor, los miembros de cuerpo editorial y los autores comprendan el fundamento de las observaciones. Los autores deben incluir a los coautores fallecidos que cumplan con el criterio de coautoría, asentando la fecha de su muerte. Los revisores deben abstenerse de utilizar o difundir información, argumentos o interpretaciones no publicadas contenidas en un manuscrito bajo consideración, Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 79 �Código de ética excepto con el consentimiento expreso de los autores posteriormente al proceso de evaluación. Los revisores deben considerar en su revisión posibles errores o fallas de los autores al citar el trabajo relevante de otros. Los revisores deben informar al editor si encontraran alguna semejanza substancial entre el manuscrito y cualquier otro trabajo. Los revisores no deberán intentar contactar a los autores, si hubieran inferido su identidad, previamente a haber emitido su fallo. Editor El editor debe dar consideración justa e imparcial a todos los manuscritos ofrecidos para su publicación, juzgando cada uno de sus méritos científicos o tecnológicos, sin prejuicios de raza, género, religión, creencia, origen étnico, ciudadanía, filosofía o política del autor. El editor debe considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. El editor debe abstenerse de expresar crítica personal. El editor debe explicar y apoyar su juicio final para que los autores comprendan el fundamento de las observaciones. El editor debe abstenerse de utilizar la información no publicada, argumentos o interpretaciones desplegados en un manuscrito sometido, excepto cuando cuente con el permiso del autor. El editor deben abstenerse de desplegar información sobre un manuscrito en proceso de revisión o publicación a ninguna persona fuera de aquellos a los que se les solicite consejo profesional. El editor debe respetar la independencia intelectual de los autores. El editor debe procesar los manuscritos con diligencia. El editor debe ejercer su responsabilidad y la autoridad para aceptar o rechazar un artículo enviado para su publicación. 80 El editor debe delegar en los miembros del consejo editorial o comité técnico la autoridad para aceptar o rechazar un artículo enviado para su publicación en casos en que se presente conflicto de interés con el editor. El editor debe delegar la responsabilidad y autoridad editorial a alguno de los miembros de los consejos editoriales cuando él sea autor o coautor de un manuscrito que se somete a consideración de la revista. Cuerpo Editorial (Consejos Editoriales y Comité Técnico) Los miembros del cuerpo editorial deberán estar dispuestos a otorgar consejo al editor en las situaciones requeridas. Los miembros del cuerpo editorial deben declinar cualquier invitación para brindar consejo si se les presenta algún conflicto de intereses, tal como encontrarse vinculados estrechamente a los autores o al trabajo a evaluar. Los miembros del cuerpo editorial deben manifestar al editor cualquier conflicto de intereses que detecten. Los miembros del cuerpo editorial deben considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de expresar críticas personales. Los miembros del cuerpo editorial deben explicar y apoyar sus juicios de manera suficiente para que el editor, los miembros de cuerpo editorial y los autores comprendan el fundamento de las observaciones. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de utilizar la información no publicada, argumentos o interpretaciones desplegados en un manuscrito sometido, excepto cuando se cuente con el permiso del autor. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de desplegar información sobre un manuscrito en proceso de revisión o publicación a cualquier persona fuera de aquellos que se les solicite consejo profesional. Los miembros del cuerpo editorial deberán respetar la independencia intelectual de los autores. Ingenierías, Julio-Septiembre 2017, Vol. XX, No. 76 ��� 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 2017 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 20 Número Número de la revista 76 Mes de publicación Mes cuando se publicó Julio-Septiembre 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, 2017, Año 20, No 76, Julio-Septiembre 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 Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/07/2017 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 2020839 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 Facturación electrónica Modulación digital Onduletas Polímero Polivinil butiral SAP https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20780/Ingenierias_2012_Ano_15_No_57_Octubre-Diciembre.pdf 01e313f1196dae2fb776b163a9327362 PDF Text Text 57 ISSN 1405-0676 Permitividad colosal Clientes de educación ingenieril Dieléctricos poliméricos Visualización acústica de vehículos OCTUBRE - DICIEMBRE 2012, Año XV, No. 57 REVISTA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA DE LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN �57 Contenido Octubre-Diciembre de 2012, Año XV, No. 57 2 Directorio 3 Editorial: Los clientes del sistema educativo de ingenieros Fernando J. Elizondo Garza 12 Caracterización de las propiedades eléctricas locales del CaCu3Ti4O12 Zarel Valdez-Nava, Chafé Cheballah, Lionel Laudebat, Thierry Lebey, Sophie Guillemet-Fritsch 19 Nuevos fotocatalizadores Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7 para la eliminación de contaminantes presentes en el agua Mayra Zyzlila Figueroa-Torres, Leticia M. Torres-Martínez, Miguel Ángel Ruiz-Gómez, Isaías Juárez-Ramírez, Christian Gómez-Solís 29 Materiales poliméricos dieléctricos Jesús Gabino Puente Córdova, Martín Edgar Reyes Melo, Beatriz Cristina López Walle, Virgilio Ángel González González 38 Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas Román Jabir Nava Quintero, Juan Antonio Aguilar Garib, Sophie Guillemet-Fritsch, Martín Edgar Reyes Melo, Bernard Durand 51 Identificación de fuentes de ruido vehiculares mediante la técnica de Beamforming William D’Andrea Fonseca, Samir N. Y. Gerges 59 Generación in situ de especies oxidantes para la remoción del herbicida 2,4-D en medio acuoso Minerva Villanueva Rodríguez, Juan Manuel Peralta-Hernández, Aracely Hernández Ramírez 66 Bionanocompósitos de carragenina k con nanopartículas metálicas José de Jesús Infante-Rivera, Victoria Campos-Tapia, Carlos A. Guerrero-Salazar, Selene Sepúlveda-Guzmán 74 Eventos y reconocimientos 77 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 80 Acuse de recibo 81 Colaboradores 84 Información para colaboradores Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 � �Ingenierías, Año XV, N° 57, octubre- diciembre 2012. Fecha de publicación: 15 de octubre de 2012. Revista trimestral, editada y publicada por la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Domicilio de la Publicación: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Apartado Postal 076F, Cd. 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Ingenierías es una publicación trimestral arbitrada, editada por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, dirigida a profesionales, profesores, investigadores y estudiantes de las diferentes áreas de la ingeniería. Las opiniones y contenidos expresados en los artículos son responsabilidad exclusiva de los autores. Prohibida su reproducción total o parcial, en cualquier forma o medio, del contenido editorial de este número sin previa autorización. Ingenierías está indizada en: Latindex, Periódica, CREDI, DOAJ, Dialnet, Actualidad Iberoamericana, LivRe, NewJour. Versión en extenso en internet: http:// ingenierias.uanl.mx/ Impreso en México Todos los derechos reservados © Copyright 2012 revistaingenierias@gmail.com � DIRECTORIO 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. Director de Publicaciones: Dr. Celso José Garza Acuña 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 REVISTA INGENIERÍAS Director: M.C. Fernando J. Elizondo Garza, FIME-UANL Editor Responsable: Dr. Juan Antonio Aguilar Garib, FIME-UANL Redacción: Lic. Julio César Méndez Cavazos CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Mauricio Cabrera Ríos, Puerto Rico. UPRM / Dr. Juan Jorge Martínez Vega, Francia. Universidad de Toulouse III / Dr. Samir Nagi Yousri Gerges, Brasil. UFSC, Florianopolis / Dra. Karen Lozano, USA. UT-Panam / Dr. Juan Miguel Sánchez, USA. UT-Austin CONSEJO EDITORIAL MÉXICO Dr. Óscar L. 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Puente Córdova / Patricia Garza Garza Traductor científico: Lic. José de Jesús Luna Gutiérrez Indización: Dr. César Guerra Torres / L.Q.I. Sergio A. Obregón Alfaro Diseño: M.A. José Luis Martínez Mendoza Fotografía : M.C. Jesús E. Escamilla Isla Webmaster: Ing. Cosme D. Cavazos Martínez / Ing. Dagoberto Salas Zendejo Impresor: René de la Fuente Franco Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 �Editorial: Los clientes del sistema educativo de ingenieros Fernando J. Elizondo Garza Director de la revista Ingenierías. FIME-UANL fjelizon@hotmail.com Los sistemas educativos en general y los de ingenieros en particular, son difíciles de juzgar, analizar y evaluar, y por ende de planear y eficientar, esto en virtud de sus múltiples dimensiones, derivadas de los diferentes aspectos involucrados en el proceso enseñaza-aprendizaje, como son principalmente, por un lado, los psicológicos, sociológicos, económicos, pedagógicos, técnicos y científicos, y por otro, el de los clientes del sistema educativo, tema de este editorial, que inciden directamente en la creación, planeación, proceso pedagógico y administración de las carreras profesionales. La identificación de los clientes y sus expectativas es fundamental para cualquier programa de ingeniería, pues establecen, o al menos influyen, en los parámetros con respecto a los cuales, a final de cuentas, se contrastará el resultado de la formación profesional para de ahí determinar el éxito o fracaso del proceso educativo. El problema de administrar exitosamente estos sistemas debe ser abordado a partir de aceptar la existencia de los diferentes clientes en el sistema y no sólo de los más cercanos, exigentes, o fáciles de satisfacer. También debe tenerse claro que se trata de un problema con ciertas características vectoriales, esto es, las expectativas de los diferentes clientes no van necesariamente en la misma dirección, y por lo tanto habrá que tomar decisiones de compromiso, lo que implica dar prioridad en algún aspecto a un cliente sobre otro. Como seguramente se empieza a percibir, la clave para abordar, a partir de los clientes, la planeación y manejo de carreras y posgrados en ingeniería, se basa en identificar las expectativas de cada cliente. Además, como éstas varían con el tiempo, también hay que desarrollar sistemas de retroalimentación que consideren: evaluaciones, exámenes, implementación de programas de calidad, evaluaciones externas, etc., que periódicamente validen o cuantifiquen la eficiencia educativa, de tal manera que puedan realizarse los ajustes pertinentes para evitar una posible pérdida de competitividad de los alumnos, incluso desde el momento de egresar y que visto a nivel macro afecta a la sociedad en general. Si bien es cierto que esta visión, desde la perspectiva de los clientes, es aplicable a todas las áreas de la educación, en este trabajo se enfatizan algunas particularidades relacionadas con la educación de ingenieros con el fin de promover la meditación sobre el tema y la toma de conciencia en los múltiples actores involucrados, algunos no siempre cercanos o presentes. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 � �Los clientes del sistema educativo de ingenieros/ Fernando J. Elizondo Garza. LOS CLIENTES De acuerdo al diccionario (Ed. 22) de la Real Academia Española (RAE), las definiciones de cliente, útiles para este escrito son dos. La primera es: Persona que utiliza con asiduidad los servicios de un profesional o empresa. Para los fines de esta editorial, dado que el sistema internacional de intercambio se basa en el dinero, nos referiremos como clientes a las personas u organizaciones que pagan el servicio de formación de ingenieros o que pagarán por los servicios de los egresados, ya sea como empleadores o como usuarios de sus servicios. Una segunda definición de utilidad, sobre todo al tratar el aspecto de los estudiantes como clientes, es: Persona que está bajo la protección o tutela de otra. Esto implica que se acepte el tutelaje y sus implicantes, y permite incluir como clientes a los estudiantes que no pagan por su educación. Estas definiciones se relacionan con dos aspectos que no se pueden perder de vista. El primero es si hay un “pago” por el servicio o tutela y el segundo es la “obligatoriedad” de utilizarlos, aunque en la realidad ambos coexisten. En cuanto al pago, podría quererse simplificar definiendo cliente como la persona que entrega dinero al sistema educativo, pero esto lleva a los casos de pagos indirectos, que son muchos, por lo que es conveniente reconocer como clientes a: • El estudiante que paga directamente por la educación. • Las personas que pagan por la educación de un hijo o becario. • Las organizaciones que becan personas. • Las organizaciones que apoyan o colaboran económicamente con el sistema educativo. • El gobierno al cumplir con su función de educar (asignación del presupuesto de educación). La última variante genera el caso de las personas que no son conscientes de que son clientes simplemente por pagar impuestos. El caso de la obligatoriedad es más esquivo, pues a nivel profesional en pocos países se considera una obligación legal titularse, y sólo se considera una obligación moral o algo deseable, pero sí hay una presión social que genera reacciones y expectativas en los estudiantes. Aunque la definición del diccionario de la RAE no lo incluye explícitamente, es común considerar como cliente también a la persona que va a comprar productos de una empresa o negocio. A partir de esta visión algunos empleadores se consideran clientes al ser contratantes de los egresados, a quienes pagarán, y por lo tanto están interesados en que los estudiantes al egresar estén bien preparados para ejercer su profesión. Por supuesto que no se trata de comprar un producto, pues se trata de personas, pero es común que se evalúen un tanto deshumanizadamente. Los contratantes de ingenieros, generalmente se consideran con derechos de exigir al sistema educativo, que genere egresados productivos, bajo el esquema de que no necesariamente todo egresado de ingeniero será un empresario, y de hecho así es, primero por efecto de la concentración de capital que hace muy difícil competir con las empresas establecidas, las que requieren ingenieros para su operación, y segundo porque el gobierno requiere ingenieros bajo su mando directo. � Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 �Los clientes del sistema educativo de ingenieros/ Fernando J. Elizondo Garza. Antes de abordar las características y expectativas de los clientes del sistema de educación de ingenieros con más detalle, es importante recordar que la principal función de las universidades es la de formación y que las escuelas de ingeniería deben formar alumnos para convertirlos en ingenieros y para ello recibirán los pagos de los diferentes clientes. Para fines de este editorial se establecerá arbitrariamente que los principales usuarios de los sistemas educativos son: • Estudiantes. • Padres de familia. • Empresas. • Sociedad. • Gobierno - sistema educativo. • Globalidad - extranjeros. Si bien es cierto que algunos son subconjuntos o tienen relaciones de dependencia, el visualizarlos clasificados de esta manera, y discutirlos por separado, es útil para obtener una visión panorámica de las fuerzas que influyen, directa o indirectamente, en el proceso de formación de los ingenieros. Una característica importante de este espectro de clientes, es que cada uno de ellos puede considerarse el más importante, por lo que es inevitable el tener que establecer un orden de prioridades o de diferentes ponderaciones (consideraciones) a sus requerimientos o expectativas, las cuales de hecho, como ya se mencionó, pueden ser diferentes e incluso opuestas. La capacidad de presión o exigencia de cada cliente, que está relacionado con aspectos de economía, política y organización determinará su grado de influencia real. A continuación, en forma general, se describe cada cliente en cuanto a sus expectativas, contradicciones, influencia y mecanismos de presión. EL ESTUDIANTE COMO CLIENTE Los alumnos son, y conviene visualizarlos así en este marco, los clientes directos del sistema educativo de ingenieros. Los estudiantes de ingeniería se deben inscribir por ellos mismos, ya sea por decisión propia, de sus familiares o de sus empleadores. Un factor importante a considerar es que mayoritariamente ingresan al sistema educativo en la adolescencia. Generalmente, al seleccionar la escuela, los estudiantes tienen una idea vaga de lo que deben aprender, a veces distorsionada a causa de malos consejos o falta de orientación profesional real, y en sus decisiones pesan muchos aspectos de prestigio de las instituciones, modas profesionales y “fama” en cuanto a índices de reprobación y flexibilidad, o adaptabilidad, a “los deseos de los clientes”, en este caso alumnos. Esto implica que los alumnos deben en principio aceptar que no están formados y que lo serán, y que las escuelas deben contar con maestros éticos y competentes ingenierilmente, así como con directivos que compartan estos valores y que sean capaces de administrar en base a una visión que evite que la parte académica se desvíe por causas económicas o no académicas de otra especie. En los estudiantes existe una contradicción base inevitable entre los deseos de largo plazo (empleo) y las conveniencias inmediatas de ellos como alumnos (cotidianeidad). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 � �Los clientes del sistema educativo de ingenieros/ Fernando J. Elizondo Garza. El estudiante como cliente contempla aspectos no considerados o poco valorados por los otros clientes, por ejemplo: pasarla bien, que los medios faciliten el estudio, hacer amigos, aprender cosas prácticas para insertarse pronto en el empleo y poder ganar mucho pronto e incluso no reprobar. Para tener buenos resultados, ellos tienen que lograr un balance entre estudiar y vivir su adolescencia o su vida de pareja/familia si son mayores. Además se requiere que hayan tenido antes una orientación profesional adecuada, una educación básica sólida y un ingreso económico por encima de la estabilidad fisiológica. El estudiante, si le empieza a ir mal en lo académico, o si no está dispuesto a esforzarse, puede disminuir o modificar sus expectativas. Esto los lleva a buscar escuelas con una menor dificultad para aprobar o en algunos casos a que en su descontrol se visualicen como un “comprador” más que como un cliente del sistema y presionen, aduciendo injusticia o cualquier excusa, para que les pongan otro examen o incluso para que los aprueben, porque: por eso pagan y el cliente tiene la razón… También es notable la diferencia de visiones que se establecen cuando el estudiante paga sus estudios de lo que gana trabajando, con respecto a los que no pagan directamente sus estudios. Es claro que los alumnos no saben mucho de educación ni de la profesión ni del mercado, entonces, sin que signifique que no se les tome en cuenta, el considerarlos en la toma de decisiones en cuanto a carreras, programas y contenidos es una mala aproximación. Realmente es de gran importancia evaluar y considerar las percepciones y opiniones de los alumnos periódicamente, en los aspectos pertinentes, para poder implementar una retroalimentación de corto plazo, pues esperar a que terminen la carrera y se inserten en el sistema laboral para evaluar si su formación fue buena y cumplen con las expectativas de los diferentes clientes puede resultar en catástrofes generacionales. Además, el seguimiento de egresados es difícil y caro. De lo antes comentado se desprende la importancia de establecer con claridad en el estudiante su posición en el sistema educativo, sus derechos y obligaciones, asegurarse de que tenga una misión/visión/meta, pues sin ella su integración en el proceso educativo es difícil y las contradicciones serán mayores. Los alumnos tienen como herramienta principal de presión sobre el sistema educativo las sociedades de alumnos y las federaciones, pero realmente su arma principal es su juventud y su capacidad de sorprender. PADRES DE FAMILIA Estadísticamente los padres desean lo mejor para sus hijos. La expectativa y por lo tanto el requerimiento base de estos clientes es, en primera instancia, que el alumno obtenga un título y que con él se le abran oportunidades. Como ya se mencionó, los padres de familia son generalmente los que pagan la educación de sus hijos, al menos hasta licenciatura, y por lo tanto desean obtener lo mejor para sus hijos con su dinero e incluso podría pensarse en un retorno de inversión en el largo plazo. � Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 �Los clientes del sistema educativo de ingenieros/ Fernando J. Elizondo Garza. Según las capacidades del estudiante, su hijo, pueden aceptar pagar, si están en capacidad, por una educación de mayor calidad, esto incluso entendido como de “mayor prestigio social”, en el caso de que el alumno tenga capacidad e interés, o “facilitarle un título” a su hijo, si no muestra interés ni capacidad, en una institución educativa de bajo perfil. Aunque se aprecian cambios significativos en cuanto a la intención de las mujeres para ejercer profesionalmente, no es raro en México que sientan presión para seleccionar una carrera relacionada con la idea de “casarse bien”. La presión como clientes en el caso de instituciones de educación privadas, es a través de la sociedad de padres o por quejas directas. En el caso de las universidades públicas, la presión es generalmente indirecta. EMPRESAS CONTRATANTES En el caso de la ingeniería, se considera implícito que los egresados de las carreras de ingeniería sean contratados en las industrias para manejar los aspectos técnico-científicos, o que incluso crearán sus propias empresas con perfil tecnológico. Esto conlleva el que, como cliente, las empresas sean contratantes de egresados, sus futuros trabajadores, y que por lo tanto tengan un interés específico en su perfil profesional. Podría pensarse que el requerimiento base es que los egresados tengan una sólida formación científico-tecnológica, pero en las encuestas realizadas a empresarios y personal de los departamentos de recursos humanos de empresas, en la región noreste de México, es notorio el énfasis en cuanto a la solicitud de “actitudes y habilidades”, no necesariamente de carácter técnico, pues requieren, entre otras: dominio de idioma inglés, habilidades de comunicación, actitudes de interacción interpersonal en el ámbito laboral y saber obedecer. Para entender este énfasis es importante diferenciar las empresas en dos grandes grupos: las que consideran el enfoque de ciencia/tecnología, en las que el desarrollo del producto implica progreso económico; y las que tienen un enfoque de comercio, que sólo requiere comprar y vender más caro, y en las que se requieren sólo capataces especializados para mantener funcionando la producción bajo tecnologías no propias, generalmente extranjeras. Es también importante señalar que raramente las empresas cuentan con perfiles de puestos desarrollados hasta los aspectos finos ingenieriles, quizá en parte debido a que en su mayoría los ingenieros sin posgrado son contratados para realizar funciones de capataces. Por otro lado las empresas con enfoque tecno-científico pueden solicitar perfiles muy específicos a sus requerimientos ingenieriles, los cuales por supuesto no corresponden a la función básica de las carreras de ingeniería, sino que realmente son asuntos de capacitación o posgrados específicos. Estos requisitos no deben sesgar las carreras profesionales, ni inducir la creación de programas sin demanda, sino que deben abordarse mediante cursos específicos a la medida de la empresa en esquemas extracurriculares. En general pareciera que las empresas suponen que las universidades saben bien qué debe enseñarse a los alumnos en los aspectos ingenieriles. Pocas son las empresas que se ven como clientes directos de las Instituciones de Educación Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 � �Los clientes del sistema educativo de ingenieros/ Fernando J. Elizondo Garza. Superior IES y en general se consideran empleadoras pasivas, o sea que contratan lo que les conviene. Las empresas que se visualizan como clientes ejercen presión como tales al ir a buscar pasantes para contratar y a través de las cámaras de industriales o empresarios, las cuales también presionan vía gubernamental. SOCIEDAD Este cliente abstracto está integrado por las personas que pagan impuestos y que a través de ellos patrocinan la educación de ingenieros, aún sin que tengan familiares estudiando ingeniería. En los sistemas democráticos el gobierno deberá escuchar las expectativas de la sociedad que lo eligió y actuar en consecuencia para “beneficio de la mayoría”. Pero excluir grupos minoritarios no es políticamente deseable y esto produce todo tipo de acciones a veces contradictorias entre sí. El gobierno que es el mecanismo de acción de una sociedad se tratará en el siguiente apartado. La sociedad resulta en diferentes fuentes de presión política-económica-social que actúan sobre las IES, que aunque generalmente funcionan como reguladores positivos, pueden ser manipulados con fines negativos al grado de afectar a la misma sociedad que dicen representar. Aquí se engloban las opiniones y acciones de las organizaciones de padres, las Organizaciones No Gubernamentales (ONG’s), los medios de comunicación, los sindicatos, las organizaciones empresariales, los intelectuales, entre otras, las cuales tienen diferentes percepciones y, de ahí, expectativas o exigencias sobre las universidades. Las evaluaciones, reportajes y opiniones de estas instancias, afectan el sistema educativo principalmente por su impacto político y de imagen. Por desgracia la presión sobre la educación, en muchos casos, no está basada en datos reales. Es importante reconocer que parte de los impuestos pagados por los ciudadanos terminan en el sistema educativo donde algún familiar será formado y por supuesto todas las personas desean que sus impuestos sean bien utilizados. Los medios de presión de la sociedad como cliente, son las ONG’s, las instancias gubernamentales y últimamente los medios de comunicación, los que no siempre representan los intereses de la mayoría. GOBIERNO - SISTEMA EDUCATIVO En cuanto a la educación de ingeniería, en realidad la mayor parte del pago del costo de la formación recae sobre las instancias de gobierno a nivel federal y estatal, quienes distribuyen presupuestos derivados de los impuestos. El medio para el financiamiento y regulación de la educación en México es la Secretaría de Educación Pública (SEP) en el nivel federal y las dependencias de educación a nivel estatal, las cuales están relacionadas y subordinadas en ciertos aspectos. Si se revisan los análisis de los sistemas educativos internacionales (UNESCO, OCDE, etc.) resulta que la calidad de estos no es igual, siendo el gobierno el factor que determina las diferencias. Sin siquiera tratar de explicarlo, éste está influenciado por: la cultura de la sociedad, los grupos de poder económico, las visiones filosóficas y culturales de la sociedad, el sindicalismo, las legislaciones existentes y el tipo de régimen político. � Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 �Los clientes del sistema educativo de ingenieros/ Fernando J. Elizondo Garza. En este aspecto influye mucho el estilo de los políticos en el poder, quienes toman la mayoría de las decisiones, esto no es un problema si se asesoran adecuadamente con especialistas, pero no todos emprenden acciones y algunos sólo buscan terminar sus periodos, haciéndose de la menor cantidad de enemigos para continuar su vida política, generándose un enfoque administrativo de “pasividad segura” o en el peor de los casos de beneficio inmediato personal. Si bien el sistema educativo es el medio y responsable básico de la educación de los ingenieros, hay que analizarlo también como cliente en sí mismo, pues financian a las escuelas y facultades de ingeniería. Los sistemas de educación gubernamentales por supuesto que como clientes quieren que el dinero sea bien empleado de acuerdo a sus criterios y establecen la presión más directa sobre las escuelas de ingeniería, muchas veces llegando al extremo de presionar para formar ingenieros como si fueran estudiantes de otra profesión, o convirtiendo a la pedagogía en un fin en lugar de un medio. Es en estas instancias donde se establecen los principales sistemas de evaluación del sistema educativo. En el caso de las instituciones educativas privadas, ademas del interés ecónomico hay otro muy importante relacionado con la reproducción de estructuras ideológicas de su interés. Estas instituciones presionan al sistema de educación gubernamental y pueden llegar a influir políticas nacionales. GLOBALIDAD/EXTRANJEROS El visualizar como clientes a la globalidad implica dos estructuras: la educación de posgrado a escala mundial y la del capital a través de las empresas transnacionales. En el caso del esquema internacional de educación, desarrollado para poder generar educación del más alto nivel, la cual ninguna universidad puede cubrir por sí sola, éste influye a través de los programas de posgrado en el extranjero, los que establecen requisitos para sus candidatos, lo que presiona a las universidades nacionales, tanto para poder enviar alumnos, como para entrar competitivamente a dicho esquema. También influencian desde la perspectiva de prestigio, pues cuando un programa exitoso en una parte del mundo se convierte en el modelo mundial o al menos regional, éste generará modificaciones por imitación en otras instituciones. Por desgracia generalmente este aspecto lleva a la creación de carreras nuevas descontextualizadas, con requerimientos y expectativas no necesariamente coherentes con el país y su fin es el de aprovechar mercados de moda, los cuales pasan. Por otro lado las empresas transnacionales, buscando homogeneizar y facilitar la comunicación entre sus filiales, establecen criterios de contratación que definitivamente influencian a las instituciones de educación superior. LOS NO CLIENTES Los sistemas educativos tienen varias fuentes de influencia importantes que afectan su calidad por parte de no clientes, o sea personas que no pagan, sino que al contrario son pagados por el sistema educativo, directa o indirectamente. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 � �Los clientes del sistema educativo de ingenieros/ Fernando J. Elizondo Garza. Los principales son los maestros, administrativos y personal de apoyo, los cuales inevitablemente se relacionan con fines políticos, económicos, sindicales, culturales y recreativos en el caso de las IES públicas, y principalmente con fines de reproducción de sus visiones ideológicas o empresariales en el caso de las IES privadas. Tambiéen están en este caso proveedores de mercancías y servicios. Todos estos no clientes por supuesto están interesados en influir en las decisiones del sistema educativo, pues éstas se traducen, directa o indirectamente para ellos, en una mayor o menor obtención de ganancias. Algunas veces se les toma demasiado en cuenta en decisiones que afectan lo académico. EVALUACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN La evaluación de los sistemas educativos, en virtud de los diferentes clientes, exige una diversidad de métodos. Esto implica que es inevitable, si se quiere ser pertinente a la clientela, el contar con un conjunto de evaluaciones enfocadas a las diferentes etapas durante la formación del estudiante e incluso después de su titulación. Las evaluaciones deben ser realizadas por las propias instituciones educativas, por las empresas contratantes, por instancias externas independientes de evaluación, o por el gobierno. Entre las disponibles actualmente están las generadas por las dependencias de evaluación educativas del Estado, las relacionadas con los organismos de acreditación y certificación de carreras e instituciones de educación, las de organizaciones de evaluación educativas internacionales como UNESCO, ABET, entre otras, e incluso las de ISO, que aunque no académicas, inciden en aspectos educativos. Las evaluaciones serán útiles sólo si se cuenta con un sistema de retroalimentación que permita el corregir las deficiencias o desviaciones con respecto a los objetivos de los programas y más importante con respecto a las expectativas importantes y éticas de los clientes. Es evidente que toda universidad debe contar con oficinas o procedimientos de enlace que le permitan mantener actualizados los directorios de clientes y el establecer periódicamente contactos con ellos para poder recabar la información necesaria para la evaluación y revisión de las carreras y programas. COMENTARIOS FINALES Los clientes de los sistemas de educación de ingeniería son los actores que hacen que el dinero puesto en educación fructifique no sólo para los clientes mismos sino para beneficio de la sociedad en general. Desde el punto de vista administrativo, para tener un sistema educativo de calidad, competitivo y exitoso socialmente, se requiere una identificación precisa de los clientes y el establecimiento de canales de comunicación con ellos que sean rápidos y confiables, que permitan la identificación de sus expectativas, las cuales, una vez filtradas y ponderadas adecuadamente, deberán permitir el establecer los sistemas de evaluación eficientes que verifican si lo realizado produjo los resultados deseados. 10 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 �Los clientes del sistema educativo de ingenieros/ Fernando J. Elizondo Garza. Un enfoque basado en los clientes evidencia dos grandes problemas que pueden afectar el sistema educativo. Uno de ellos es el de: “El cliente tiene la razón”, que como ya se comentó puede servir para que los estudiantes se sientan a gusto y atendidos, pero que afecta lo académico y puede dejar deshabilitados a los egresados para el desarrollo científico y tecnológico competitivo, e incluso para el trabajo como ingenieros. Por otro lado el enfoque de: “Decidir unilateralmente lo que el cliente necesita” puede llevar a que los clientes no estén interesados en el producto, o sea que los conocimientos y habilidades de los egresados no cubran, o excedan, los requerimientos de los clientes, tanto en cuanto a especialidades de la ingeniería como en sus contenidos. De lo antes comentado se puede reconocer que el filtrado y ponderación de las expectativas de los clientes es un punto del proceso de gran importancia, pues si no se hace con sensatez, puede resultar en un sesgo del proceso educativo que bien puede beneficiar a algunos pocos, pero no a la mayoría, y aquí una de las grandes disyuntivas es si se debe ofrecer una educación general para la sociedad o una para resolver problemas específicos. Afortunadamente esto se puede resolver si se emplea el esquema de posgrados en base a buenos estudios del mercado laboral de ingeniería. En los sistemas de educación de ingenieros es imperativo el establecer un sistema de retroalimentación de lazo cerrado y ponerlo a funcionar. El comparar las evaluaciones de aula y campo con las espectativas obtenidas de los clientes, permitirá en primera instancia establecer el éxito o fracaso del proceso educativo. En caso de encontrarse deficiencias, el sistema de retroalimentación debe ser capaz de tomar las acciones necesarias para corregir el rumbo. Se debe evitar el uso de estadísticas falsas o de resultados maquillados mediáticamente, que es algo que parece ir en aumento en el mundo, generando falsas evaluaciones y expectativas, que producen resultados inconexos con las necesidades reales de la sociedad. El desarrollar en los administradores del sistema educativo, y en todos los partícipes, una visión que considere la diversidad de clientes, que es de gran utilidad para establecer una panorámica, un modelo conceptual completo de la educación de ingenieros, la cual facilitará a los educadores y administradores el mantener en rumbo el proceso educativo, en medio del mar de leyes, ideologías, intereses económicos, deseos, y esperanzas que inevitablemente rodean el tan delicado e importante proceso de educación, en nuestro caso, de ingenieros. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 11 �Caracterización de las propiedades eléctricas locales del CaCu3Ti4O12 Zarel Valdez-Nava,A,B Chafé Cheballah,A,B Lionel Laudebat,C Thierry Lebey,A,B Sophie Guillemet-FritschD Université de Toulouse; UPS, INPT; LAPLACE (Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie); Toulouse, France. B CNRS; LAPLACE; Toulouse, France. C Centre Universitaire Jean-François Champollion; Albi, France. D Institut Carnot CIRIMAT; Université Paul Sabatier, Toulouse, France. A RESUMEN El CaCu3Ti4O12 (CCTO) es un material que presenta permitividad dieléctrica colosal (>105). En este trabajo, el CCTO fue sintetizado mediante coprecipitación química y sinterizado a 1050°C. Las propiedades eléctricas fueron estudiadas de manera macroscópica y localmente en granos y a través de fronteras de grano, tanto en corriente continua como en régimen alternativo. En este régimen, los granos y fronteras de granos presentan un comportamiento resistivo, no capacitivo. En corriente continua, las medidas locales no permiten distinguir el origen de la respuesta asimétrica macroscópica del material. Finalmente se encuentra que un contacto no-óhmico entre el cerámico heterogéneo y los electrodos podría explicar el comportamiento macroscópico y de las mediciones locales. PALABRAS CLAVE CaCu3Ti4O12, permitividad dieléctrica colosal, caracterización eléctrica local ABSTRACT CaCu3Ti4O12 (CCTO) is a material that presents a colossal dielectric constant (>105). In this work, CCTO was synthesized by chemical coprecipitation and sintered at 1050°C. Electrical properties were studied in bulk ceramic materials, as well as on individual grains and trough grain boundaries in alternative regime and continuous current. In AC regime, grains and grain boundaries show a resistive-like behavior. In DC regime local grain and grain boundary measurements do not allow determining the origin of the non-symmetric response in the bulk samples. It is finally found that non-ohmic contact between the heterogeneous ceramic and the electrodes could explain both the bulk and local electrical behaviors. KEY WORDS Colosal dielectric constant, CCTO, local electrical characterization. 12 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Caracterización de las propiedades eléctricas locales del CaCu3Ti4O12/ Zarel Valdez-Nava, et al. INTRODUCCIÓN Los materiales dieléctricos en microelectrónica son necesarios para la fabricación de condensadores, así como para el manejo de las señales y el almacenamiento de energía. Actualmente existe la tendencia hacia la miniaturización de los dispositivos eléctricos y el incremento en las frecuencias de operación. Una de las estrategias para disminuir el tamaño de los condensadores eléctricos es desarrollar materiales dieléctricos con valores de permitividad elevados. Los materiales que presentan los valores más altos de permitividad dieléctrica son de tipo cerámico, e industrialmente los más utilizados son los titanatos de bario o de estroncio. Una nueva rama de materiales, con una permitividad llamada “colosal”, por su magnitud, fue descubierta en los años 2000.1 El primer material de esta familia, y el más estudiado hasta ahora es el titanato de calcio y cobre, CaCu3Ti4O12 (CCTO). Varios aspectos de estos cerámicos los hacen muy atractivos, entre ellos los valores aparentes de permitividad dieléctrica colosales (>105), al menos un orden de magnitud superior a los obtenidos en los cerámicos dieléctricos convencionales como el titanato de bario (dopado).2,3 Además, una ausencia de transición de fase entre -100°C y 400°C, sin comportamiento ferroeléctrico ni transición ferroeléctrica-paraeléctrica les confiere una baja dependencia de la permitividad en función de la temperatura.4 Frecuentemente para obtener valores de permitividad altos en otros cerámicos es necesario realizar diferentes tratamientos en temperatura y atmósfera controlada, mientras que el CCTO, desde el punto de vista de su fabricación, permite obtener sus propiedades en una sola etapa de procesamiento.5 Desde los primeros trabajos en el CCTO se observó que la microestructura jugaba un papel importante en la modulación de las propiedades dieléctricas, específicamente en la permitividad.6 Utilizando la modelización de los resultados de espectroscopía de impedancias (EI)7, diferentes autores propusieron la hipótesis de una polarización interfacial para explicar los valores colosales de permitividad. Dos tipos de interfases podían explicar esta polarización, lo que dio origen a dos corrientes Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 adoptadas por la comunidad científica; la primera consiste en la interfase que se forma al contacto con los electrodos metálicos8 y la segunda, una interfase interna atribuible a la microestructura propia del cerámico.5 En la segunda hipótesis, las fronteras de grano, las dislocaciones y cualquier otro defecto estructural podrían constituir una interfase donde las cargas eléctricas que originan la polarización se acumularían. Este modelo, conocido como Condensador de Barrera Dieléctrica Interna (CBDI, o por sus siglas en inglés IBLC) es el modelo más aceptado, en donde la permitividad aparente (εeff ) depende del tamaño de grano (A) y de la permitvidad (εfg ) y el espesor (t) de la frontera de grano (figura 1). Fig. 1. Esquema del modelo de Condensador de Barrera Dieléctrica Interna (CBDI) utilizado para explicar la permitividad colosal en el CCTO. Para que este modelo funcione se requiere que los granos del cerámico se comporten como conductores, o al menos como semiconductores, y que las fronteras de grano, o los defectos internos, sean aislantes, o que tengan una resistividad superior a la de los granos. La mayor parte de los trabajos dedicados al estudio de los cerámicos con permitividad colosal utilizan la espectroscopía de impedancias para modelizar esta microestructura a través de circuitos equivalentes RC (Resistencia-Capacitancia).7 De esta manera asignan a la microestructura (electrodos, granos, fronteras de grano) un comportamiento específico a cada circuito RC identificado por EI. Sin embargo, las medidas directas de las propiedades de los granos y las fronteras de granos son limitadas. Chung et al.9 lograron medir las características voltaje-corriente de los granos y fronteras de grano de CCTO utilizando electrodos de oro dispuestos de manera aleatoria en la superficie. Los resultados de las medidas locales obtenidas con sonda local (Microscopía de Fuerza Atómica) son controversiales porque encuentran que tanto 13 �Caracterización de las propiedades eléctricas locales del CaCu3Ti4O12/ Zarel Valdez-Nava, et al. los granos como las fronteras de grano son semiconductoras.10,11 En trabajos recientes se ha observado un comportamiento asimétrico de la respuesta eléctrica que no puede ser descrito con el modelo CBDI.12 Así, el propósito del presente trabajo es caracterizar eléctricamente los granos y las fronteras de grano en la microestructura del CCTO para relacionar las propiedades eléctricas locales con las propiedades macroscópicas. EXPERIMENTACIÓN Elaboración del CCTO El CCTO fue obtenido mediante una técnica de síntesis en solución, mediante la precipitación de oxalatos. La descomposición de los oxalatos permitió obtener los óxidos de CCTO con un exceso de CuO.13 Los óxidos fueron compactados en pastillas de 6 mm de diámetro y 2 mm de espesor. La sinterización a 1050°C durante 24 h permite la densificación completa (>97% dteórica) del CCTO, el exceso de CuO ocasiona una sinterización en fase líquida y un crecimiento de los granos que alcanzan un tamaño de hasta 200 µm de diámetro.14 Las muestras fueron metalizadas por pulverización catódica de Au con un espesor de 30 nm para las mediciones eléctricas macroscópicas. Para las locales, la muestra fue pulida hasta un acabado óptico (Ra < 100 nm); un tratamiento térmico a 950°C permite observar los granos y las fronteras de granos con un microscopio óptico. Un análisis mediante microscopía electrónica de barrido (JEOL 6060LV, 6700 F) aunado a un analizador de rayos-X (EDX, Princeton Gamma Tech) permitió observar las diferencias de composición del CCTO. Mediciones eléctricas Las propiedades macroscópicas y locales fueron medidas en los regímenes de corriente continua (CC) y corriente alternativa (CA). En CC, una fuente de voltaje (Keithley 2410) permite registrar simultáneamente al voltaje aplicado y la corriente que pasa a través de la muestra (figura 2). En CA, un analizador de impedancias (HP 4284A) aplica entre 100 mV y 1 Vrms en la gama de frecuencias de 20 a 14 Fig. 2. Esquema de las mediciones macroscópicas de la muestra en CC. 106 Hz. Para los experimentos locales, una estación de micro-manipulación (Signatone S1160) acoplada a un microscopio óptico permite un posicionamiento preciso de las puntas de tungsteno (Microworld) (diámetro de la punta ≈ 10 µm). Todas las mediciones locales se realizaron con puntas coaxiales, con dos cables por punta para limitar la interferencia de los cables. A diferencia de los trabajos de Chung et al.9 las mediciones se efectuaron sin metalización. Entre cada medición eléctrica se despolarizó la muestra mediante un corto-circuito entre los electrodos durante 10 minutos. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Caracterización macroscópica Los valores de capacitancia de la muestra se calcularon a partir de los resultados de EI. Los valores de permitividad corresponden a los previamente reportados para este tipo de material14 (figura 3). La relación voltaje-corriente (I(V)) para la muestra presenta un comportamiento no-lineal y Fig. 3. Valores de permitividad dieléctrica y factor de pérdida para las muestras de CCTO. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Caracterización de las propiedades eléctricas locales del CaCu3Ti4O12/ Zarel Valdez-Nava, et al. además asimétrica en función de la dirección en que es aplicado el voltaje (figura 4). Figura 6.a. Preparación de la muestra. Fig. 4. Corriente en función del voltaje aplicado I(V) para la muestra de CCTO. Los colores rojo (superior) y negro (inferior), corresponden a sentidos opuestos en la aplicación de la corriente a través de la muestra. Los puntos y las líneas son dos mediciones independientes. Los resultados del análisis EDX (figura 5) de ambas caras de la muestra no permiten distinguir si existen diferencias significativas en la composición de las dos caras opuestas del material. Fig. 5. Resultados de EDX para las dos caras opuestas de una muestra de CCTO. Caracterización local de los granos y fronteras de granos Una serie de caracterizaciones se efectuaron en la sección de la muestra para determinar si la microestructura tiene un impacto en la respuesta eléctrica global (macroscópica) y eventualmente relacionar la respuesta local con la asimetría de la respuesta eléctrica (figura 6). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Fig. 6.b. Imagen en MEB de la microestructura de la muestra. Fig. 6.c. Imagen de las puntas de tungsteno en contacto con la muestra. Régimen alternativo (CA) Las respuestas en impedancia de un grano y de una frontera de grano se presentan en la figura 7. Se pueden observar dos zonas, en las frecuencias bajas, el comportamiento en ambos casos es similar al de una resistencia, es decir la fase entre el voltaje aplicado y la corriente es cercana a 0°. Para las 15 �Caracterización de las propiedades eléctricas locales del CaCu3Ti4O12/ Zarel Valdez-Nava, et al. Fig. 7.a. Impedancia. b.Ángulo de fase en régimen alternativo para las mediciones sobre un grano y a través de una frontera de grano de CCTO. frecuencias más altas (>104 Hz), el comportamiento es de tipo capacitivo con una respuesta a -90°. La parte capacitiva a alta frecuencia corresponde a la capacitancia creada entre el espacio entre las puntas (alrededor de 10-14 F), en cambio, a baja frecuencia, los valores medidos corresponden a la respuesta de la muestra. El modelo CBDI considera que la respuesta capacitiva debe localizarse en las fronteras de grano. Los resultados de la figura 7 indican que tanto el grano como la frontera de grano tienen una respuesta resistiva en CA. Fu et al.11 habían observado algo similar en MFA, pero únicamente en mediciones en CC. Estos resultados constituyen los primeros en régimen de CA que indicarían que la respuesta de un grano y de la frontera de grano tienen un comportamiento resistivo (semiconductor) con una fase θ ~ 0°. Las implicaciones de estos resultados pueden ser importantes, ya que la correlación EImicroestructura tendría que ser redefinida. Estudios complementarios son necesarios para verificar el comportamiento resistivo de la frontera de grano, puesto que las mediciones en superficie tienen limitaciones debido a que no es posible determinar exactamente la distribución de campo en la microestructura tridimensional. Corriente continua (CC) Para determinar si las características eléctricas locales tienen una relación con la asimetría eléctrica observada en la muestra macroscópica, se realizó una caracterización individual de los granos y las fronteras de grano en la sección transversal de la muestra. En la figura 8 se presenta un corte Fig. 8. Corte transversal de la muestra de CCTO. Las fronteras de grano se identificaron con color para mejorar el contraste de la imagen (En blanco y negro con tono oscuro entre granos). 16 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Caracterización de las propiedades eléctricas locales del CaCu3Ti4O12/ Zarel Valdez-Nava, et al. transversal de la muestra con las fronteras de grano señaladas con tratamiento de imágenes. Los resultados de las mediciones eléctricas de los granos y de las fronteras de granos presentadas en la figura 9.a., corresponden a los granos que están indicados en la figura 9.b. Las mediciones en CC se realizaron aplicando la corriente en ambos sentidos, mediante la inversión de los cables. A pesar de que la distancia entre las puntas se mantiene constante, la presión de contacto y la rugosidad (después del tratamiento térmico para revelar los granos) impactan sensiblemente las mediciones, por lo que se debe tener cuidado al colocar las puntas nuevamente; de esta manera los resultados son reproducibles con <5% de diferencia entre mediciones. La respuesta a nivel local tanto en los granos como a través de las fronteras de grano tiene un comportamiento no-lineal, también llamado no-óhmico. De acuerdo con el modelo CBDI, la respuesta a través de la frontera de grano debería tener un comportamiento sensiblemente diferente al de los granos, con un nivel de corriente inferior a voltaje equivalente. En los resultados presentados en la figura 9, la corriente a través de una frontera de grano es similar en comportamiento a la de otros granos. Un aspecto que queda a tratar es el impacto de la metalización en las propiedades eléctricas, ya que como en el caso del silicio, el contacto semiconductor-metal, cuando es de tipo no-óhmico, puede generar zonas de depleción. El tamaño de estas zonas dependerá entonces del tipo de barrera que se forma (por ejemplo, de tipo Schottky) y la distribución de defectos en el material. CONCLUSIÓN Fig. 9.a. Curvas I(V) para las respuestas en los granos en la sección transversal de la muestra y para una frontera de grano (entre G1 y G2). El comportamiento eléctrico de un cerámico de CCTO policristalino presenta una permitividad dieléctrica colosal y una característica no-óhmica. La característica voltaje-corriente para una muestra presenta un comportamiento asimétrico, según la manera en que se aplique el voltaje. Un análisis en CC de los granos individuales no permite relacionar la asimetría observada con algún gradiente de propiedad eléctrica mediante esta técnica. Fig. 9.b. El color de cada curva de 8a corresponde al de los granos. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 17 �Caracterización de las propiedades eléctricas locales del CaCu3Ti4O12/ Zarel Valdez-Nava, et al. Los resultados de EI en la superficie de la muestra indican que tanto la respuesta de los granos como las fronteras de grano presentan un comportamiento no-capacitivo, lo que no corresponde al ajuste de los modelos macroscópicos como el CBDI. El papel de los electrodos y el tipo de contacto no es suficientemente claro. Si se hace una analogía entre los fenómenos de materiales “modelo” como el silicio y el CCTO, será necesario en trabajos futuros, relacionar la química de los defectos, su impacto en el contacto eléctrico, en los mecanismos de conducción y en las características dieléctricas de los materiales con permitividad colosal. REFERENCIAS 1. Subramanian MA, Li D, Duan N, Reisner BA, Sleight AW. High Dielectric Constant in ACu3Ti4O12 and ACu3Ti3FeO12 Phases. 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Lunkenheimer P, Bobnar V, Pronin A, Ritus A, Volkov A, Loidl A. Origin of apparent colossal dielectric constants. Phys Rev B, 2002, 66(5):052105. 9. Chung S-Y, Kim I-D, Kang S-JL. Strong nonlinear current-voltage behaviour in perovskitederivative calcium copper titanate. Nat Mater, 2004, 3(11):774–778. 10. Chung S-Y. Comment on “Origin of Giant Dielectric Response in Nonferroelectric CaCu3 Ti 4O 12: Inhomogeneous Conduction Nature Probed by Atomic Force Microscopy.” Chem Mater, 2008, 20(19):6284–6285. 11. Fu D, Taniguchi H, Taniyama T, Itoh M, Koshihara S-Y. Origin of Giant Dielectric Response in Nonferroelectric CaCu 3Ti 4O 12: Inhomogeneous Conduction Nature Probed by Atomic Force Microscopy. Chem Mater, 2008, 20(5):1694–1698. 12.Valdez-Nava Z, Dinculescu S, Lebey T. Nonsymmetrical electric response in CaCu3Ti4O12 and La0.05Ba0.95TiO3−δ-SPS materials. J Phys D: Appl Phys, 2010, 43(38):385401. 13.Marchin L, Guillemet-Fritsch S, Durand B. Soft chemistry synthesis of the perovskite CaCu3Ti4O12. Prog Solid State Chem, 2008, 36:151–155. 14. Marchin L, Guillemet-Fritsch S, Durand B, Levchenko AA, Navrotsky A, Lebey T. Grain Growth-Controlled Giant Permittivity in Soft Chemistry CaCu3Ti4O12Ceramics. J Am Ceram Soc, 2008, 91(2):485–48 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Nuevos fotocatalizadores Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7 para la eliminación de contaminantes presentes en el agua Mayra Zyzlila Figueroa-Torres, Leticia M. Torres-Martínez, Miguel Ángel Ruiz-Gómez, Isaías Juárez-Ramírez, Christian Gómez-Solís Departamento de Ecomateriales y Energía, Facultad de Ingeniería Civil, UANL. m_zyzlila@yahoo.com.mx RESUMEN En esta investigación se reporta por primera vez la síntesis del óxido tipo pirocloro Sm2FeTaO7 por los métodos de reacción en estado sólido y sol-gel, así como el óxido Sm2InTaO7 mediante sol-gel. Los resultados de la caracterización estructural revelaron que el óxido Sm2FeTaO7 cristaliza en el sistema monoclínico con grupo espacial C2/c mientras que el óxido Sm2InTaO7 cristaliza en el sistema cúbico y grupo espacial Fd-3m. Para ambos materiales, cuando se utilizó el método sol-gel se obtienen materiales con propiedades morfológicas y superficiales diferentes, principalmente, en su tamaño de partícula y área superficial específica. La evaluación fotocatalítica mostró que el Sm2FeTaO7 es activo en la eliminación del colorante índigo carmín bajo condiciones reales de radiación solar. Mientras que, el Sm2InTaO7 es eficiente para reducir el ion Cr (VI) y degradar el colorante cristal violeta. PALABRAS CLAVE Materiales multifuncionales, fotocatálisis solar, degradación de colorantes, reducción de cromo. ABSTRACT This research reports on the synthesis of a new pyrochlore-related oxide Sm2FeTaO7 by both solid state reaction and sol–gel synthesis routes, as well Artículo basado en el as the synthesis of Sm2InTaO7 by sol-gel for first time.The results revealed that proyecto “Nuevos óxidos multifuncionales Sm2FeTaO7 Sm2FeTaO7 crystallizes in the monoclinic system with space group C2/c and y Sm 2InTaO 7 para la des- Sm2InTaO7 crystallizes in the cubic system with space group Fd-3m. Sol-gel contaminación de agua vía allows the synthesis of materials with lower particle size and higher surface fotocatálisis heterogénea”, area values than the solid state produced oxides. Additionally, the photocatalytic el cual obtuvo el Premio results showed that indigo carmine molecule can be degraded under solar light de Investigación UANL 2012, en la categoría de irradiation using Sm2FeTaO7 while Sm2InTaO7 is able to cause the photoreduction Ciencias Exactas, otorgado of Cr (VI) ions and degrade crystal violet dye in aqueous solution. en la Sesión Solemne del KEYWORDS Consejo Universitario de la Multifuctional materials, solar photocatalysis, dyes degradation, Cr reduction. UANL, celebrada el 12 de septiembre de 2012. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 19 �Nuevos fotocatalizadores Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7 para la eliminación... / Mayra Z. Figueroa-Torres, et al. INTRODUCCIÓN En la actualidad, el tema de la descontaminación del agua es un área que requiere de atención prioritaria. Los métodos tradicionales de purificación no son capaces de eliminar compuestos orgánicos complejos como los colorantes o los metales pesados. Por ello, la investigación y generación de nuevos materiales constituye un pilar básico en el desarrollo de tecnologías eficientes y sustentables para este fin. La fotocatálisis heterogénea es uno de los procesos que más interés han despertado, se basa en reacciones de oxidación y reducción capaces de desintegrar la estructura química de los contaminantes. Para ello, se requiere de un material capaz de activarse por medio de energía luminosa como la solar. Lo que le otorga a la fotocatálisis un importante y significativo valor medioambiental. Dado que la eficiencia del proceso fotocatalítico así como la cantidad de radiación solar que puede ser aprovechada depende por completo de las propiedades del semiconductor, un factor clave es el diseño de semiconductores avanzados con propiedades adecuadas para actuar como fotocatalizadores. Los óxidos metálicos ternarios conocidos como pirocloros de fórmula general A23+B3+B´5+O7 (A y B son iones metálicos), son compuestos con estructura predominantemente cúbica que permiten la utilización de una amplia gama de elementos químicos en los sitios A y B; siempre y cuando se cumplan los criterios de radio iónico y neutralidad de cargas.1-6 Estos compuestos han presentado una gran variedad de interesantes propiedades físicas y químicas, por lo cual han recibido especial atención en el área de la fotocatálisis. De acuerdo con la literatura, la mayoría de los óxidos tipo pirocloro son sintetizados mediante reacción en estado sólido a altas temperaturas durante periodos de tiempo prolongado, obteniéndose sólidos altamente cristalinos pero con baja área superficial y tamaño de partícula grande.5,7-11 Por otro lado, utilizando el método de síntesis de química suave solgel es posible obtener materiales bajo condiciones moderadas de reacción, controlar la estructura cristalina, área superficial, así como el tamaño y forma de las partículas. 3,12,13 20 Este trabajo consistió en el desarrollo de un nuevo material Sm2FeTaO7, empleando dos metodologías de síntesis: la reacción en estado sólido y la técnica solgel. Se resolvió su estructura cristalina y se estudiaron sus propiedades fisicoquímicas a través de técnicas de caracterización como microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de UV-vis entre otras. La actividad fotocatalítica se evaluó en la degradación del colorante índigo carmín bajo la exposición directa a la radiación de luz solar. Además, se realizó por primera vez la síntesis del Sm2InTaO7 mediante la ruta solgel, se estudiaron sus propiedades fisicoquímicas y se evaluó su actividad fotocatalítica para la degradación del colorante cristal violeta y la reducción del cromo (VI) presentes en disolución acuosa. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Síntesis de los materiales por el método de reacción en estado sólido Para la reacción, se utilizaron como precursores los óxidos Sm2O3, Fe2O3, In2O3 y Ta2O5 dependiendo del compuesto a sintetizar. Los óxidos fueron secados a 200 ºC durante 4 horas previo a la síntesis. Posteriormente, las cantidades estequiométricas de cada óxido se pesaron y se mezclaron con acetona. Cada mezcla de los sólidos se colocó de manera separada, en un crisol de platino y se sometieron a tratamiento térmico en atmósfera de aire hasta completar la reacción. Síntesis de los materiales por el método sol-gel Para el proceso sol-gel, se emplearon las cantidades estequiométricas de acetato de samario, acetilacetonato de fierro, acetilacetonato de indio y etóxido de tantalio dependiendo del óxido a sintetizar. Cada precursor se mezcló con el disolvente adecuado y se mantuvo en agitación magnética y reflujo a 70 ºC por 1 hora. Posteriormente se mezclaron las disoluciones manteniendo el reflujo por 48 horas. Después, se agregó hidróxido de amonio para ajustar el pH a 10, y se mantuvo en reflujo por otras 48 horas. Finalmente, la mezcla se secó a 100 ºC durante 24 horas para obtener el fresco de sol-gel. Este material fue tratado a diferentes temperaturas en atmósfera de aire hasta completar la reacción. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Nuevos fotocatalizadores Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7 para la eliminación... / Mayra Z. Figueroa-Torres, et al. Impregnación del Sm2FeTaO7 Los materiales de Sm2FeTaO7 fueron mezclados con 1 % en peso de CuO, partiendo del nitrato de cobre (II) en solución la cual se calentó lentamente hasta la evaporación del solvente. Posteriormente, se dio tratamiento térmico a 400 ºC durante 1 hora para obtener la fase CuO sobre la superficie del Sm2FeTaO7. Caracterización Con el objetivo de determinar las características estructurales, las propiedades ópticas, morfológicas y texturales de los materiales, se realizó la caracterización fisicoquímica mediante las técnicas de Difracción de Rayos X en polvos (DRX), el método de refinamiento de Rietveld, Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), espectroscopía UVvis para sólidos, y fisisorción de nitrógeno. Pruebas Fotocatalíticas Se evaluó la actividad fotocatalítica para la degradación del colorante índigo carmín, cristal violeta y en la reducción de iones cromo (VI). En todos los casos, se estableció el equilibrio de adsorción-desorción en la oscuridad durante 60 minutos y también se realizó una prueba de fotólisis. El seguimiento de las tres reacciones se realizó mediante UV-vis. Degradación del colorante índigo carmín usando Sm2FeTaO7 Las pruebas se realizaron bajo radiación directa de luz solar en la ciudad de Monterrey, Nuevo León, México utilizando reactores de vidrio. El material se dispersó en una disolución acuosa del colorante índigo carmín con concentración de 10 partes por millón (ppm) en una relación gramos por litro de 1:1. Durante el experimento, la temperatura de las disoluciones se mantuvo en 30 ºC. Para el seguimiento de la reacción se tomaron alícuotas cada dos horas durante un periodo de 10 horas, las partículas del fotocatalizador se removieron mediante centrifugación. El porcentaje de degradación del colorante se determinó tomando como referencia la banda de absorción a 610 nm. Los datos sobre la radiación solar fueron proporcionados Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 por el Sistema Integral de Monitoreo Ambiental (SIMA) de Monterrey, Nuevo León, México. DEGRADACIÓN DEL COLORANTE CRISTAL VIOLETA Y REDUCCIÓN DE CROMO (VI) USANDO Sm2InTaO7 Degradación del cristal violeta Las pruebas se realizaron en un reactor de laboratorio equipado con una lámpara UV tipo pluma (UV Products, 254 nm y 4,400 µW/cm2). Para los experimentos, se preparó una disolución acuosa de 10 ppm del colorante cristal violeta. El pH de la disolución se ajustó a 3 adicionando ácido sulfúrico concentrado. Después, 150 mL de la disolución se mezclaron con 100 mg del Sm2InTaO7. Se tomaron alícuotas cada 10 minutos, las cuales fueron centrifugadas para remover las partículas del fotocatalizador. El porcentaje de degradación del cristal violeta se determinó tomando como referencia la banda de absorción máxima a 590 nm. Además, se le dio seguimiento al proceso de mineralización empleando un equipo analizador de Carbono Orgánico Total (COT). Reducción del cromo (VI) Las pruebas se efectuaron en el reactor descrito anteriormente. Para este caso, se preparó una disolución acuosa de 20 ppm de cromo (VI) usando dicromato de potasio, la disolución se ajustó a pH = 2 adicionando ácido sulfúrico concentrado. En seguida, 150 mL de la disolución se mezclaron con 100 mg del Sm2InTaO7. Durante la reacción se tomaron alícuotas cada 20 minutos, y se centrifugaron para remover las partículas del fotocatalizador. El porcentaje de remoción del cromo (VI) se determinó tomando como referencia la banda de absorción a 348 nm. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La caracterización del Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7 se realizó como se describe a continuación. Difracción de rayos X en polvos En la figura 1 se presentan los difractogramas obtenidos para el Sm2FeTaO7 sintetizado por estado sólido y sol-gel. En ambos casos, la posición de las 21 �Nuevos fotocatalizadores Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7 para la eliminación... / Mayra Z. Figueroa-Torres, et al. Fig. 1. Patrones DRX obtenidos del refinamiento de Rietveld del Sm2FeTaO7. reflexiones es muy similar, sin embargo su intensidad y anchura es diferente debido al tratamiento térmico efectuado en cada ruta de síntesis. Estos resultados indican que es posible la obtención del nuevo óxido Sm2FeTaO7 con alta pureza mediante reacción en estado sólido y sol-gel.14 En la figura 2 se presenta el difractograma correspondiente al Sm2InTaO7 sintetizado por solgel. Este resultado reveló que dicho óxido pudo ser obtenido de forma pura a 1200 ºC y 12 horas de reacción, mientras que mediante reacción en estado sólido (DRX no presentado) se necesitó de 1400 ºC y 72 horas para obtener la fase pura, de acuerdo a lo reportado por Torres-Martínez et al.15 Se observó que en ambos óxidos, Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7, al emplear la ruta sol-gel se requirió de una menor temperatura para la formación de Fig. 2. Patrones DRX obtenidos del refinamiento de Rietveld del Sm2InTaO7. 22 la fase pura, debido a que los reactivos organometálicos usados reaccionan homogéneamente y producen un óxido amorfo como precursor, el cual bajo tratamientos térmicos moderados produce el material cristalino. De acuerdo con los resultados de DRX del Sm2FeTaO7, los patrones obtenidos difieren con respecto a los que presentan los óxidos tipo pirocloro con estructura cúbica, como el caso del Sm2InTaO7. Por lo tanto se puede asumir que el nuevo óxido Sm2FeTaO7 cristaliza en un sistema diferente al cúbico. Los óxidos con fórmula general A2BB´O7 son considerados tipo pirocloro, y la gran mayoría posee estructura cúbica (grupo espacial Fd-3m).3,10,12,16 Sin embargo, dependiendo de los elementos que se utilicen en los sitios A y/o BB´ estos compuestos también pueden cristalizar en estructuras de menor simetría tales como el Bi 2FeVO 7 y Bi 2AlVO 7 (tetragonal), 17,18 Er 2Mn 2/3Re 4/3O7 (trigonal), 19,20 Y2YbSbO7 (ortorrómbica),11 o Y2FeMoO7 y Bi2Zn2/ 21,22 3Nb4/3O7 (monoclínica). Determinación de parámetros estructurales La estructura cristalina del Sm2FeTaO 7 fue determinada mediante el refinamiento de Rietveld empleando un modelo teórico basado en la estructura monoclínica con grupo espacial C/2c (no. 15).21 Para el refinamiento se consideró que los iones Fe3+ y Ta5+ ocupan los mismos sitios con igual proporción. La figura 1 presenta los difractogramas obtenidos del refinamiento de Rietveld, observando que ambos patrones son muy similares. Esto indica que todas las reflexiones pueden ser indexadas en base a la estructura cristalina monoclínica con grupo espacial C/2c. En la tabla I se presentan los datos cristalográficos y factores de confiabilidad, los cuales son lo suficientemente bajos otorgando certeza a los datos calculados. Los parámetros de celda en ambos casos son muy similares y presentan concordancia con lo reportado para óxidos similares con estructura monoclínica.21,22 Para el refinamiento de Rietveld de la estructura del Sm2InTaO7 se empleó un modelo teórico basado en el sistema cúbico y grupo espacial Fd-3m.10 Se consideró que los iones In3+ y Ta5+ ocupan el mismo sitio con igual proporción. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Nuevos fotocatalizadores Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7 para la eliminación... / Mayra Z. Figueroa-Torres, et al. Tabla I. Datos cristalográficos obtenidos mediante el refinamiento Rietveld del Sm2FeTaO7. Parámetro Estado sólido 1400ºC Sol-gel 800ºC a (Å) 13.1307(5) 13.0913(2) b (Å) 7.5854(3) 7.5622(6) c (Å) 11.6425(4) 11.7358(6) β (°) 100.971(2) 100.933(4) Z 8 8 Rwp’ (%) 6.19 6.85 χ 2.11 2.56 2 De acuerdo con la figura 2, el difractograma experimental y el calculado son similares, indicando que todas las reflexiones pueden ser indexadas al sistema cúbico y el grupo espacial Fd-3m. Los resultados de los datos cristalográficos y factores de confiabilidad se presentan en la tabla II, observándose esta similitud en todos los casos. Arreglo estructural En la figura 3 se presenta el arreglo estructural del Sm2FeTaO7, el cual exhibe capas alternadas de Sm–O y Fe/Ta–O, ver figura 3.a. La capa de Sm–O está conformada por cationes Sm1 y Sm2, que están coordinados a ocho y siete átomos de oxígeno, respectivamente. Por otro lado, en la capa de Fe/Ta–O, los cationes Fe/Ta1 y Fe/Ta3 están coordinados a seis átomos de oxígeno, formando octaedros irregulares interconectados mediante una cadena del tipo BTH (bronce de tungsteno hexagonal), mientras que los átomos Fe/Ta2 están localizados cerca del centro del hexágono, ver figura 3.b. La cadena BTH es fundamental en las estructuras relacionadas con los óxidos tipo pirocloro.20 a b Tabla II. Datos cristalográficos obtenidos del refinamiento Rietveld del Sm2InTaO7. Parámetro Sol-gel 1200ºC Estado sólido 1400ºC Reportado [10] a (Å) 10.5521(3) 10.5676(2) 10.5448(2) O1 48f “x” 0.3352(4) 0.3334(6) 0.3302(3) Z 8 8 8 Rwp’ (%) 9.8 8.6 10.1 Ha sido bien documentado que la relación de los radios iónicos rA/rB, en los óxidos tipo pirocloro y sus estructuras relacionadas con la fórmula A2BB´O7, es un factor importante para determinar el sistema en que cristalizan.3,6,23 Luan y col. reportaron17,18 que el Bi2FeTaO7 (rA/rB = 1.82) con estructura cúbica cambió a estructura tetragonal cuando los sitios BB´ fueron sustituidos por distintos cationes obteniéndose los óxidos Bi2FeVO7 (rA/rB = 1.97) y Bi2AlVO7 (rA/rB = 2.18). En este trabajo, se determinó que el óxido Sm2FeTaO7 (rA/rB = 1.68) cristaliza con una estructura monoclínica debido a la sustitución del fierro (Fe) por el indio (In) en el sitio B, tomando como referencia el óxido Sm2InTaO7 (rA/rB = 1.50) con estructura cúbica. La pequeña diferencia de rA/rB fue suficiente para inducir una distorsión en los octaedros, provocando el cambio en la estructura cristalina. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Fig. 3. Vista en poliedros de la estructura monoclínica del óxido Sm2FeTaO7. Los octaedros de Fe/Ta1 y Fe/Ta3 están indicados. Los átomos de Sm, Fe/Ta2 y O están representados como esferas rojas, verdes y negras, respectivamente. El arreglo estructural del Sm2InTaO7 se presenta en la figura 4, la cual consiste de una cadena tridimensional de octaedros In/Ta–O6 unidos por sus esquinas y conectados con otros mediante cadenas de In/Ta–O3 a lo largo de la dirección [001]. Los cationes de Sm se encuentran en el centro del hexágono formado por los octaedros de In/Ta–O6. Ambas estructuras, monoclínica (C2/c) y cúbica (Fd-3m) son muy similares.19,22 En los compuestos A2BB´O7 con estructura monoclínica, los octaedros [BO6-B´O6] forman intersticios de tres y seis miembros, muchas veces referido como capa BTH, la cual es equivalente a la capa octaédrica {111} presente en la estructura cúbica. La estructura cúbica está basada en un arreglo tridimensional de bloques BTH mientras que en 23 �Nuevos fotocatalizadores Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7 para la eliminación... / Mayra Z. Figueroa-Torres, et al. Fig. 4. Vista en poliedros de la estructura cúbica del óxido Sm2InTaO7. Los átomos de Sm están representados como esferas azules y los octaedros rojos corresponden a In/Ta—O6 la estructura monoclínica se tiene un arreglo en dos dimensiones. En la estructura monoclínica, los intersticios hexagonales formados por los octaedros son ocupados por los cationes B y B´, los cuales están completamente ordenados en sus sitios a diferencia de lo observado en la estructura cúbica.19 Análisis por Microscopía Electrónica de Barrido La figura 5 muestra las micrografías del Sm2FeTaO 7 y Sm2InTaO 7, en donde se pueden observar considerables diferencias respecto al tamaño de partícula. Mediante reacción en estado sólido, ambos materiales presentan partículas de superficie lisa y tamaño de 2 a 3 μm. Mientras que, por medio de la ruta sol-gel el tamaño de las partículas fue menor, de alrededor de 100 a 150 nm para el Sm2FeTaO7 y de 400 nm para el Sm2InTaO7. Dichos contrastes en el tamaño de las partículas están asociados con los tratamientos térmicos realizados para cada ruta de síntesis. Con respecto a la impregnación con CuO sobre el Sm2FeTaO7, el promedio del análisis cuantitativo fue 1.15% en peso de CuO. Espectroscopía UV-vis para sólidos De acuerdo con los resultados de la determinación de la energía de banda prohibida (Eg), los valores obtenidos fueron de 2.0 y 3.6 eV para el Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7, respectivamente. Esto indica que los materiales se activan mediante longitudes de onda menores a 620 nm para el caso del Sm2FeTaO7 y de 345 nm para el Sm2InTaO7. La diferencia en los valores de Eg de los materiales, se debe a que los 24 Fig. 5. Imágenes de MEB del Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7. electrones 3d del fierro son excitados fácilmente por la luz visible.12,24,25 Área superficial específica En la tabla III se presentan los resultados de área superficial. De manera general, los materiales sintetizados mediante estado sólido poseen área superficial baja, 1 m2 g-1. Por el contrario, mediante el método de sol-gel se obtuvieron materiales con mayor área superficial, 10 y 5 m2 g-1 para el Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7, respectivamente. La impregnación con CuO sobre Sm2FeTaO7, no modifica el valor del área superficial. Tabla III. Valores de área superficial específica. Material Método de síntesis Área Superficial (m2 g-1) Sm2FeTaO7 Estado sólido 1 Sm2InTaO7 1 CuO/ Sm2FeTaO7 Sm2FeTaO7 1 Sol-gel 12 Sm2InTaO7 5 CuO/ Sm2FeTaO7 11 PRUEBAS FOTOCATALÍTICAS Degradación del índigo carmín usando Sm2FeTaO7 En la figura 6 se presenta la cinética de decoloración de la disolución de índigo carmín. Se observó una disminución del 20% en la concentración inicial del Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Nuevos fotocatalizadores Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7 para la eliminación... / Mayra Z. Figueroa-Torres, et al. Fig. 7. Esquema del mecanismo propuesto para la degradación fotocatalítica del colorante índigo carmín. BC = Banda de Conducción y BV = Banda de Valencia. Fig. 6. Eliminación del índigo carmín bajo radiación de luz solar empleando los materiales Sm2FeTaO7 y CuO/ Sm2FeTaO7. colorante debido a la fotólisis. Por otro lado, usando los materiales preparados por estado sólido se logró la decoloración de alrededor del 7%. Esto puede atribuirse a la poca interacción entre el material y la disolución del colorante, la baja área superficial así como la recombinación de las cargas fotogeneradas. Respecto a los materiales sintetizados por sol-gel, éstos mostraron una mayor actividad, la cual fue ocho veces mayor comparados con los materiales preparados por estado sólido. Es bien conocido que la actividad fotocatalítica está asociada con la naturaleza y propiedades fisicoquímicas de cada material. La presencia de partículas pequeñas provee más sitios activos y disminuye la distancia de migración de las cargas fotogeneradas, haciendo más eficiente las reacciones de oxidación-reducción sobre la superficie del material.26 La presencia de CuO en la superficie del Sm2FeTaO7 favoreció la decoloración del índigo carmín, lográndose una decoloración del 38% empleando el material obtenido por sol-gel. El CuO actúa como colector de electrones27 disminuyendo la recombinación de las cargas fotogeneradas favoreciendo la oxidación del colorante.28,30 Este mecanismo se ilustra en el esquema presentado en la figura 7. Degradación del cristal violeta usando Sm2InTaO7 En la figura 8 se presenta la degradación fotocatalítica del cristal violeta usando el Sm2InTaO7. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Fig. 8. Eliminación del cristal violeta usando los materiales de Sm2InTaO7. Decoloración (barra azul) y mineralización (barra roja). En el gráfico se aprecia que el Sm2InTaO7 es capaz de decolorar totalmente la solución después de 60 minutos de tiempo de reacción. Además, se logró una mineralización entre el 65 y 70%. Este resultado es importante desde el punto de vista ambiental ya que se asegura la destrucción completa del colorante. Foto-reducción del cromo (VI) usando Sm2InTaO7 En la figura 9.a. se presentan los espectros UVvis de la disolución de Cr (VI) obtenidos a diferentes tiempos durante la reacción fotocatalítica empleando Sm2InTaO7 preparado por sol-gel. Se aprecia que la banda de absorción situada a λ = 348 nm disminuye conforme transcurre la reacción, lo cual indica que la foto-reducción de Cr (VI) a Cr (III) se llevó a cabo. Además se detectó una banda de absorción a λ = 585 nm, la cual aumenta con el tiempo de reacción, figura 9.b. Dicha banda de absorción es una evidencia de la presencia de Cr (III) en la disolución. 25 �Nuevos fotocatalizadores Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7 para la eliminación... / Mayra Z. Figueroa-Torres, et al. Fig. 10. Foto-reducción de Cr (VI) en la ausencia y presencia de los materiales de Sm2InTaO7. Fig. 9. Espectros UV-vis de la disolución de Cr (VI) obtenidos a diferentes tiempos de reacción empleando Sm2InTaO7 sintetizado por sol-gel. Este resultado fue corroborado mediante el análisis de una disolución de nitrato de cromo (III) empleado como referencia. En la figura 10 se muestra la cinética de la fotoreducción de Cr (VI). Se observa que en presencia del fotocatalizador Sm2InTaO7 se alcanza un 52 y 40% de reducción para el material sintetizado por sol-gel y estado sólido, respectivamente. La mejor eficiencia presentada por el material preparado por sol-gel está relacionada con su mayor área superficial y menor tamaño de partícula, lo cual genera más sitios activos y limita la rápida recombinación de las cargas fotogeneradas, favoreciendo las reacciones de oxidación-reducción.26,31 CONCLUSIONES Se reporta por primera vez la preparación del óxido del tipo pirocloro Sm2FeTaO7 con alta pureza utilizando tanto el método de estado sólido como 26 el de sol-gel. Así como la síntesis de Sm2InTaO7 por sol-gel. Se encontró que cuando se utiliza solgel como método de síntesis, los polvos obtenidos presentan un tamaño de partícula pequeño y un área superficial de un orden de magnitud mayor en comparación con el método de estado sólido. El Sm2FeTaO7 cristaliza en el sistema monoclínico y grupo espacial C2/c mientras que el Sm2InTaO7 cristaliza en el sistema cúbico y grupo espacial Fd3m. Esto indica que un factor muy importante en este tipo de compuestos es la elección de los elementos químicos ya que de ello depende la estructura cristalina que presentará el material. Ambos óxidos, Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7 son potenciales fotocatalizadores para la eliminación de contaminantes en disolución acuosa como el colorante índigo carmín, cristal violeta así como la reducción de cromo (VI). En particular, las características del material Sm2FeTaO7 permiten su uso como un fotocatalizador bajo condiciones reales y variantes de radiación solar. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen a la UANL por el apoyo financiero otorgado a través de los proyectos PAICYT-UANL 2010 clave IT176-09 e IT171-09; al CONACYT por el apoyo económico a través de los proyectos de Ciencia Básica 2007 clave 84809 y clave 83923, así como Ciencia Básica 2008 clave 98740, y el apoyo de beca de doctorado a los M.C. Miguel A. Ruiz Gómez y M.C. Christian Gómez Solís. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Nuevos fotocatalizadores Sm2FeTaO7 y Sm2InTaO7 para la eliminación... / Mayra Z. Figueroa-Torres, et al. REFERENCIAS 1. C. K. Matsuda, F. F. Ivashita, A. Paesano, Jr., E. V. Pannunzio Miner, M. C. Blanco, R. E. Carbonio, J. B. Marimon da Cunha, L. Ghivelder. Structural, hyperfine, and magnetic properties of R2FeTaO7 compounds (R=Y, Dy, Gd, and Eu). Phys. Rev. B, 2010, 81, 014417-1 – 014417-6 2. P. Strobel, S. Zouari, R. Ballou, A. CheikhRouhou, Jean-Claude Jumas, J. Olivier-Fourcade. 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En este trabajo se presenta el estudio de las propiedades mecánicas (módulo elástico complejo: E*=E´+ iE´´) y dieléctricas (permitividad relativa compleja: εr*=εr´- iεr´´) de un copolímero, el polivinil butiral (PVB), con la finalidad de evaluar la capacidad bifuncional de este material. Reometría tradicional, análisis mecánico dinámico (DMA) y análisis dieléctrico dinámico (DDA) son las técnicas instrumentales para evaluar las propiedades del PVB. A partir de los datos experimentales se desarrolló un modelo empírico que establece una relación entre las propiedades mecánicas y dieléctricas (E´vs. εr´) del PVB; el incremento de εr’ produce un decaimiento exponencial de E’. PALABRAS CLAVE Polivinil butiral, dieléctrico, polímero, viscoelasticidad ABSTRACT Dielectric materials play an interesting role in the development of new electronic devices. In this work, the study of mechanical (complex elastic modulus: E*=E´+ iE´´) and dielectric properties (complex relative permittivity: εr*=εr´iεr´´) of a copolymer, the polyvinyl butyral (PVB) are showed. The bifunctional capacity evaluation of this material is performed by traditional rheometry, dynamic mechanical analysis (DMA) and dynamic dielectric analysis (DDA). From the experimental data, a empirical model was developed, it establishes a relationship between the mechanical and dielectric properties (E´ vs. εr´) of the PVB; the increasing of εr´ produces an exponential decay in the value of E´. KEYWORDS Polyvinyl butyral, dielectric, polymer, viscoelasticity INTRODUCCIÓN Un material dieléctrico es aquel en el que la estructura electrónica de sus átomos constituyentes es tal que, a una escala mayor al tamaño del átomo, todo el conjunto de átomos pueden posicionarse de una manera particular en el espacio, definiéndose una estructura atómica o molecular a la cual se encuentran ligados los electrones de valencia, de tal forma que dichas partículas subatómicas no pueden Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 29 �Materiales poliméricos dieléctricos / Jesús G. Puente Córdova, et al. desplazarse libremente bajo la acción de un campo eléctrico externo. Si la estructura atómica y por ende la estructura electrónica de un material dieléctrico no cambian en el tiempo, entonces están en equilibrio con el medio, y cuando dicho material es sometido a la acción de un campo eléctrico externo, sus estructuras (atómica y electrónica) tienden a modificarse para buscar nuevamente el equilibrio, esto a través de un fenómeno de polarización eléctrica y/u orientación de dipolos eléctricos. Es importante mencionar que cuando el campo eléctrico aplicado es eliminado, el material tiene una fuerte tendencia a restablecer sus características estructurales originales. Aquellos materiales que pueden llegar a restablecer por completo su estructura cuando se elimina el campo eléctrico aplicado, podrán repetir el fenómeno un número infinito de veces, y se identifican como materiales dieléctricos ideales. Por supuesto estos materiales no existen en la naturaleza; sin embargo habrá algunos que tengan un comportamiento cercano al ideal, a estos materiales se les denomina “materiales dieléctricos”, siendo su principal aplicación el almacenamiento de energía eléctrica. En los materiales dieléctricos es poco probable encontrar electrones libres, lo que trae como consecuencia que estos materiales también sean buenos aislantes eléctricos, pudiendo llegar a tener una resistividad de 108 a 1016 Ωm. De lo anterior se establece que los materiales dieléctricos son buenos aislantes eléctricos, sin embargo un buen aislante eléctrico no necesariamente tiene buenas propiedades dieléctricas. La eficiencia con la que un material aislante eléctrico puede llevar a cabo la función de dieléctrico se manifiesta a través de su permitividad dieléctrica (ε). Para un material isotrópico, esta propiedad ε, es “una constante” de proporcionalidad que relaciona a un campo eléctrico aplicado a dicho material (H) con el campo eléctrico resultante (B) al interior del mismo, ecuación (1). Para este caso en particular, debido a que los → → vectores son H y B paralelos, la ε se considera un escalar. Sin embargo, para el caso de materiales no isotrópicos ε debe considerarse como un tensor de segundo orden, ya que relaciona a dos campos eléctricos que matemáticamente son tensores de primer orden. 30 → → B =ε H (1) La permitividad de un material se reporta normalmente en relación con la permitividad del vacío, ε0=8.8541878176x10-12 F/m, denominándose permitividad relativa, εr. En este sentido, a manera de ejemplo, se han reportado para materiales poliméricos valores de εr para el poliestireno de 2.4 a 3.1, para el polifluoruro de vinilo 8.0, y para el PET 3.0. Es importante mencionar que en los polímeros, la magnitud de εr está asociada principalmente al número de “dipolos eléctricos permanentes” que conforman su estructura macromolecular. Estos dipolos eléctricos son el resultado de una distribución asimétrica de los electrones en los grupos químicos de las cadenas poliméricas. Cuando se aplica un campo eléctrico externo, los dipolos se orientan elásticamente para neutralizar la acción del campo eléctrico; el número y el tipo de dipolos orientados definen la magnitud de εr. La estructura electrónica en los grupos químicos que forman parte de los polímeros también puede modificarse bajo la acción del campo eléctrico externo, induciéndose la formación de nuevos dipolos eléctricos (dipolos eléctricos no permanentes) que, al orientarse, también contribuirán a la magnitud de εr. La facilidad con que se puede inducir la formación de nuevos dipolos en un material polimérico se conoce como polarizabilidad, α. Entre los materiales más comunes que se utilizan como dieléctricos se encuentra el material cerámico titanato de bario o BaTiO 3, cuya permitividad relativa puede alcanzar valores de hasta 6900.1 En general, los materiales cerámicos son mejores dieléctricos que los materiales poliméricos, sin embargo presentan desventajas tales como, su alta fragilidad y elevadas temperaturas de proceso o transformación, lo que limita sus aplicaciones en dispositivos electrónicos modernos y mecatrónicos, los cuales deben tener cierta flexibilidad mecánica o capacidad de amortiguamiento de vibraciones mecánicas. 2,3 Algunos materiales poliméricos han sido utilizados como dieléctricos,4-7 con el inconveniente de que la comprensión de la relación propiedades dieléctricas-morfología tiene aún muchas interrogantes, entre otras razones debido a Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Materiales poliméricos dieléctricos / Jesús G. Puente Córdova, et al. que los polímeros son materiales que se encuentran alejados del equilibrio termodinámico. En este trabajo se presenta la evaluación de las propiedades mecánicas y dieléctricas de un material polimérico cuya estructura es de tipo copolímero, el polivinil butiral o PVB, de tal manera que el comportamiento viscoelástico del PVB es analizado no solamente a partir de su manifestación mecánica, sino también a partir de su manifestación dieléctrica. Estos resultados permitirán establecer la capacidad bi-funcional (mecánica y dieléctrica) del PVB. EL POLIVINIL BUTIRAL El polivinil butiral o PVB es un copolímero (desarrollado en 1928 por Canada Shawinigan Chemicals) utilizado principalmente en el proceso de fabricación de “vidrio laminado” para la industria automotriz.8,9 El PVB se obtiene al modificar el poli-alcohol vinílico al hacerlo reaccionar por condensación con butiraldehído en medio ácido. El resultado de este proceso de modificación produce cadenas poliméricas cuya estructura está formada por tres tipos de unidades estructurales a lo largo de las cadenas de PVB, (ver figura 1), razón por la cual se considera al PVB como un copolímero.10,11 Las condiciones de síntesis del PVB determinan el contenido y distribución de las tres unidades estructurales, pudiendo tener variaciones en la composición de 65% mol para las unidades estructurales del butiral, 34% mol las del alcohol y 3% mol para el acetato. Fig.1. Representación esquemática de la estructura química del copolímero PVB. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Debido a su estructura molecular a base de enlaces covalentes, el PVB es un aislante eléctrico. En la figura 1, se identifican los grupos químicos que conforman la estructura química del PVB: acetales, hidroxilos y acetilos. Estos grupos químicos debido a la distribución asimétrica de sus electrones se pueden considerar como dipolos eléctricos, que bajo la acción de un campo eléctrico externo pueden orientarse de una manera tal que contribuyen a la magnitud de εr. Se ha demostrado que mediante un proceso de dopaje con yodo, I2 , se puede incrementar la conductividad eléctrica del PVB, resultado de la disminución tanto de la energía de activación de la conducción como de la capacidad de almacenamiento de carga eléctrica.12 También se ha reportado que un dopaje del PVB con la sal cloruro de níquel (NiCl2) permite incrementar el valor de su permitividad relativa.13 La relación entre las propiedades dieléctricas y mecánicas es un tema que presenta aún muchas interrogantes. PRINCIPIO FÍSICO DE LOS ANÁLISIS DINÁMICOS: MECÁNICO Y DIELÉCTRICO La naturaleza viscoelástica de los polímeros se puede interpretar como un comportamiento intermediario entre un líquido viscoso puro y un sólido elástico ideal. En consecuencia el estudio de la reología o viscoelasticidad de los polímeros requiere de técnicas dinámicas u oscilatorias que permitan deconvolucionar la parte elástica y viscosa de estos materiales. En base a lo anterior se utilizan en este trabajo dos técnicas experimentales de base, el análisis mecánico dinámico y el análisis dieléctrico dinámico. El principio físico del análisis mecánico dinámico o DMA por sus siglas en inglés, se fundamenta en someter una película o probeta a un estímulo mecánico periódico en forma sinusoidal, bajo condiciones isócronas o isotérmicas. Debido al carácter viscoelástico del polímero estudiado, el estímulo aplicado y la respuesta obtenida se encuentran en un ángulo δm de desfase, lo que permite deconvolucionar la respuesta en dos partes, una que está en fase y otra desfasada �/2 radianes del estímulo aplicado. Esto permite el cálculo de dos módulos, que pueden representarse en un número complejo, E*=E´+ iE´´. La parte real de este número está asociada al comportamiento elástico del polímero, 31 �Materiales poliméricos dieléctricos / Jesús G. Puente Córdova, et al. en tanto la parte imaginaria se relaciona con la parte viscosa del mismo. El cociente de la componente imaginaria y real del módulo elástico complejo se le conoce como tan δm o factor de pérdida. Por otra parte, si en lugar de aplicar un estímulo mecánico a la probeta, se aplica un estímulo eléctrico (campo eléctrico) de manera periódica siguiendo una forma sinusoidal, la respuesta obtenida será una corriente eléctrica que estará en desfase un ángulo δe con respecto al estímulo aplicado. Por lo tanto, de manera análoga al cálculo del módulo elástico complejo, en este caso en particular se puede calcular la permitividad dieléctrica relativa compleja, εr*=εr´-iεr´´, en donde la parte real está asociada al almacenamiento “elástico” de cargas eléctricas, y la parte imaginaria se relaciona con la disipación de estas cargas en forma de corriente eléctrica. Esta técnica es conocida como análisis dieléctrico dinámico o DDA por sus siglas en inglés. DESARROLLO EXPERIMENTAL En esta sección se describen las pruebas experimentales que fueron utilizadas en este trabajo de investigación y que tienen por objetivo correlacionar las manifestaciones mecánica y dieléctrica de la viscoelasticidad del PVB. Películas delgadas de PVB Para una buena caracterización dieléctrica y mecánica, la geometría es un aspecto fundamental, requiriéndose que las probetas sean en forma de películas delgadas (espesor alrededor de 100 μm), siendo el área y principalmente el espesor, los aspectos geométricos más importantes. Por lo anterior, es necesario determinar el comportamiento reológico del PVB en disolución con la finalidad de definir la concentración más adecuada para preparar las películas por vaciado o “casting”. Se utilizó un reómetro Anton Paar con geometría de platos paralelos a 25°C para determinar la viscosidad dinámica h de cuatro disoluciones de PVB en tetrahidrofurano (THF); para asegurar la homogeneidad de las disoluciones se dejaban estas bajo agitación magnética (700 RPM), a 40°C durante 30 min. Las concentraciones de cada una fueron: 5, 10, 15 y 20% wt de PVB. A partir de la disolución 32 en THF con la concentración seleccionada (10% wt), cuya determinación se discutirá en la siguiente sección, se prepararon películas por “casting”, separando el disolvente por convección natural a temperatura ambiente durante 24 horas. Una vez obtenidas las películas delgadas de PVB, estas fueron caracterizadas mediante la aplicación de estímulos mecánicos y eléctricos de tipo oscilatorio en un amplio intervalo de frecuencias y temperaturas. Para el estudio mecánico oscilatorio se utilizó la técnica DMA. Por otra parte, la aplicación de estímulos eléctricos oscilatorios, se llevó a cabo utilizando DDA. Análisis mecánico dinámico Las películas obtenidas fueron estudiadas mediante DMA, utilizando un DMA 8000 de Perkin Elmer midiendo el módulo elástico complejo (E*=E´+ iE´´). Las mediciones se llevaron a cabo en modo tensión bajo condiciones isócronas a una frecuencia de 1 Hz, aplicando una amplitud de deformación de 10 μm y en un intervalo de temperaturas (T) de 25-105°C. Análisis dieléctrico dinámico Las mediciones de DDA se llevaron a cabo en un rango de frecuencias de 20 Hz- 2 MHz, utilizando un electrómetro Agilent E4980A. El voltaje aplicado que define al campo eléctrico utilizado como estímulo osciló entre -1 y 1 V, todo esto a diferentes temperaturas, desde 25°C hasta 115°C en intervalos de 10°C. En la figura 2 se muestra el esquema de instrumentación utilizado, donde el electrómetro evalúa la capacitancia de la muestra, C´ y el factor Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Materiales poliméricos dieléctricos / Jesús G. Puente Córdova, et al. Fig. 2. Esquema de la instrumentación DDA de películas delgadas. de pérdida, tan δe, siendo posible a partir de estos valores calcular la parte real y la parte imaginaria de la permitividad relativa compleja, εr*, de acuerdo con las siguientes ecuaciones: ε r ´= ε´ C´ A = donde C0 = ε 0 ε0 C0 d tan δe = ε r ´´ εr ´ (2) (3) siendo ε0 la permitividad del vacío, A el área de los electrodos (ver figura 2) y d el espesor de la muestra. La ecuación (3) define a la tan δ e como el cociente de la componente imaginaria y real de la permitividad relativa compleja. A este parámetro también se le conoce como factor de pérdida, y es análogo a la tan δm calculada a partir del módulo elástico complejo. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En esta sección se presentan los resultados obtenidos a partir del DMA y DDA. Posteriormente, dentro de esta misma sección, se comparan las manifestaciones mecánica y dieléctrica de la viscoelasticidad del PVB. Películas delgadas de PVB En la figura 3 se observa que en todos los casos (5, 10, 15 y 20% wt) a bajas tasas de deformación (entre 10-3 y 10-1 s-1) la viscosidad permanece casi constante (comportamiento de fluido newtoniano), en tanto a tasas de deformación mayores a 10-1 s-1 la viscosidad disminuye considerablemente, lo que corresponde a un comportamiento de tipo pseudoplástico. A medida que la concentración de solvente aumenta, existe una Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Fig. 3. Reograma de PVB-disolvente en función de la rapidez de deformación. disminución global en las curvas, tanto en la región Newtoniana, como en la pseudoplástica. La facilidad para manipular al PVB se incrementa a medida que aumenta la concentración de solvente, aunque con esto disminuya evidentemente la cantidad de PVB. De acuerdo con la figura 3 el comportamiento reológico de las formulaciones 10, 15 y 20% wt de PVB, no presentan diferencias significativas. En cambio la formulación con menor cantidad de PVB (5% wt) presenta una disminución considerable de la viscosidad. Por esta razón se seleccionó la formulación con 10% wt de PVB, pudiéndose también haber utilizado las formulaciones con 15 o 20% wt de PVB. Análisis mecánico dinámico La figura 4 muestra la parte real de E*, la cual está asociada a la parte elástica del PVB. En esta figura se identifica una disminución de E’ conforme aumenta la temperatura, en un intervalo desde 25 hasta 105°C, donde es posible distinguir tres zonas diferentes. En la primera zona (25-50°C) hay un decremento poco pronunciado de E´ (dE´/dT~0) asociado a movimientos moleculares localizados de los grupos químicos más pequeños del PVB. En la segunda zona definida por un intervalo de temperaturas de 50 a 85°C, se presenta un decremento pronunciado de E´ a medida que aumenta la temperatura. Esto está asociado a la manifestación mecánica de la transición vítrea y corresponde a un aumento importante de 33 �Materiales poliméricos dieléctricos / Jesús G. Puente Córdova, et al. más importante que la elasticidad cauchótica. Este comportamiento se puede interpretar como una tendencia al flujo por parte del polímero cuando la temperatura se incrementa. Fig. 4. Parte real del E* y tan δm del PVB, en función de la temperatura (a 1 Hz). grados de libertad de los movimientos moleculares de las cadenas del PVB. Finalmente, en la tercera zona, a altas temperaturas (T > 85°C), E´ sigue disminuyendo conforme aumenta la temperatura, de una manera tal que E´ podría considerarse “constante”. Este comportamiento está asociado a la elasticidad de tipo “cauchótica” del PVB, la cual es función del número de entrecruzamientos físicos entre las cadenas de PVB. Por otra parte, en tan δm vs. T, se identifican tres zonas análogas a las tres zonas de E’ en los mismos intervalos de temperatura. En la primera zona, de 25 a 50°C, tan δm permanece casi constante, con una magnitud de ≈0.13. Este bajo valor de tan δm indica que en este intervalo de temperatura la parte viscosa es menos importante que la elástica, lo cual concuerda con los elevados valores de E’~3.9x108 Pa, en el mismo intervalo de temperatura. Posteriormente en el intervalo de 50 a 69°C, tan δ m aumenta considerablemente hasta un valor máximo de 1.75, y de 69 a 85°C tan δm disminuye también de manera muy pronunciada hasta un valor de 0.44. El máximo de tan δm a 69°C es un indicador de la manifestación mecánica de la temperatura de transición vítrea (Tg) del PVB, y está relacionado con el pronunciado decremento de E’ en el mismo intervalo de temperatura. Finalmente, a temperaturas superiores a 85°C tan δm tiene nuevamente un incremento, el cual está relacionado con el comportamiento identificado como “cauchótico” en E’; pero a medida que aumenta la temperatura en esta región, tan δm muestra que la viscosidad se hace cada vez 34 Análisis dieléctrico dinámico Los resultados obtenidos a partir del análisis dieléctrico dinámico se resumen en las figuras 5 a 7. La figura 5 muestra para varias temperaturas la variación de la parte real de εr* en un intervalo de frecuencias de 20 Hz- 2 MHz. A una temperatura de 115°C, a bajas frecuencias (20 Hz a 4 KHz), εr’ permanece casi constante con una magnitud promedio de 3.15. Posteriormente en un intervalo de frecuencias de 4 KHz a 1 MHz, εr’ disminuye considerablemente hasta un valor de 2.71. A frecuencias mayores a 1 MHz, εr’ tiene un aumento importante, el cual está asociado a corrientes eléctricas parásitas en la interfase del electrodo y la película de PVB. Por otra parte, los resultados obtenidos de las mediciones experimentales de εr’ a temperaturas inferiores a 115°C, muestran que la curva de εr’ se desplaza hacia las bajas frecuencias. Este comportamiento indica que los movimientos de los dipolos eléctricos asociados al decremento de εr’ cuando la frecuencia aumenta, son procesos térmicamente activados. Los movimientos térmicamente activados de los dipolos eléctricos que definen a las curvas εr’ de la figura 5 se manifiestan de una manera análoga en las curvas tan δe (ver figura 6) en función de la Fig. 5. Parte real de la εr* del PVB, en función de la frecuencia y la temperatura. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Materiales poliméricos dieléctricos / Jesús G. Puente Córdova, et al. curvas representan aspectos eléctricos del mismo fenómeno (comportamiento viscoelástico o reológico del PVB). Como consecuencia de lo anterior la temperatura de transición vítrea, que corresponde al máximo de tan δe en la figura 7, es de 75°C. Fig. 6. Tan δe del PVB, en función de la frecuencia y la temperatura. frecuencia, en las cuales se identifica de manera clara un máximo o pico, que se desplaza hacia las bajas frecuencias a medida que la temperatura disminuye. Con la finalidad de poder comparar la manifestación mecánica y la manifestación dieléctrica del comportamiento viscoelástico del PVB, a partir de las figuras 5 y 6 se construyeron curvas isócronas de εr´ y tan δe a la frecuencia más baja que permitió medir el equipo (20 Hz). Estas curvas experimentales se muestran en la figura 7, las cuales al igual que las curvas experimentales isócronas de E’ y tan δm de la figura 4, presentan tres zonas diferentes pero en intervalos de temperatura ligeramente desfasados. Esto último, se debe a que los resultados de la figura 4 representan aspectos mecánicos y en la figura 7 las Fig. 7. Parte real de la de la temperatura. εr*y tan δe del PVB, en función Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Comparación entre DMA y DDA En la figura 8 se muestra la comparación de la parte real del E* y la parte real de la εr* del PVB, en función de la temperatura. Aquí se aprecia que es posible identificar una relación entre las manifestaciones mecánica y dieléctrica de la viscoelasticidad de dicho material. A bajas temperaturas el valor de E se mantiene uniforme mientras la ε r´ posee un valor muy bajo, casi constante. Por otro lado, a altas temperaturas, pasando la región de la transición vítrea del PVB, se observa el efecto contrario; el valor de E’ disminuye mientras el valor de εr´ aumenta. Fig. 8. Comparación de E´ y εr´ en función de la temperatura. El gráfico 9 muestra la comparación de tan δm obtenida por DMA y la tan δe obtenida mediante DDA (estímulo mecánico vs. estímulo eléctrico), en función de la temperatura. En esta figura se identifica de manera más clara que la Tg calculada a partir del DMA es de 69°C, mientras que la Tg estimada a partir del DDA es de 75°C. La diferencia entre estos valores se debe, entre otros aspectos, a que en el DMA el estímulo mecánico induce movimientos en todos los grupos químicos que constituyen las macromoléculas del PVB, mientras que en el DDA el estímulo eléctrico actúa de manera selectiva sobre los grupos químicos que presentan momento dipolar eléctrico. 35 �Materiales poliméricos dieléctricos / Jesús G. Puente Córdova, et al. Fig. 9. Comparación de tan función de la temperatura. δm (DMA) y tan δe (DDA), en A partir de los datos experimentales de la figura 8 se construyó el gráfico de la figura 10, en la que se muestra de manera clara, como el incremento de εr’ corresponde a un decaimiento exponencial de E’. Fig. 10. Modelo empírico de la relación entre E´ vs. para el PVB. εr´ CONCLUSIONES La evaluación de las propiedades dieléctricas (tan δe) mediante DDA permite estimar la temperatura de transición vítrea del PVB, la cual es comparable con la estimada a partir de las mediciones experimentales de DMA. Es posible determinar una relación entre las propiedades mecánicas y dieléctricas del copolímero PVB. El incremento de las propiedades dieléctricas del PVB induce un decaimiento exponencial de sus propiedades mecánicas. 36 REFERENCIAS 1. Vijatović M. M., Bobić J. D., Stojanović B. D.; “History and Challenges of Barium Titanate: Part II”, Science of Sintering, 40, 2008, pp. 235244. 2. Chung D. D. L., “Review: Materials for vibration damping”, Journal of Materials Science, 36, 2001, pp. 5733-5737. 3. Asare T. A., Poquette B. D., Schultz J. P., Kampe S. 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El INSTITUTO MEXICANO DE ACÚSTICA LA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Y EL COLEGIO DE INGENIERIOS EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA Invitan al XIX CONGRESO INTERNACIONAL MEXICANO DE ACÚSTICA CIUDAD DE MÉXICO, MÉXICO 5 - 7 diciembre, 2012 CONFERENCIAS, POSTERS, CURSOS, EXPOSICIÓN TEMÁTICAS: Audio, Acústica Arquitectónica, Música, MIDI, Acústica Física, DSP, Ruido, Vibraciones Mecánicas, Bioacústica, Comunicaciones, Normas, Etc. INSTITUCIONES PARTICIPANTES: Acoustical Society of America, Asociación Mexicana de Ingenieros y Técnicos en Radiodifusión, Cámara de la Industria de la Construcción, Del. Oaxaca, Cenidet, Centro Nacional de Metrología, CIIDIR Oaxaca, Instituto Guerrerense de la Cultura, Instituto Politécnico Nacional, Instituto Tecnológico Superior de Uruapan, Tecnológico de Veracruz, Universidad Autónoma de Nuevo León, Universidad de Guadalajara, Universidad de Guanajuato, Universidad de las Américas en Puebla, Universidad Latina de América, Universidad Tecnológica Vicente Pérez Rosales (Chile). SEDE: Centro de Convenciones del Hotel Casa Inn, Río Lerma #237, Ciudad de México, México. INFORMACIÓN Coordinación General: M.Sc. Sergio Beristáin: sberista@hotmail.com TEL. (52 - 55) 5682 - 2830, 5682 - 5525, FAX (52 - 55) 5523 - 4742 Coordinación ESIME: Ing. Patricia Ramírez. TEL. (0155)-5729 6000 x 54652 Coordinación CICE: Dr. Jorge A. Maciel. (0155)-5729 6000 x 64632 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 37 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas Román Jabir Nava QuinteroA, Juan Antonio Aguilar GaribA, Sophie Guillemet-FritschB, M. Edgar Reyes MeloA, Bernard DurandB CIIDIT-FIME-UANL. Universidad de Toulouse III, Paul Sabatier, Centre Interuniversitaire de Recherche Ingénierie Materiaux juan.aguilargb@uanl.edu.mx A B RESUMEN Se diseñó una barbotina cuyo comportamiento viscoelástico resulta óptimo para obtener cintas cerámicas a base de BaTiO3 de 3 μm mediante “tape casting”. Se demuestra que el módulo elástico de la viscoelasticidad es relevante en el espesor final de la cinta. Estas cintas se utilizan regularmente en la industria de los capacitores cerámicos multicapas, y se considera en la industria en general que el espesor mínimo que se puede obtener mediante “tape casting” es de 3.5 μm, por lo que los resultados de este trabajo corresponderían en estos términos a cintas ultradelgadas. Se encontró que el solvente más adecuado es una mezcla tolueno-etanol, un copolímero graft ABn o fosfato éster como dispersantes, y PVB de peso molecular medio como aglutinante. PALABRAS CLAVE Viscoelasticidad, suspensión, tape casting, BaTiO3 ABSTRACT A barbotine design which viscoelastic behavior is optimal for “tape casting” of ceramic tapes based on BaTiO3 of 3 μm thickness is presented. It was proven that the elastic modulus of viscoelaticty is relevant over the final thickness of the tape. These tapes are commonly employed in the manufacture of multilayer ceramic capacitor, and it is considered in the industry that the minimum achievable thickness by means of “tape casting” is 3.5 μm, therefore the results of this work could be considered in these terms as ultrathin, It was found that the most suitable solvent is a mixture of toluene-ethanol, a graft ABn copolymer or phosphate ester as dispersants, and PVB of medium weight as agglutinant. KEYWORDS Viscoelasticity, slip, tape casting, BaTiO3 38 Artículo basado en el proyecto “Diseño de suspensiones para producir cintas cerámicas ultradelgadas para capacitores multicapas mediante ‘tape casting’”, el cual obtuvo el Premio de Investigación UANL 2012, en la categoría de Ingeniería y Tecnología, otorgado en la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la UANL, celebrada el 12 de septiembre de 2012. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas / Román Jabir Nava, et al INTRODUCCIÓN Los capacitores son elementos esenciales en la industria electrónica y al igual que otros componentes están expuestos a las exigencias comerciales y energéticas correspondientes a la reducción de tamaño y peso, al mismo tiempo que incrementan, o por lo menos mantienen, su eficiencia energética. El principio de funcionamiento de un capacitor deja prácticamente como única posibilidad para incrementar su eficiencia volumétrica la utilización de materiales de alta constante dieléctrica en capas cada vez más delgadas, apiladas en una forma denominada como de capacitor multicapa (CMC) en el que las capas quedan conectadas en paralelo (figura 1), en la que la capacitancia de cada capa se suma. Una forma para satisfacer esta condición consiste en preparar polvo de material dieléctrico en una barbotina con la que se forma una capa delgada a la que posteriormente, mediante un proceso serigráfico, se le colocan los electrodos. Entre las técnicas más directas para producir estas capas delgadas a gran escala se encuentra el vaciado de cintas (tape casting) que la industria hace esfuerzos por continuar utilizando a pesar de que se ha llegado a un límite mínimo práctico de 3.5 μm.1-3 Dado que la parte medular de la producción de la cinta cerámica está en el vaciado de la barbotina, que es un fluido, el trabajo más importante en la reducción del espesor de la cinta, y por ende del capacitor, está en el diseño de una formulación cuyas propiedades reológicas sean adecuadas para su vaciado de cintas delgadas, de espesor menor de 3.5 μm, mediante tape casting, con lo que se podría decir que siendo este valor el límite práctico para esta técnica, cualquier espesor menor a éste calificaría de ultradelgado. TAPE CASTING La figura 2 muestra un esquema del proceso de tape casting en el que se hace pasar a la suspensión por debajo de la cuchilla, entre ésta y un sustrato. El espesor de la cinta formada depende de la velocidad de arrastre, de las propiedades reológicas de la suspensión y del espacio mismo. Si no hubiera ninguna componente elástica en el comportamiento reológico de la suspensión, entonces el control del espesor se podría lograr con sólo fijar el espacio por el que pasa la suspensión. Sin embargo hay una dificultad inherente para obtener cintas delgadas ya que la parte elástica del comportamiento viscoelástico está presente. En la figura 3 se muestran los desarrollos industriales y científicos en el campo de cintas “gruesas” y “delgadas”. Las tendencias y los Fig. 2. Esquema del proceso de vaciado en cintas “tape casting”. Fig.1. Arreglo de un capacitor multicapas. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Fig. 3. Estado del arte de los avances académicos e industriales de cintas delgadas y espesas para aplicaciones de CCM.1-3,6,7 39 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas / Román Jabir Nava, et al desarrollos de materiales y procesos durante la carrera de la miniaturización están descritos en la literatura.4,5 El proceso tape casting está considerado como un método de fabricación para cintas “gruesas”, a nivel laboratorio en condiciones extraordinarias el espesor mínimo reportado es de 2 μm, mientras que en la industria el mínimo reportado es de 3.5 μm. Viscoelasticidad La viscoelasticidad es una propiedad compleja, con una componente elástica (definida por la ley de Hooke) y una viscosa (definido por la ley de Newton). El origen de este comportamiento está en la estructura interna del material y las condiciones de temperatura y frecuencia de la aplicación de la fuerza a las cuales se les somete. Además la información reportada por los reogramas de viscosidad contra la tasa de deformación, o de esfuerzo de corte contra la tasa de deformación, dan información sobre las características viscosas del material, sin embargo, éstas no dan información de la parte elástica del sistema, que en este trabajo se ha considerado muy importante para lograr vaciar cintas de espesor delgado, no basta que el módulo viscoso sea bajo, lo mismo se requiere del elástico. Es por ello, que se utiliza un impulso oscilatorio para deformar el material y determinar ambos módulos: elástico y viscoso. Prueba en modo oscilatorio Este tipo de prueba, también llamada dinámica, consiste en la aplicación de una fuerza de corte oscilatoria con una frecuencia ω a la muestra de estudio. No se trata de un régimen transitorio, sino de un régimen armónico permanente. Lo que significa que durante el movimiento periódico la onda correspondiente al esfuerzo σ(t) y la tasa de deformación γ(t) evolucionan de manera sinusoidal con respecto al tiempo, con la misma frecuencia pero con un ángulo de desfasamiento entre ellos. A partir del análisis de las señales sinusoidales de esfuerzo y tasa de deformación es posible definir el desfasamiento δ entre la tasa de corte y el esfuerzo de la muestra y su razón: En donde σ0 y γ0 representan respectivamente las amplitudes máximas del esfuerzo y la deformación. A esta razón se le denomina módulo de deformación o rigidez8 y se expresa en pascales (Pa). y, σ(t)= σ0 eiωt (1) γ(t)= γ0 ei(ωt-δ) (2) De ahí se tiene que, G*= σ0/(γ0(cos δ - i sin δ)) Donde, G’= G* cos δ G’’= G* sin δ (3) (4) (5) Así, la energía elástica conservada y restituida durante un periodo es proporcional a G’, el módulo elástico (o de conservación); mientras la energía disipada por fricción debido a la viscosidad durante el mismo ciclo es proporcional a G’’, el módulo viscoso (o de pérdida). El desfasamiento δ se relaciona con los módulos por la relación: tan δ = G’’/G’ (6) El cual sería de 0° (para un sólido elástico perfecto, si G”=0) y 90° (para un líquido puramente viscoso que no tiene componente elástica, G´=0). Cabe señalar que δ y tan δ se denominan ángulo de pérdida y tangente de pérdida. La dependencia de las variables reológicas oscilatorias en función a la frecuencia resultan en una especie de filtro donde sólo existe respuesta de los grupos que tienen tiempos respuesta cercanos a las frecuencias de pulsación utilizadas. 9 Las características dinámicas brindan información sobre los grupos que componen la estructura, siendo una técnica importante para el desarrollo de dispersiones de alto rendimiento.10 MATERIALES BaTiO3 La tabla I muestra las características de los polvos de BaTiO 3 utilizados; dos de Sakai Chemical (Japón); y dos más elaborados de Marion Technologies (Francia). G*= σ0/γ0 40 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas / Román Jabir Nava, et al Tabla I. Características físico-químicas de los polvos de BaTiO3 utilizados. Muestra BT-01 Fabricante BT-02 Sakai Chemical Co. MT-02 MT-03 Marion Technologies Tamaño de partícula Distribución de tamaño de partícula D10 69 191 61 108 D50 153 308 111 175 D[1,0] (nm) D90 479 741 219 237 Tamaño de partícula promedio D[4,3] (nm) 102 454 (distribución bimodal) 241 587 (distribución bimodal) Área superficial (m2/g) 12.5 7.3 91 550 1445 11482 (distribución multi-modal) 11.8 7.2 Estructura y composición Ba/Ti (+/- 2%) 0.984 1.008 1.019 No reportado Contenido de grupos OH¯ en la superficie (%) 22.1 7.9 14.3 27.2 Contenido de grupos CO¯ en la superficie (%) 12.1 16 20.7 11.8 Morfología Esférica Esférica Irregular Irregular Estructura cristalina Cúbica Pseudo cúbica Tetragonal Cúbica Ruta de síntesis hidrotermal hidrotermal oxalato oxalato Solventes Se seleccionó un sistema binario de solventes compuestos por un líquido con una constante dieléctrica elevada (polar) y otro de baja (no polar).11 La tabla II agrupa los detalles de los solventes utilizados. Dispersantes Se agregan agentes dispersantes para garantizar la metaestabilidad de la dispersión. Es más probable lograr la disminución de especies polares para disociar los pares de iones en la superficie de las Tabla II. Solventes utilizados para fabricar barbotinas. Solvente Constante dieléctrica relativa a la frecuencia nula Tolueno 2.2 Etanol 24.3 Metanol 33.1 Xileno 2.4 Agua 79.0 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 partículas de BaTiO3 con la ayuda de macromoléculas que forman capas alrededor de ellas. Lo que es una señal de que una dispersión debe ser estabilizada por macromoléculas que promuevan mecanismos de repulsión estérica que eviten la agregación entre partículas. Históricamente, ha existido un reto en cuanto a la compatibilidad de sistemas solventes con los tipos de dispersantes utilizados como se lo reporta la literatura.8,12,13 En la tabla III se muestran los dispersantes utilizados para los diversos experimentos. Aglutinante A bajas concentraciones el PVB puede actuar como dispersante dado que en su estructura contiene grupos hidroxilo y éster. Entonces para evitar la competencia de éste con el dispersante para la adopción sobre las partículas cerámicas, el aglutinante, es agregado después de los procesos de molido o dispersado.11 Se seleccionaron tres tipos, con respecto al peso molecular, de PVB (tabla IV) para formar cintas cerámicas con espesores < 3 µm, y se mantuvo la misma concentración de grupos OH- 41 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas / Román Jabir Nava, et al Tabla III. Dispersantes utilizados. Nombre Fabricante Familia M1206 Ferro Electronics Mezcla de etanol-dioctil ftalato e hidrocarburos RS410 Rhodia USA Fosfato éster polioxietileno tridecil PD 2206 Uniquema México Poliéster alifático (copolímero en tribloque ABA) PD 1000 Uniquema México Poliéster oligomérico (ligeramente anióonico) KD 6 Uniquema México Copolímero grafeado tipo ABn Triton X-100 Aesar, USA Octilfenol etoxilado determinación de la concentración de dispersante y selección del aglutinante. Tabla IV. Características químicas del PVB. Identificación Peso molecular Concentración Concentración de grupos de grupos hidroxilo butilo (%mol) (%mol) 5Z 32,000 21 77 min. S 23,000 22 74 ± 3 MS 53,000 22 74 ± 3 y butilo remanente para así poder comparar sólo el efecto de la longitud de cadena. MÉTODOS EXPERIMENTALES Arreglo para el “tape casting” Se adaptó una máquina de “tape casting” manual para evaluar el comportamiento de la suspensión, en la que es posible variar la distancia entre la base y la cuchilla mediante lainas de aluminio y micrómetros de ajuste de altura (figura 4). Formulación y fabricación de barbotinas Se utilizó la técnica de sedimentación para seleccionar el sistema polvo + solvente + dispersante de acuerdo al grado de compatibilidad en función a su estado metaestable. Por otra parte, se hizo una evaluación reológica en modo dinámico que permite determinar el comportamiento que la dispersión tendrá cuando sea sometida a una fuerza cortante. A continuación se describen las tres etapas de formulación de dispersiones: sedimentación, 42 Fig. 4. Esquema de la cuchilla de la máquina aplicadora, (1) Micrómetro de ajuste, (2) Laina de aluminio y (3) Mylar. Sedimentación Se seleccionaron cuatro polvos y cinco dispersantes según la tabla V. En la nomenclatura empleada para la identificación de muestras (i.e. BT01TERS4) los primeros cuatro caracteres identifican el polvo (i.e. BT01), los dos siguientes el medio de dispersión (i.e. TE), los tres siguientes el dispersante y la concentración de éste en porcentaje (i.e. RS4, RS410 al 4% en peso) Las muestras de la tabla V se prepararon de la siguiente manera: se agregaron 2 g de BaTiO3 a 10 ml de mezcla de solvente-dispersante, el contenido de dispersante fue de 3% en peso con respecto a la cantidad de BaTiO3, todo se puso en un tubo de ensayo y sellado por una tapa de hule. Las suspensiones (polvo + solvente + dispersante) se dejaron estabilizar por 30 minutos, con el objetivo de que el dispersante se adsorbiera a las partículas. Enseguida se agitaron mediante ultrasonido durante 10 min a una frecuencia de 42 Hz. Posteriormente, las muestras se dispusieron en posición vertical dentro de un cuarto con una temperatura controlada entre 21°C y 23°C y 60% de humedad relativa. La altura máxima se registró como (H0) y es la referencia. La altura del frente de sedimentación (H) se midió periódicamente cada 8 h. Las mediciones se realizaron por un tiempo de dos semanas. Las muestras que se consideraron como aptas o metaestables son aquellas en las cuales después de diez días la razón H/H0 fue de al menos 0.7 (figura 5). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas / Román Jabir Nava, et al Tabla V. Lista de muestras elaboradas para la prueba de sedimentación. Polvo Sistema solvente Tolueno/Etanol BT-01 Tolueno/Metanol Xileno/Etanol Tolueno/Etanol BT-02 Tolueno/Metanol Xileno/Etanol Tolueno/Etanol MT-03 Tolueno/Metanol Xileno/Etanol MT-02 Tolueno/Etanol Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Dispersante Muestra Fosfato éster polioxietileno tridecil BT01TERS4 Copolímero grafeado ABA BT01TEPD2 Poliéster oligomérico BT01TEPD1 Copolímero grafeado ABn BT01TEKD6 Octilfenol etoxilado BT01TETX1 Fosfato éster polioxietileno tridecil BT01TMRS4 Copolímero grafeado ABA BT01TMPD2 Poliéster oligomérico BT01TMPD1 Copolímero grafeado ABn BT01TMKD6 Octilfenol etoxilado BT01TMTX1 Fosfato éster polioxietileno tridecil BT01XERS4 Copolímero grafeado ABA BT01XEPD2 Poliéster oligomérico BT01XEPD1 Copolímero grafeado ABn BT01XEKD6 Octilfenol etoxilado BT01XETX1 Fosfato éster polioxietileno tridecil BT02TERS4 Copolímero grafeado ABA BT02TEPD2 Poliéster oligomérico BT02TEPD1 Copolímero grafeado ABn BT02TEKD6 Octilfenol etoxilado BT02TETX1 Fosfato éster polioxietileno tridecil BT02TMRS4 Copolímero grafeado ABA BT02TMPD2 Poliéster oligomérico BT02TMPD1 Copolímero grafeado ABn BT02TMKD6 Octilfenol etoxilado BT02TMTX1 Fosfato éster polioxietileno tridecil BT02XERS4 Copolímero grafeado ABA BT02XEPD2 Poliéster oligomérico BT02XEPD1 Copolímero grafeado ABn BT02XEKD6 Octilfenol etoxilado BT02XETX1 Fosfato éster polioxietileno tridecil MT03TERS4 Copolímero grafeado ABA MT03TEPD2 Poliéster oligomérico MT03TEPD1 Copolímero grafeado ABn MT03TEKD6 Octilfenol etoxilado MT03TETX1 Fosfato éster polioxietileno tridecil MT03TMRS4 Copolímero grafeado ABA MT03TMPD2 Poliéster oligomérico MT03TMPD1 Copolímero grafeado ABn MT03TMKD6 Octilfenol etoxilado MT03TMTX1 Fosfato éster polioxietileno tridecil MT03XERS4 Copolímero grafeado ABA MT03XEPD2 Poliéster oligomérico MT03XEPD1 Copolímero grafeado ABn MT03XEKD6 Octilfenol etoxilado MT03XETX1 Fosfato éster polioxietileno tridecil MT02TERS4 Copolímero grafeado ABn MT02TEPD2 43 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas / Román Jabir Nava, et al mediante reología en modo estático y dinámico, ya que es la única manera de conocer los dos módulos de la viscosidad. Fig. 5. Esquema de la prueba de sedimentación. En la figura 6 se aprecia cómo se van sedimentando las suspensiones, se consideran para las siguientes pruebas sólo aquellas que cumplieron con el criterio mencionado de 70%. Fig. 6. Pruebas de sedimentación. Optimización de la suspensión Las suspensiones que cumplieron satisfactoriamente la etapa de sedimentación fueron seleccionadas para determinar la concentración óptima de dispersante preparando suspensiones a diferentes concentraciones, las cuales fueron, 0% (sin dispersante), 2%, 4% y 6% en peso. El procedimiento de fabricación de éstas fue el siguiente: el polvo cerámico se agregó a la mezcla de solvente y dispersante. Posteriormente, se procedió a un paso de dispersión en una jarra de polietileno con bolas de molido de zirconio de tamaño de 0.65 mm. Las condiciones fueron: 120 rpm durante 24 h para romper los agregados. El método de análisis y selección de las suspensiones se llevó a cabo 44 Optimización de la barbotina Una vez que la concentración óptima de dispersante fue determinada para las suspensiones preparadas, se procedió a fabricar las barbotinas mediante la adición y homogenización del aglutinante y el plastificante. La preparación del aglutinante se realizó en paralelo a la preparación de la suspensión y su preparación constó de agregar 15.7% en peso de PVB en polvo a una mezcla de solventes (compatibles con el solvente utilizado en la suspensión). La solubilización del PVB se realizó mediante la agitación de la mezcla (PVB solventes) por 24 h a 75 rpm y temperatura ambiente. Las suspensiones preparadas con la cantidad óptima (en base a sus propiedades viscoelásticas mostradas) se dividieron en tres partes proporcionales para agregar los tres tipos de aglutinantes (B1 con un peso molecular de 23,000, B3 de 32,000 y B5 de 53,000) más el plastificante. La proporción en peso de suspensión-aglutinante-plastificante fue de 1.41:1:0.04. Una vez completada la mezcla se procedió a homogeneizarla mediante rolado durante 24 h a 10 cpm. El método de análisis de las dispersiones fue la reología, al igual que con las suspensiones. Reología de dispersiones En este trabajo se construyeron reogramas, en modo estático y en modo dinámico. Para el primero las curvas son de viscosidad aparente contra tasa de corte en un rango comprendido entre 0.001 s-1 y 500 s-1; mientras que para el segundo las curvas son de los módulos contra frecuencia en un rango de 0.01 a 500 Hz a 25°C con una amplitud de 5% de la deformación total bajo condiciones isotérmicas. Las mediciones reológicas se realizaron con un reómetro Physica MCR301. Fabricación de cintas cerámicas El tape casting se lleva a cabo con un volumen de dispersión de 3 ml que fue depositado sobre una sección de Mylar mediante un esfuerzo de corte dado por la cuchilla al desplazarse linealmente a Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas / Román Jabir Nava, et al por un líquido polar y otro débilmente polar al que se puede considerar no polar, han resultado compatibles con algunos de los dispersantes seleccionados. Es el caso para los polvos BT-01 y BT-02 en las mezclas de tolueno-etanol y xileno-etanol. Las suspensiones que han superado el valor límite de sedimentación fueron entonces caracterizadas mediante reología. Para cada dispersión seleccionada la concentración del dispersante se varió en 0, 2, 4 y 6% en peso. La tabla VII enlista las referencias de identificación para cada muestra. una velocidad constante de 50 mm/s y una apertura de aplicación de 2.5 μm. La longitud de la cinta elaborada fue de 26 mm. El espesor de las bandas fue medido por dos métodos: microscopía electrónica y perfilometría de contacto. Las dos técnicas mostraron resultados estadísticamente iguales con resolución para cintas de espesores delgados. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la tabla VI se enlistan aquellas formulaciones que presentaron los tiempos de sedimentación determinados para considerase aptos (H/H0 ≥ 0.7 después de 10 días). Es notable que los sistemas binarios utilizados como medios de dispersión, que están compuestos Dispersantes Las viscosidades aparentes de las formulaciones sin dispersante (i.e. BT01TE, BT01XE, BT02XE) enlistadas en la tabla VII tienen un comportamiento pseudoplástico. Es notable que las muestras BT01TE y BT01XE tengan una viscosidad más elevada que aquella identificada como BT02TE. Lo anterior puede ser atribuido al efecto de área específica, la cual, es más elevada en el polvo BT01 y por consecuencia éste tendrá una fuerte tendencia a formar agregados.14 En general, se observa que las suspensiones con dispersante tipo éster oligomérico presentan una viscosidad mayor que aquellas que tienen éster fosfato. Lo cual sugiere, en cada sistema, una interacción más fuerte entre el solvente y el medio solvente con respecto a la longitud de la corona que se extiende hacia el medio y la naturaleza de las especies que conforman la corona y las moléculas que la rodean, Hay una diferencia debida al tipo de dispersante en la gama comprendida entre 50 Tabla VI. Muestras de la prueba de sedimentación con H/H0 ≥ 0.7 después de 10 días. Tamaño de partícula (nm) Solvente Tolueno/etanol 100 Tolueno/Metanol Xilene/Etanol 200 Tolueno/Etanol Xileno/Etanol Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Dispersante Identificación Fosfato éster Copolimero graft ABA Poliéster oligomerico Copolimero graft ABn Copolimero graft ABn BT01TERS4 BT01TEPD2 BT01TEPD1 BT01TEKD6 BT01TMKD6 Copolimero graft ABA Poliéster oligomérico Copolimero graft ABA Copolimero graft ABn Fosfato éster BT01XEPD2 BT01XEPD1 BT02TEPD2 BT02TEKD6 BT02XERS4 45 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas / Román Jabir Nava, et al Tabla VII. Composición de dispersiones. Referencia Dispersante BT01TERS4 Concentración de dispersante 0 % en peso 2 % en peso 4 % en peso 6 % en peso Fosfato éster BT01TE BT01TERS42 BT01TERS44 BT01TERS46 BT01TEPD1 Poliéster oligomérico BT01TE BT01TEPD12 BT01TEPD14 BT01TEPD16 BT01TEPD2 Copolímero graft ABA BT01TE BT01TEPD22 BT01TEPD24 BT01TEPD26 BT01TEKD6 Copolímero graft ABn BT01TE BT01TEKD62 BT01TEKD64 BT01TEKD66 BT01TMKD6 Copolímero graft ABn BT01TM BT01TMKD62 BT01TMKD64 BT01TMKD66 BT01XEPD2 Copolímero graft ABA BT01XE BT01XEPD22 BT01XEPD24 BT01XEPD26 BT01XEPD1 Poliéster oligomérico BT01XE BT01XEPD12 BT01XEPD14 BT01XEPD16 BT02TEPD2 Copolímero graft ABA BT02TE BT02TEPD22 BT02TEPD24 BT02TEPD26 BT02TEKD6 Copolímero graft ABn BT02TE BT02TEKD62 BT02TEKD64 BT02TEKD66 BT02XERS4 Fosfato éster BT02XE BT02XERS42 BT02XERS44 BT02XERS46 y 100 s-1 los cuales se reportan como los valores característicos del tape casting. No obstante, las diferencias de estructura y el conocimiento de la contribución elástica son importantes para establecer la metaestabilidad de la suspensión con respecto a la concentración de dispersante. La figura 8 muestra la viscosidad de polvos de 100 y 200 nm de tamaño de partícula en un medio de tolueno-etanol y un dispersante tipo graft ABn. En función al tamaño de partícula se observan diferencias notables en la magnitud y comportamiento de las suspensiones a diferentes concentraciones de dispersante. Las muestras con el polvo de 200 nm muestran una viscosidad menor en comparación al de 100 Fig. 8. Suspensión con BT-01 (100 nm) en modo oscilatorio. 46 nm. Esta figura es un ejemplo del tipo de resultados que se encontraron en todas las caracterizaciones reológicas llevadas a cabo. En general, con los dispersantes graft el polvo BT02 es el que muestra mejor desempeño con respecto a sus características reológicas de viscosidad y módulo elástico con los dispersantes “lineales”. Es posible que la causa de que el tamaño de partícula aumente pueda generar que el mecanismo de repulsión estérico sea más efectivo debido a la longitud y la compatibilidad de la corona extendida al medio. Reología de las dispersiones: efecto del aglutinante La tabla VIII agrupa las suspensiones aptas según el dispersante para procesarlas en dispersiones. El criterio de selección ha sido basado en un comportamiento newtoniano por arriba de una tasa de corte de 1 s-1 y un comportamiento viscoso predominante (módulo elástico débil). Cada suspensión se mezcló con tres diferentes aglutinantes y el mismo contenido de plastificante (DOP). En general el comportamiento reológico es gobernado por el aglutinante y a bajas deformaciones se observa un efecto del aglutinante y el dispersante en función a su estructura siendo el de mayor influencia el de mayor peso molecular. Así el aglutinante B3 (BL-SZ) con un peso molecular de 32,000 muestra las propiedades viscoelásticas más adecuadas para producir cintas delgadas mediante tape casting. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas / Román Jabir Nava, et al Tabla VIII. Suspensiones para determinar el tipo de aglutinante Referencia Dispersante Familia de aglutinantes B1 (BL-SH) B3 (BL-5Z) B5 (BL-SH) BT01TERS42 Fosfato éster BT01TERS42B1 BT01TERS42B3 BT01TERS42B5 BT01TEPD14 Poliéster oligomérico BT01TEPD14B1 BT01TEPD14B3 BT01TEPD14B5 BT01TEKD64 Copolímero graft ABn BT01TEKD64B1 BT01TEKD64B3 BT01TEKD64B5 BT01XEPD14 Poliéster oligomérico BT01XEPD14B1 BT01XEPD14B3 BT01XEPD14B5 BT02TEPD22 Copolímero graft ABA BT02TEPD22B1 BT02TEPD22B3 BT02TEPD22B5 BT02TEKD64 Copolímero graft ABn BT02TEKD64B1 BT02TEKD64B3 BT02TEKD64B5 BT02XERS42 Fosfato éster BT02XERS42B1 BT02XERS42B3 BT02XERS42B5 Fabricación de cintas cerámicas Los tres pasos anteriores son primordiales para la formulación de la barbotina con la que se produce la cinta mediante tape casting, pues determinan su calidad y finalmente el desempeño de capacitores multicapa en los que se utiliza. En este trabajo se utilizaron las formulaciones descritas en la tabla IX para conformar cintas sobre el Mylar, y se determina su espesor y rugosidad después del secado. Morfología y relación espesor-formulación Primeramente se ha determinado el espesor de cinta en crudo después de haber optimizado la dispersión. La figura 9 muestra el espesor en función a la formulación, así como, la rugosidad en función a la formulación. Es de remarcar que las formulaciones presentan las propiedades adecuadas para fabricar cintas de espesores (delgados). El valor reportado es el valor estadístico predominante (la moda) medida por un perfilómetro de contacto y el (MEB). El valor de la rugosidad reportada proviene de las lecturas del interferómetro. La figura 10 muestra las cintas de espesor de 2.1 y 2.5 μm obtenidos con los polvos BT01 y BT02 respectivamente. Sin duda la reducción del tamaño de partícula es un factor Fig. 9. (Negro) Espesor de bandas en función de la formulación. Atura de la cuchilla: 2.5 μm. (Azul) Rugosidad (Rz) de cinta por interferómetro. Tabla IX. Formulaciones de barbotinas para el tape casting. Referencia Polvo Solventes Dispersante Concentración de dispersante (% peso) Tipo de PVB (Peso molecular) B1 BT-01 Tolueno-etanol Copolímero graft ABn 4 BL-5Z (32,000) B2 BT-01 Tolueno-etanol Fosfato éster 2 BL-5Z (32,000) B3 BT-02 Tolueno-etanol Copolímero graft ABn 4 BL-5Z (32,000) B4 MT-02 Tolueno-etanol Fosfato éster 3 BL-5Z (32,000) Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 47 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas / Román Jabir Nava, et al ligado a la obtención de espesor. Se aprecia que los valores de espesores más grandes son para las cintas elaboradas con el polvo BT-01 (B1 y B2) que sugiere una concentración más elevada de agregados. Las muestras B3 y B4 manifiestan una concentración de agregados menor al igual que espesores bajos. Ahora bien, es posible visualizar una etapa suplementaria durante la elaboración de la cinta como lo es una filtración para retener los agregados no desintegrados durante la etapa de molido o bien a la contaminación del material proveniente del recubrimiento del molino. Las imágenes de la superficie de la banda B3 obtenidas en el interferómetro corroboran esta hipótesis (figura 11). El valor de rugosidad de la cinta B3 es menor que el de la banda B1. De este modo se ha podido reducir el espesor de bandas hasta el límite permitido por los ajustes, sin embargo, la contaminación debida a la erosión del molino es un factor a considerar. Sin duda la barrera tecnológica bajo la técnica de Tape casting para la subsecuente reducción de espesor de cinta será la eliminación de agregados y los ajustes mecánicos en la altura de la cuchilla. Una característica importante de las cintas cerámicas elaboradas es su facilidad para despegarse del Mylar con el propósito de apilarlas para fabricar estructuras multicapas. En nuestro caso todas las cintas se despegaron sin dejar residuos cerámicos lo que resulta importante para que las bandas desarrolladas en este estudio puedan ser fabricadas a. b. Figura 10. Imágenes laterales de cinta a) B1 y b) B3. B1D B3D Figura 11. Imagen de la superficie de cintas en donde se aprecian los agregados en rojo. (Ver la version en color en Internet). 48 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas / Román Jabir Nava, et al por los métodos industriales tradicionales de fabricación de CMC. A partir de los resultados anteriores y en función de la hipótesis postulada se ha demostrado que una dispersión con una baja viscosidad y un bajo módulo elástico, es apta para conformar una cinta cerámica de 2 µm por tape casting. Por otro lado este estudio demuestra la utilización de polvos nanométricos los cuales no tienen una señal de capacitancia hacia la reducción de espesor debido a la agregación que juega un papel preponderante. CONCLUSIONES Los resultados de este trabajo llevan a las conclusiones siguientes: • Se demostró que para lograr una reducción de espesor en cintas cerámicas es necesario que las propiedades reológicas de la formulación sean una baja viscosidad y una débil contribución elástica. Se ha establecido una relación cuantitativa entre los materiales utilizados y el espesor final de cinta. Se hace énfasis en que el peso molecular promedio del aglutinante es el factor más dominante para reducir la viscosidad de la dispersión en medios no acuosos. • Una aseveración clásica propone que el uso de partículas nanométricas suponen una reducción del espesor de cinta obtenida. En este trabajo se demuestra que esta relación no se justifica. Conforme el tamaño de partícula se reduce, se incrementa su energía interfacial por efecto de las fuerzas de Van der Waals, con lo que el sistema reduce su energía libre mediante la agregación. Lo anterior resulta contraproducente en la elaboración de cintas homogéneas. • Se demostró que la selección de los solventes y el dispersante está en función del tamaño de partícula para dispersiones de BaTiO 3 concentradas al 15% (en volumen). Se encontró que la simple adición de dispersante al sistema reduce la viscosidad hasta cuatro órdenes de magnitud, sin importar el tipo de polvo de BaTiO3 o el tamaño de partícula utilizado. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 • El diseño de experimentos desarrollado en este trabajo, el cual considera indispensable el uso de la reología dinámica para el diseño de dispersiones adecuadas para elaborar cintas cerámicas delgadas. Muchos de los trabajos que caracterizan formulaciones de BaTiO3 lo hacen del punto de vista estático y con una visión de medio continuo. En cambio, el enfoque de este trabajo es un punto de vista estructural donde la viscosidad se toma como una variable compleja con una componente elástica (conservación) y otra viscosa (pérdida). Se observó que el criterio de selección de suspensiones capaces de conformar cintas de espesor de 2 µm son: una viscosidad por debajo de los 100 Pa-s y un módulo de conservación menor al de pérdida en los tiempos de relajación propios del tape casting. • Se confirmó de modo consistente que el límite de espesor para conformar cintas cerámicas delgadas uniformes por medio de la técnica de tape casting es de 2.5 μm y está limitada por los ajustes mecánicos que puedan ser realizados a una escala tan pequeña. Este valor del espesor se puede considerar como ultradelgado para la técnica de tape casting, pues alcanza los límites de otras técnicas desarrolladas especialmente para producir película delgada, como es el dip coating, spin coating, depositación química en fase vapor, que no necesariamente son igualmente útiles al tape casting para producción a escala industrial. AGRADECIMIENTOS Este trabajo se desarrolló en el marco del proyecto CONACYT PCP 11/07 (Programa de Colaboración de Posgrado) que involucra a la Universidad Autónoma de Nuevo León, particularmente a la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, a la Universidad Paul Sabatier, en particular al Institut Carnot CIRIMAT, a Kemet de México y a Marion Technologies en Francia. Se agradece el apoyo del MC. Leonel Montelongo Concha de Kemet Charged de México y del Dr. Joseph Sarrías de Marion Technologies. También se reconoce la colaboración de Jean-Jaques Demai (CIRIMAT), Celine Combettes y el Dr. Zarel Valdez Nava. 49 �Formulación de una barbotina para producir cintas cerámicas ultradelgadas / Román Jabir Nava, et al REFERENCIAS 1. Nguyen D.Q., Lebey T., Castelan P., Bley V., Boulos M., Guillemet-Fritsch S., Combettes C., Durand B. Electrical and Physical Characterization of Bulk Ceramics and Thick Layers of Barium Titanate manufactured using Nanopowders, ASM Int., 16, p. 626-634, 2007 2. Barbier B. Elaboration et caractérisation de condensateurs à base de CaCu3Ti4O12 à forte permittivité relative pour l’électronique de puissance, Thèse de doctorat, Université Toulouse III – Paul Sabatier, 2009 3. Cho C.W., Yeo J.G., Jung Y.G., Paik U. Green microstructure and mechanical properties of BaTiO3-poly (vinyl butyral) tape-cast bodies, J. of Mat. Sci. Lett. 22, p. 1639-641, 2003 4. Kishi H., Mizuno Y., Chazono H. 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Gerges Laboratório de Vibrações e Acústica, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, Brasil. willdfonseca@yahoo.com.br, samir.acustica@gmail.com RESUMO A evolução das técnicas de avaliação de ruído tornou possível o aprimoramento dos mapas de imagem acústica. Estes mapas buscam determinar as regiões de ruído proeminente, uma das técnicas empregada para este propósito é o beamforming (conformação de feixe). Ao se estender a aplicação do beamforming para fontes em movimento é possível fazer o mesmo tipo de avaliação e localizar assim as fontes que são geradas em decorrência do movimento, tais como: rolamento e turbulência. O teste de pass-by noise certifica o veículo de acordo com a norma em vigor, no sentido de que sua contribuição no ruído de tráfego não esteja acima de um valorpermitido. A aplicação da técnica de beamforming a este teste então possibilita a observação de quais fontes causam maior contribuição de ruído no plano lateral do veículo. Este trabalho demonstra de forma simples o princípio da técnica, a instrumentação e os procedimentos envolvidos, para que se possa obter uma imagem acústica de um teste de pass-by. PALAVRAS-CHAVE: Imagem acústica, beamforming, pass-by, acústica, array, medição. RESUMEN La evolución de las técnicas de evaluación de ruido hizo posible el perfeccionamiento de los mapas de imagen acústica. Estos mapas buscan determinar las regiones de ruido prominente, una de las técnicas empleadas para este propósito es el beamforming(conformación de haz). Al extender la aplicación del beamforming para fuentes en movimiento es posible hacer el mismo tipo de evaluación y localizar así las fuentes que son generadas como consecuencia del movimiento, tales como: rolamento y turbulencia. La prueba de pass-by noise certifica al vehículo de acuerdo con la norma en vigor, en el sentido de que su contribución en el ruido de tráfico no esté arriba de un valor permitido. La aplicación de la técnica de beamforming a esta prueba entonces posibilita la observación de las fuentes que causan mayor contribución de ruido en el plano lateral del vehículo. Este trabajo demuestra de forma simple el principio de la técnica, la instrumentación y los procedimientos involucrados para que se pueda obtener una imagen acústica de una prueba de pass-by. PALABRAS CLAVE Imagen acústica, beamforming, pass-by, acústica, array, medición. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 51 �Identificación de fuentes de ruido vehiculares.../William D’Andrea Fonseca, Samir N. Y. Gerges , et al. INTRODUCCIÓN La prueba de ruido de paso (pass-by) es una técnica de medición normalizada, la cual es usada para determinar el ruido externo emitido por vehículos. Esta prueba está reglamentada en la mayoría de los países por sus propios órganos legislativos,1 los cuales establecen los procedimientos experimentales para condiciones estáticas y dinámicas,2 así como los niveles de ruido máximos permitidos. Considerando el hecho de que un vehículo puede ser desarrollado en un país y vendido en muchos otros, hay una tendencia a que esas normas sean unificadas, o que sean basadas en una norma común.3 Esta prueba ha obtenido gran relevancia debido a que los órganos reguladores y los consumidores exigen vehículos cada vez más silenciosos y menos contaminantes. Muchas son las fuentes de ruido que determinan el ruido total de un vehículo, tales como: motor, sistema de escape, transmisión, neumáticos, entre otros. No obstante, la prueba de pass-by estandarizada4 no tiene la capacidad de diagnosticar cuáles de esas fuentes influyen más o si están emitiendo un ruido debido a una falla durante la prueba. Luego, para identificar tales fuentes, se vuelve necesaria la utilización de técnicas de visualización de campo acústico. Las técnicas más comunes son: intensidad acústica, que generalmente no se aplica a fuentes móviles por su mayor dificultad de medición; holografía acústica, que generalmente es aplicada para fuentes estáticas por tener una resolución óptima para campo próximo; y la técnica de beamforming, la cual funciona bien para distancias mayores en relación a la fuente, dado que su resolución está íntimamente ligada principalmente a la cantidad de transductores y al tamaño del arreglo (array) de los mismos,5 siendo por lo tanto la técnica más viable para este tipo de prueba. BEAMFORMING Princípio de la técnica El algoritmo en el dominio del tiempo6,7 es la base para la comprensión de la técnica. Inicialmente, para aclarar el procedimiento, se admite que una fuente sonora del tipo monopolo f (r,t) se encuentra en la → posición x´ (figura 1a). Se considera entonces un total de M micrófonos omnidireccionales en un campo 52 → libre localizados en las posiciones x m , m =1,2,. . . , M ; con el origen del centro de coordenadas definida en el centro del array, figura 1.a. Los micrófonos captan las ondas de presión sonora y las muestran espacialmente, la señal obtenida del m-ésimo micrófono es una función del tipo p m (r´m ,t ) = f (r´m ,t ) . En esa implementación de atraso y suma (figura 1.b.) cada micrófono sufre un atraso ∆ m , que adecuadamente escogido selecciona las señales provenientes de la dirección considerada, en cuanto que las de otras direcciones son atenuadas. Cada transductor es ponderado por un factor wm , y así las señales ponderadas y atrasadas son sumadas linealmente generando la función: 1 b(t )= M M ∑w m=1 m p m (t −∆ m ). (1) Esta expresión es normalizada dividiéndose entre M , para que la señal no sea amplificada en función del número de micrófonos (figura 1.b.). (a) (b) Fig. 1.a. Diagrama mostrando una fuente puntual y un array simple en el plano xy; b. Diagrama del beamforming de atraso y suma, en el dominio del tiempo.6 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Identificación de fuentes de ruido vehiculares .../William D’Andrea Fonseca, Samir N. Y. Gerges , et al. La descripción completa de la técnica puede ser encontrada en Johnson y Dudgeon7 y en Van Veen y Buckley,8 así como la de los algoritmos avanzados en Dougherty9 y Gerges et al.10 Más detalles sobre la evolución de la técnica también pueden ser consultados en Michael11 y en otras referencias. Beamforming aplicado a fuentes en movimiento En aplicaciones como las de sobrevuelo (fly-over) de aeronaves y las pruebas de pass-by vehiculares, la fuente a ser medida se desplaza considerablemente durante el tiempo de la medición. Uno de los métodos para abordar este problema en el pass-by es crear una malla virtual fija en el plano lateral del vehículo (figura 2), la cual se mueve junto con el objeto en movimiento.12,13 Como las mediciones son hechas desde un punto fijo conocido, el array sufre el efecto de corrimiento en frecuencia, conocido como Efecto Doppler. Los micrófonos reciben los frentes de onda con atraso variable y dependiente de la trayectoria de la fuente. amplitud no expresa el valor real de presión para esta frecuencia. En la figura 4 se tiene el mismo resultado con la desdopplerización efectuada; nótese que la frecuencia y la amplitud fueron corregidas. Fig. 3. Medición sin la desdopplerización. Fig. 4. Medición con la desdopplerización. CONFIGURACIÓN EXPERIMENTAL Y CALIBRACIÓN Fig. 2. Malla virtual lateral al vehículo. Para poder realizar una suma coherente de las señales, el efecto Doppler debe ser corregido. Este proceso es llamado desdopplerización, desarrollado detalladamente por Fonseca6 y Kook et al.,12 el cual también incluye la corrección de amplitud. De este modo es como el arreglo de micrófonos acompañaría la malla virtual a cada posición, o sea, la distancia relativa entre ellos es siempre la misma (figuras 2 y 5.a.). Para entender mejor el efecto de la desdopplerización, se comparan dos resultados de una misma medición y una misma frecuencia. En la figura 3, se tiene el resultado sin la corrección del Efecto Doppler, el resultado es borroso y la Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Configuración experimental El sistema de beamforming utilizado fue desarrollado por el equipo de la UFSC. 5,6 Está compuesto por un arreglo de 32 micrófonos dispuestos en espiral, cuyo diámetro máximo es de 1.0 m entre los micrófonos, montado en un armazón metálico (figura 5.a.). Para que las mediciones fueran hechas en las mismas condiciones impuestas para la prueba normalizada de pass-by, se adoptó la misma configuración prevista en ISO1 y ABNT3, colocando el array de micrófonos en la misma posición donde es colocado el micrófono en la prueba normalizada, o sea, a 7.5 m de la línea central de paso del vehiculo, y con su centro a 1.2 m del suelo (figura 6). 53 �Identificación de fuentes de ruido vehiculares.../William D’Andrea Fonseca, Samir N. Y. Gerges , et al. (b) (a) Fig. 5. a. Array de 32 micrófonos desarrollado por la UFSC; b. Equipo de captura de datos utilizado. (a) (b) Fig. 6. a. Detalle de la configuración de medición, se muestra la posicionamiento del array y el ángulo de abertura; b. Esquema de espacio para la medición, con cotas de acuerdo a las normas ISO y ABNT. El ángulo de abertura de este array está en torno a los 67° en las dos orientaciones, xz y yz, (figura 5.a.), esto para la distancia de 7.5 m de la línea central de medición de acuerdo a la norma, lo que determina que el área visible del array es de aproximadamente 10.0 m. Tomándose el centro del array como cero, las mediciones son calculadas de -5.0 m a +5.0 m (figura 6). La captura de la información de los 32 micrófonos fue hecha simultáneamente por un conversor A/D de 24 bits, a una taza de 50 mil muestras por segundo (figura 5.b.). Calibración Calibración de la foto Para la calibración de los datos de la medición acústica y de las fotos del experimento,14 se utilizaron dos procedimientos: uno con cajas acústicas estáticamente posicionadas en la línea de medición; 54 y una situación dinámica, en la que una bocina (componente principal 2.2 kHz; 90 dB) era accionada durante el paso del vehículo a una velocidad aproximadamente constante de 50 km/h. El procedimiento dinámico con la bocina fue escogido para las pruebas pues trae resultados satisfactorios, es más rápido y genera el mismo tipo de recopilación de datos que la medición de pass-by. La figura 7.a. muestra la posición de la bocina dentro del vehículo, y la figura 7.b. muestra la imagen acústica obtenida, la cual corresponde a la posición física de la fuente, demostrando así, el alineamiento correcto del sistema. Calibración de los micrófonos La calibración de cada uno de los 32 micrófonos fue hecha previamente a la medición, posibilitando así resultados absolutos de la presión sonora, consultar Fonseca.6 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Identificación de fuentes de ruido vehiculares .../William D’Andrea Fonseca, Samir N. Y. Gerges , et al. (b) (a) Fig. 7. a. Posición en que la bocina fue accionada; b. Procesamiento de la señal de referencia de 6.30 kHz, La escala dinámica coloreada (ver versión en Internet de la revista) en dB relativa. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Para los pruebas realizados en pista, la condición de temperatura medida fue alrededor de 30 °C. Tres condiciones fueron probadas: velocidad constante a 50 km/h; velocidad constante a 70 km/h; y la condición establecida por la norma ISO 362.3 Prueba a Velocidad constante de 50km/h En esta prueba el vehículo atravesó toda la pista a una velocidad constante de aproximadamente 50 km/h (ver figuras 8 y 9). Para esta velocidad la amplitud de presión sonora a 1 kHz, procesada en banda de 1/12 de octava, fue de 53 dB. A frecuencias más bajas la dispersión del lóbulo principal del procesamiento del beamforming es mayor debido a las limitaciones del array (gran longitud de la onda), así, la localización exacta de las fuentes se vuelve más difícil; en las figuras 8, 10 y 12 es posible percibir ese efecto. La escala dinámica (coloreado) muestra un beamforming Fig. 8. Ruido de paso a 50 km/h; 1,50 kHz Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Fig. 9. Ruído de paso a 50 km/h; 2.50 kHz. siempre pequeño (de cero a -8 o -9 dB), lo que es una desventaja de este método. Prueba a Velocidad constante de 70km/h En esta prueba el vehículo atravesó toda la pista con velocidad constante de aproximadamente 70 km/h (ver Figuras 10 y 11). Para esta velocidad la amplitud de presión sonora a 1 kHz, procesada en banda de 1/12 de octava, fue de 53dB. En el caso de la figura 9 se percibe que el ruido de tracción de la rueda delantera combinado al de la masa de la rueda está por lo menos a 7 dB arriba de otras posibles fuentes, mientras que en la figura 11 se percibe que posiblemente la parte central del sistema de escape tiene la misma intensidad de energía que el ruido emitido por el motor en esa banda de frecuencia. Prueba en la condición establecida por la norma ISO En esta prueba se procuró atender las exigencias de la norma internacional ISO 362. 3 La norma 55 �Identificación de fuentes de ruido vehiculares.../William D’Andrea Fonseca, Samir N. Y. Gerges , et al. Fig. 10. Ruido de paso a 70 km/h; 1.50 kHz. Como se comentó anteriormente, a frecuencias más bajas, como en la figura 12, la posición de la fuente no es clara. Para reducir este problema, una primera acción sería disminuir el rango de la escala dinámica, para así localizar mejor la fuente. Otras opciones (manteniendo la distancia de medición) serían: utilizar un algoritmo de beamforming diferente, eliminar fuentes, utilizar procesamiento en subespacios, entre otras. El procedimiento ISO contempla estimar un tipo de “el peor caso” al forzar el motor en el momento en que el vehículo pasa por la región de medición. De este modo, en la mayoría de los casos los valores absolutos de presión sonora de la prueba ISO son superiores a los valores de las pruebas de velocidad constante. Aun así, puede haber casos en que los valores absolutos tienen el mismo nivel. Es importante saber que estos valores en dB son completamente dependientes del ancho de banda que se utiliza. En los resultados presentados en este trabajo el ancho utilizado fue de 1/12 de octava, no obstante, anchos diferentes llevarán a valores y mapas sonoros diferentes.15 Fig. 11. Ruido de paso a 70 km/h; 2.00 kHz. brasileña NBR 151451 sigue la ISO, y hace exigencias semejantes. Como es especificado en las normas, la prueba debe seguir el siguiente procedimiento: el vehículo se aproxima a la línea AA (figura 6) a 50 km/h y con trayectoria de su línea central lo más próximo de la línea CC. Cuando el frente del vehículo alcanza la línea AA, el acelerador debe ser accionado totalmente y tan rápido como sea posible, y manteniéndo completamente accionado hasta que la parte trasera del vehículo alcance la línea BB, momento en que el acelerador debe ser liberado. Como es explicado en el punto anterior, el área visible del array es de 5.0 m para cada lado a partir de la línea central PP (figura 6). En las telemetrías de este tipo de prueba se verificó que en este intervalo de 10.0 m la velocidad del carro varía de 2 km/h a 3 km/h con respecto a la velocidad de 50 km/h, luego, para el procesamiento de los resultados fue considerado un paso a velocidad constante de 51.5 km/h (figuras 12 a 15). Para esta velocidad, la amplitud de presión sonora a 1 kHz, procesada en banda de 1/12 de octava fue de 53 dB. 56 Fig. 12. Ruido de paso a 51.5 km/h; 1.05 kHz. Fig. 13. Ruido de paso a 51.5km/h; 1.50 kHz. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Identificación de fuentes de ruido vehiculares .../William D’Andrea Fonseca, Samir N. Y. Gerges , et al. Fig. 14. Ruido de paso a 51.5 km/h; 1.89 kHz. Fig. 15. Ruido de paso a 51.5 km/h; 2.64 kHz. Con el análisis de diversas mediciones de pass-by y diversos modelos de carros,6 se puede notar que las diferencias en el patrón de radiación sonora de vehículos distintos son dependientes de su construcción o clase, teniendo en cuenta que los caminos de transmisión pueden ser completamente diferentes. Sin embargo, se notó que de forma general las fuentes prominentes en todos los vehículos estuvieron concentradas en los siguientes elementos: motor, sistema de transmisión, sistema de escape, neumáticos y masa de la rueda. Como se dijo, el ancho de banda determinará el mapa. Al utilizar bandas más anchas, como de 1 octava o 1/3 de octava, se observó en algunos vehículos que hay una tendencia en los mapas de generar imágenes con predominancia del ruido de los rodamientos de las ruedas. Incluso, como es mostrado en algunas figuras, no es posible la separación entre algunos elementos debido a su características de proximidad o interacción mutua de las fuentes. En la figura 13, por ejemplo, hay Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 “una fuente” cercana a la rueda delantera. Esta fuente es, posiblemente, una combinación entre: interacción de tracción de neumático y suelo; masa de la rueda delantera y radiación de ruido de motor hacia el suelo. En esa misma figura se observa que además de esa fuente principal existe “otra fuente” distribuida, que en esa frecuencia, podría ser el sistema de escape y/o el sistema de transmisión. Para una mejor interpretación de los resultados de la técnica, el conocimiento del vehículo en detalle se hace necesario, en el sentido de posibilitar el conocimiento previo de las características de cada componente y en base a las imagenes proveidas por el beamforming poder desarrollar soluciones para mitigar el ruido. CONCLUSIONES La técnica de beamforming es adecuada para la medición de fuentes en movimiento, obteniéndose así resultados visuales que ayudan a elucidar las posibles fuentes sonoras responsables de la mayor contribución en el ruido total de paso del vehículo. La estructura de medición debe ser cuidadosamente preparada para que problemas o fallas como condiciones naturales desfavorables, micrófonos averiados, o altos niveles de ruido de fondo, no interfieran en los resultados finales y permitan obtener una escala dinámica de medición confiable. Un punto que no fue probado, pero que podría ser discutido, junto a las entidades reguladoras, para futura reglamentación, sería la prueba para velocidades de vehículos mayores, ya que existen comunidades instaladas en los alrededores de vías rápidas y autopistas, la cual posibilitaría estimar el ruido producido en el vehículo por la interacción aire-estructura. El posprocesamiento se debe restringir de acuerdo a los límites de medición del array, para que no haya resultados erróneos o “imágenes fantasmas”. El Efecto Doppler debe ser corregido para el intervalo correcto del evento, de modo que no inserte errores de corrimientos de frecuencia y amplitud. 57 �Identificación de fuentes de ruido vehiculares.../William D’Andrea Fonseca, Samir N. Y. Gerges , et al. AGRADECIMENTOS Los autores desean agradecer al CNPq por el apoyo financiero y a los bolsistas y técnicos por la valiosa ayuda con las mediciones. REFERENCIAS 1. Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT. NBR 15145:2004: Acústica – Medição do ruído emitido por veículos rodoviários automotores em aceleração – Método de Engenharia, Brasil, Nov. 2004. 2. Resolução CONAMA nº 272 de 14 de setembro de 2000, Brasil, Jan. 2001. 3. International Organization for Standardization. ISO 362-1:2007: Measurement of noise emitted by accelerating road vehicles - Engineering method, Jun. 2007. 4. 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B Centro de Innovación Aplicada en Tecnologías Competitivas (CIATEC). aracely.hernandezrm@uanl.edu.mx A RESUMEN En el presente estudio, se llevó a cabo la generación de especies fuertemente oxidantes: los radicales hidroxilo (HO•) y el ion ferrato [FeO42-] para la descomposición del ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D), un herbicida recalcitrante. La degradación del 2,4-D se realizó por fotocatálisis heterogénea, oxidación anódica y por generación electroquímica del ion ferrato. Los resultados indican que la descomposición del 2,4-D durante el proceso fotocatalítico, depende del catalizador a utilizar y de las condiciones del proceso. Mientras que por el proceso electroquímico, la degradación del herbicida sucede debido a la acción conjunta del radical hidroóxilo y del ion ferrato electrogenerados in situ. PALABRAS CLAVE: Ferrato, fotocatálisis heterogénea, DDB, ácido 2,4-D. Artículo basado en el proyecto “Degradación de un herbicida en medio acuoso mediante la generación in situ de especies oxidantes”, el cual obtuvo el Premio de Investigación UANL 2012, en la categoría de Ingeniería y Tecnología, otorgado en la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la UANL, celebrada el 12 de septiembre de 2012. ABSTRACT In the present study, the decomposition of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), a recalcitrant herbicide, was carried out by different processes that involve the generation of strongly oxidizing species: hydroxyl radical (HO•) and ferrate ion [FeO42-]. The degradation was performed by heterogeneous photocatalysis, anodic oxidation and the electrogeneration of ferrate ion. The results showed that the decomposition of 2,4-D during the photocatalytic process depends on the catalyst to be used and the process conditions. While on the electrochemical process, degradation of the herbicide occurs due to the action of the hydroxyl radical and electrogenerated ferrate in situ. KEYWORDS Ferrate, heterogeneus photocatalysis, BDD, 2,4-D. INTRODUCCIÓN A fin de reducir el impacto que algunos contaminantes orgánicos provocan en el medio ambiente, se han desarrollado una serie de tratamientos oxidativos, entre ellos, los Procesos Avanzados de Oxidación (PAOs), los cuales se basan en la formación de especies altamente oxidantes, principalmente el radical hidroxilo (HO•), el cual posee un elevado poder oxidante (Eº = 2.8 V vs. ENH).1-2 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 59 �Generación in situ de especies oxidantes para la remoción .../ Minerva Villanueva Rodríguez, et al. Una de las tecnologías pertenecientes a los PAOs es la Fotocatálisis heterogénea, la cual consiste básicamente en la activación de un semiconductor con fotones de la región ultravioleta o visible.3 Cuando la radiación aplicada al semiconductor es de energía igual o mayor a la banda de energía prohibida (Eg), un electrón de la banda de valencia es promovido a la banda de conducción, formando así el par electrón-hueco. Los huecos formados oxidan a las especies que se encuentren presentes en el medio y oxidan también al agua, produciendo así los radicales •OH. Por otra parte, la eficiencia de la fotocatálisis heterogénea en la degradación de un contaminante depende del catalizador utilizado, de las condiciones de reacción,4,5 y de la fuente de radiación,6,7 entre otras. La oxidación anódica es otro tratamiento perteneciente a los PAOs y se basa en la generación de radicales HO• formados durante la oxidación del agua. Uno de los principales problemas observados en este proceso, es la disminución de la actividad causada por la evolución de O2 y la formación de películas sobre la superficie del electrodo. Una alternativa para evitar estos inconvenientes, es el uso de electrodos de Diamante Dopado con Boro (DDB).8,9 Además de los radicales hidroxilo HO•, otra especie fuertemente oxidante es el ion ferrato (FeO42-), el cual posee un potencial de reducción de 0.7 V vs. ENH en medio alcalino y 2.2 V vs. ENH en medio ácido, un valor mayor que el de otros desinfectantes comunes como O3 o H2O210,11.El tratamiento con ferrato no genera subproductos peligrosos como sucede con tratamientos como la cloración.10 Una de las aplicaciones más comunes del ferrato (K2FeO4) es en el tratamiento de aguas residuales como agente oxidante, coagulante y desinfectante. Sin embargo, se ha observado que las soluciones de las sales de ferrato presentan elevada inestabilidad;12 además que la síntesis resulta costosa.13,14 De aquí que la tendencia actual en el tratamiento con ferrato es la generación in-situ de esta especie oxidante para la eliminación de contaminantes.15 Estudios realizados para generar in-situ el ion ferrato, han determinado que es posible generarlo electroquímicamente usando electrodos de hierro de sacrificio en condiciones alcalinas16 y a partir de Fe2+ en medio ácido utilizando un electrodo de DDB,17 60 aunque existen pocos estudios sobre su aplicación en la degradación de contaminantes. Por otra parte, se han observado mejores resultados en el tratamiento de contaminantes con ferrato conforme disminuye el valor de pH, lo que puede ser explicado por el elevado potencial de reducción del ferrato en medio ácido y la reactividad de sus especies protonadas. 18,19,20 En el presente trabajo se aplicaron métodos oxidativos pertenecientes a los PAOs (fotocatálisis heterogénea y electro-oxidación) y se compararon con la electrogeneración in situ del ion ferrato con electrodo de DDB usando como modelo contaminante el ácido 2,4-Diclorofenoxiacético (2,4-D), uno de los herbicidas ampliamente utilizado para el control de hierbas.21 El 2,4-D es considerado como un contaminante recalcitrante y puede causar problemas de salud tanto en seres humanos como en otros organismos debido a su toxicidad y posible efecto carcinogénico.22 MATERIALES Y MÉTODOS Para la degradación del 2,4-D, por fotocatálisis heterogénea, se llevó a cabo la síntesis de catalizadores TiO2 y TiO2-Fe2O3 al 0.5 y 1.0% por la técnica sol-gel a pH 3. Los productos obtenidos fueron caracterizados por espectrofotometría UV-Vis (Cary Scan) con reflectancia difusa y difracción de rayos X (difractómetro Siemens D500). En la degradación con ferrato electrogenerado, se realizó la caracterización electroquímica del ferrato con estudios de Voltamperometría Cíclica (VC) usando un Potenciostato/Galvanostato BASEpsilon y Microscopía Electroquímica de Barrido (MEQB) en modo de retroalimentación en modo sustrato generador-tip colector (SG-TC) en un microscopio electroquímico modelo CHI910B; ambos estudios sobre electrodos de DDB (Adamant Technologies) con disoluciones de Fe2+ y Fe 3+ como precursores de ferrato en HClO4. El ferrato generado a potencial constante (2.5V) se cuantificó espectrofotométricamente a λ= 415nm por la técnica ABTS 2,2’azino bis (3,etilbenzotiazolina6-sulfonato) de diamonio.23 Degradación fotocatalítica.- Una solución de 250 mL del 2,4-D de 50 mg L-1 (pH 3.5) con 0.6 g L-1 de catalizador en suspensión fueron irradiados con una lámpara que emite radiación de λ=365 nm. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Generación in situ de especies oxidantes para la remoción .../ Minerva Villanueva Rodríguez, et al. También se realizaron pruebas de adsorción con los catalizadores sin irradiar con luz y pruebas de fotólisis sin adicionar el catalizador. Degradación electroquímica.- Se llevaron a cabo degradaciones de una solución de 2,4-D de 50 mg L-1 usando un electrodo de DDB como ánodo y un alambre de platino como cátodo en una celda no dividida. Los resultados se compararon con oxidación anódica. La actividad oxidante del ion ferrato también se evaluó empleando diferentes concentraciones iniciales de Fe2+ (0.5, 1 y 3 mM) y de Fe3+ como precursores. Estas degradaciones se realizaron a potencial constante (2.5 V) y a corriente constante (10 mA cm-2). El seguimiento de la degradación del 2,4-D fue evaluada por cromatografía de líquidos de alta resolución (CLAR) en fase reversa con detector UV-Vis (Perkin Elmer) a 285 nm; mientras que el grado de mineralización se llevó a cabo por la determinación del carbono orgánico total (COT) en un analizador COT Shimadzu. El principal compuesto de degradación (2,4-diclorofenol), se identificó bajo las mismas condiciones de análisis que el 2,4-D, mientras que la formación de compuestos más simples como los ácidos orgánicos se evaluó por cromatografía con una columna de exclusión iónica. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Caracterización de Catalizadores. De acuerdo con los resultados de DRX, se obtuvo la fase cristalina anatasa del TiO2, mientras que los espectros de absorción UV-Vis muestran un desplazamiento en la banda de absorción hacia la región visible en el catalizador modificado con Fe2O3. En la tabla 1 se muestran los valores de Eg calculados a partir de los espectros de absorción UV-Vis de los sólidos. Caracterización electroquímica del ion ferrato.En los estudios de VC realizados (figura 1), se Fig.1 Voltamperometría Cíclica de FeSO4 6 mM en HClO4 0.1 M sobre un electrodo de DDB a diferentes velocidades de barrido: (a) sin FeSO4, (b) 10 mV s-1, (c) 50 mV s-1, (d) 100 mV s-1, (e) 250 mV s-1 y (f) 500 mV s-1.En el inserto: perfil del electrodo en HClO4 0.1M . observaron dos picos anódicos uno a 1.0 V y el otro entre 2.3 y 2.5V vs. Ag/AgCl, los cuales se asignan a la oxidación del Fe (II) a Fe (III) y Fe (VI) respectivamente. También se apreció una señal catódica a 0.2 V vs. Ag/AgCl que se asignó a la reducción a Fe (II). El estudio por MEQB indicó que el ion férrico inhibe la producción del ferrato. Respecto a la cuantificación de ferrato éste se electrogeneró a partir de FeSO4 0.5 mM el cual se transforma en Fe(III) y Fe(VI) como se observa en la figura 2. Tabla1. Valores de Eg de diferentes catalizadores. Catalizador TiO2Degussa-25 TiO2 Sol-Gel TiO2-Fe2O3 0.5% Valor Eg (eV) 2.95 2.92 2.44 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Fig. 2 Cuantificación espectrofotométrica del (▪) Fe (II), (•) Fe (III) y (▲) Fe (VI) y (*) la suma de éstos, a partir de FeSO4 0.5 mM en H2SO4 0.05 M, sobre una placa de DDB cuando se aplica un potencial de 2.5 V vs. Ag/AgCl. 61 �Generación in situ de especies oxidantes para la remoción .../ Minerva Villanueva Rodríguez, et al. Fotocatálisis Heterogénea.- De acuerdo con los resultados de la degradación fotocatalítica del 2,4-D, mostrados en la figura 3, se aprecia que la adsorción del 2,4-D con los catalizadores y la fotólisis por sí sola, prácticamente no disminuyen la concentración del herbicida. En esta misma figura, se observa que los dos catalizadores presentan una actividad semejante en cuanto al porcentaje de degradación del contaminante (96%), sin embargo, con el TiO2 se logra este porcentaje de descomposición en menor tiempo (240 min). Fig. 4 Remoción del carbono orgánico total en la degradación fotocatalítica de 2,4-D con los diferentes catalizadores sintetizados Fig. 3 Degradación fotocatalítica de una solución 50 mg L-1de 2,4-D, 0.6 g L-1 de catalizador, radiación 365 nm de 800 µW cm-2. Respecto a la remoción de carbono orgánico total (COT) durante el proceso fotocatalítico, se observan mayor porcentaje de remoción (60%) con el semiconductor TiO2 en comparación con el óxido modificado (figura 4). Este comportamiento se debe a la diferencia en las propiedades del catalizador mixto por la presencia del hierro que propicia otro número y tipo de sitios activos, los cuales a las condiciones a las que se lleva a cabo la reacción (tipo de radiación, pH de la solución, y cantidad de catalizador) no son favorecidos. Sin embargo, hay que señalar que de acuerdo a la caracterización UV-Vis con reflectancia difusa, el catalizador modificado posee una Eg menor (2.44 eV), lo cual le da la posibilidad que bajo otras condiciones de radiación, como la solar, pueda presentar mejor actividad. Durante el seguimiento de la reacción de degradación de 2,4-D por CLAR se observó un intermediario de la degradación, el cual se identificó 62 como: 2,4-Diclorofenol (2,4-DCF), uno de los compuestos más reportados en la degradación del 2,4-D en tratamientos fotocatalíticos4 y en otras tecnologías11,12. La formación del 2,4-DCF durante el proceso fotocatalítico, comienza a evolucionar hasta una concentración máxima en aproximadamente 4 horas y después disminuye gradualmente. La concentración más alta de 2,4-DCF se obtiene con el catalizador sin dopar. Otros intermediarios formados en la degradación fotocatalítica de 2,4-D fueron identificados como es el caso del ácido fórmico que se identificó en el cromatograma a un tiempo de retención de 14.07 min . Degradación electroquímica.- Se aplicó un potencial de celda de 2.5 V, el cual además de oxidar a la molécula de 2,4-D evita la polimerización sobre el ánodo, favorece la formación de radicales hidroxilo y genera al mismo tiempo al ion ferrato en el medio de reacción. La figura 5 muestra la cinética de degradación del 2,4-D cuando se genera el ferrato y se compara contra la oxidación anódica, apreciándose que la formación del ferrato mejora la degradación del herbicida. Por otro lado, se observa que a medida que aumenta la concentración de la sal ferrosa añadida, disminuye la velocidad de eliminación del 2,4-D y esto puede deberse a que un exceso de iones ferroso actúan como secuestrantes de los radicales HO• y además provocan una mayor concentración de Fe3+ en disolución lo que conlleva a inhibir la formación del ión ferrato. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Generación in situ de especies oxidantes para la remoción .../ Minerva Villanueva Rodríguez, et al. Tabla 2. Parámetros cinéticos de la eliminación del 2,4-D por fotocatálisis heterogénea, electro-oxidación y electrogeneración de ferrato. Experimento % Degradación (4 h) k (min-1) t1/2 (min) TiO2 TiO2-Fe2O3 0.5 % 89.37 64.16 1.22 x 10-2 4.47 x 10-3 56 155 Oxidación anódica b [Fe2+] 0.5 mM b [Fe2+] 1.0 mM b [Fe2+] 3.0 mM 70.32 93.12 78.15 72.58 4.67 8.66 6.25 4.80 148 80 110 144 x x x x 10-3 10-3 10-3 10-3 Concentración de la sal ferrosa como precursor del ion ferrato b Figura 5. Cinética de degradación de una solución de 2,4-D 50 mg L-1 con ferrato electrogenerado a partir de una sal ferrosa y aplicando un potencial de 2.5 V. (*) sin hierro (oxidación anódica), (▪) Fe2+ 0.5 mM, (•) Fe2+ 1.0 mM y (▲) Fe2+ 3.0 mM. La remoción de COT mostró un comportamiento similar entre las diferentes condiciones de reacción y se logró remover aproximadamente un 30%. El compuesto 2,4-DCF fue también uno de los principales intermediarios identificados y la velocidad de formación del 2,4-DCF fue mayor cuando se genera el ion ferrato; y se observó que conforme avanza la reacción de descomposición aproximadamente a los 150 minutos, la concentración de 2,4-DCF disminuyó notablemente. Se identificaron además algunos ácidos orgánicos de cadena corta por cromatografía de líquidos de exclusión iónica, tales como: ácido maleico (tr = 8.2 min), málico (tr = 9.4 min), acético (tr = 14.9 min), oxálico (tr = 6.9 min) y fórmico (tr = 13.6 min) donde se observaron diferencias en la evolución de estos ácidos cuando se forma el ion ferrato en comparación a la oxidación anódica, lo que indica que el poder oxidante del ferrato propicia una ruta de degradación mas eficiente. También se observó que el proceso de electrogeneración de ferrato se ajusta a una cinética de pseudo-primer orden, como en el caso de la oxidación anódica y el proceso fotocatalítico del 2,4-D5. En la tabla 2 se muestran los parámetros cinéticos de la degradación del 2,4-D por estos tres procesos, calculadas de acuerdo al modelo Langmiur-Hinshelwood. De acuerdo con estos datos, se aprecia que la oxidación del 2,4-D se vio mas favorecida con el proceso fotocatalítico usando Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 TiO2 como catalizador, seguida de la degradación del herbicida con la generación de ion ferrato a partir de Fe2+ 0.5 mM. Sin embargo, es importante resaltar que la acción de los radicales HO● en combinación con el ferrato logra romper la molécula del 2,4-D en una mayor cantidad de intermediarios de cadena corta, tales como los ácidos orgánicos de bajo peso molecular, lo que da como resultado una solución acuosa con compuestos menos tóxicos. Otra serie de experimentos se llevaron a cabo para comparar la influencia del Fe2+ y Fe3+ como precursores del ferrato en la degradación de 2,4-D. Los resultados se muestran en la figura 6, donde se observa un efecto inhibitorio en la degradación cuando el precursor del ferrato es el Figura 6. Descenso de la concentración normalizada de 2,4-D 50 mg L-1. A potencial constante (2.5 V) añadiendo (▪) Fe2+ 0.5 mM y (□) Fe3+ 0.5 mM. A corriente constante (10 mA cm-2) añadiendo (▲) Fe2+ 0.5 mM y (Δ) Fe3+ 0.5 mM. 63 �Generación in situ de especies oxidantes para la remoción .../ Minerva Villanueva Rodríguez, et al. ion férrico, esto puede ser explicado también por los resultados obtenidos por MEQB, en el que de acuerdo a este estudio, la presencia de mayores concentraciones de Fe 3+ inhibe el proceso de electrogeneración del ferrato. CONCLUSIONES Los resultados obtenidos indicaron que la descomposición del 2,4-D por la acción de los radicales hidroxilo generados en el proceso fotocatalítico depende del catalizador a utilizar y de las condiciones del proceso. Mientras que por el proceso electroquímico, la degradación del herbicida se debe a la acción del radical hidroxilo y del ion ferrato electrogenerados in situ. De aquí que estos procesos son viables como metodologías alternas para tratamiento de aguas contaminadas con herbicidas. De acuerdo a los intermediarios formados por la destrucción de la molécula durante el proceso de degradación del herbicida, se encontró que la descomposición del compuesto orgánico sigue una ruta diferente según el proceso oxidativo aplicado; de aquí que, dependiendo de la finalidad del tratamiento, puede optarse por un tratamiento u otro en términos de costo, el grado de remoción de compuestos orgánicos y de toxicidad del efluente, según las características que se deseen en el agua tratada. REFERENCIAS 1. R. Andreozzi, V. Caprio, A. Insola and R. Marotta. Advanced oxidation processes (AOP) for water purification and recovery. Catalysis Today (1999) 53 pp. 51. 2. M. Pera-Titus, V. García-Molina, M. A. 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Water Research (2005) 39 pp. 1946–1953 65 �Bionanocompósitos de carragenina κ con nanopartículas metálicas José de Jesús Infante Rivera, Victoria Campos Tapia, Carlos Alberto Guerrero Salazar, Selene Sepúlveda Guzmán FIME Universidad Autónoma de Nuevo León CIIDIT Universidad Autónoma de Nuevo León. selene.sepulvedagz@uanl.edu.mx RESUMEN En este trabajo se reporta la preparación de nanocompósitos a base de biopoliméricos de Carragenina tipo κ con nanopartículas metálicas de plata y oro. La síntesis de las nanopartículas se llevó a cabo in situ en presencia de Carragenina κ, seguida del secado de la dispersión coloidal por liofilización para la obtención de los nanocompósitos. La morfología de los nanocompósitos y de las nanopartículas fue analizada por microscopía electrónica de barrido (MEB) y microscopía electrónica de transmisión (MET). Las propiedades ópticas se evaluaron mediante espectroscopía de UV-vis mientras que la caracterización estructural se llevó a cabo mediante espectroscopía de infrarrojo. Las propiedades térmicas se estudiaron mediante calorimetría diferencial de barrido (CDB). Los resultados muestran nanocompósitos con propiedades ópticas similares a las NP metálicas y con propiedades térmicas mejoradas. Estos nanocompósitos presentan potenciales aplicación como soporte biodegradable. PALABRAS CLAVE: Nanopartículas metalicas, biopolímero, estabilización electrostatica ABSTRACT The preparation of nanocomposites with biopolymer Carrageenan type κ and metallic nanoparticles of silver and gold is shown in this work. The preparation of nanocomposites was carried out by the in situ synthesis of metal nanoparticles in Carrageenan κ aqueous solution followed by drying of colloidal solution through freez-drying. The morphology of nanoparticles and nanocomposites was characterized by scanning electron microscopy (SEM) and Transmission electron microscopy (TEM). Optical properties were analyzed by UV-vis spectroscopy, and the structural characterization with infrared spectroscopy. Thermal properties were studied with differential scanning calorimetric (DSC). The results showed nanocomposites with similar optical properties that those observed in metallic nanoparticles, and with improved thermal properties. These nanocomposites have a potencial application as biodegradable substrate. KEY WORDS: Metal nanoparticles, biopolymer, electrostatic stabilization 66 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Bionanocompositos de carragenina κ con nanoparticulas metalicas / José de J. Infante-Rivera, et al. INTRODUCCIÓN En los últimos años, la comunidad científica e industrial ha mostrado un interés en los materiales biopoliméricos y ha habido un incremento en trabajos de investigación enfocados tanto en métodos de preparación, caracterización y en las potenciales aplicaciones de biomateriales. Una de las aplicaciones principales de los biopolímeros es en la formación de hidrogeles los cuales son estructuras tridimensionales formadas de materiales orgánicos que pueden contener gran cantidad de agua. La figura 1 muestra el mecanismo de formación de un hidrogel a base de un biopolímero. El polvo polimérico al entrar en contacto con el agua se hidrata y se presenta una interacción de tipo puente de hidrógeno entre las moléculas. Estas interacciones pueden ser de corto o largo alcance en función de la concentración, si la concentración va desde moléculas hidratadas individualmente a baja concentración se presentan los microgeles como en los espesantes. Cuando la concentración de las moléculas que forman interacciones de puente de hidrógeno es alta, forman estructuras tridimensionales de largo alcance conocidas como macrogeles (gelificantes).1 Los hidrogeles tienen propiedades interesantes tales como la hidrofilidad, alta afinidad a materiales biológicos, transparencia, etc.2 Dada la estructura altamente porosa de los hidrogeles se ha estudiado como soporte en donde se puede atrapar dentro de la estructura tridimensional diversos materiales orgánicos e inorgánicos. Entre las aplicaciones más importantes se encuentra la liberación controlada de medicamentos en el área médica la cual se logra aprovechando la respuesta del polímero a cambios externos. 3 La Carragenina es un polisacárido sulfatado, soluble en agua, extraído de las diferentes especies de algas marinas rojas. Existen tres clases de Carragenina, el tipo ι (Iota) se caracteriza por que puede formar geles elásticos. El tipo λ (Lambda) tiene una alta solubilidad en agua y no gelifican pero funcionan como agente espesante. El tipo κ (kappa) es una Carragenina que en presencia de agua forma geles mecánicamente estables.4 La Carragenina κ tiene una estructura primaria basada en una repetición de disacáridos de α(1-3)-D-galactosa y β(1-4)-3,6anhidro-D-galactosa y contiene un grupo sulfato por unidad de disacárido en el carbono 2 de la unidad de 1,3 vinculado a la galactosa (figura 2). Fig. 2 Estructura de la Carragenina a) tipo κ, b) tipo κ, c) tipo κ.4 Fig. 1 Proceso de formación de un gel. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 El proceso de gelación del Carragenina κ es termosensible, consiste en la formación de dobles conformaciones helicoidales seguida por la agregación de las hélices. A altas temperaturas en solución se obtiene una conformación tipo espiral desordenada con una disminución en la temperatura, la estructura espiral se convierte en una estructura de doble hélice, que posteriormente se agregan para formar zonas de una unión de gel4 (figura 3). 67 �Bionanocompositos de carragenina κ con nanoparticulas metalicas / José de J. Infante-Rivera, et al. Fig. 3 Esquema del mecanismo de formación de gel del Carragenina κ en medios acuosos (adaptada de la referencia 4 La Carragenina κ es un importante agente gelificante en la industria de alimentos, así como en aplicaciones en la industria farmacéutica y en el sector de biotecnología.5 Recientemente se ha reportado el uso de la Carragenina κ en el control de la morfología de nanopartículas de óxidos de hierro magnéticos, como magnetita (Fe3O 4 ) y hematita (γ-Fe2O3). Esto dio lugar a la obtención de materiales con potenciales aplicaciones en procesos de bioseparación, termoterapia de cáncer y como agentes de contraste en la resonancia magnética de imagen (MRI).6 Posteriormente se demostró que la Carragenina κ puede actuar como un eficiente estabilizador para impedir la precipitación de hierro e hidróxidos hasta valores de pH muy alto. Estos resultados sirvieron para la investigación de otro trabajo en la aplicación de la síntesis y estabilización de partículas de óxido de cobalto y níquel.7 Las nanopartículas (NP) de metales nobles tales como el oro y la plata, exhiben unas excelentes propiedades físicas, químicas y biológicas que son intrínsecas a su tamaño nanométrico. El fenómeno de resonancia de plasmón superficial para las partículas de oro y plata ocurre dentro de la región visible del espectro electromagnético y ha generado un gran interés para un amplio rango de aplicaciones ópticas. Las nanopartículas de oro presentan una baja toxicidad y elevada biocompatibilidad. Destacan especialmente sus propiedades fototérmicas, generan calor al ser estimuladas en presencia de luz láser actuando como nano-calefactores.8 Las nanopartículas de plata por otro lado, presentan propiedades funcionales únicas, las cuales conducen a aplicaciones variadas en las áreas de catálisis, sensores ópticos y bactericidas. Investigaciones recientes en medicina demuestran que las nanopartículas de plata son altamente efectivas como agentes antimicrobiales, y antivirales.9 68 En este trabajo se propone el uso de la Carragenina κ para la preparación de nanocompósitos biopoliméricos con nanopartículas metálicas. Los nanocompósitos biopoliméricos de Carragenina κ con nanopartículas metálicas serán caracterizados por técnicas espectroscópicas y se llevará a cabo la caracterización estructural. Estos materiales tienen un alto potencial de aplicación en áreas como la biomedicina y la biotecnología. MATERIALES Y MÉTODOS Materiales Los materiales empleados para la preparación de los nanocompósitos biopoliméricos fueron la Carragenina tipo κ grado comercial, el borohidruro de sodio (NaBH4) con una pureza de ≥ 98%, el ácido tetracloroaurico (HAuCl4.3H2O), nitrato de plata (AgNO3), ambos con una pureza de ≥ 99%. Todos los reactivos fueron provistos por la compañía SigmaAldrich y se utilizaron tal y como se entregaron. También se utilizó agua deionizada (DI) con una resistencia de 18 MΩ y nitrógeno líquido. Nanocompósitos biopoliméricos de Carragenina tipo κ con nanopartículas metálicas. En un experimento típico 70 mg Carragenina κ se disolvieron en 6 ml de agua desionizada. Cuando la solución estuvo completamente transparente se adicionaron 0.5 mL de la solución precursora de HAuCl4.3H2O o AgNO3 al 8.2 µM. La mezcla se agitó en un vortex por 5 min y posteriormente se agregó 1 ml de la solución de NaBH4 de concentración 51.5µM. Siguiendo el mismo procedimiento se prepararon varias dispersiones de Carragenina κ una con la solución precursora de AgNO3, otra con la solución precursora de HAuCl4.3H2O y una solución de Carragenina κ sin la precipitación de nanopartículas. Las soluciones se vaciaron en contenedores y fueron sometidas a enfriamiento en nitrógeno líquido por 15 minutos para inducir el ordenamiento de las moléculas del biopolímero y después fueron liofilizados por 24 horas. Los nanocompósitos fueron desmoldados y se llevó a cabo su caracterización. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Bionanocompositos de carragenina κ con nanoparticulas metalicas / José de J. Infante-Rivera, et al. CARACTERIZACIÓN La caracterización se efectuó mediante espectroscopía de UV-vis utilizando un espectrofotómetro UV-vis marca PerkinElmer modelo Lamda 35. Las mediciones fueron hechas en absorción y el análisis se llevó a cabo utlizando una celda de cuarzo para las dispersiones acuosas, mientras que las muestras secas fueron analizadas mediante reflectancia difusa utilizando una esfera de integración modelo RSA-PE-20. El análisis por espectroscopía de infrarojo (FTIR) se realizó con un espectrofotómetro de infrarrojo Nicolet 6700 FT-IR. Las muestras fueron analizadas en modo de transmitancia utilizando pastillas de KBr. Los espectros fueron adquiridos realizando 32 escaneos a una resolución de 4 cm-1. La caracterización morfológica se llevó a cabo mediante microscopía electrónica de barrido (MEB) en un equipo FEI Nova NanoSEM 200 de emisión de campo. Las muestras fueron observadas utilizando un detector de bajo vacío a un voltaje de aceleración de 5 KV y a una distancia de trabajo de 5 mm. Las muestras fueron analizadas mediante microscopía electrónica de transmisión (MET) con el equipo FEI modelo TITAN G2 80-300. Una gota de las dispersiones se depositó sobre una película de carbón en una rejilla de cobre. Las muestras fueron analizadas en campo claro a un voltaje de aceleración de 300 KV. Los nanocompósitos biopoliméricos fueron analizados mediante calorimetría diferencial de barrido (CDB) en un equipo Diamond DSC Perkin Elmer. Los termogramas se obtuvieron en un intervalo de temperatura de 10 a 300 °C a una velocidad de calentamiento de 10°C/min, bajo atmosfera de nitrógeno. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las dispersiones coloidales obtenidas después de la precipitación in situ de nanopartículas metálicas de Ag y Au se presentan en la figura 4a recuadro superior. Se observa que presentan un cambio en coloración debido a la presencia de las nanopartículas. La dispersión del compósito de Carragenina-Ag tomó una coloración amarillo oscuro, mientras que la dispersión de los compósitos de Carragenina-Au la solución tomó una coloración azul obscuro (ver en versión en Internet de Ingenierías). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Fig. 4. a) Espectro de UV-vis de las soluciones coloidales de Carragenina κ b) Imágenes de MET de la Carragenina κ con nanopartículas Ag, inserto: Imagen de alta resolución de NP Ag y c) imagen de MET de la Carragenina κ con nanopartículas Au, inserto imagen de alta resolución de NP Au . 69 �Bionanocompositos de carragenina κ con nanoparticulas metalicas / José de J. Infante-Rivera, et al. Estos cambios en la coloración están asociados a la presencia de partículas metálicas en la escala nanométrica.10 Las dispersiones fueron analizadas mediante espectroscopía de UV-vis y la figura 4a muestra los espectros obtenidos. El espectro de la solución de Carragenina κ -puro no exhibe absorción en la región visible. Mientras que las dispersiones de Carragenina κ con nanopartículas de plata presenta una banda de absorción la región visible en 405 nm, asociada a la resonancia de plasmón de las nanopartículas de Ag. El espectro obtenido de la solución de Carragenina κ -Au presenta también una absorción en la región visible a 520 nm. La relación entre la longitud de onda de absorción y el tamaño de las partículas metálicas ha sido ampliamente estudiada y estos resultados sugieren la presencia de partículas menores a los 50 nm. Sin embargo la poca intensidad de esta absorción hace pensar que se encuentran en poca concentración.11 Las soluciones coloidales de la Carragenina κ con nanopartículas metálicas fueron analizadas mediante microscopía electrónica de transmisión (MET). En la figura 4b se observa la micrografía obtenida de las nanopartículas de plata que presentan un tamaño alrededor de los 10 nm. La morfología es cuasi esférica y se encuentran separadas unas de otras, lo cual indica la estabilización debido al polímero. Las partículas fueron analizadas a alta resolución y la imagen adquirida se muestra en el inserto de la Figura 4b. Se pueden observar líneas de los planos cuya distancia interplanar es de 0.232 nm y corresponden al plano (1,1,1) en una estructura cristalina FCC. En el caso de las dispersiones de la Carragenina κ-Au la micrografía muestra que las nanopartículas están aglomeradas formando una estructura tipo serpiente. A diferencia de las nanopartículas de Ag en donde están bien dispersas en las nanopartículas de Au, la estabilización provista por la Carragenina no es tan eficiente. Sin embargo es posible encontrar nanopartículas aisladas alrededor de los 10 nm (figura 4c). El inserto de la figura 4c muestra una imagen de alta resolución de las nanopartículas de Au. Se puede observar líneas de los planos cuya distancia interplanar es de 0.245 nm asociada al plano (1,1,1) en una estructura cristalina FCC. Las dispersiones de Carragenina κ , Carragenina κ-Ag y Carragenina κ-Au fueron congeladas en nitrógeno líquido y posteriormente secadas mediante 70 liofilización. La Carragenina κ muestra un color blanco opaco. La Carragenina κ con nanopartículas presentaron cambios en la coloración, aquel que contenía nanopartículas de Ag tomo una coloración amarrillo oscuro y el que contenía nanopartículas de Au adquirió un color gris brillante (figura 5a, 5c y 5e). La morfología de los nanocompositos fue analizada mediante microscopia electrónica de barrido (MEB). Fig. 5 Fotografía digitales de: a) Carragenina κ -puro, c) Carragenina κ - Ag, e) Carragenina κ -Au, Micrografias de MEB de: b) Carragenina κ -puro, d) Carragenina κ - Ag y f) Carragenina κ - Au. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Bionanocompositos de carragenina κ con nanoparticulas metalicas / José de J. Infante-Rivera, et al. La figura 5 presenta las imágenes correspondientes y se observa que la Carragenina κ sin nanopartículas tiene una estructura porosa como ensamble de películas de Carragenina orientadas en diferentes direcciones (figura 5b). Este comportamiento se observó también en la estructura de los nanocompósitos secos de Carragenina κ-Ag y Carragenina κ-Au (figura 5d y 5f). Los nanocompósitos obtenidos fueron caracterizados por espectroscopía de infrarrojo y los espectros adquiridos se muestran en la figura 6. Para estudiar el efecto del congelamiento sobre las propiedades ópticas del material se adquirieron espectros de UV-vis de reflectancia difusa de los nanocompósitos. La figura 7a muestra los espectros correspondientes al polímero liofilizado de Carragenina κ-puro y a los nanocompósitos de Carragenina κ-Ag y Carragenina κ-Au. Se puede observar que el espectro de Carragenina κ-puro no muestra absorción en la región visible sin embargo existe una desviación de la línea base del espectro asociado con la dispersión de luz. Por otro lado ambos espectros, el de Carragenina κ-Ag y Carragenina κ-Au, muestran las bandas de absorción asociadas a las nanopartículas de Ag y Au a 436nm y 525 nm respectivamente. Sin embargo, una nueva banda a 592 nm se observa en los dos espectros, esta banda corresponde a la resonancia de plasmón de las nanopartículas aglomeradas.12 Fig. 6 Espectroscopía FT-IR de los nanocompósitos obtenidos. De manera general se observa la presencia de las bandas de absorción característicos del O-H alrededor de los 3000-3500 cm-1, además de las típicas bandas de absorción de la Carragenina κ para las tres muestras, alrededor de 1040-1070 cm-1 para C-O y C-OH, 1225 cm-1 correspondiente al estiramiento asimétrico del S-O, 920 cm-1 para C-O-C atribuible al estiramiento en 3, 6- anhydrogalactosa, se presentó una clara banda a 845-850 cm-1 del estiramiento C-O-S de la α(1-3)-D-galactosa y por último se presentó una banda alrededor de los 805 cm-1 de los anhidrogalactosa-2-sulfato atribuible a trazas de Carragenina tipo ι.6 Adicionalmente para la muestra Carragenina κ-Ag aparece una banda de 928 cm-1 asociada a la vibración del ion nitrato debido posiblemente a residuos del precursor metálico. Estos resultados muestran que la Carragenina κ no sufre cambios en su estructura química debido a reacciones de oxidación. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Fig. 7. a) Espectro de UV-vis de reflectancia difusa de los nanocompósitos obtenidos; b) Termogramas de calorimetría diferencial de barrido de las muestras obtenidas (CDB). 71 �Bionanocompositos de carragenina κ con nanoparticulas metalicas / José de J. Infante-Rivera, et al. La aglomeración de las partículas ocurre durante el congelamiento de la muestra por la formación de la doble hélice de la Carragenina κ que resulta en una disminución de la distancia entre las nanopartículas, lo que favorece la aglomeración. Esto es consistente con el cambio en el color de la dispersión del biopolímero con nanopartículas metálicas en dispersión. Para analizar los cambios estructurales en la formación del hidrogel de Carragenina κ en presencia de las nanopartículas metálicas se llevó a cabo un análisis por calorimetría diferencial de barrido (CDB). La figura 7b muestra los termogramas obtenidos para el Carragenina κ en polvo, la Carragenina κ después de liofilización y de los nanocompósitos de Carragenina κ-Ag y Carragenina κ-Au. Para todos los termogramas se observa un pico exotérmico asociado a la degradación del biopolímero, sin embargo, la temperatura a la que se observa este pico se ve modificado para los distintos materiales. El pico exotérmico en el Carragenina κ polvo (sin procesar) se observa a 220 °C y es muy similar al observado para el de Carragenina κ liofilizado (221 °C).13 En el caso de los termogramas del Carragenina κ con nanopartículas, los picos exotérmicos presentan desplazamientos a mayor temperatura y un ligero incremento en el área con respecto a la Carragenina tipo “κ”. El pico exotérmico para el nanocompósito de Au se presentó a 236 °C mientras que el que contiene nanoaprtículas de Ag a 257 °C. Presumiblemente estos desplazamientos en la temperatura de degradación sugieren que las nanopartículas metálicas tienen una fuerte influencia en el arreglo de las hélices de la Carragenina κ que modifica la estructura haciéndola térmicamente más estable. Estos resultados son consistentes con lo observado en las propiedades ópticas y la caracterización por microscopía electrónica, en donde la Carragenina κ presenta una mayor interacción con las nanopartículas de Ag que actúa como estabilizador controlando su tamaño y las propiedades de absorción. CONCLUSIONES Se prepararon exitosamente bionanocompósitos de Carragenina κ con nanopartículas metálicas mediante la síntesis in situ. La presencia de 72 nanopartículas metálicas de Au y Ag no modificó la estructura química del polímero, sin embargo las propiedades ópticas fueron muy similares a las de las nanopartículas metálicas obteniéndose biomateriales que presentan absorción en la región visible del espectro. La formación de estructuras térmicamente más estables durante la obtención de los nanocompósitos es atribuida a la presencia de nanopartículas metálicas que muestran interacciones con cadenas del biopolímero. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen el financiamiento otorgado por CONACYT con el proyecto CB 106365 y también al CIIDIT de la Universidad Autónoma de Nuevo León, especialmente a la coordinación de Materiales Avanzados y al Laboratorio de Microscopía Electrónica. Así mismo Jesús Infante Rivera agradece la beca Santander de Movilidad Nacional Enero-Junio 2011 y Victoria Campos Tapia la beca CONACYT otorgada. REFERENCIAS 1. Thorne, J.; Vine, G.; Snowden, M., Microgel applications and commercial considerations. Colloid & Polymer Science 2011, 289 (5), 625-646. 2. Pavlyuchenko, V.; Ivanchev, S., Composite polymer hydrogels. Polymer Science Series A 2009, 51 (7), 743-760. 3. Das, M., Stimulus-Responsive Microgels: Design, Properties and Applications. Department of Chemistry University of Toronto 2008, thesis. 4. Dumitriu, S., Polymeric Biomaterials. 2002. 5. MacArtain, P.; Jacquier, J. C.; Dawson, K. A., Physical characteristics of calcium induced κcarrageenan networks. Carbohydrate Polymers 2003, 53 (4), 395-400. 6. Daniel-da-Silva, A. L.; Trindade, T.; Goodfellow, B. J.; Costa, B. F. O.; Correia, R. N.; Gil, A. M., In Situ Synthesis of Magnetite Nanoparticles in Carrageenan Gels. Biomacromolecules 2007, 8 (8), 2350-2357. 7. Jones, F.; Cölfen, H.; Antonietti, M., Interaction of κ-Carrageenan with Nickel, Cobalt, and Iron Hydroxides. Biomacromolecules 2000, 1 (4), 556-563. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 �Bionanocompositos de carragenina κ con nanoparticulas metalicas / José de J. Infante-Rivera, et al. 8. Lin, A.; Hirsch, L.; Lee, M. H.; Barton, J.; Halas, N.; West, J.; Drezek, R., Nanoshell-enabled photonics-based imaging and therapy of cancer. Technology in Cancer Research & Treatment 2004, 3 (1). 9. Fernández-Barbero, A.; Suárez, I. J.; SierraMartín, B.; Fernández-Nieves, A.; de las Nieves, F. J.; Marquez, M.; Rubio-Retama, J.; López-Cabarcos, E., Gels and microgels for nanotechnological applications. Advances in Colloid and Interface Science 2009, 147-148, 88-108. 10.Kemp, M. M.; Kumar, A.; Mousa, S.; Park, T.-J.; Ajayan, P.; Kubotera, N.; Mousa, S. A.; Linhardt, R. J., Synthesis of Gold and Silver Nanoparticles Stabilized with Glycosaminoglycans Having Distinctive Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Vol. XV, No. 57 Biological Activities. Biomacromolecules 2009, 10 (3), 589-595. 11. Le Guével, X.; Wang, F. Y.; Stranik, O.; Nooney, R.; Gubala, V.; McDonagh, C.; MacCraith, B. D., Synthesis, Stabilization, and Functionalization of Silver Nanoplates for Biosensor Applications. The Journal of Physical Chemistry C 2009, 113 (37), 16380-16386. 12. Liao, J.; Zhang, Y.; Yu, W.; Xu, L.; Ge, C.; Liu, J.; Gu, N., Linear aggregation of gold nanoparticles in ethanol. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2003, 223 (1-3), 177-183. 13. Nep, E. I.; Conway, B. R., Physicochemical characterization of grewia polysaccharide gum: Effect of drying method. Carbohydrate Polymers 2011, 84 (1), 446-453. 73 �Eventos y reconocimientos I. FALLECE EL ING. JORGE M. URENCIO El pasado 16 de agosto de 2012 falleció el Ing. Jorge Manuel Urencio Ábrego, Maestro Emérito de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica desde 1995. El Ing. Urencio Ábrego cursó parte de su preparatoria en la Escuela Álvaro Obregón para luego iniciar sus estudios de Ingeniero Mecánico Electricista en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad de Nuevo León. Ocupó el cargo de director de la misma de 1967 a 1978. También fue consejero maestro en 1984, miembro de la Junta de Gobierno en el período de 1988 a 1999, siendo su presidente de 1993 a 1999. Su amplio desarrollo profesional incluyó actividades en educación y empresariales. II. PREMIO DE INVESTIGACIÓN UANL En Sesión Solemne de la Universidad Autónoma de Nuevo León celebrada el pasado 12 de septiembre, se hizo entrega del Premio de Investigación UANL 2012. La Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica fue 74 reconocida en el área de Ingeniería y Tecnología con el trabajo “Diseño de suspensiones para producir cintas cerámicas ultradelgadas para capacitores multicapas mediante tape casting”, desarrollado por los doctores Juan Antonio Aguilar Garib, Román Jabir Nava Quintero, Martín Edgar Reyes Melo, Sophie Guillemet-Fritsch, y Bernard Durand. Esta investigación se realizó en el marco del Programa de Cooperación del Posgrado (PCP) México-Francia, en el que participan la Universidad Autónoma de Nuevo León, la Universidad de Toulouse III (Paul Sabatier) junto con las empresas Kemet de México y Marion Technologies en Francia. De izquierda a derecha, doctores Román Jabir Nava Quintero, Juan Antonio Aguilar Garib, Sophie GuillemetFritsch y Martín Edgar Reyes Melo. III. PREMIO A LA MEJOR TESIS DE LICENCIATURA Y DE MAESTRÍA El pasado 20 de septiembre se llevó a cabo la ceremonia de premiación de la mejor tesis de licenciatura y de maestría presentadas durante 2011 en la UANL. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año. XV, No. 57 �Eventos y reconocimientos Los trabajos premiados en el área de Ingeniería y Tecnología fueron desarrollados por alumnos de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. La tesis de licenciatura premiada se titula “Modelado y simulación de la articulación de rodilla humana a seis grados de libertad” y fue realizada por el Ing. José Daniel Elizondo Moreno, asesorado por la Dra Griselda Quiróz Campeán. La tesis de maestría se titula “Películas delgadas de Cu(In, Al)Se2 (CIAS) por métodos no tóxicos para aplicación en celdas solares” y fue desarrollada por el M.C. Raúl Ernesto Ornelas Acosta, asesorado por la Dra. Bindu Krishnan. El Dr. José Talamantes Silva, agradeciendo a la UANL, a nombre de los homenajeados, por reconocer el esfuerzo de los egresados de dicha institución. De izquierda a derecha: Dra. Bindu Krishnan, M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME, Dr. Jesús Ancer Rodríguez, Rector de la UANL, M.C. Raúl Ernesto Ornelas Acosta, Dra. Griselda Quiroz Campeán e Ing. José Daniel Elizondo Moreno.. IV. RECONOCEN A EGRESADOS EXITOSOS La UANL distinguió a 48 de sus egresados con el Reconocimiento a la Excelencia en el Desarrollo Profesional 2012 por su trayectoria en el servicio público, la iniciativa privada, el medio académico, la innovación e investigación, así como en la producción artística y la difusión cultural. Tal reconocimiento se otorgó en una ceremonia celebrada el 20 de septiembre de 2012 en el Aula Magna del Colegio Civil Centro Cultural Universitario, presidida por el Rector, Dr. Jesús Ancer Rodríguez. Entre los egresados distinguidos se encuentra el Dr. José Talamantes Silva, egresado de la FIME y actual Gerente de Investigación y Desarrollo de Nemak. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 V. RECONOCIMIENTO NORTHERN CHAMPION El pasado 22 de julio de 2012, la Maestra Elena Rodríguez Falcón, egresada de la FIME-UANL y miembro activo de la Universidad de Sheffield, en el Reino Unido, recibió el reconocimiento Northern Champion por parte del IPPR North, Instituto de Investigación para la Mejora Pública del Reino Unido. La Maestra Rodríguez Falcón es parte del Consejo Consultivo Internacional de la UANL y pertenece al Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Sheffield. Fue uno de los dos académicos que recibió este reconocimiento por sus métodos pioneros de enseñanza, que animan a los estudiantes de esa universidad a solucionar problemas cotidianos. La Maestra Elena Rodríguez Falcón acompañada del Director de la FIME-UANL, el M.C. Esteban Báez Villarreal. 75 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL * Junio - Agosto 2012 Mario Alberto Camacho Becerra, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales (Examen por materias), 1 de junio de 2012. Idalia Marlen León Garza, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales (Examen por materias), 1 de junio de 2012. Mario Alberto Saucedo Espinosa, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Métodos estadísticos y de aprendizaje automático para estimación en sistemas complejos”. 1 de junio de 2012. María Karina Moreno Rodríguez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior (Examen por materias), 8 de junio de 2012. Juan Carlos Vallejo Ponce, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad (Examen por materias), 11 de junio de 2012. Ángel Tadeo Pérez Ugalde, Maestría en Logística y Cadena de Suministro, con orientación en Dirección y Operaciones (Examen por materias), 12 de junio de 2012. Mary Carmen Acosta Cervantes, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Estudios de metamodelos en optimización vía simulación”, 13 de junio de 2012. * Información proporcionada por el Departamento de Titulación y Movilidad Académica del Posgrado, de la FIME-UANL. 76 Miguel Lorenzo Morales Marroquín, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Optimización de la producción en máquinas en paralelo de inyección de plástico”. 13 de junio de 2012. Christian Jorge Antonio Pérez Pérez, Maestría en Ingeniería con orientación en Ciencias de la Ingeniería de Mecatrónica (Examen por materias), 15 de junio de 2012. Fátima Blasita Guzmán Coronado, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura (Examen por materias), 18 de junio de 2012. Beatriz Adriana Rivera Aguilar, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Un esquema integrado para la administración de recursos de contención de incendios forestales desde un enfoque estocástico”, 22 de junio de 2012. Nelly Monserrat Hernández González, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Modelación de un problema de localización e inventario para una cadena de suministro”, 22 de junio de 2012. Karlo Mario Mendoza Mendoza, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Programación genética para la generación automática de prototipos de clasificación”, 25 de junio de 2012. José Alejandro Cid Medina, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Caracterización de la maduración ósea en niños en edades entre 9 y 16 años mediantes conjuntos aproximados y conjuntos difusos”, 26 de junio de 2012. Paulina Alejandra Ávila Torres, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Un enfoque integrado multicriterio para la planificación de las frecuencias de paso y las tablas de tiempo de una empresa de transporte urbano”, 26 de junio de 2012. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año. XV, No. 57 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Esequiel Luna Rivera, Maestría en Ingeniería con orientación en Ingeniería Eléctrica (Examen por materias), 27 de junio de 2012. Tatiana Quintero Quintero, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Algoritmo Híbrido basado en un método de aproximaciones sucesivas para el problema de ruteo de vehículos heterogéneo”, 27 de junio de 2012. Carlos Beltrán Pérez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Un problema de gestión forestal con requerimientos de adyacencia en unidades forestales”, 28 de junio de 2012. Víctor Hugo Martínez Reza, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Simulación de una línea de espera con tasa de llegada de pendiente del estado del sistema”, 29 de junio de 2012. Rafael Torres Escobar, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Clasificación de consenso derivado de clasificaciones multicriterio”, 29 de junio de 2012. Luis Enrique Sanabria Vázquez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Un modelo de Planeación de la Producción para una Planta empacadora de cárnicos”, 2 de julio de 2012. Luis Miguel Ruíz Martínez, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones (Examen por materias), 4 de julio de 2012. Silvia Catalina Guzmán González, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales (Examen por materias), 16 de julio de 2012. José Antonio Martínez de la Paz, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad (Examen por materias), 17 de julio de 2012. Francisco Mares Vargas, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales, “Estudio del proceso de vitrificación de un cuerpo cerámico tradicional”, 18 de julio de 2012. Carlos Alberto Castillo Salazar, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con Especialidad en Sistemas Eléctricos de Potencia, “Coordinación de relevadores de sobrecorriente mediante algoritmos de optimización, utilizando curvas de tiempo no convencionales”, 27 de julio de 2012. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 Diana Guadalupe Salas Requenes, Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Estudio de un problema de distribución de productos alimenticios permitiendo particionar las entregas”, 30 de julio de 2012. José Alberto Robledo Segovia, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales (Examen por materias), 30 de julio de 2012. Claudia Alejandrina Martínez Marín, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad (Examen por materias), 30 de julio de 2012. Max Eduardo Cantú Cervantes, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura (Examen por materias), 31 de julio de 2012. Yolanda Valenzuela Cordero, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura (Examen por materias), 31 de julio de 2012. Juan Pineda Hernández, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con Orientación en Control Automático, “Diseños de algoritmos de control para filtros de potencia activos utilizando técnicas de control lineal”, 3 de agosto de 2012. Luis Fernando Sánchez Gómez, Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con Orientación en Control Automático, “Estimación fasorial subcíclica y lineal cuadrática”, 6 de agosto de 2012. Arturo Pacheco Hermosillo, Maestría en Ingeniería con orientación en Manufactura (Examen por materias), 7 de agosto de 2012. Fernando Henry Moreno, Maestría en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones (Examen por materias), 17 de agosto de 2012. Jorge Alberto Vallejo Tamez, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales (Examen por materias), 17 de agosto de 2012. Melissa Galván González, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecánica (Examen por materias), 30 de agosto de 2012. Orlando Eliud Gutiérrez Guel, Maestría en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales (Examen por materias), 31 de agosto de 2012. 77 �Acuse de recibo CNRS INTERNATIONAL MAGAZINE TECHNOLOGY REVIEW El Centro Nacional de Investigación Científica de Francia (CNRS) publica trimestralmente una versión internacional, en inglés, basada en su “CNRS le Journal”. El ejemplar de julio de 2012 hace referencia a la ingeniería ecológica, como una de los sectores de mayor crecimiento en Francia. En este número se distingue una nota en que se presenta la posibilidad de producir transistores que se pueden doblar, basados en nanoalambres plásticos, lo que llevaría a que en el futuro una computadora pudiera enrollarse como si fuera una hoja de papel. La revista es de espectro amplio como se puede comprobar de sus reportes sobre investigaciones en volcanes, o las arqueológicas, en las que reportan haber encontrado un asentamiento agrícola en Chipre de 11,000 años de antigüedad. Esta revista también presenta noticias, entrevistas, análisis de eventos, además de las actividades del centro, como el reciente acuerdo con el Massachussets Institute of Technology (MIT) en Estados Unidos. La revista tiene el registro ISSN 1778-1442 y puede ser consultada en Internet en www.cnrs.fr (JAAG) Esta revista, publicada por el Massachusetts Institute of Technology, la más antigua sobre tecnología en el mundo, fundada en 1988, mantiene el espíritu de dicha institución de estar a la vanguardia en el desarrollo tecnológico y el impacto de éste en la sociedad. Su estilo actual es el de una revista de divulgación, muy dinámica a la lectura, agradable a la vista y que permite mantenerse al día en cuanto a tendencias y realidades científicas y tecnológicas. Technology Review está disponible en varios idiomas incluyendo el español. Como ejemplo en el número 5 del volumen 115, correspondiente a octubre de 2012, se presenta como tema central el de los innovadores menores de 35 años, describiéndose los trabajos de 35 de ellos en diferentes especialidades, por ejemplo: cámaras que permiten que las fotos sean reenfocadas posteriormente a la toma, protección antiespías en dispositivos de comunicación, optimización de motores trabajándolos a presiones extremadamente altas, y esponjas como almacenes de combustible. La página en Internet de esta publicación se encuentra en http://www.technologyreview.com/ . (F.J.E.G.) 78 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año. XV, No. 57 �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 (1991). Premio de Investigación UANL en 1991, 2001, 2003 y 2012. Premio TECNOS en el 2000. Es Profesor Investigador de la FIME-UANL, miembro del SNI nivel I y de la Academia Mexicana de Ciencias. Campos Tapia, Victoria Ingeniera en Manufactura (2011) por la FIME de la UANL. Actualmente es estudiante de la Maestría en Ingeniería Mecánica con orientación en Materiales de la FIME-UANL. Cheballah, Chafé Ingeniero en Electrónica de la Universidad Mouloud Mammeri, Algeria. Maestría en Ciencias en Micro y Nano-sistemas de la Universidad de Toulouse, 2009. Estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica (U. Paul Sabatier), desde 2009. Durand, Bernard Ingeniero de la Escuela Superior de Química de Mulhouse, Maestro en Electroquímica de Strasbourg, Doctor Ingeniero en la Universidad Claude Bernard en Lyon (1975) y Doctor de Estado en Ciencias (1979). Es Profesor Emérito de la Universidad de Toulouse III, Paul Sabatier, en Francia. Elizondo Garza, Fernando Javier Ingeniero Mecánico Electricista por la FIME-UANL. Diplomado en Administración de Tecnología en el CINVESTAV del IPN. Maestría en Ingeniería Ambiental por la FIC-UANL. Premio Estatal de Ecología N.L. 2002, Reconocimiento al Mérito Académico ANFEI 2003 y Profesor Emérito de la Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 UANL. Actualmente es catedrático y consultor de la FIME. Director de la Revista Ingenierías. Figueroa-Torres, Mayra Zyzlila Ingeniera en Materiales por el Instituto Tecnológico de Morelia. Maestría en Ciencias con especialidad en Ingeniería Metalúrgica por el IPN. Doctorado en Ciencia de Materiales por el Centro de investigación en Materiales Avanzados. Actualmente es profesor investigador de la FIC-UANL. Pertenece al SNI. Obtuvo el Premio de Investigación UANL 2012 en el área de ciencias exactas. Fonseca, William D’Andrea Ingeniero en Eléctrica (2006) y Maestría en el área de acústica y vibraciones (2009) por la Universidad Federal de Santa Catarina, Brasil. Estancias de investigación en el Instituto de Acústica de Aachen (ITA), Alemania y en el Centro Aeroespacial de Holanda (NLR). Actualmente realiza un doctorado en acústica y vibraciones. Gerges, Samir N. Y. Ingeniero Mecánico/Aeronáutico (1964) y Maestría (1970) por la Univeridad del Cairo, Egipto. PhD (1974) por el ISVR de la Southampton University, UK. Postdoctorados en 1974 y 1978 en el ISVR y la Sussex University en el Reino Unido. Profesor desde 1978 en la Universidad Federal de Santa Catarina, Brasil. Autor de libros, fundador de asociaciones profesionales, miembro en multiples asociaciones y comités internacionales. Guerrero Salazar, Carlos Alberto Doctor en Ingeniería Química (1986) por la École Polytechnique de Montreal, Canadá y desde 1991 Profesor de la FIME. Miembro del SNI, nivel II y 79 �Colaboradores de la Academia Mexicana de Ciencias. Galardonado en 4 ocasiones del Premio de Investigación UANL y en 2 ocasiones del Premio Mejor Tesis de Maestría UANL en calidad de asesor. Gómez-Solís, Christian Licenciatura en Química y Maestría en Ciencias Químicas por la Universidad de Guanajuato. Doctorado en Ingeniería y Ciencia de los Materiales (2012) por la UASLP. Estancias de investigación en el Kumoh National Institute of Technology y en la Sun Moon University, Corea del Sur. FCQ-UANL. Ha recibido 15 premios y distinciones. Profesor investigador en la FIC-UANL desde 2006. Es miembro del SNI nivel I, de la Academia Mexicana de Ciencias y de la Red Nacional de Ecomateriales. Laudebat, Lionel Egresado de l’Ecole Normale Supérieur de Cachan. Agregado en Ingeniería Eléctrica (1998) y Doctor en Ingeniería Eléctrica de la Universidad Paul Sabatier, 2003. Profesor asociado (MCF) de la Universidad Champollion de Albi desde 2004. González González, Virgilio Ángel Químico Industrial con Maestría en Química Orgánica por la FCQ-UANL y Doctorado en Ingeniería de Materiales de la FIME-UANL. Ha sido investigador en el campo de los polímeros desde 1975. Es miembro del SNI nivel II. Es profesor de tiempo completo de la FIME-UANL desde 1988. Lebey, Thierry Doctor en Ingeniería Eléctrica de la Universidad Paul Sabatier, Francia. Investigador del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS, Francia) desde 1990. Director del grupo (GIS) “3DPHI” sobre la integración en electrónica de potencia, con 12 laboratorios miembros en Francia. Guillemet-Fritsch, Sophie Graduada en Física y Ciencias Aplicadas por la Universidad de Haute Alsace, Mulhouse. Maestría en Metalurgia por la Universidad de París IX, Orsay (1994). Doctora en Ciencia de Materiales de la Universidad Paul Sabatier y posdoctorado en la Universidad de Princeton. Es investigadora CNRS en la Universidad Paul Sabatier, Toulouse, Francia. Premio de Investigación UANL 2012. López Walle, Beatriz Cristina Ingeniera Mecánica -opción Mecatrónica- (2003) por la UNAM. Doctora en Microrobótica (2008) en la Université de France-Comté, en Besançon, Francia. Catedrático Investigador de la FIME y el CIIDIT de la UANL. Miembro del SNI nivel I. Hernández Ramírez, Aracely Química Farmacéutica Bióloga por la FCQ-UANL. Maestra en Ciencias por el ITESM y Doctora en Ciencias con orientación cerámicos por la FCQUANL. Es coordinadora del Posgrado en Química Analítica Ambiental de la FCQ-UANL. Perfil Promep, Miembro del SNI nivel I y Miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Infante Rivera, José de Jesús Ingeniero Químico por la FCQ de la UANL (1998). Maestría en Ingeniería Mecánica con orientación en Materiales de la FIME-UANL (2007). Actualmente es estudiante de Doctorado en la FIME-UANL. Juárez Ramírez, Isaías Licenciado en Química Industrial y Doctorado con Orientación en Ingeniería Cerámica (2004) por la 80 Nava Quintero, Román Jabir Ingeniero Mecánico Electricista (2000) y Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales (2008) por la UANL. Doctorado en cotutela por la UANL y la Universidad Paul Sabatier de Francia (2011). Premio de Investigación UANL 2012. Actualmente labora en el área de investigación y desarrollo de Kemet de México. Peralta Hernández, Juan Manuel Licenciado en Ingeniería Química en el I.T. Toluca. Maestría y Doctorado en Electroquímica en el CIDETEQ. Ha realizado estancias de investigación en la Plataforma Solar de Almería-España y en la Universidad de Barcelona-España. Actualmente es miembro del SNI, Nivel I. Puente Córdova, Jesús Gabino Ingeniero Mecánico Electricista (2010) por la FIMEUANL. Actualmente es estudiante de maestría en el programa de posgrado de la FIME-UANL. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año. XV, No. 57 �Colaboradores Reyes Melo, Martín Edgar Ingeniero en Industrias Alimentarias por la Facultad de Agronomía de la UANL. Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales por la FIME-UANL. Doctorado en Ingeniería de Materiales (2004) en la Universidad Paul Sabatier de Toulouse, Francia. Ha obtenido el Premio de Investigación UANL en 1999, 2004, 2009, 2011 y 2012. Es catedrático investigador en la FIME y el CIIDIT de la UANL. Es miembro del SNI nivel I. Ruiz Gómez, Miguel Ángel Licenciado en Química Industrial (2004) y M.C. en Ingeniería Ambiental (2009), ambas por la UANL. Ha ganado en 2 ocasiones el Premio de Investigación de la UANL. Villanueva Rodríguez, Minerva Química Farmacéutica Bióloga (2005) y Doctora en Ciencias con orientación de Química Analítica Ambiental (2011) por la FCQ-UANL. En el 2012 inicia un posdoctorado en El Colegio de la Frontera Sur ECOSUR, Tapachula. Premio de Investigación UANL 2011. Es miembro del SNI nivel C. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 Sepúlveda Guzmán, Selene Ingeniera Química por la Universidad Autónoma de Coahuila (1998), Doctorado en Polímeros (2005) por el Centro de Investigación en Química Aplicada. Realizó una estancia posdoctoral en la Universidad de Texas en Austin (2007). Miembro del SNI nivel I. Actualmente Profesor Titular en la FIME-UANL Torres Martínez, Leticia M. Licenciada en Química Industrial por la UANL. Doctora en Química de Materiales Cerámicos Avanzados en la Universidad de Aberdeen, Escocia. Actualmente es Directora Adjunta de Desarrollo Científico en el CONACYT. Miembro del SNI Nivel III. Ha recibido más de 50 premios y distinciones a nivel nacional e internacional. Ha ganado en 17 ocasiones el Premio de Investigación UANL, en las áreas de Ciencias Exactas e Ingeniería y Tecnología. Valdez Nava, Zarel Ingeniero Mecánico Metalúrgico y Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales por la UANL. Doctorado en Ingeniería en Materiales, otorgado en cotutela, UANL-Université Paul Sabatier. Investigador del Centre National de la Recherche Scientifique (Francia) desde 2008. 81 �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 que sean validados científicamentre dentro del propio trabajo. No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen 82 mediciones y se efectúe un análisis de correlación para su validación. No se aceptan protocolos de investigación, proyectos, propuestas o trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntos. 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 cinco. La extensión de los artículos no deberá exceder de 12 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, Octubre-Diciembre 2012, Año. XV, No. 57 �http://aplicaciones.its.mx/congreso2012/ Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año XV, No. 57 83 �84 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2012, Año. XV, No. 57 � 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 2012 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 15 Número Número de la revista 57 Mes de publicación Mes cuando se publicó Octubre-Diciembre 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, 2012, Año 15, No 57, Octubre-Diciembre 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 01/10/2012 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 2020820 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 Dieléctrico Fotocatálisis solar Materiales multifuncionales Polímero Polivinil butiral Viscoelasticidad