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����Análisis de superficie de alambrón de
cobre con microscopía de fuerza atómica♦
Xavier Guerrero, Carlos Guerrero, Moisés Hinojosa,*
René Garza**
Resumen
Diversos factores afectan el proceso de
multiestirado durante la transformación de
alambrón de cobre en alambre para usos eléctricos.
Uno de ellos es la calidad de su superficie, ya que
irregularidades en la misma, v.g., inclusiones, alta
rugosidad, fracturas, grietas, etc., provocarán
reventones en la operación, con la correspondiente
baja en la eficiencia del proceso. En este trabajo se
compara la calidad de la superficie del alambrón
de cobre de seis productores de este material,
evaluando la rugosidad de las superficies mediante
un microscopio de fuerza atómica. Mientras menos
rugosas, mejor será la calidad de la superficie.
1. INTRODUCCIÓN
La calidad de la superficie del♦ alambrón de
cobre es uno de los problemas importantes en la
operación de estirado de alambre a alta velocidad.
Está bien documentado en la literatura técnica1,2 que
para la manufactura del alambre magneto se
necesita una calidad superficial del alambrón muy
elevada, es decir libre de defectos y lo más lisa
posible. Mientras más grande sea el calibre del
alambre a fabricar, más determinante será la calidad
de la superficie del alambrón.
Dependiendo de los resultados de esta inspección,
el alambrón de cobre se clasifica de acuerdo a la
Tabla 1.
Tabla 1. Clasificación de las características
3
superficiales en la prueba de torsión 10x10
GRADO
1
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
CARACTERÍSTICAS DE LA
SUPERFICIE
Muy bien Sin defectos visibles
2
Bien
Desprendimientos y grietas
visibles
3
Regular
Grietas, levantamientos y
desprendimientos visibles
4
Mal
Grietas, levantamientos y
desprendimientos severos
La microscopía *óptica y electrónica, así como la
perfilometría,4 son técnicas que también se usan
ampliamente para la clasificación de la calidad
superficial del alambre o del alambrón de cobre.
Sin embargo, en este trabajo se presenta otra técnica
que permite la evaluación de la topografía del
alambrón usando microscopía de fuerza atómica,
MFA (figura 1).
Una metodología seguida para evaluar la calidad
superficial del alambrón consiste en aplicar la
norma mexicana NMX-J-215.3 Esta es una prueba
de torsión en la cual una muestra de 35 cm de
longitud y de diámetro nominal 8 mm se somete a
torsión, 10 vueltas hacia un lado y después otras 10
en sentido contrario. Enseguida, la muestra se
inspecciona visualmente en busca de grietas,
levantamientos o desprendimientos en la superficie.
♦
Este trabajo fue presentado en la 68th Annual
Convention, The Wire Association International,
Cleveland OH, June 1998.
NIVEL
Figura 1. Microscopio de Fuerza Atómica.
*
Doctorado en Ingeniería de Materiales, FIME-UANL.
**
Planta Alambre Magneto, Conductores Monterrey.
3
�Análisis de superficie de alambrón de cobre con microscopía de fuerza atómica
Esta técnica permite la medición, de manera
precisa, de la rugosidad de la superficie analizada.
Se pretende probar que este método puede llegar a
ser una herramienta poderosa en la determinación
no subjetiva de la calidad de la superficie del
alambrón de cobre.
2. MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA
MFA es una técnica basada en la construcción
de imágenes digitales a partir de la medición de las
fuerzas de atracción y de repulsión entre los átomos
de una punta y los de la superficie a analizar. La
figura 2 muestra el arreglo del MFA. La punta está
colocada en el extremo libre de un cantilever. Las
fuerzas entre la punta y la superficie de la muestra
harán que el cantilever se flexione. Un detector
mide la deflexión a medida que la muestra se hace
pasar por debajo de la punta. Dicha deflexión se
envía como señal de entrada a un circuito de retroalimentación que mueve el escaner en donde está
colocada la muestra hacia arriba o hacia abajo,
manteniendo la deflexión del cantilever constante,
respondiendo de esta manera a la topografía de la
muestra.5 En este caso, la imagen se genera a partir
del movimiento del escaner.
3. EXPERIMENTACIÓN
Se seleccionaron de manera aleatoria muestras
de un metro de longitud de alambrón de cobre de 8
mm de diámetro manufacturado por 6 proveedores
de una compañía del ramo eléctrico de la localidad.
Después de limpiar con ultrasonido las muestras,
se hicieron cortes de 35 cm en cada una de ellas
para someterlas a la prueba de torsión. De la
muestra restante se tomaron cortes transversales de
5 mm de espesor para hacer barridos de 10x10 µm
de la superficie, en sentido longitudinal, con el
MFA.
Con los perfiles de altura que el instrumento ha
medido, el software del MFA calcula la rugosidad
cuadrada media (root-mean-squared roughness),
Rrms, de acuerdo a la expresión siguiente6:
Rrms = {[Σ(Zn-Zav)2]/(n-1)}1/2
(1)
Donde Zav representa la altura promedio de todo
el perfil y n el número total de datos medidos.
Mientras más grande sea Rrms mayor será la
rugosidad de la superficie.
4. RESULTADOS
La figura 3 presenta una imagen típica, en dos
dimensiones, de la superficie de un material
obtenida con el MFA.7 En ésta se pueden apreciar
las diferentes posiciones en donde fue realizado el
análisis de la rugosidad superficial, Fig. 3.a,
generando los perfiles de alturas correspondientes,
Fig. 3.b.
Figura 2. Diagrama esquemático del MFA.
4
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Xavier Guerrero, Carlos Guerrero, Moisés Hinojosa, René Garza
4, Fig.7, presenta hendiduras muy visibles.
Aparentemente, las menos irregulares son las Figs.
5 y 6 correspondiendo éstas a los proveedores 2 y3.
(a)
Figura 4. Superficie del alambrón de cobre
proporcionado por el proveedor 1
Estos resultados cualitativos concuerdan con las
mediciones de rugosidad reportadas en la Tabla 2.
Para todos los casos, el barrido se realizó en una
superficie de 10x10 µm, salvo en el caso del
proveedor 4, el cual fue de 8x8 µm.
(b)
Figura 3. (a) Imagen 2-D típica en donde se
presenta la medición de diferentes perfiles de altura
en la muestra. (b) Perfiles de altura medidos.7
Este mismo análisis se realizó para cada una de
las 6 muestras seleccionadas. En las figuras 4 a la 9
se observan imágenes 3-D de la superficie de los
especímenes de alambrón de cobre sin torcer. En
todos ellos se ven las crestas y valles que
conforman la topografía de las muestras.
El análisis visual de dichas figuras establece que
las muestras de los proveedores 4 y 5, Figs. 7 y 8,
son las más irregulares. De hecho, la del proveedor
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
Figura 5. Superficie del alambrón de cobre
proporcionado por el proveedor 2
5
�Análisis de superficie de alambrón de cobre con microscopía de fuerza atómica
Figura 6. Superficie del alambrón de cobre
proporcionado por el proveedor 3
Figura 8. Superficie del alambrón de cobre
proporcionado por el proveedor 5
Figura 9. Superficie del alambrón de cobre
proporcionado por el proveedor 6
Figura 7. Superficie del alambrón de cobre
proporcionado por el proveedor 4
6
Analizando los resultados obtenidos se establece
que, desde el punto de vista rugosidad, el proveedor
que posee mejor calidad superficial es el número 2,
seguido de cerca por el número 3. Los peores son
los proveedores 5 y 6, situados muy lejos de los
mejores.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Xavier Guerrero, Carlos Guerrero, Moisés Hinojosa, René Garza
La Tabla 3 muestra los resultados de la prueba
de torsión. De nuevo, los resultados concuerdan con
los obtenidos con el MFA, ya que establece como
mejores opciones los materiales de los proveedores
2 y 3.
Tabla 3. Resultados de la prueba de torsión
realizada en las muestras de los seis proveedores
Tabla 2. Mediciones de rugosidad cuadrática media
en la superficie de las muestras de los seis
proveedores.
Proveedor
Rrms (Å)
1
2,271
2
1,199
3
1,643
Proveedor
Estándar
Sugerencia
4
2,547
1
4 (mal)
No utilizar
5
2,286
2
1 (muy bien)
Utilizar
6
2,812
3
2 (bien)
Utilizar
4
3 (regular)
No utilizar
5
4 (mal)
No utilizar
6
3 (regular)
No utilizar
5. CONCLUSIÓN
La obtención de la rugosidad cuadrática media
en las superficies del alambrón de cobre permite
establecer, de manera cuantitativa, su calidad
superficial. La evaluación de este parámetro
utilizando los perfiles de alturas generados por el
microscopio de fuerza atómica marcan al proveedor
2 como el mejor, siendo el proveedor 3 una segunda
opción confiable. Estos mismos resultados sugieren
que los materiales de los otros cuatro proveedores
sean utilizados con reservas.
Los resultados obtenidos en este trabajo
demuestran que el MFA puede llegar a ser una
herramienta muy poderosa en la clasificación de la
calidad superficial de los materiales.
AGRADECIMIENTOS
Los autores quieren agradecer la valiosa ayuda
aportada por Enrique López y Edgar Reyes.
REFERENCIAS
1. Guerrero X., Tesis de Licenciatura, Universidad
de Monterrey, Monterrey, México (1996).
2. Enos S., Young S., 66th Annual Convention,
The Wire Association International, Charlotte,
NC USA (1996).
3. Norma NMX-J-215-1994, Asociación Nac. De
Normalización y Certificación del Sector
Eléctrico, ANCE, México (1994).
4. Baker G., Wright R. N; Nonferrous Wire
Handbook, Vol. 3, The WAI, CT USA (1995)
5. Howland R., Benatar L. A Practical Guide to
Scanning Probe Microscopy, Park Scientific
Instruments, CA USA (1995).
6. User's Guide to Autoprobe CP and LS, Park
Scientific Instruments, CA USA (1997).
7. Reyes E., Guerrero C., a ser presentado en SPE
ANTEC 2000, Orlando, FL USA (2000)
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
7
�Situación actual y perspectivas de la
educación en ingeniería en México
Parte II: Propuestas♦
Diódoro Guerra Rodríguez*
al ejercicio de los profesionales en ingeniería. Sin
embargo, para las instituciones de educación superior,
centros de investigación y empresas, que convergen en
el marco de una política que estimule la formación de
recursos humanos especializados, los aspectos
relacionados con las Ingenierías constituyen un factor
determinante de su quehacer por el intrínseco carácter
transformador de esta profesión.
4.
ALGUNAS
PROPUESTAS
PARA
FORTALECER LAS INGENIERÍAS E
IMPULSAR EL DESARROLLO DEL PAÍS.
♦
La obtención de una capacidad tecnológica
que pueda servir de base para el crecimiento
económico y el mejoramiento del bienestar
social, debe ser el resultado del esfuerzo
integrador de la sociedad: en ello juega un papel
de primera importancia el apoyo al desarrollo y
♦
Conferencia impartida el 19 de Mayo de 1999 en el
XXIII Congreso de la Academia Nacional de
Ingeniería realizado en la Ciudad de Monterrey.
En la primera parte se realizó un diagnóstico de la
educación en ingeniería en México, en esta segunda
parte se presentan propuestas sobre dicho tema.
8
Tomando en consideración la perspectiva de desarrollo
nacional, es factible identificar una agenda de tareas
tendientes a potenciar el papel de los ingenieros en el
desarrollo nacional; en tal sentido, a continuación
presentamos tres conjuntos de propuestas. Las
primeras, sobre la educación de la ingeniería, están
dirigidas a proporcionar mejores condiciones para la
formación, incluida su relación con las actividades de
investigación científica y tecnológica; las segundas,
están orientadas a incidir positivamente en el ejercicio
y desempeño profesional de los ingenieros; y las
*
terceras, establecen una serie de estrategias para
lograr una mayor participación de la ingeniería en el
desarrollo nacional.
4.1. EDUCACIÓN EN INGENIERÍA
Planeación Educativa
Cobertura. En virtud de que las áreas relacionadas con
las Ingenierías y las ciencias físico-matemáticas son de
las que presentan una menor demanda en las
instituciones de educación superior, y de que los
profesionales de estas áreas son precisamente los que
actúan en los sectores clave para el desarrollo, se deben
establecer programas de estímulos y de apoyos que
permitan incrementar significativamente la cobertura
de las carreras relacionadas.
*
Director General del Instituto Politécnico Nacional
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Diódoro Guerra Rodríguez
Nuevas Carreras y Diversificación de la
Oferta Educativa. El avance acelerado y
permanente del conocimiento, así como las
nuevas necesidades de los diferentes sectores,
exigen una revisión continua de la oferta
educativa que permita crear o modificar las
carreras que constituyen un requerimiento
impostergable e imposible de ser satisfecho
mediante la actualización de planes y programas.
Del mismo modo, habrá que considerar la
diversificación de la oferta de carreras para
evitar la sobresaturación en las áreas
tradicionales.
Así mismo, desde el diseño curricular se deben
establecer "paquetes de conocimiento", clasificando y
agrupando las asignaturas básicas y de especialidad,
para permitir que quienes deseen ejercer la ingeniería
en el campo práctico, así como quienes desean seguir
estudios de posgrado en ciencias de la ingeniería o
muestren capacidades para la investigación, desde el
aula cuenten con el conocimiento, los elementos
conceptuales y el apoyo académico necesarios para
canalizar y concretar su vocación profesional. Este
esquema, además, redundaría en un impulso a la
formación de posgrado y al número de investigadores
científicos y tecnológicos.
Pertinencia y Vinculación.
Fortalecimiento de la Enseñanza. La formación que
se otorgue a los futuros ingenieros, requiere ser flexible
con mayores bases científicas, así como proporcionar
capacidades genéricas y polivalentes, en tal sentido, es
deseable que reúna las siguientes características: a)
sólida formación en ciencias básicas: matemáticas,
física y química; b) atención a las ciencias de la
ingeniería; c) impulso al diseño en ingeniería; y d)
complementar la formación con aspectos sociales y
humanísticos que otorguen al ingeniero un sentido de
responsabilidad y el cuidado del medio ambiente.
Deberán fomentarse e instrumentarse sólidos
programas de cooperación bilateral y
multilateral, en los que se involucren empresas
públicas y privadas, universidades e institutos de
investigación y, en fin, todos los sectores
interesados en la superación y el mejoramiento
de los estudios de ingeniería. Las acciones deben
sustentarse en un programa de vinculación entre
educación, ciencia y tecnología, que impulse el
desarrollo tecnológico e impacte en los procesos
productivos.
Quehacer Académico
Desarrollo Curricular. En esta perspectiva se
considera imprescindible la flexibilización y
sistematización del desarrollo curricular que
permita la actualización permanente de los
planes, programas y contenidos educativos de las
carreras del área en la misma velocidad con que
se genera el desarrollo de la ciencia y la
tecnología. La formación debe orientarse hacia
las especialidades aunque por la naturaleza
cambiante de las tecnologías, deberá evitarse la
sobreespecialización.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
Incremento del Nivel Académico. La formación de
los ingenieros requiere adecuarse a las condiciones de
competitividad que se dan en el mundo actual, por ello,
y reconociendo el excelente prestigio del ingeniero
mexicano, sería recomendable incrementar su nivel
académico, de tal forma que su preparación formal
incluyera la especialización e incluso una maestría,
para que al egresar sea un candidato idóneo a los
estudios de Doctorado en Ciencias, con lo que se
fortalecerá este nivel de estudios.
Perfil del Egresado. En formación de los ingenieros,
se deberá considerar de manera estratégica el
desarrollo de habilidades para el diseño, la innovación
y la creatividad, la currícula debe considerar el énfasis
en una orientación bien definida al final de la carrera.
9
�Situación actual y perspectiva de la educación en Ingeniería en México
Es decir, desde el proceso educativo se debe
preparar a los futuros profesionistas para
incorporarse a alguno de los siguientes campos:
• Planeación y Administración Global de
Proyectos
• Producción y Mantenimiento
• Innovación y Desarrollo Tecnológico
• Investigación Científica y Docencia
Calidad. La educación en las Ingenierías, y todo
el sistema educativo nacional en general,
deberán implementar procesos tendientes a la
búsqueda de la calidad, sustentados en proyectos
y acciones que garanticen la certificación de los
egresados y la acreditación de los programas
académicos de las Instituciones Educativas, de
acuerdo con estándares y referentes reconocidos
internacionalmente. Para ello, se debe apoyar la
flexibilidad, sistematización y evaluación de los
planes y programas de estudio de las
instituciones educativas que ofrecen las carreras
de ingeniería, para favorecer la adecuación, la
actualización, el mejoramiento y la acreditación
permanente con la misma velocidad que se da el
avance del conocimiento en ciencia y tecnología.
Del mismo modo, a través de las agrupaciones y
colegios de profesionistas debemos promover la
participación activa en el Consejo de
Acreditación y Certificación de la Enseñanza de
la Ingeniería (CACEI), para hacer válidos los
acuerdos marcados en esta materia en el Tratado
de Libre Comercio.
Educación a lo Largo de la Vida. Una de las
más importantes recomendaciones de la
UNESCO para la educación en el siglo XXI, es
precisamente la educación a lo largo de la vida.
Este concepto debe considerarse para todas las
áreas educativas pero especialmente para la
10
ingeniería, donde el avance del conocimiento y el
contexto
tecnológico
exige
mantenerse
permanentemente actualizado, por tanto, sobre la base
de la actualización de los contenidos curriculares se
debe tener la capacidad de diseñar y aplicar módulos
específicos de actualización para los profesionales de
la ingeniería.
Impulso a la investigación. Se debe impulsar la
investigación científica y tecnológica como un medio
para fomentar la creatividad y fortalecer el desempeño
de los ingenieros, generar atractivos para los egresados
de las instituciones educativas, abrir fuentes de empleo
al expandirse las áreas de influencia profesional y
ampliar las posibilidades de contar con una tecnología
propia.
Investigación Aplicada y Gestión Tecnológica. Es
importante respaldar la investigación aplicada en los
dominios de la Ingeniería, cuyos resultados comienzan
a impactar nuestro entorno cotidiano a través de sus
aplicaciones en proyectos avanzados. En tal sentido,
como parte del fortalecimiento de una cultura
tecnológica, debemos promover la inversión en
proyectos de riesgo compartido entre las instituciones
educativas, las empresas y los sectores sociales, con la
participación de los ingenieros y sus organizaciones,
que contribuyan al desarrollo de tecnología propia y de
calidad.
4.2. EJERCICIO Y DESEMPEÑO
PROFESIONAL
Como mencioné, este segundo grupo de propuestas
constituyen algunas consideraciones para mejorar el
desempeño profesional de los ingenieros.
Fortalecimiento de la Formación. Se debe promover
una orientación educativa de las licenciaturas y el
posgrado hacia la investigación básica y aplicada, así
como hacia la ingeniería global, que exigen una visión
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Diódoro Guerra Rodríguez
más sistemática, conocimiento científicotecnológico riguroso, capacidad para asimilar
tecnología, administrarla y adaptarla; habilidad
creativa para innovar en la práctica profesional y
el desarrollo de tecnología, así como tener una
disposición para recibir actualización constante
de los conocimientos.
Estímulos y Compensaciones. Debemos buscar,
mediante la vinculación entre las asociaciones de
colegios de profesionistas, los sectores
productivos y las instancias gubernamentales
correspondientes,
el
establecimiento
de
estímulos y compensaciones para los
profesionales de la ingeniería dedicados
especialmente al desarrollo de proyectos de
innovación y creatividad tecnológica.
La Tecnología en la Industria. Los ingenieros,
tienen la gran responsabilidad de contribuir a
fortalecer la capacidad tecnológica de la
industria mexicana para alcanzar los niveles
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
competitivos que demandan los mercados externos.
Para ello, deben poner lo mejor de sus capacidades, sus
conocimientos y su disposición a la creatividad, para
lograr, mediante su ejercicio profesional, incorporar
innovaciones que impulsen la modernización
tecnológica de los procesos productivos.
Integración de la Investigación Científica y
Tecnológica Conjuntamente debemos impulsar la
presencia de los ingenieros en la integración de los
procesos de creación de conocimiento y sus
aplicaciones, en el ámbito de las llamadas nuevas
tecnologías, con la premisa de la explotación racional
de los ecosistemas.
Ejercicio Profesional. De acuerdo con los esquemas
de competitividad profesional, y con el concepto de
educación a lo largo de la vida, es necesario promover
la realización de estudios integrales de la relación
formación-desempeño laboral, para lo cual se debe
considerar un análisis que parte desde el estudio de los
sistemas de formación, pasando por programas y
11
�Situación actual y perspectiva de la educación en Ingeniería en México
planes de estudios en los distintos niveles
educativos, y que vaya hasta la relación entre la
demostración de las habilidades, capacidades y
conocimientos adquiridos en la academia, y la
posibilidad de ofrecer una respuesta integral a
las necesidades de los sectores productivos.
Certificación de profesionales. Se deberá
certificar permanentemente la calidad del
ejercicio profesional de los ingenieros mediante
la evaluación de los niveles de desempeño para
determinar necesidades de actualización y
especialización, así como de desarrollo
profesional, con el propósito de garantizar la
competencia profesional en igualdad de
circunstancias y con el sentido de reciprocidad
que señalan los tratados suscritos por nuestro
país.
Igualdad de Condiciones Laborales. De
acuerdo con lo señalado en la legislación de la
materia y con los cambios que se están
planteando tanto en el ámbito legal, como en las
disposiciones reglamentarias, habrá que precisar
el marco regulatorio, a fin de garantizar a través
de los mecanismos convenidos el pleno derecho
de los ingenieros de incorporarse al mercado
laboral en igualdad de condiciones que los
provenientes de otros países.
4.3. DESARROLLO NACIONAL.
Este tercer grupo de propuestas, incluida una
visión prospectiva, están orientadas a potenciar
el papel de los ingenieros en aspectos y sectores
estratégicos para el desarrollo nacional, como la
economía y productividad, la infraestructura, y
las expresiones del desarrollo rural, urbano,
humano y sustentable.
12
Economía y Productividad. La academia, los colegios
y asociaciones de profesionistas, los sectores
económicos y la sociedad en su conjunto, debemos
generar condiciones para lograr una mayor
participación de los ingenieros en los procesos
económicos, a fin de contribuir a incorporar
tecnologías que permitan a los sectores productivos
elevar su productividad y competitividad. Recordemos
que, como lo señalé al principio de mi exposición, en
esta era tecnoglobal compiten las sociedades, no sólo
las empresas.
En esta perspectiva, los ingenieros deben contribuir a
la modernización de la capacidad tecnológica de todos
los sectores económicos para impulsar la cimentación
de una economía favorable para el crecimiento y la
estabilidad de los factores macroeconómicos, mediante
la realización de acciones que alienten la productividad
y estimulen la inversión.
Infraestructura. Los países emergentes están
considerando la infraestructura básica, como un
elemento esencial que permite potenciar gran parte de
sus actividades económicas y productivas, y establecer
las bases de un desarrollo sustentable. En tal sentido,
debemos aprovechar el conocimiento acumulado y el
potencial creativo de los ingenieros para continuar
impulsando el desarrollo de la infraestructura básica
que sirva de sustento para el desarrollo nacional.
Un elemento adicional a la infraestructura, son las
telecomunicaciones y la computación, que en los
últimos años han cobrado una importancia significativa
porque permiten eliminar distancias, modificar y
agilizar procesos, y tener acceso a los principales
avances del conocimiento prácticamente en el
momento en que se generan. Consecuentemente,
constituyen una estrategia necesaria para el desarrollo.
El impulso a las redes, las telecomunicaciones, las
tecnologías de la información, por mencionar algunas,
deben constituirse en paradigmas de la ingeniería.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Diódoro Guerra Rodríguez
Desarrollo Rural. Son dos los enfoques del
desarrollo rural, la producción de alimentos y los
rezagos de la marginación social, y es en el
campo donde se tienen algunos de nuestros
mayores retos para la aplicación del
conocimiento. Es necesario propiciar acciones
concretas de los Ingenieros para impulsar el
aumento de la productividad, facilitando el
acceso a nuevas alternativas de producción que
permitan promover iniciativas para apoyar el
cambio tecnológico en el agro mexicano, y con
ello, los niveles de bienestar de la población
rural.
Desarrollo Urbano. Un tema de especial
interés, es el de fomentar la participación de los
ingenieros en la planeación del desarrollo urbano
proponiendo soluciones a los problemas de
contaminación ambiental, escasez de vivienda y
precarismo urbano, insuficiencia de servicios
básicos, (agua, drenaje y transporte), la
insalubridad y el desabasto, así como coordinar
las áreas de la ingeniería que en el próximo siglo
deberán abocarse a la solución de los problemas
relacionados con el ahorro del espacio y la
energía.
derivadas de la formación que permitan impulsar un
proceso de desarrollo integral y sustentable; preservar
el medio ambiente y coadyuvar a la búsqueda de
recursos energéticos sostenibles, renovables y limpios
para hacer frente a la demanda global de combustibles.
Asimismo, se debe impulsar un desarrollo tecnológico
ecológicamente respetuoso con el entorno natural y
capaz de llevar a cabo una gestión más eficaz de la
energía y el agua, así como promover la búsqueda de
soluciones a los problemas que genera el ecosistema
urbano.
Acuerdo Nacional para el Desarrollo Científico y
Tecnológico. Conjuntamente, debemos promover la
participación de los ingenieros en la definición e
Desarrollo Humano y Social. La participación
de los ingenieros en el mejoramiento de los
factores que constituyen el desarrollo humano,
puede cobrar una mayor calidad si se fortalecen
los aspectos relacionados con la educación, el
incremento del PIB y el mejoramiento de las
condiciones para lograr una mejor salud social
en los ámbitos de responsabilidad de los
profesionales y los organismos que los
representan.
Sustentabilidad Ambiental. Se debe crear entre
nuestros profesionales y las asociaciones, una
cultura de protección al ambiente sustentada en
el conocimiento de frontera y en las capacidades
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
13
�Situación actual y perspectiva de la educación en Ingeniería en México
instrumentación de un acuerdo nacional de
desarrollo tecnológico como marco de referencia
para la planeación nacional, regional, sectorial e
institucional.
Visión Prospectiva.
Al tiempo que fortalecemos la presencia del
ingeniero en el desarrollo nacional, lo cual
constituye una prioridad en este próximo siglo
XXI, debemos generar líneas de trabajo con una
visión de futuro, en campos y actividades
estratégicas como las siguientes:
Estudios Prospectivos. Realizar estudios y
análisis prospectivos para determinar los
requerimientos de los ingenieros en el lapso de
15 años, así como sus perfiles profesionales y los
estándares de su calificación profesional, y
diseñar estrategias para fortalecer la vinculación
de los desarrollos de la ingeniería con las
necesidades del país.
Nuevas Áreas del Conocimiento. Participar en
el desarrollo de las nuevas áreas del
conocimiento que se están investigando en
México y en el mundo, y promover y apoyar los
estudios de ingeniería que respondan a los
avances científicos y tecnológicos de nuestro
tiempo.
Tecnología para la Gestión de los Recursos
Naturales. Promover la asesoría de las
asociaciones de ingenieros para que la
observación y captura de datos vía satélite sea
empleada para mejorar la gestión cotidiana de
los recursos naturales.
Nuevas Técnicas. Promover la incorporación de
las nuevas técnicas, servicios y productos que se
desprendan de los nuevos avances del
conocimiento, con el concurso de las
14
asociaciones de ingeniería relacionadas con estas
disciplinas.
COMENTARIOS FINALES.
Resulta indiscutible que la globalización y la
competitividad, están determinando nuevas formas de
hacer y de pensar en todos los órdenes de la vida, y que
el conocimiento se está convirtiendo en el principal
activo del desarrollo de los países. Como señala Peter
Drucker, "el conocimiento es diferente de todos los
demás recursos. Se vuelve obsoleto constantemente, de
modo que el avanzado de hoy es la ignorancia de
mañana. Y el conocimiento que importa está sometido
a cambios rápidos y abruptos, desde la farmacología a
la genética, por ejemplo, o desde las PC`s hasta el
internet. La productividad del conocimiento y de sus
trabajadores no será el único factor competitivo de la
economía, pero es probable que se convierta en el
factor decisivo."
Estos son los escenarios de una sociedad del
conocimiento, a nosotros nos corresponde dar un rostro
humano a estos procesos, por ello, nuestro énfasis en
ponderar el papel de los ingenieros desde un enfoque
integral, ya que estamos convencidos de que el avance
del país está condicionado a los logros que podamos
obtener de los conocimientos científicos y las
innovaciones tecnológicas y de su impacto en las
estructuras económicas y sociales, y de que en este
ámbito destacan las Ingenierías, ya que representan
áreas sustantivas y prioritarias.
En ese sentido, habrá que establecer urgentemente,
mecanismos y programas de apoyo a las acciones
propuestas, si es que queremos realmente dar el salto
cuántico que nos permita construir la plataforma
tecnológica que requiere el desarrollo socioeconómico
de la Nación.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Laboratorio de alcance de radiaciones
nucleares basado en microcomputadora
Gabriel Martínez Alonso*
Rodolfo Losada Ucha*
RESUMEN:
El uso de la computación en la enseñanza es
cada vez más amplio. Una de las direcciones más
importantes es la de la utilización como sistema de
medición y elaboración de datos experimentales, en
las prácticas de laboratorio, por las posibilidades
de un aprendizaje más efectivo. El presente trabajo
muestra la aplicación de un sistema acoplado a una
microcomputadora, para una práctica de alcance
de radiaciones nucleares, utilizada en los
programas de Física para Ingenierías, en la
Universidad de Camagüey, Cuba.
INTRODUCCIÓN
La computación ha tenido una enorme influencia
en la enseñanza a todos los niveles. Su utilización
ha sido muy amplia y en diversas formas.
Específicamente en los laboratorios de Física
pueden
encontrarse
aplicaciones
de
las
computadoras que van desde el brindar
orientaciones a los alumnos hasta la captura y
elaboración
de
datos
experimentales
en
instalaciones conectadas directamente a las
máquinas.
En el presente trabajo se muestra un desarrollo
de un Laboratorio Basado en Microcomputadoras
para realizar la práctica de Laboratorio de Alcance
de Radiaciones Nucleares, correspondiente al
programa de Física III, de la disciplina de Física
para Ingenierías, que se imparte en la Universidad
de Camagüey. En este caso se diseñó una
instalación experimental que permitiera el logro de
determinados objetivos del proceso docente
educativo, como son fundamentalmente que el
estudiante se apropie de las características
esenciales del proceso estudiado y lo haga
aplicando un método experimental de la Ciencia. Se
muestran los resultados de la utilización de esta
instalación durante *dos cursos en el Laboratorio de
Óptica de la mencionada Universidad.
DESARROLLO
Fundamentación
La utilización de los Laboratorios Basados en
Microcomputadoras ha sido discutida en muchos
trabajos dedicados al tema, como puede ser un
ejemplo los trabajos presentados en la Conferencia
Internacional del Grupo GIREP1, de enseñanza de la
Física en 1996. Incluso se ha señalado la influencia
que han tenido en los métodos y formas de
enseñanza.2 Algunos trabajos clásicos3 señalan
como aspecto importante que dado que la
computadora es capaz de capturar, mostrar y
elaborar los datos experimentales de forma rápida y
exacta, esto permite a los estudiantes establecer los
nexos entre elementos concretos del mundo real y
las representaciones abstractas de la Física.
Es importante tener claro cuál es el propósito
que se busca al utilizar la computadora en una
actividad docente determinada, pues de lo contrario
*
Profesores del departamento de Física, Universidad de
Camagüey, Cuba.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
15
�Laboratorio de alcance de radiaciones nucleares basado en microcomputadora
se puede caer en el uso y abuso de la misma,
señalado en algunas fuentes4 como una tendencia
desfavorable en el uso de estas técnicas.
2. Aplicación del método de linealización de
dependencias exponenciales, utilizando logaritmos.
Los trabajos desarrollados en la Universidad de
Turfts y Oregon5 relativos al uso de las
computadoras en instalaciones de Laboratorio, por
ejemplo, están fundamentados didácticamente por
las dificultades encontradas en la asimilación, por
parte de los estudiantes, de los conceptos
cinemáticos de velocidad, aceleración etc., que
fueron salvadas, en gran parte, con la utilización de
instalaciones que permitían que los alumnos
tuvieran una percepción más directa de lo que
representan estos conceptos en fenómenos
directamente experimentados por ellos.
Habilidades generales:
En nuestro caso la práctica de laboratorio de
Alcance de Radiaciones Nucleares, correspondiente
al curso de Física III, de las Ingenierías Química,
Eléctrica, Mecánica y Civil, se imparte en la
Universidad de Camagüey en el tercer semestre de
la disciplina Física para Ingenieros.
Las habilidades relacionadas con la práctica de
acuerdo al momento del curso en que se realiza,
pueden clasificarse en tres tipos:
Habilidades teóricas:
1. Obtener la expresión matemática que
describe la dependencia del flujo de partículas beta
con el espesor del material.
2. Comparar el alcance (poder de penetración)
de la radiación beta y la radiación gamma, en el
mismo material.
Habilidades prácticas:
1. Aplicación de las medidas de seguridad
para el manejo seguro de fuentes radioactivas
cerradas de baja actividad.
16
1. Aplicar los pasos del Método Científico
Experimental, para desarrollar un proceso de
investigación que le permita dar respuesta a los
problemas que tiene planteados.
2. Relacionar las características del fenómeno
estudiado con alguna aplicación práctica, que dé
respuesta a un problema de origen tecnológico.
El objetivo que el estudiante desarrolle una
pequeña investigación del fenómeno de absorción
de radiaciones nucleares en un material está acorde
con las tendencias pedagógicas contemporáneas6,
que insisten en que los laboratorios no sean
realizados en forma de recetas preestablecidas por
el profesor, sino que se dé al estudiante la
independencia suficiente para que desarrolle el
trabajo de acuerdo a sus propios diseños e ideas,
acercando más el trabajo de laboratorio a la práctica
de la Ciencia.
Para que la instalación permita el desarrollo de
lo planteado y que el alumno, en el tiempo que tiene
disponible (90 minutos), pueda resolver la tarea es
necesario que el equipamiento disponible cumpla
ciertos requisitos. Entre ellos podemos plantear:
•
Rapidez y exactitud, en la captura de los datos
experimentales.
•
Un procesamiento inicial de los datos, de forma
que en la misma sesión de laboratorio pueda
llegar a ciertas conclusiones.
•
Cierta libertad de operación, que posibilite al
alumno actuar independientemente sin que
provoque daño al equipo o a sí mismo.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Gabriel Martínez Alonso, Rodolfo Losada Ucha
•
Fácil manejo.
•
Indicaciones precisas, cuando lo necesite.
Estos requisitos son cumplidos de forma
satisfactoria por una instalación experimental
acoplada a una microcomputadora, ya que mediante
el software que se elabore se pueden brindar las
indicaciones necesarias, prever cualquier manejo
incorrecto sin provocar roturas y además garantiza
una rapidez y exactitud en los datos capturados. Por
otra parte el programa permite un procesamiento de
los datos experimentales que posibilitan que el
alumno pueda arribar a ciertas conclusiones, en la
misma sesión de laboratorio.
Aquí se ve que el uso de una instalación
acoplada a una microcomputadora se necesita
debido a las demandas y la situación del proceso de
enseñanza aprendizaje.
Por ello la hipótesis planteada en la
investigación pedagógica desarrollada puede ser
formulada como:
La utilización de un sistema para el estudio del
alcance de radiaciones nucleares, acoplado a una
computadora mediante una interfase, permite que en
el tiempo dedicado a la práctica de laboratorio (90
minutos) los alumnos puedan, aplicando el Método
Científico Experimental, obtener las conclusiones
pertinentes acerca de la dependencia del flujo de
radiación beta con el espesor de material y sobre la
comparación del poder de penetración de la
radiación beta y gamma.
I.
Desarrollo de la práctica.
Para la investigación se planteó la tarea de
desarrollar un sistema que permitiera acoplar el
detector de Geiger Müller, destinado a detectar las
radiaciones nucleares, a una computadora a través
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
de una interfase. Además se desarrolló un software,
en Power Basic, para el manejo del sistema.
El sistema consiste en el detector de Geiger
Müller de halógeno tipo ZP – 1481, la interfase que
realiza las funciones de controlar la alimentación
del alto voltaje del detector y recibir los pulsos del
mismo, conformándolos como pulsos TTL, para
enviarlos a la computadora a través del puerto
paralelo, una fuente de alimentación de alto voltaje
y una computadora. El software controla el tiempo
de las mediciones a partir del reloj de la
computadora, lo cual asegura la exactitud de esta
medición.
Se elaboraron las indicaciones pertinentes para
los alumnos, con un contenido que se consideró
mínimo para que el alumno pudiera realizar la
práctica sin ser una receta de cocina, que limitara su
independencia. En las indicaciones que se le da a
los alumnos se le plantean dos problemas a
investigar, que el debe responder al final del
trabajo, que son:
1. ¿Cómo depende el flujo de partículas beta,
que atraviesan la sustancia, del espesor de la
misma?
2. ¿Cuál es más penetrante, la radiación beta o
la gamma?
Para ello se le plantea disponer del siguiente
equipamiento:
1)
Conjunto de Fuentes Radiactivas.
2)
Detector de radiaciones nucleares.
3)
Una computadora acoplada al detector.
4) Conjunto de láminas de Aluminio de
espesor 0.15 mm.
17
�Laboratorio de alcance de radiaciones nucleares basado en microcomputadora
5) Un programa, cargado en la computadora,
que posibilita la realización de mediciones, su
conservación y procesamiento.
3 no plantean que dependencia debe obtenerse
(hipótesis a), pues no poseían el conocimiento para
expresarla.
Se le da además una pequeña explicación de la
función de cada parte del sistema, para que conozca
cómo es el funcionamiento del mismo y no lo tome
como una “caja negra”.
A continuación se les pidió diseñaran el
experimento para comprobar las hipótesis, lo cual
fue realizado por todos los equipos correctamente,
planteando que debían medir el flujo para diferentes
números de láminas de aluminio colocadas entre el
detector y la fuente radiactiva.
Para responder las preguntas propuestas, los
equipos de 2 o 3 estudiantes plantearon las hipótesis
que creyeron convenientes, siguiendo los pasos del
Método Científico experimental. Para el
planteamiento de las hipótesis contaban con los
conocimientos teóricos, que ya habían recibido en
las conferencias, aunque debe señalarse que en
detalle no se estudia la dependencia matemática del
flujo de partículas beta con el espesor del material,
sino que se esperaba que esta dependencia
(exponencial) fuera obtenida por los alumnos como
resultado de su trabajo en la práctica.
La práctica se realizó, con carácter experimental,
en tres subgrupos de 20 año de Ingeniería química,
cada uno con 2 equipos de tres estudiantes, para un
total de 18 alumnos.
En el caso del problema # 1, referido a la
dependencia del flujo de partículas beta, las
hipótesis planteadas fueron las siguientes:
(a) El flujo de partículas beta debe disminuir, al
aumentar el espesor. [3 equipos]
(b) El flujo de partículas beta debe disminuir
exponencialmente con el espesor. [2 equipos]
(c) El flujo de partículas beta debe disminuir
inversamente con el espesor. [1 equipo]
En todos los casos se les aceptaron las hipótesis,
que como se observan coinciden en señalar que el
flujo debe disminuir, aunque un equipo planteó que
la disminución es inversamente proporcional al
espesor (hipótesis c), lo cual no es correcto, y otros
18
En las mediciones relacionadas con esta
interrogante, incluyendo el ajuste de la fuente
radiactiva, los equipos de estudiantes consumieron
alrededor de 15 minutos. Luego pudieron pasar a la
elaboración preliminar de los datos experimentales,
que incluye la realización del gráfico de flujo de
partículas beta en función del número de láminas de
aluminio, donde los alumnos pueden comprobar el
cumplimiento o no de las hipótesis planteadas por
ellos. Esta es una de las ventajas que presenta la
realización de la práctica acoplada a la
computadora, ya que se puede obtener
inmediatamente el gráfico de los resultados para
juzgar acerca del cumplimiento de las hipótesis
planteadas. En todos los casos los equipos de
estudiantes valoraron, a partir de la observación de
los gráficos que la dependencia era exponencial, lo
cual es un resultado importante ya que como se
explicó anteriormente, y se evidencia de las
hipótesis planteadas, ese conocimiento no lo
poseían antes de comenzar el ejercicio. Un gráfico
de mediciones realizadas por los estudiantes se
muestra en la Figura # 1, donde se realizó un
procesamiento
en
EXCEL
utilizando
el
procedimiento Línea de Tendencia Exponencial.
Del coeficiente de regresión mostrado se puede
valorar la exactitud de los datos experimentales
obtenidos y su buena concordancia con la
dependencia exponencial.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Gabriel Martínez Alonso, Rodolfo Losada Ucha
Luego que los alumnos reconocían el carácter
exponencial de la dependencia, se les pidió que
pensaran en un método de elaborar los resultados
para demostrar que la función era realmente
exponencial, con el objetivo de introducir el método
de linealización de una dependencia de este tipo,
mediante la aplicación de los logaritmos. Luego que
los alumnos llegaban a la conclusión de que la
dependencia logarítmica, con el espesor, debía ser
lineal se les invitaba a pasar al siguiente paso del
programa donde se muestra la gráfica del logaritmo
de la relación del flujo sin lámina al flujo con
determinado número de láminas, en función del
número de láminas y se puede comprobar que dicha
gráfica es lineal en gran parte de su campo,
permitiendo comprobar el carácter exponencial de
la dependencia original.
350
y = 359.25e-4.7209x
R2 = 0.9896
Flujo de partículas (1/s)
300
250
Los valores promedio obtenidos, por los 6
equipos de estudiantes en todos los grupos de
trabajo, se muestran en la Tabla #1:
Tabla # 1
Coef. De
Absorción:
(1/mm)
Alcance:
(mm)
Espesor
lámina
desconocida: (mm)
Valor
promedio
experimental:
4.76
0.975
0.19
Valor teórico:
4.98
0.947
0.2
Diferencia:
0.22
0.028
0.01
De la tabla puede verse que los valores
obtenidos están bastante cerca de los valores
teóricos, lo cual permite juzgar acerca de la
exactitud de las mediciones realizadas, que pone de
manifiesto una de las ventajas señaladas para esta
instalación acoplada a la computadora.
Alcance de radiaciones beta en Aluminio
400
curva similar a la obtenida por los estudiantes de
flujo en función del espesor del aluminio.
200
150
100
50
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Espesor de láminas (mm)
Fig.1.
Luego se puede pasar a los cálculos del
coeficiente de absorción teórico y experimental y su
comparación, del alcance teórico y experimental y
del espesor de una lámina de espesor desconocido,
ejercicio que se plantea para mostrar la posible
aplicación práctica que puede tener este tipo de
estudio. De aquí se deriva la relación entre el
fenómeno estudiado y la aplicación práctica del
mismo en un proceso tecnológico de medición de
espesores de láminas de aluminio, de forma
continua y sin contacto, teniendo previamente una
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
Para responder la segunda interrogante planteada
acerca de cuál radiación es más penetrante, la beta o
la gamma, se siguió el mismo procedimiento. Todos
los equipos de estudiantes plantearon sus hipótesis
de trabajo, que se muestran a continuación:
(a) La radiación gamma es más penetrante. [5
equipos]
(b) La radiación beta es más penetrante. [1
equipo]
En este caso se observa que un equipo plantea
una hipótesis incorrecta, pero se le permite que la
compruebe en el experimento, siguiendo la línea
que el propio alumno se dé cuenta de su error al
analizar
los
resultados
experimentales,
produciéndose en este caso un conflicto cognitivo7
19
�Laboratorio de alcance de radiaciones nucleares basado en microcomputadora
entre las concepciones que tiene el estudiante y los
resultados que obtiene del experimento.
Los equipos realizan sus mediciones en la misma
forma y de ellas pueden concluir que el flujo de la
radiación gamma prácticamente no disminuye con
el espesor de las láminas y aunque se coloque un
número mayor de láminas que en el caso de la
radiación beta el flujo disminuye muy poco. Al
observar el gráfico de flujo de radiación beta en
función del espesor de las láminas puede verse que
el mismo permanece casi constante, a diferencia de
lo observado anteriormente, con la radiación beta
que se notaba claramente la disminución
exponencial, como se observa en la figura # 2. De
aquí los alumnos concluyen que la radiación gamma
es más penetrante que la beta. El equipo que planteó
una hipótesis incorrecta pudo comprobar que ésta
no se cumple y por ello la reformó correctamente.
En total el tiempo de realización de los dos
ejercicios de la práctica fue de alrededor de 60
minutos, por lo cual se dispuso de 30 minutos para
que los equipos escribieran sus informes
Flujo de partículas (1/s)
Comparación de radiación Beta y Gamma
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Beta
Gamma
0
0.5
1
1.5
Espesor material (mm)
Fig.2.
de conclusiones y los expusieran en la misma
sesión del laboratorio mostrando un buen dominio
de los aspectos estudiados.
Es de señalar que esta práctica desarrollada, sin
el sistema aquí presentado, no permitía que los
20
alumnos realizaran los dos ejercicios, ya que no
daba tiempo realizar todas las mediciones
necesarias y además se tomaba mucho tiempo la
realización de los gráficos y la linealización de los
datos para demostrar que la dependencia es
exponencial. Además la exactitud de las mediciones
era deficiente, pues el control del tiempo de
medición era manual lo cual provocaba que se
cometieran errores, que influían en los resultados de
forma que no era posible apreciar el carácter
exponencial de la dependencia. No era posible
realizar en la propia sesión de laboratorio la
discusión de los resultados con las conclusiones
pertinentes ni la comparación del poder de
penetración de la radiación beta y gamma.
De lo expresado se pone de manifiesto la gran
ventaja que presenta la realización de esta práctica
con el sistema descrito, acoplado a una
computadora pues posibilita un mejor y más
completo estudio, por parte de los alumnos, del
fenómeno dado y la obtención de conclusiones por
sí mismos incluso de la descripción matemática del
proceso de absorción de partículas beta. El sistema
de habilidades que se planteó al inicio de este
trabajo fue logrado por los estudiantes teniendo en
cuenta que se hace de forma independiente, o sea
que el propio estudiante, en colaboración con sus
compañeros de equipo, diseña su experimento y
decide qué procedimientos seguir para la solución
de las tareas que tiene ante sí.
La hipótesis planteada al principio de este
trabajo se considera cumplida teniendo en cuenta
que en el tiempo dedicado a la práctica, de 90
minutos, todos los equipos de estudiantes llegaron a
las conclusiones previstas y pudieron responder
correctamente a las 2 interrogantes planteadas al
inicio de la práctica. Además el trabajo se desarrolló
siguiendo los pasos del
método científico
experimental, lo cual sin duda prepara al alumno
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Gabriel Martínez Alonso, Rodolfo Losada Ucha
para la realización posterior de trabajos de
investigación más complejos.
CONCLUSIONES
La utilización de sistemas acoplados a
computadoras para la realización de prácticas de
laboratorio de Física resulta muy ventajosa, ya que
sobre la base de sus posibilidades de fácil manejo,
rapidez, exactitud y elaboración inmediata de los
resultados, permite que los alumnos economicen
tiempo en estas tareas y puedan dedicarlo al estudio
de los aspectos esenciales del fenómeno estudiado,
pudiendo así obtener las conclusiones adecuadas del
estudio. Se ha comprobado la exactitud que se
puede alcanzar con las mediciones realizadas en
esta instalación por los datos y gráficos mostrados
en el trabajo, lo cual permite que el alumno
investigue la esencia del fenómeno sin errores.
Por ello consideramos que está fundamentado
didácticamente el uso de estos sistemas en algunas
prácticas que lo permitan.
BIBLIOGRAFÍA:
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International Conference, 1996.
2
Nakhleh M.B., "A review of Microcomputer
Based Labs: How they have affected science
learning?" Journal of Computers in Mathematics
& Science Teaching, 13, 1994, 368 - 380.
3
Redish E.F., "What can a Physics Teacher do with
a Computer?" Invited Talk at Robert Resnick
Symposium, May 1993.
4
Escalada L.T., Zollman D.A., "An investigation on
the effects of using interactive digital video in a
Physics Classroom on students learning and
attitudes", Journal of Research in Science
Teaching, Vol. 34, No. 5, 1997, 467 - 489.
5
Thornton R.K., Sokoloff D.R., "Learning Motion
concepts using Real Time Microcomputer Based
Laboratory tools", American Journal of
Physics, 58, 1990, 858 - 867.
Hodson D., “Laboratory work as scientific
method: three decades of confusion and
distortion”, J. of Curriculum Studies, Vol. 28,
No. 2, 1996, 115 – 135.
6
7
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
Crowther D.T., Editorial, Electronic Journal of
Science Education, Vol. 2, No. 2, December
1997.
21
�Actuadores piezoeléctricos
Miguel Cúpich Rodríguez*
Fernando J. Elizondo Garza*
I. INTRODUCCIÓN
La palabra “piezo” se deriva de la palabra
Griega: πιεζω que significa estrechar, apretar u
oprimir. En 1880, Jacques y Pierre Curie
descubrieron que al aplicar presión a un cristal de
cuarzo se establecían cargas eléctricas en éste; ellos
llamaron a este fenómeno “el efecto piezoeléctrico”.
Mas tarde ellos verificaron que un campo eléctrico
aplicado al cristal proporcionaba una deformación
al material. Este efecto era referido como “efecto
piezo inverso”. Los materiales piezoeléctricos, por
lo tanto, pueden ser utilizados para convertir
energía eléctrica en energía mecánica y viceversa.
creando un campo eléctrico lo bastante fuerte para
producir una chispa que encienda el gas.
Además, relojes con alarma utilizan a menudo
elementos piezoeléctricos. Cuando un voltaje de
C.A. es aplicado, el material piezoeléctrico se
mueve a la frecuencia de dicho voltaje y el sonido
resultante es bastante alto para despertar al más
reacio dormilón.
En el campo *de la ingeniería el uso más común
del fenómeno piezoeléctrico, actualmente, es en los
actuadores
piezoeléctricos.
Un
actuador
piezoeléctrico es un dispositivo que produce
movimiento (desplazamiento) aprovechando el
fenómeno físico de la piezoelectricidad. Los
actuadores que utilizan este efecto están disponibles
desde hace aproximadamente 20 años y han
cambiado el mundo del posicionamiento de
presición. El movimiento preciso que resulta
cuando un campo eléctrico es aplicado al material,
es de gran valor para nanoposicionamiento.
Después de su descubrimiento pasaron varias
décadas antes de que se utilizara el fenómeno
piezoeléctrico. La primera aplicación comercial fué
en detectores ultrasónicos para submarinos
desarrollados durante la 1ª Guerra Mundial y en la
decada de los cuarenta los científicos descubrieron
que el titanato de bario (cerámico) puede
comportarse como material piezoeléctrico en
presencia de un campo eléctrico.
Actualmente el efecto piezoeléctrico es a
menudo encontrado en la vida diaria. Por ejemplo,
en encendedores de gas para cigarrillos o
encendedores para parrillas en estufas de gas; una
palanca aplica presión a un cristal piezoeléctrico
22
*
Academia de Dinámica Aplicada del Departamento de
Diseño Mecánico de la FIME
mcupich@gama.fime.uanl.mx; fjelizon@ccr.dsi.uanl.mx
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Miguel Cúpich Rodríguez, Fernando J. Garza Elizondo
II. LOS MATERIALES PIEZOELECTRICOS
Propiedades
Ya que el efecto piezoeléctrico exhibido por
materiales naturales tales como el cuarzo, la
turmalina, la sal de Rochelle, etc., es muy pequeño,
se han desarrollado materiales con propiedades
mejoradas, por ejemplo los materiales cerámicos
ferroeléctricos policristalinos, como el BaTiO3 y el
Zirconato Titanato de Plomo (PZT).
Los cerámicos PZT, disponibles en muchas
variaciones, son los materiales más ampliamente
usados hoy para aplicaciones como actuadores o
sensores. La estructura cristalina del PZT es cúbica
centrada en las caras (isotrópico) antes de la
polarización y después de la polarización exhiben
simetría tetragonal (estructura anisotrópica) por
abajo de la temperatura de Curie, que es aquella en
la cual la estructura cristalina cambia de forma
piezoeléctrica (no-simétrica) a no-piezoeléctrica. A
esta temperatura los cerámicos PZT pierden las
propiedades piezoeléctricas.
Fig. 1. Celda elemental piezoeléctrica; (1) Antes
de polarizarse (2) Después de polarizarse.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
La razón del comportamiento de dipolo eléctrico
es la separación entre los iones de carga positivo y
negativo. Una región de dipolos eléctricos con
orientación similar es llamada dominio. A los
grupos de dipolos con orientación paralela se les
llama dominio de Weiss. El dominio de Weiss está
orientado aleatoriamente en el grueso del material
del PZT, antes de que el tratamiento de polarización
sea efectuado. Para este propósito se aplica un
campo eléctrico ( > 2000 V/mm) al piezo cerámico
(calentado). Con el campo aplicado, el material se
expande a lo largo del eje del campo y se contrae
perpendicularmente a este eje. Los dipolos
eléctricos se alinean y permanecen rígidamente
alineados hasta su enfriamiento. El material tiene
ahora una polarización permanente (la cual puede
ser degradada sí se exceden los límites mecánicos,
térmicos y eléctricos del material). Como resultado,
hay una distorsión que causa un aumento en las
dimensiones alineadas con el campo y una
contracción en los ejes normales al campo.
Cuando un voltaje es aplicado a un material
piezoeléctrico polarizado, el dominio de Weiss
aumenta su alineamiento proporcionalmente al
voltaje. El resultado es un cambio en las
dimensiones (expansión, contracción) del PZT.
Fig. 2. Dipolos eléctricos en el dominio de
Weiss (1) cerámico ferroeléctrico sin polarizar (2)
durante y (3) despues de la polarización (cerámico
piezoeléctrico).
23
�Actuadores piezoeléctricos
Desplazamiento de Piezo Actuadores (Tipo pila
y tipo contracción)
El desplazamiento de los cerámicos PZT es función
de la intensidad del campo eléctrico aplicado E, del
material utilizado y de la longitud L del cerámico
PZT. Las propiedades materiales pueden ser
descritas por los coeficientes piezoeléctricos de
deformación unitaria dij. Estos coeficientes
describen la relación entre el campo eléctrico
aplicado y la deformación mecánica producida.
El desplazamiento DL de un piezo actuador de una
sola capa, sin carga, puede ser estimado por medio
de la ecuación:
por un PZT de lazo abierto depende del campo
eléctrico aplicado y de la piezo ganancia la cual es
relativa a la polarización permanente. La histéresis
es típicamente del orden de 10 a 15 % del
movimiento comandado.
DL = ± E*dij*Lo
Donde:
Lo = longitud del cerámico [m]
E = intensidad del campo eléctrico [V/m]
dij = coeficientes piezoeléctricos de deformación
unitaria
Fig. 4. Curvas de histéresis de un piezo actuador
de lazo abierto para varios voltajes de pico.
III.- VENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE
POSICIONAMIENTO PIEZOELECTRICOS
Fig. 3. Elongación y contracción de un disco de
PZT cuando se le aplica un voltaje.
Hystéresis (PZTs de lazo abierto)
Los piezo actuadores de lazo abierto exhiben
histéresis. La histéresis se fundamenta en los
efectos de polarización cristalina y en la fricción
molecular. El desplazamiento absoluto generado
24
Resolución
Un actuador piezoeléctrico puede producir
cambios de posición extremadamente finos por
abajo del rango de subnanómetro. Los pequeños
cambios en el voltaje de operación son convertidos
en suaves movimientos.
Generación de grandes fuerzas
Un actuador piezoeléctrico puede generar una
fuerza de varios miles de Newtons. Existen
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Miguel Cúpich Rodríguez, Fernando J. Garza Elizondo
unidades comerciales que pueden sostener cargas de
varias toneladas y posicionarlas dentro del rango de
más de 100 µm con resolución subnanométrica.
Expansión rápida
Los piezo actuadores ofrecen el tiempo más
rápido de respuesta disponible (microsegundos). Se
pueden obtener aceleraciones de más de 10,000 g’s.
Operación a Temperaturas Criogénicas
El efecto piezo se basa en campos eléctricos y
funciona hasta casi cero grados Kelvin (con
especificaciones reducidas).
IV.- APLICACIONES
ACTUADORES
DE
LOS
PIEZO
Ningún efecto magnético
El efecto piezoeléctrico está relacionado a los
campos eléctricos. Los actuadores piezo eléctricos
no producen campos magnéticos ni son afectados
por éstos. Son especialmente apropiados para
aplicaciones donde los campos magnéticos no
pueden tolerarse.
En Optica, Fotónica y Tecnología de Medición:
Estabilización
de
imagen,
microscopía
electrónica,
sistemas
de
auto
enfoque,
interferometría, alineación y conexión de fibra
óptica, scanners de espejo rápido, óptica activa y
adaptable, sintonización de láser, posicionadores de
espejos, holografía y estimulación de vibraciones.
Baja potencia de consumo
El efecto piezo convierte directamente energía
eléctrica en movimiento absorbiendo energía sólo
durante éste. La operación estática, aún sosteniendo
cargas pesadas, no consume potencia.
En Unidades de disco:
Para prueba de cabezas y cancelación de
vibración.
Libre de desgaste y roturas
Un actuador piezo no tiene engranes ni ejes
rotativos. Su desplazamiento se basa en la dinámica
de estado sólido y no muestra desgaste ni rotura. Se
han efectuado pruebas de resistencia en las cuales
no se han observado cambios después de varios
miles de millones de ciclos.
Compatible con cuartos limpios y Vacío
Los piezo actuadores son elementos que no
necesitan ningún lubricante y no muestran desgaste
y abrasión. Esto los hace compatibles con cuartos
limpios e idealmente apropiado para aplicaciones de
Ultra Alto Vacío.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
En Microelectrónica
En nano-metrología, posicionamiento de obleas
y máscaras, medición de dimensiones críticas,
microlitografía, sistemas de inspección y
cancelación de vibración.
En Mecánica de Precisión e Ingeniería Mecánica
Cancelación
de
vibración,
deformación
estructural, ajuste de herramienta, corrección de
desgaste, micro bombas, actuadores lineales, piezo
martillos, sistemas de micro grabado y generación
de ondas de choque.
En Medicina, Biología y Ciencias de la Vida
Tecnología de genes, micro manipulación,
penetración
de
células,
dispositivos
microdispensadores, estimulación audiofisiológica
y generación de ondas de choque.
25
�Actuadores piezoeléctricos
V.
TIPOS
DE
PIEZOELECTRICOS
ACTUADORES
Actuator tipo pila
La configuración más común en un piezo
actuador es el tipo “pila” de varias capas de
cerámico con dos salidas eléctricas. Para proteger el
cerámico contra influencias externas, este se ubica
dentro de una carcaza de metal. A esta carcaza se le
pueden incorporar resortes para comprimir el
cerámico de tal forma que permita la operación de
tensión y compresión. La figura 5 muestra un
esquema del diseño eléctrico de un piezo actuador
tipo pila.
ondas de choque y posicionamiento de herramientas
en máquinas para la fabricación de superficies no
esféricas de lentes de contacto.
Fig. 6. Actuador tipo pila.
Fig. 5.
tipo pila.
Diseño de un actuador piezoeléctrico
La figura 6 muestra un ejemplo de un actuador
de bajo voltaje con resortes internos pre-cargados y
un sensor de alta resolución integrado. Este
actuador provee desplazamiento hasta 90 micrones
y rigidez hasta de 400 N/µm. Puede manejar cargas
hasta de 300 kilogramos y resistir fuerzas de
estiramiento hasta de 700 N. Las aplicaciones
incluyen cancelación de vibración, generación de
26
En algunas aplicaciones, las restricciones de
espacio no permiten pilas tan largas. En este caso,
es posible usar los amplificadores mecánicos de
palanca para disminuir la longitud de la pila
cerámica. El aumento en el rango de recorrido
ganado con un amplificador mecánico reduce la
rigidez y la máxima frecuencia de operación del
actuador.
Actuadores “flexure”
En algunas aplicaciones un solo actuador tipo
pila no es suficiente para desempeñar tareas
complejas. Por ejemplo, cuando un movimiento
recto es necesario y solo puede ser tolerada una
desviación nanométrica desde la trayectoria ideal,
un actuador tipo pila no puede utilizarse porque
puede inclinarse algo así como unos 10
arcosegundos mientras se está expandiendo. Si la
pila y la parte a ser movida están desacopladas y se
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Miguel Cúpich Rodríguez, Fernando J. Garza Elizondo
emplea un sistema guía de precisión puede lograrse
un excepcional control de la trayectoria. La mejor
guía de precisión puede lograrse con el
nanoposicionador “Flexure” el cual cuenta con un
amplificador de movimiento integrado.
Fig. 8. Combinación de un piezo actuador y un
tornillo motorizado.
V.- OPERACIÓN
Fig. 7. Nanoposicionador tipo “Flexure” y
scanner con amplificador de movimiento integrado.
Posicionadores “Flexure” de uno o varios ejes
son utilizados en investigación, en laboratorios y
aplicaciones industriales tales como verificación de
unidades de disco, alineadores de pantallas para
rayos X escalonados, óptica adaptativa, maquinado
de precisión, alineadores de fibra, microscopía
electrónica, sistemas de autoenfoque para perfil de
superficies y servo válvulas hidráulicas.
Piezo actuadores combinados con sistema de
posicionamiento motorizado de amplio rango
Los Piezo actuadores pueden combinarse con
otros actuadores para formar un sistema de alta
resolución de amplio rango. La figura 8 muestra un
ejemplo que combina un piezo actuador con un
tornillo motorizado. Esta combinación provee 25
mm de movimiento burdo pero conserva las
características de alta de resolución intrínsecas a los
piezoactuadores.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
Operación en lazo abierto y cerrado
Los actuadores piezoeléctricos pueden operar en
lazo abierto y lazo cerrado. En lazo abierto, el
desplazamiento corresponde aproximadamente al
voltaje manejado. Este modo es ideal cuando no es
crítica la precisión de la posición absoluta o cuando
la posición es controlada por datos que provee un
sensor externo. Los piezo actuadores de lazo abierto
exhiben histéresis y comportamiento “creep”.
Los actuadores de lazo cerrado son ideales para
aplicaciones que requieren alta linealidad, amplia
estabilidad de posición, repetibilidad y precisión.
Este tipo de actuadores están equipados con
sistemas de medición de posición que proveen
resolución sub-nanométrica y ancho de banda hasta
10 KHz. Un servo controlador (digital o analógico)
determina el voltaje a enviar al piezo actuador
comparando una señal de referencia con la señal
real proveniente del sensor de posición.
Existen en el mercado posicionadores multi-eje
de lazo cerrado que ofrecen la posibilidad de situar
repetidamente un punto dentro de un cubo
nanométrico de 1 x 1 x 1. Es importante recordar
que tal precisión se obtiene solo si el medio
ambiente circundante es controlado, pues cambios
27
�Actuadores piezoeléctricos
de temperatura y vibraciones pueden causar
cambios de posición a nivel nanométrico.
Comportamiento dinámico
Un piezo actuador puede alcanzar su
desplazamiento nominal en aproximadamente 1/3
del período de su frecuencia de resonancia.
Tiempos del orden de microsegundos y
aceleraciones de mas de 10,000 g’s son posibles.
Las frecuencias de resonancia de los piezo
actuadores industriales confiables están en función
inversa al desplazamiento total del actuador. Esto
es válido para el piezo actuador sin carga; una carga
adicional decrece la frecuencia de resonancia en
función de la raíz cuadrada de la masa.
Los piezo actuadores no son diseñados para ser
manejados a su frecuencia de resonancia, ya que las
altas fuerzas dinámicas pueden dañar la integridad
estructural del material cerámico.
28
REFERENCIAS.
1. Piezoelectric
Flexure
Elements,
Sensor
http://www.sensortech.ca/flexure.html,
Technology Ltd., Canada, 1999.
2. PZT
&
Piezo
Actuator,
http://www.physikinstrumente.com/produkte.htm
l, PI, Alemania, 1999.
3. K. Kuhnen, H. Janocha, Compesation of Creep
and Hysteresis effects of piezoelectric Actuators,
http://www.vdivdeit.de/mst/ARCHIVE/9905/MSRART1.html,
Alemania, 1999.
4. Schäfer, J.; Janocha, H., Compesation of
Hysteresis in solid state actuators. Sensors andd
Actuators A49, (1995), 97-102.
5. Operating Performance of Piezoactuators,
http://www.dynaoptics.com/ctc-600-1/operatingperf-piezoactuators.htm,
Dyna Optic Motion,
Canada, 1999.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�On the problem of control and observation:
a general overview
Krishna Kumar Busawon*
Abstract
This note is dedicated to undergraduate students
who wish to enroll in the control engineering
program. Some basic notions encountered in
control engineering are discussed. The main
difficulties encountered in the design and
implementation of controllers are explained in
simple terms without entering deeply into the
mathematical details. Finally, some conclusions are
given.
1. INTRODUCTION
The fundamental objective of control
engineering, as a science discipline, is to control a
dynamical system. The common meaning of the
verb to control is to verify, to inspect and to master.
However, in control engineering, to control a
system is understood more in the sense of mastering
a system even though the inspection and monitoring
of a system is also part of the discipline. By the
term dynamical we refer to something which is
evolving with time. Finally, we must give a precise
meaning to the word system in the context of
control engineering . Indeed, the word system has a
very broad meaning in everyday life. Normally, by
this word one would understand an abstract set of
things which are interconnected in some way or
another; for example we talk about solar systems,
meteorogical systems, political systems, physical
systems etc.. Evidently, such a broad meaning
would not be appropriate in the context of control
engineering since a precise mathematical analysis
is required for its study.
A first definition of a dynamical control system
in the context of control engineering would be the
following :
Definition. A dynamical* control system is a system
whose behaviour can be modified by some external
actions.
For example, the meteorological system is not a
control system since we cannot stop the rain from
falling or the sun from shining. On the other hand, a
car is a control system since we can make a car
accelerate, decelerate or even stop, whenever we
want to. More precisely, in this case, we would talk
of controllable systems.
The external actions are known as inputs,
commonly denoted by the function u(t). They are
responsible for changing the behaviour of a system.
The inputs maybe measurable or nonmeasureable.
Non measureable inputs are usually known as
perturbations or disturbance. Somehow or other
disturbances are always present in a system. In this
note we shall not discuss the aspects of disturbances
even though, in the majority of cases, a control
design makes sense because of the presence of
disturbances. The measurable inputs are in fact the
only degree of freedom that we, as control
engineers or technicians, have in order to influence
the behaviour of a system. They are signals
provided by the actuators.
Normally, we study the behaviour of a system
via some signal or function which characterises the
system. If the signal is measured then it is referred
to as an output of the system and is commonly
denoted by the function y(t). These are signals
coming from the sensors. For example, the
behaviour of the temperature of a room is observed
via a thermometer, or the pulses of a patient’s
heartbeat is studied via the signal issued by a
cardiogram.
*
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
Universidad Autónoma de Nuevo León, FIME-UANL
29
�On the problem of control and observation: a general overview
From the above definition, one would intuitively
understand that a system possesses a unique
behaviour at a time. For example, a car cannot
accelerate and decelerate at the same time.
Mathematically speaking, a system can possess two
or more behaviours at the same time. These are
systems where bifurcations are present and are
chaotic in nature. However, the great majority of
systems in the industry possess the propriety of
presenting one behaviour at a time. We shall see
later what this property means in mathematical
terms. But first of all, before coming to this point,
we should know how to represent a system
mathematically.
2. REPRESENTATION OF A SYSTEM
To study the behaviour of a system correctly, it
is necessary to give a representation or a model of
the system.
From the above definition a schematical
representation of a system would be as follows:
Fig.2. Input-ouput representation
This point of view is known as the input-output
point of view and the relation y(t)=S(u(t)) is known
as the input-output relation. Therefore, roughly
speaking, a system, from this point of view, is a
function of functions. It should be noted that u(t)
are not arbitrary functions. They are usually
bounded functions and they take the value zero for
negative times. These kinds of functions are known
as causal functions. In simple terms this reflect the
fact that an action cannot take place in negative
times. It takes place only at the instant it starts
acting on the system. For example, a car will not
start before we turn the key or the temperature in a
room will not rise before we turn the heater on.
It is well-known that for linear systems the
function y(t) is given by
y(t)=
Fig.1. System
However, to study the system in a more
mathematical way, control engineers usually adopt
different points of views depending on the nature of
the system.
Input-output point of view
One point of view would be to view a system as
a function S which to the function u(t) will associate
another function y(t); i.e. S: u(t) ! y(t)=S(u(t)) .
This described in the figure 2 below.
30
t
∫ h(v)u (t − v)dv .
0
In the case of linear systems, we can also work
in the frequency domain instead of the time domain
and the above input-output relation is given by the
well-known transfer function
Y(s)=H(s)U(s)
where Y(s), H(s), U(s) are the respective Laplace
transforms of the functions y(t), h(t) and u(t).
State-space point of view
Another point of view would be to assume that
the system is characterised by a time-dependent
vector x(t) known as the state of the system. The
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Krishna Kumar Busawon
state of a system is in fact the minimum number of
variables that are needed to characterise a system
completely. For example, a moving particle is
completely characterised by its position and
velocity. Any additional variable would necessarily
be a function of the position and velocity, and
would constitute a redundant information on the
system.
The state of a system is a vector which evolves
in time and is therefore characterised by a
differential equation of the form
(Σ):
dx
= f(x, u),
dt
y = h(x, u)
where x=(x1, x2, ..., xn )∈Rn ; u=( u1, u2, ...,
um)∈Rm and y = (y1, y2, ..., yp)∈Rp.
This means that we have n state variables which
characterise the system, m inputs acting on the
system and p variables which are measured from
the system. The number n is known as the
dimension of the system. The outputs y1, y2, ..., yp
are supposed to be independent of each other. This
representation is illustrated in the figure below:
If the system is linear then the function f(x,
u)=Ax+Bu and y=Cx+Du, where A is a n×n matrix,
B is a n×m matrix, C is a p×n matrix and D is a p×m
matrix.
Knowledge-based representations
The above two point of views are based upon a
mathematical description of the system. However,
when the system is of a very large dimension or is
very complicated and its dynamics not well-known,
it is not always easy to provide an adequate
mathematical model of the system. In such a case,
we can give a representation of the system based
upon the qualitative knowledge that we have on the
system. Representation via artificial intelligence,
expert systems, neural networks, fuzzy logic, all fall
in this category.
In this note, we shall only study the state-space
representation.
It is important to note that all of these different
representations are equivalent. The choice of a
particular representation is basically motivated by
two factors :
i) the nature of the system ; i.e. whether it is
linear, nonlinear or difficult to model etc ..
ii) the degree of complexity brought by a
particular representation ; i.e. whether one
representation is simpler than another.
Example
Fig 3. State-space representation
The number p is usually less than or equal to n.
In the case where p is strictly less than n, this means
that only part of the state variable can be measured.
We shall see later that this has important
implications regarding the implementation of a
control law.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
Fig. 4 : Spring mass system
31
�On the problem of control and observation: a general overview
Consider the above spring mass system. Here, u
is the force pulling the mass M and y is the distance
between the center of mass and the point where the
spring is fixed. The quantity y can be measured
easily and is considered as an output of the system.
By Newton’s laws of motion, we have
d y
dy
+k
- u=0
2
dt
dt
2
m
This in fact an input-output relation ship.
To obatain a state-space representation we set
x1=y and x2=
dy
. Then, a simple computation
dt
shows that
dx1
= x2
dt
dx 2
k
u
=- x1+
dt
m
m
State space analysis
This particular representation of a system is the
most commonly used in control engineering
nowadays and is normally termed modern control
engineering. This is mainly because there is no
restriction on the nature of inputs applied to the
system for its analysis. Recall that classically a
linear system is studied in the frequency domain
using Bode or Nyquist plots. For such analysis the
inputs are resticted to either a step function, a ramp
or a sinusoidal function. However, in the state space
representation such restrictions are not necessary.
Another reason for the popularity of state space
representation is that complicated control laws can
easily be implemented due to the advent of
computers. This was not possible several decades
ago.
32
The study of a system given in state space form
requires some knowledge of linear algebra if the
system is linear, or differential geometry if the
system is nonlinear and obviously some knowledge
of diffrential calculus.
As we have mentioned before, the state is the
quantity which characterises a system. Therefore,
we shall first start by studying the solution of
system (Σ).
Suppose that time t=t0, the initial value of the
state is x(t0). Then, by a solution or trajectory of
system (Σ), we mean any function xu(t ; t0, x0) which
satisfies the above differential equation with the
condition that xu(t0 ; t0, x0) =x(t0). In fact, by abuse
of language, the function xu(t ; t0, x0) is simply
denoted by x(t).
The way that this solution evolves in time
characterises the behaviour of the system. That is
the solution may be increasing or decreasing with
time or may be constant etc. Roughly speaking, if
the solution is unbounded then we say that the
system is not stable otherwise it is stable.
Example 1.
Consider the system given by
dx
= x+u
dt
Assume that at time t0=0 the value of the state is
x(0)=x0. For u=k where k is a constant, the solution
is given by : xu(t ; t0, x0) := x(t) = et(k+ x0)-k. In
particular, for u=0, the solution is given by x(t) =
etx0. Since the solution tends to infinity when t goes
to infinity, the system is unstable.
Notice that the solution of a system depends on
its initial condition and on the input applied to the
system. This means that if we change the expression
of u(t) then the solution will also change. In
particular, if the solution is unbounded, we can try
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Krishna Kumar Busawon
to replace u(t) by another function such that the
solution becomes bounded. This is the fundamental
purpose of control engineering.
Therefore, designing a control law for a system
means designing a function, which is possibly a
function of the state or the output of the system,
such that the solution of the system behaves in a
desired manner.
If the control law is a function of the state,
u(t) :=a(x) , then we call the control a state
feedback control law. On the other hand, if the
control law is a function of the output only,
u(t) :=a(y), then we call the control law an output
feedback control law.
Example 2.
Consider again the above system:
(S1):
dx
= x+u
dt
If we replace u by u = a(x) = -2x. The the system
becomes
(S2):
dx
= -x
dt
and the solution is given by : x(t) =e-tx0. It is
easy to see that the solution now goes to zero when
t goes to infinity. Therefore, system (S2) is stable.
In the control engineering jargon, system (S1) is
said to be in open-loop whereas system (S2) is said
to be in closed-loop.
It is important to notice that in control
engineering the functions a(x) and a(y) is denoted
by u(x) and u(y) respectively ; i.e. u(t) :=u(x) or
u(t) :=u(y). This does not mean that t is replaced by
x or y in the function u(t). It instead means that the
function u(t) is replaced by the function u(x). This is
an abuse of language which is very misleading for
many students.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
Let us now come back to the definition of
‘system’ that we gave in the introduction. We said
that a system in control engineering should not have
two or more solutions for one initial condition. We
might then ask under which condition can we
guarantee that system (Σ) will have a unique
solution for a given initial condition. It is wellknown that if the function f in system (Σ) is locally
Lipschitzian, then there exists a unique solution for
system (Σ) for a given initial condition. A local
Lipschitz function is generally a continuous
function and does not presents any jumps. For
example, the sign function is not a local Lipschitz
function.
There are two important implications for the
existence and the unicity of the differential
equation (Σ). First, we have seen above that
controlling a system means controlling its trajectory
or solution. Now, if we have two trajectories for one
initial condition and we do not know in which one
of them the system is evolving, then it would be
difficult to control the system. We might be
controlling the wrong trajectory! Secondly, if the
system satisfies the condition of existence and
unicity of solution, then the trajectories issued from
two different initial conditions will never intersect.
Difficulties in control design
We shall now talk about some difficulties which
are encountered in the process of designing a
control law for a system. We shall discuss the
problem of how to design a control law and the
particular techniques which exist for designing a
control law. We shall rather point out the main
difficulties which one would encounter in control
design independently of the technique used for
designing the control law.
The first difficulty is related to the possibly of
designing the control law. It is always possible to
33
�On the problem of control and observation: a general overview
design a controller for a system. We must first
check if the system is controllable ; if not, we
cannot design a control law. Roughly speaking, the
controllability of a system is the property which
determines whether we can modify the behaviour of
a system. Another difficulty is that the majority of
systems in nature are nonlinear and the
mathematical tools for analysing a nonlinear system
is not totally established up to now. In particular,
there does not exist a direct analytical method to
solve a nonlinear differential equation. Fortunately
enough, there exists methods to study the behaviour
of a system without calculating the solution of a
system (Lyapunov method).
available measurements on the systems (inputs and
outputs) in order to provide an estimate x̂ of the
state of the system. This is schematically
represented in the figure below.
Implementation problem
Once we have designed a control law we need to
know if the latter can be implemented for
application purposes. It usually happens, especially
when we are have designed a state feedback control,
that some state variables that are involved in the
control law are not available for measurement. This
is the case where p (the number of outputs) in
equation (Σ) is strictly less than n (the number of
state variables). In such a case, the control law
cannot be implemented.
Fig.5. Observer
One solution would be to design additional
(hardware) sensors. However, this is not always
possible and may be very costly at times. For
example the rotor flux or current in an induction
motor cannot be easily measured. Similarly, it is
very difficult to obtain the online concentration of
certain components in some chemical reactions.
Consequently, there has been some incentive to find
other cheap methods to obtain the nonavailable state
variables. In this respect, it is important to mention
the new emerging micro-sensor technology.
Another alternative consists in the design of
observers. More specifically, an observer is an
auxiliary dynamical system which uses the
34
The dynamical nature of an observer means that
the estimates of the state variable are provided on
line. Basically, an observer is a software sensor.
Consequently, the cost of realising an observer is
relatively low.
From a mathematical point of view, observers
and controllers designs are dual problems.
Consequently, similar difficulties as for the
controller design are encountered in the process of
observer design.
CONCLUSIONS
In this note we have briefly presented some basis
problems that are encountered in control
engineering. We showed the main difficulties of
control design and its implementation. We have
also highlighted the different mathematical tools
which are needed to analysize a control system
depending on the representation chosen for the
latter. It is hoped that this simple note will incite
some interest to undergraduate students who wish to
enroll in the subject.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Krishna Kumar Busawon
REFERENCES
1. W. L. Brogan, Modern control theory, Prentice
Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey, 1982.
2. C. T. Chen, Introduction to linear system theory,
HRW series in Electrical Engineering,
Electronics, and Systems, 1970.
3. P. A. Isermann, Digital control systems, Springer,
Berlin New York, 1981.
4. K. Ogata, Discrete-time control systems, Prentice
Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey, 1987.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
35
�Control de voltaje de sistemas de potencia
utilizando lógica difusa
Manuel Ley*
Oscar L. Chacón, Ernesto Vázquez**
Resumen
El problema del control de voltaje en estado estable
es mantener el voltaje en los nodos de carga dentro
de límites operativos, utilizando estrategias de
control. La propuesta que se hace en este artículo
es la aplicación de un sistema basado en lógica
difusa que especifique los cambios de voltajes de
generación, necesarios para mantener los voltajes
de los nodos de carga dentro de límites operativos.
Para comprobar que la metodología propuesta es
factible, se utiliza el sistema de nueve nodos del
IEEE, en el cual se simulan diferentes contingencias. Los resultados preliminares muestran que la
aplicación de lógica difusa es una buena
alternativa para la solución de este problema.
Palabras Claves: lógica difusa, control difuso,
sistemas de potencia, control de voltaje.
1. INTRODUCCIÓN
En sistemas eléctricos de potencia, los voltajes
fuera de sus límites operativos pueden ocasionar
daños a equipos, y en ocasiones el desabasto
temporal de energía a un número considerable de
usuarios del servicio. Para asegurar la calidad y la
confiabilidad del sistema, los operadores de los
Centros de Control de Energía deben mantener los
voltajes de los nodos de carga dentro de los límites
de operación permitidos. Los cambios de la carga
y/o la topología del sistema pueden ocasionar
variaciones no aceptables en los voltajes del sistema
de potencia. El operador generalmente mejora esta
situación de reacomodar los flujos de potencia
reactiva mediante cambios en los voltajes de
generación,
ajustando
los
taps
de
los
transformadores, y conectando o desconectando
bancos de capacitores y/o reactores.
36
Este problema se ha* resuelto por métodos que
utilizan relaciones de sensibilidad, junto con el
problema de minimización de pérdidas de potencia
por transmisión.1-7 Recientemente se ha publicado
en la literatura8-12 aplicaciones con bastante éxito de
la tecnología emergente de Inteligencia Artificial
(IA). El desarrollo de la teoría de conjuntos
difusos, y los logros obtenidos con su aplicación en
diferentes áreas, empieza a atraer la atención a los
investigadores del área de potencia eléctrica. En
este artículo se ilustra el método de lógica difusa
para el control de voltaje en sistemas de potencia,
utilizando solamente cambios de voltaje en los
nodos de generación. El artículo está organizado de
la siguiente manera: Los conceptos fundamentales
de conjuntos difusos y lógica difusa se presentan en
la sección 2; el problema de control de voltaje
mediante cambios en los nodos de generación, se
describe en la sección 3; los ejemplos de la
aplicación de la lógica difusa en el control de
voltaje de sistemas de potencia, se presentan en la
sección 4; finalmente, las conclusiones y
recomendaciones para trabajos futuros se
proporcionan en la sección 5.
*
Área de Control Baja California CFE, Mexícali, B.C.
**
FIME-UANL, Apdo. Postal 34-F, Cd. Universitaria,
San Nicolás, 66450, N.L, México.
ochacon@ccr.dsi.uanl.mx,evazquez@gama.fime.uanl.mx
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Manuel Ley, Oscar L. Chacón, Ernesto Vázquez
2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES
CONJUNTOS DIFUSOS
DE
µ A!B (u )=max[µ A (u ),µB (u )]
Conjuntos difusos
Sea U el universo de discurso con elementos u,
donde F identifica un conjunto difuso de U. La
membresía de u en el conjunto clásico F puede
verse
como
la
función
característica
tal
que
µ F (u ) : U → {0,1}
1;
µF (u )=
0;
si u∈F
si u∉F
(1)
Para un conjunto difuso F del universo U, el
grado de membresía de u en F está definido como:
µ F (u ) : U → [0,1]
(2)
donde µ F (*) se le denomina la función de
membresía y µ F (u ) es el grado de membresía de u
in F, indicando el grado con el cual u pertenece a
F. La función de membresía µ F (u ) mapea U hacia
el espacio de membresía T, esto es µ F (u ) : U → T .
Cuando T = {0,1} , el conjunto F no es difuso y
µ F (*) es la función característica del conjunto
binario F. Para conjuntos difusos, el rango T de la
función de membresía es un subconjunto de los
números reales no negativos cuyo supremo es
finito. En la mayoría de los casos el conjunto T se
fija como el intervalo [0,1]. Un conjunto difuso F
en el universo de discurso U puede definirse como
el conjunto de pares ordenados,
F = {(u , µ F (u ) ) : u ∈ U }
(3)
Definiciones y operaciones básicas de conjuntos
difusos
Para dos conjuntos difusos A y B se definen
las siguientes operaciones:
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
Unión
(4)
Intersección
µ A" B (u ) = min[µ A (u ), µ B (u )]
(5)
Complemento
µ A (u ) = 1 − µ A (u )
(6)
Se
pueden
definir
otras
operaciones,
específicamente
las
denominadas
normas
triangulares (t-norms) y conormas triangulares (tconorms).13,14 En algunas ocasiones se requieren
operaciones matemáticas con conjuntos no difusos,
por lo que para convertir conjuntos difusos en no
difusos se utiliza la definición de cortes
1; if µ A (u ) ≥ α
µ Aα (u ) =
0; otherwise
(7)
Otra construcción matemática importante es la
relación binaria entre dos conjuntos X y Y basado
en la concepción de que ambos conjuntos están
relacionados en cierta extensión o no lo están; tal
relación se define de la forma siguiente
R ( x, y ) = {(x, y, µ R (x, y )) x ∈ X , y ∈ Y }
(8)
Medición difusa
Una medida difusa asigna un valor en el
intervalo [0,1] a cada elemento de un conjunto real
del universo, y da así, a un elemento particular, el
grado de pertenencia a dicho conjunto. Medidas
difusas se utilizan para resolver la ambigüedad
asociada a la selección entre alternativas. Una
medida difusa es una (conjunto) función
g : β → [0,1]
(9)
37
�Control de voltaje de sistemas de potencia utilizando lógica difusa
donde β es una familia de subconjuntos no difusos
y g satisface los siguientes tres axiomas de
medidas difusas:
parabólicas, etc.. La forma de la función de
membresía debe reflejar los cambios en el grado de
satisfacción del experto, con los cambios en las
variables.
(1) Condición frontera: g (Φ ) = 0,
Etapa 4. Selección de las operaciones difusas. En
términos del proceso de toma de decisiones de un
experto, se debe seleccionar una operación difusa
apropiada de tal forma que los resultados obtenidos
sean semejantes a las decisiones tomadas por los
expertos. La interpretación de los resultados al
utilizar sistemas difusos se basa en el dominio del
razonamiento del experto. Las operaciones difusas
comúnmente utilizadas son las de Mamdani y
Zadeh.13
g(X ) = 1
(2) Monotonicidad: Para cada conjunto no difusos
A, B ∈ β , g ( A) ≤ g ( B )
(3) Continuidad:
Para
cada
secuencia
( Ai ∈ β i ∈ N ) de subconjuntos de X, si
A1 ⊆ A2 ⊆ ... or A1 ⊇ A2 ⊇ ... , entonces
g ( Ai ) = g (lim Ai )
lim
i →∞
i →∞
(10)
En la práctica es importante utilizar las
operaciones difusas apropiadas que reflejen el
razonamiento del experto.
Aplicación de la teoría de conjuntos difusos
La solución de problemas utilizando la teoría de
conjuntos difusos requiere la ejecución de las
siguientes etapas:
Etapa 1. Descripción del problema original. El
problema a resolver debe describirse matemática y
lingüísticamente.
Etapa 2. Definición de umbrales de las variables.
Basado en conocimiento empírico, para cada
variable se puede determinar el valor que tiene el
mayor grado de satisfacción, y con cierta desviación
aceptable el grado de satisfacción decrece hasta que
es inaceptable. Los valores que corresponden al
mayor y menor grado de satisfacción se les
denomina umbrales.
Etapa 3. Cuantificación difusa. Con los umbrales
determinados en la etapa 2, se deben construir
formas apropiadas de las funciones de membresía.
Existen muchas formas de funciones de membresía:
lineales,
lineales
separables,
trapezoidales,
38
Etapa 5. Desfusificación. En esta etapa se aplica un
proceso de desfusificación para obtener una salida
no difusa. Las operaciones de desfusificación más
utilizadas son el método de los centros y el método
de los pesos promedio.13
3. PROBLEMA DE CONTROL DE VOLTAJE
EN ESTADO ESTACIONARIO EN SISTEMAS
DE POTENCIA
Descripción
Cuando el voltaje de un nodo de carga viola los
límites operativos, se deberán ejecutar acciones de
control que mejoren esta condición anormal
colocándola dentro de límites de operación del
sistema. El efecto del control de voltaje a través de
cambios en el voltaje de nodos de generación se
puede determinar mediante análisis de sensibilidad
obtenido en la solución de flujos de potencia.
Consideremos un sistema de N nodos, con L nodos
de carga, N − L − 1 nodos de generación, siendo N
el nodo compensador. Para el ajuste del elemento de
control en el nodo j, el cambio de voltaje del nodo i
está dado por:
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Manuel Ley, Oscar L. Chacón, Ernesto Vázquez
∆V i = S i , j ∆U j ,
i = 1,2, # , L;
j = 1,2, # , N − 1
(11)
donde ∆Vi es el cambio de voltaje del nodo I, S i , j
0.97] p.u., [0.93 1.07] p.u., y [1.03
respectivamente.
µf
Vb
Vn
1.5] p.u.
Va
es el coeficiente de sensibilidad del nodo j al nodo I,
y ∆U j es el ajuste realizado por el elemento de
control en el nodo j. Los ajustes en los elementos de
control se restringen a un rango entre los valores
máximos y mínimos de diseño
∆U jmin ≤ U j ≤ U jmax
(12)
donde ∆U jmin y ∆U jmax representan el ajuste mínimo
y máximo de voltaje o potencia reactiva del
elemento de control en el nodo j. En esta
investigación, los voltajes de los nodos se controla
dentro del rango [0.95 1.05] por unidad (p.u.) de
los voltajes nominales (1 p.u.). Los elementos de
control utilizados son solamente los voltajes de los
nodos de generación.
Característica de los sistemas de lógica difusa.
En los modelos convencionales de flujos de
potencia, las restricciones son rígidas y en algunas
ocasiones no es posible representarlas. En
consecuencia, se requiere un modelo más razonable
para este problema seleccionándose la teoría de
conjuntos difusos para representar la función
objetivo y restricciones del problema. Los umbrales
de los voltajes de los nodos de carga y los cambios
de voltaje de los nodos de generación, con sus
correspondientes funciones de membresía se
presentan a continuación.
Umbrales y funciones de membresía de los nodos
de carga: Las funciones de membresía de los
nodos de carga se muestran en la Fig. 1, donde Vb,
Vn, y Va representan las variables lingüísticas voltaje
bajo, voltaje nominal y voltaje alto respectivamente.
El umbral de las variables Vb , Vn y Va son [0.8
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
0.8
0.93
0.97 1.03 1.07
1.5
Vi
Fig. 1. Funciones de membresía del voltaje
de nodos de carga.
Umbrales y funciones de membresía de los
cambios de voltaje en los nodos de generación:
Las funciones de membresía de los cambios en los
voltajes de los nodos de generación se muestran en
la Fig. 2, donde Vgb , Vgn , y Vga representan las
variables lingüísticas de cambios bajos, normales y
altos en los voltajes de generación respectivamente.
Los umbrales de estas variables lingüísticas son
[0.95 0.98] p.u., [0.97 1.03] p.u., y [1.02 1.05]
p.u. respectivamente.
∆Vgb
µf
0.95
0.97
∆Vgn
∆Vga
0.98 1.02 1.03
1.05
Vj
Fig. 2. Funciones de membresía de los cambios
de voltaje en nodos de generación.
39
�Control de voltaje de sistemas de potencia utilizando lógica difusa
Base de conocimiento: La estrategia de control del
sistema de lógica difusa propuesto (SFD) está
basado en un esquema sistema experto-conjunto
difuso consistente en un grupo de reglas IF-THEN,
que representan el conocimiento que el operador del
sistema de potencia (experto) tiene respecto al
control de voltaje del sistema de potencia bajo
estudio. Una regla IF-THEN está constituida por un
par de estatutos que describen: el primero (IF), los
estados de operación anormal del sistema, y los
segundos (THEN) las acciones de control a realizar;
por ejemplo:
IF (Vi es un voltaje bajo en el nodo i)
THEN (se debe realizar un cambio Vga
nodo de generación j).
Condiciones iniciales
del sistema de potencia
Flujos de
potencia
en el
Se realiza una operación difusa para evaluar las
reglas dando como resultado (THEN) una salida
difusa en cada una de elllas, y la agregación de
todas las salidas asociadas al mismo nodo de
generación, se desfusifican para obtener el valor no
difuso del incremento o decremento (acción de
control) de los voltajes de generación. Esta acción
de control corregirá el voltaje anormal en el nodo de
carga afectado.
En la Fig. 3 se muestra un diagrama esquemático
del proceso de simulación. Dada la información del
sistema de potencia (topología, líneas de
transmisión, cargas y generación), se realiza un
cálculo de flujos de potencia para determinar el
estado de operación del sistema, y así identificar los
nodos de carga con violación de voltaje (vv).
Con la detección de una violación del voltaje vv
(fuera de los límites operativos) se inicia la
operación del SLD. Los valores de los voltajes de
los nodos de carga, obtenidos en la solución de
flujos de potencia, se fusifican, utilizando las
funciones de membresía de las variables lingüísticas
40
Vb ,Vn y Va. Esta información se emplea para
evaluar las reglas de la base de conocimiento (el
conocimiento de la operación del sistema de
potencia) obteniéndose para cada regla una salida
difusa del cambio en el voltaje de generación
correspondiente a la regla.
no
vv
Solución del
problema
si
fin
SLD
nvg
Fig. 3. Proceso de simulación.
La agregación (operación difusa) de las salidas
que corresponden a un cambio de voltaje de un
nodo de generación específico, da como respuesta
un conjunto difuso. La desfusificación de los
resultados de las agregaciones de los cambios de
voltaje de los nodos de generación, da como
respuesta un incremento o decremento de los
voltajes de generación correspondientes. Con los
nuevos voltajes de generación (nvg) se procede a
realizar nuevamente el estudio de flujos de potencia
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Manuel Ley, Oscar L. Chacón, Ernesto Vázquez
para obtener los cambios de voltaje en los nodos de
carga.
Si los problemas de voltaje continuan, se repite
el proceso con los nuevos voltajes fuera de los
límites operativos (vv); de lo contrario, los últimos
voltajes de nodos de generación representan la
solución del problema inicial.
Tabla 1. Parámetros del sistema.
Linea
Nodo
R
X
B
T
1
1-4
0.0000
0.0576
0.000
1.0
2
3-6
0.0000
0.0586
0.000
1.0
3
4-5
0.0170
0.0920
0.158
1.0
4
5-6
0.0390
0.1700
0.358
1.0
4. APLICACIONES Y RESULTADOS
5
6-7
0.0119
0.1008
0.209
1.0
Para la aplicación de lógica difusa en el control
de voltaje se utiliza el sistema de potencia de 9
nodos de la IEEE que se muestra en la Fig 4.
6
7-8
0.0085
0.0720
0.149
1.0
7
8-2
0.0000
0.0625
0.000
1.0
8
8-9
0.0320
0.1610
0.306
1.0
9
9-4
0.0100
0.0850
0.176
1.0
V2
G2
(1.0 + i 0.35)
V7
V8
V3
V9
Tabla 2. Condiciones iniciales del sistema de
potencia.
G3
V6
V5
(0.9 + i 0.5)
(1.25 + i 0.5)
Nodo
Nodo
P
Q
P
Q
tipo
Gen
Gen
Car.
Car.
V
Ang
1
SLK
0.0
0.00 0.00
0.00
1.0 0
2
P-V
1.0
1.63 0.00
0.00
1.0 0
3
P-V
1.0
0.85 0.00
0.00
1.0 0
Fig. 4. Sistema de potencia de 9 nodos
de la IEEE.
4
P-Q
0.00
0.00
1.0 0
5
P-Q
0.90
0.30
1.0 0
Los nodos 1, 2 y 3 son nodos de generación, y el
nodo 1 actua como nodo compensador. Los nodos
de carga son los nodos del 4 al 9. Las tablas 1 y 2
muestran los datos del sistema.
6
P-Q
0.00
0.00
1.0 0
7
P-Q
1.00
0.35
1.0 0
8
P-Q
0.00
0.00
1.0 0
9
P-Q
1.25
0.50
1.0 0
V4
V1
G1
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
41
�Control de voltaje de sistemas de potencia utilizando lógica difusa
Con el fin de mostrar esta metodología en la
solución del problema de control de voltaje, se
resuelven los siguientes casos:
Tabla 3. Soluciones del Caso 1.
Voltajes
de Nodos
1. Incremento de carga de un 90% en el nodo 7.
Solución de
Flujos de
Potencia
SLD
MPPA
2. Incremento de carga de un 45% en los nodos
del 4 al 9 .
V1
1.0
1.0226
1.050
V2
1.0
1.0274
1.050
3. Desconexión de la línea que conecta los nodos
6 y 7.
V3
1.0
1.0226
1.050
V4
0.9841
1.0101
1.041
V5
0.9696
0.9969
1.029
V6
0.9888
1.0144
1.045
V7
0.9474
0.9767
1.008
V8
0.9797
1.0081
1.036
V9
0.9536
0.9823
1.014
En los tres casos el problema se resuelve por dos
métodos: SLD y minimización de pérdidas de
potencia activa (MPPA).
Los resultados de ambos métodos se dan en las
tablas
3, 4 y 5 para los casos 1, 2 y 3
respectivamente.
En estas tablas, la segunda
columna contiene los valores de los voltajes de la
solución de flujos de potencia con las condiciones
iniciales. En la tercera columna, los primeros 3
valores de voltajes (fondo gris) representan el
voltaje propuesto para los nodos de generación
como solución del método de SLD, y el resto
(voltajes del 4 al 9) como solución de flujos de
potencia manteniendo fijos los voltajes de
generación propuestos. En la cuarta columna se
presenta la solución de cada caso mediante la
minimización de pérdidas de potencia activa. En la
tabla 6 se muestran las pérdidas de potencia activa
por la solución propuesta en ambos métodos.
En el Caso 1, Tabla 3, columna 2, se muestra
que el voltaje del nodo 7 es anormal (0.9774 abajo
del límite inferior – dato en negrita). Ambos
métodos resuelven el problema satisfactoriamente:
0.9767 por el método SLD y 1.008 por MPPA. Las
pérdidas de potencia activa son muy cercanas, como
se muestran en la tabla 6; sin embargo, el método
MPPA coloca a los voltajes de generación en su
límite superior.
42
Tabla 4. Soluciones del Caso 2.
Voltajes
de Nodos
Solución de
Flujos de
Potencia
SLD
MPPA
V1
1.0
1.0348
1.050
V2
1.0
1.0227
1.050
V3
1.0
1.0355
1.050
V4
0.9661
1.0043
1.022
V5
0.9431
0.9834
1.00
V6
0.9891
1.0253
1.043
V7
0.9604
0.9944
1.016
V8
0.9798
1.0098
1.034
V9
0.9208
0.9596
0.979
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Manuel Ley, Oscar L. Chacón, Ernesto Vázquez
En el caso 2, el incremento de carga en los nodos
del 4 al 9, causa violación en los voltajes de los
nodos 5 y 9.
Ambos métodos resuelven el
problema satisfactoriamente, con pérdidas mínimas
de potencia activa muy cercanas como se muestra
en la Tabla 6. Como en el caso 1, el método MPPA
eleva los voltajes de los nodos de generación a su
límite superior.
Tabla 5. Soluciones del Caso 3.
Voltajes
de Nodos
Soluciones de
Flujos
de
Potencia
SLD
MPPA
V1
1.0
1.0226
1.050
V2
1.0
1.0319
1.050
V3
1.0
1.0226
1.042
V4
0.9816
1.0081
1.041
V5
0.9679
0.9952
1.031
V6
1.0046
1.0287
1.050
V7
0.9443
0.9791
1.005
V8
0.9777
1.0108
1.035
V9
0.9510
0.9817
1.014
Tabla 6. Pérdidas de potencia activa.
CASO
SLD
MPPA
1
0.0498
0.0401
2
0.0676
0.0605
3
0.0646
0.0302
Para el tercer caso, donde se desconecta la línea
que une los nodos 6 y 7, se produce un voltaje
anormal en el nodo 7 como lo muestra la Tabla 5 en
la columna 2. En este caso ambos métodos
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
resuelven el problema de voltaje satisfactoriamente,
pero en lo relativo a pérdidas de potencia activa, el
método MPPA (diseñado específicamente para este
fin) ofrece mejor solución que el método SLD
(diseñado para el control de voltaje).
CONCLUSIONES
Los resultados del control de voltaje para
contingencias de diferentes magnitudes en los
sistemas de potencia, induce a establecer que el
método SLD cumple con los objetivos del control
de voltaje dentro de los límites operativos. Estas
aplicaciones del método de SLD para el control de
voltaje muestran claras ventajas tales como:
• Mayor flexibilidad en el modelo del control de
voltaje.
La estructura
• Efectividad computacional.
simple del método de SLD no depende de
estructuras de datos especiales de lenguajes de
programación.
• Tiempo de ejecución pequeño. Las reglas de
operación se pueden evaluar en forma
simultánea;
no
existe
una
secuencia
preestablecida en su evaluación.
• Se tiene una solución rápida al problema de
control de voltaje, razón por la cual se considera
que esta metodología es efectiva.
El límite del método de SLD está relacionado
con el conjunto de reglas de operación que
constituyen la base de conocimiento. La base de
conocimiento es válida solamente para el sistema
específico bajo control; por consiguiente se hace
necesario un proceso computacional inteligente
(con aprendizaje) que genere las reglas de operación
de la base de conocimiento para cualquier sistema
de potencia.
43
�Control de voltaje de sistemas de potencia utilizando lógica difusa
6. REFERENCIAS
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44
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11. Niebur, D., "Additional references on
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to power systems, pp. 170-190. Edited by
El-Sharkawi and D. Niebur, IEEE Power
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12.Aldo Cipriano, "Redes Neuronales."
CYTED SUBPROGRAMA VII, Cuadernos
de Informática y Automática. Informática
en
Sistemas
Eléctricos,
Tomo
I:
Fundamentos, October 27-31, 1997, Santa
Cruz de la Sierra, Bolivia.
13.D. Dubois and H. Prade, "Fuzzy Sets and
Systems : Theory and Applications." New
York, Academic Press 1980
14.D. Dubois and H. Prade, "A review of fuzzy
sets aggregation connectives" Information
Science 36:85-121
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Manuel Ley, Oscar L. Chacón, Ernesto Vázquez
7. BIOGRAFIAS
Oscar L. Chacón Mondragón
nació en Nueva Rosita, Coahuila,
México en 1946. Recibió el
grado de Ingeniero Químico por
la Universidad Autónoma de
Nuevo León, México, el grado
de Maestro en Ciencias por
University of Houston, y el grado
de Doctor por University of
Texas en Austin en 1968, 1976
and 1987 respectivamente, todos los grados en el
departamento de ingeniería química. Fue maestro de la
Facultad de Ciencias Químicas y posteriormente profesor
del Programa Doctoral en Ingeniería Eléctrica, ambas de
la Universidad Autónoma de Nuevo León, México. Su
área de interés es la aplicación de técnicas de
optimización e inteligencia artificial en la operación de
sistemas eléctricos de potencia.
Ernesto Vázquez Martínez
nació
en
Tampico
Tamaulipas, México en
1967. Recibió los grados de
Ingeniero en Electrónica y
Comunicaciones, Maestro
en Ciencias y Doctor en
Ingeniería Eléctrica de la
Universidad Autónoma de
Nuevo León, México en
1988, 1991 y 1994 respectivamente. En la
actualidad es profesor del Programa Doctoral en
Ingeniería Eléctrica de la Universidad Autónoma
de Nuevo León, Mexico. Su área de interés es la
aplicación de la inteligencia artificial en la
operación y protección de sistemas eléctricos de
potencia.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
45
�El Cubículo de Babel♦
Carlos Monsiváis*
Con la ponencia♦ se inició la destrucción. O tal vez
sería mejor decir, con las ponencias comenzó el fin.
Esto no se dio de pronto, aunque todos nos dimos
cuenta el mismo instante. Resulta que cada día se
multiplicaban los simposios, los coloquios, las
conferencias, los congresos y cada uno quería ir
más a fondo en el uso del lenguaje especializado, y
unos se enfadaban en ser más complejos que los
otros, con el resultado de que ya pronto sólo dos
personas a lo sumo entendían cada ponencia, y lo
incomprensible era el sinónimo de la división del
trabajo. Esto le pasaba desde luego a la élite
académica, pero como suele pasar, la afición de la
élite se trasladó a las masas que empezaron a hablar
en ponenciañol, o como se le llame al idioma de los
simposios, y el resultado fue previsible: nadie
entendía nada, porque sólo lo complejo importaba.
Se quiso tomar como símbolo a la Torre de Babel,
pero hubo demasiadas ponencias refutando y
aprobando el tema, hasta que el número de ellas
llegó efectivamente al cielo. Y nadie trabajaba,
ocupados todos en redactar ponencias. Y al no
cuidarse la división del trabajo, no se previó que,
también se requerían lectores, oyentes, editores y
distribuidores de las ponencias.
humana corría* peligro. Las cárceles estaban llenas
de ex-presos y neoponentes que celebraban
simposios sobre "la libertad, ese invento de los que
viajan de un cuarto a otro", o "El sistema carcelario,
el fin del vagabundeo que funda la dicha de las
naciones".
El mundo entero corría peligro. A la humanidad,
a la que con tanto esfuerzo se le llevó de la
expulsión del paraíso a Disneyland, la estaban
matando las ponencias. Y nunca sabré que sucedió
con esta tragedia, porque es hora de que no acabo
mi ponencia que será leída en el Congreso que
inaugura formalmente el Apocalipsis.
Un día las ciudades detuvieron su impulso.
Nadie manejaba, nadie daba de comer, nadie
atendía el gobierno. La causa era terrible e
índetenible. Todos hacían ponencias sin cesar, y las
leían en voz alta en busca de oídos atentos. La gente
escapaba y a la carrera leía o redactaba ponencias.
Un hombre se suicidó sin darse cuenta, e inauguró
el género "Suicida por creer que es posible lanzarse
de un trampolín a una piscina vacía leyendo
ponencias". Las parejas no concluían la deleitosa
cópula por terminar sus ponencias, y la especie
♦
Fragmento del artículo "Temas del fin del milenio"
reproducido con autorización del autor.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
*
Escritor, ensayista, editorialista. Es autor de varios
libros.
45
�Literatura de ingenieros
La pata del elefante♦
Pedro de Isla*
Estás cansado, Carlitos.♦A las once de la noche
ya te duelen los dedos y tienes que usar un lápiz
para hundir las teclas de la calculadora. El plástico
transparente que protege la pantalla te confirma los
números que aparecen impresos en la tira de papel.
No hay nadie más en las oficinas, los otros siete
escritorios separados por cortas mamparas verdes
permanecen entumecidos por el frío del aire
acondicionado. Los únicos ruidos del lugar
provienen de tus dedos, el zumbar de la calculadora
y ese chirrido sordo que hacen los largos focos
tubulares de la lámpara del techo.
Estamos a día nueve del mes y aún no terminas
tus cálculos, Carlitos. Sabes que ya deberías haber
terminado el reporte: doscientas cuarenta y dos
páginas de gráficas y estadísticas, que resumen un
mes en la vida productiva de seiscientas trece
personas que trabajan en el área de producción de la
planta, especialmente en cocción y envasado.
Seiscientas trece personas que caben en doscientas
cuarenta y dos páginas. Dos punto cinco personas
por página. Doscientos cuarenta y cuatro punto diez
centímetros cuadrados por persona, sin restarles los
márgenes. Muy bien Carlitos, aún puedes
multiplicar y dividir sin utilizar la sumadora.
Se te hace tarde, Carlitos,* se te hace tarde para
ir a casa; pero no te quieres ir. Es el amor al trabajo,
eso dices siempre: sólo importa, en el trabajo, el
reporte mensual de productividad; y en el fútbol, el
Santos de Torreón. ¿Los equipos locales?, no, ¿para
qué?, el Santos, ése si, Carlitos ese sí es tu equipo.
Lo puedes ir a ver cada quince días, cada vez que te
pagan puedes irte a Torreón, apoyando a tu equipo
en las malas y en las buenas. Casi nunca han
destacado, pero eso no es importante, lo que
importa es que ahí están, a trescientos sesenta y
cinco kilómetros de distancia, a cinco punto
cincuenta horas en carro, a cuatro casetas de cobro,
a veintitrés, a veces a veintinueve litros de gasolina,
dependiendo de su calidad. Tus cálculos te lo han
dicho muchas veces, los has corroborado hasta el
hartazgo en tus ratos libres.
Torreón no está lejos y es una carretera solitaria,
recta, lisa, tranquila; no tiene curvas peligrosas ni
despeñaderos, uno puede chocar por aburrimiento o
por cansancio, pero será culpa del conductor, nunca
No te gusta la computadora. Siempre quieren
que hagas todo el trabajo en la computadora, que te
sientes frente a la pantalla, alimentes los números y
ella se encargue del análisis, pero tú sólo la usas
para elaborar las gráficas finales, ésas que irán en el
reporte y muestran los porcentajes como si se
tratara de rebanadas coloreadas de un pastel. No,
todos tus cálculos salen de la vieja sumadora con
rollo de papel y grandes números color verde.
♦
Este cuento forma parte del libro "Los batichicos"
publicado por Ediciones Yoremito y es reproducido con
la autorización del autor.
46
*
Escritor, creativo y Redactor Publicitario.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Aniversario 52 de la Facultad de Ingeniería
Mecánica y Eléctrica de la UANL.
Rogelio G. Garza Rivera*
Hugo E. Rivas Lozano*
José L. Arredondo Díaz*
En el mes de Octubre pasado, se realizaron una
serie de actividades para conmemorar el
Quincuagésimo Segundo Aniversario de la
Fundación de la Facultad de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica de la U.A.N.L.
Los eventos se llevaron a cabo del 23 al 29 de
Octubre y en ellos participaron maestros, alumnos y
personalidades del ámbito empresarial.
Almuerzo de la Fraternidad
El día 23 se realizó el tradicional Almuerzo de la
Fraternidad en el Restaurante Regio Gonzalitos, en
donde se manifestó la convivencia entre los ex–
alumnos que asistieron a compartir el pan y la sal,
asistiendo como invitados especiales: el Sr. Rector
Dr. Reyes S. Tamez Guerra, ex–directores: Ing.
Aurelio Fernández González, Ing. Arnoldo
Mancillas Cantú, Ing. Ermilo Torres Patrón, Ing.
Lorenzo Vela Peña, Ing. Guadalupe E. Cedillo
Garza e Ing. José Antonio González Treviño.
De la 3ª. Generación: Ing. Carlos Villarreal de la
Rosa.
De la 4ª. Generación: *Ing. José Elías Cázares
Leal, Ing. Armando de Jesús García López, Ing.
Abelardo Gutiérrez Zertuche, Ing. Pedro Moreno
Muñoz, Ing. Juan Genaro Pacheco Rábago, Ing.
Pedro Treviño Elizondo y el Ing. Rubén Eliud
Villarreal Gutiérrez.
De la 5ª. Generación: Ing. Manuel Martínez de
la Garza y el Ing. Diego Gutiérrez Vizcaino.
Inauguración
Visualizando este mundo tan cambiante en el
que vivimos, donde todos los procesos se
transforman en una forma muy acelerada, se inició
el día 26 un Simposium sobre Educación, Ciencia y
Tecnología, con una visión hacia el próximo
milenio, en el cual participaron como ponentes ex–
alumnos que se han distinguido en el campo
profesional, así como conferencistas de Cuba,
Houston y Nueva York.
La Inauguración del “Simposium sobre
Educación, Ciencia y Tecnología en los Albores
del Siglo XXI” estuvo a cargo del Dr. Reyes S.
Tamez Guerra, Rector de la Universidad Autónoma
de Nuevo León y del M.C. Cástulo E. Vela
Villarreal, Director de la Facultad.
También estuvieron presentes ex–alumnos de las
primeras generaciones.
De la 1ª. Generación: estuvieron presentes: el
Ing. Epitacio Elizondo Selva, Ing. Manuel Villarreal
Garza y el Ing. Rodolfo Gregorio De la Garza
Treviño.
De la 2ª. Generación: Ing. Mario González
González, Ing. René Arnoldo Mancillas Cantú, Ing.
Pedro Rubio Díaz y el Ing. Joel Torres Gámez.
50
*
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Rogelio G. Garza Rivera, Hugo E. Rivas Lozano, José L. Arredondo Díaz
Después de la inauguración se realizó un
reconocimiento a ex–alumnos que se han
distinguido en sus diferentes áreas, los
homenajeados fueron: el Ing. Raúl M. Montemayor
Martínez, Ing. Lorenzo Vela Peña, Ing. Raymundo
García Olivares, Ing. Gilberto Saúl Zambrano León,
Ing. Gerardo Carlos Mayer Maqueo, Ing. Sergio
Fortunato Oyervides Martínez, Ing. Ricardo Oziel
Flores Salinas, Ing. Arnoldo Mancillas Cantú, Ing.
Pedro Rubio Díaz, Ing. Salomón Maldonado Alanís,
Ing. Carlos Villarreal de la Rosa, Ing. Genaro
Monsiváis Ceniceros, Ing. Joel Torres Gámez y el
Ing. Mario González González.
Roberto Leal López, también con gran éxito se
llevó a cabo el Concurso de FIME – CANTA,
participando 19 concursantes, resultando ganador el
alumno Eliseo Villalobos Lozano.
En el aspecto deportivo, hay que destacar la
celebración del Trigésimo Aniversario del
Campeonato de la Liga Intermedia de Futbol
Americano, se organizaron también una serie de
torneos relámpagos en las diferentes disciplinas sin
faltar la tradicional carrera del OSO – 5 K, cabe
destacar que en estos eventos se contó con una
nutrida participación de maestros y alumnos de la F.
I. M. E.
Eventos académicos y culturales
Los tópicos que se tocaron en las conferencias,
como Calidad Hacia el Siglo XXI, Empresa Exitosa
Rumbo al año 2000, El Perfil del Profesionista de
Clase Mundial, El Éxito en el Nuevo Milenio,
Nuevas Tendencias y Modelos de Enseñanza de la
Ingeniería Frente al año 2000, entre otras,
despertaron un gran interés entre los maestros y
alumnos asistentes.
En la conmemoración del Aniversario de la
Facultad, se realizaron actividades culturales y
deportivas, entre las cuales podemos destacar el
Cuarto Certamen Anual de Oratoria siendo el
ganador entre los 12 participantes el joven alumno
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
Dentro de los eventos, se le entregó un
reconocimiento al Ing. Cayetano Garza Garza por
su trayectoria al frente del equipo “Osos” de Futbol
Americano, pues él, desde 1969 inició una era de
campeonatos por la cual hasta estas fechas se le ha
conocido como la Furia Verde, un equipo cien por
ciento competitivo. La semblanza del Ing. Cayetano
Garza, estuvo a cargo del Ing. Hugo E. Rivas
51
�Aniversario 52 de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL.
Lozano, Secretario de Cultura y Deportes de esta
Facultad.
En la Exposición Industrial que se montó en el
Los Alumnos que integran las distintas
Asociaciones de Estudiantes por Región, montaron
sus Stands que mostraban sus Culturas Tradiciones
y Procesos que desarrollan en cada entidad, así
como una muestra Gastronómica de sus Regiones.
Dentro de los Festejos del Aniversario de la
Facultad, se premió al ganador del Concurso del
Logotipo para el Año 2000 que representará a la
Facultad, siendo el agraciado el joven Germán
Rodríguez Villarreal con matrícula 790537 de la
carrera de Ingeniero Administrador de Sistemas.
pasillo central de la Facultad participaron empresas
como Festo, Danfoss, Jar, Iluminación Total,
Rosoul, Vermont, Hierro Gris, Ferro Alloys, entre
otras.
Estuvieron
explicando
los
procesos
que
Posteriormente se realizó una cena entre las
autoridades de la Facultad y todos los ex–jugadores
de las diferentes temporadas que asistieron al
Homenaje del Ing. Cayetano Garza, dicha cena se
llevó a cabo en el Lienzo Charro 7 Leguas.
desarrollan cada una de ellas, y contestando los
cuestionamientos de los asistentes. La Inauguración
la realizó el M.C. Cástulo E. Vela Villarreal,
Director de la Facultad, acompañado por
autoridades de dicha Institución.
52
Al finalizar todos los eventos, el M.C. Cástulo E.
Vela Villarreal, Director de la Institución, realizó la
clausura de los festejos, agradeciendo al personal
directivo,
maestros,
alumnos,
personal
administrativo y a todos los asistentes por el interés
y entusiasmo que se observó en cada una de las
actividades y los exhortó a seguir con el dinamismo
que caracteriza a esta Facultad de Ingeniería
Mecánica y Eléctrica.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Enredándose
Becas y cursos
Juan Ángel Garza Garza*
electrónica y computación, además de apoyos para
proyectos de investigación. Esta página está ubicada
en la dirección.
www.conacyt.mx/conacyt/convocatorias/
En la página de la Secretaría de Educación
Pública (SEP) se encuentra una sección que
contiene información sobre los diferentes apoyos
que al magisterio de educación superior se ofrecen a
través del Programa de Mejoramiento del
Profesorado "PROMEP".
Este programa busca "mejorar la calidad de la
enseñanza en las instituciones de educación
superior mediante el fortalecimiento de los cuerpos
académicos" por medio de becas de posgrado tanto
en México como en el extranjero, programas de
vinculación de cuerpos académicos de diferentes
instituciones y países, etc.
Información sobre este programa, y las
diferentes becas que ofrece se puede encontrar en la
página: www.sep.gob.mx/promep.html
La Secretaría de Educación Pública y el Consejo
Nacional de Ciencia y Tecnología en su página de
Internet, en la sección de convocatorias, presenta
una amplia información sobre los diferentes
programas de apoyo que ofrece al personal de las
instituciones de educación superior. En ella
encontrarás, por ejemplo, información acerca de las
nuevas bases del Sistema Nacional de
Investigadores, el SNI 2000, bases para la beca
Lucent Global Science Scolars Program en
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
También en la página:
http://www.main.conacyt.mx/conacyt/redii/defau
lt.htm de la Red de Desarrollo e Investigación en
Informática, CONACYT REDII, encontrarás en la
sección de educación un listado de interesantes
cursos impartidos por reconocidas instituciones
nacionales.
En la página de la Asociación Nacional *de
Universidades e Instituciones de Educación
Superior,
ANUIES,
en
la
dirección:
http://www.anuies.mx/menubecas.html
encontrarás información sobre becas, eventos como
seminarios, cursos, congresos, simposiums y
premios además de intercambios
En la página: http://www.sre.gob.mx/ de las
Secretarías de relaciones Exteriores, también
encontrarás una sección de becas.
*
Coordinador del Centro de Servicios de Cómputo de la
FIME. jagarza@osos.fime.uanl.mx
53
�Titulados a nivel Maestría en la FIME
Mayo-Octubre 1999
Roberto Villarreal Garza*
Nora Griselda Guerra Estrada, M.C.
Administración, especialidad en Relaciones
Industriales, “Administración de proyectos de
diseño para diseñadores industriales”, 06 de
Mayo de 1999.
Jesús Guadalupe Castañeda Marroquín, M.C.
Ingeniería Eléctrica, especialidad en Electrónica,
“Estudio de las máquinas eléctricas para el
ingeniero en electrónica”, 06 de Mayo de 1999.
Selene Berenice Salazar Rodríguez, M.C.
Ingeniería Mecánica, especialidad en Materiales,
“Influencia del grafito en el procesamiento de
espinel MgAl2 O4 mediante microondas”, 07 de
Mayo 1999.
Mónica Josefina Sáenz Ramírez, M.C.
Administración, especialidad en Sistemas,
“Deficiencias percibidas en habilidades y
conocimientos relacionados con sistemas de
información en las empresas de Monterrey y su
área metropolitana”, 11 de Mayo de 1999.
Alfredo González Fuentevilla, M.C. Ingeniería
Eléctrica, especialidad en Potencia, “Utilización
de la computadora como herramienta en el
análisis de circuitos electrónicos en estado
estable, fallas y coordinación”, 28 de Mayo de
1999.
Rodolfo Rubén Treviño Martínez, M.C.
Ingeniería, especialidad en Telecomunicaciones,
“Nueva familia de ventanas para estimación
especial y diseño de filtros digitales”, 02 de
Junio de 1999.
Emanuel César Flores Velasco, M.C.
Administración, especialidad en Sistemas,
“Algoritmo genético para resolver el problema
de asignaciones aplicado a la programación de
horarios”, 11 de Junio de 1999.
Juan Francisco Hernández Paz, *M.C. Ingeniería
Mecánica, especialidad en Materiales, “Estudio de
pigmentos por medio de microscopía electrónica”, 11
de Junio de 1999.
Claudia Alejandra Rodríguez González, M.C.
Ingeniería Mecánica, especialidad en Materiales,
“Obtención de β-SIC mediante una fuente alterna de
energía como las microondas”, 14 de Junio de 1999.
José Luis Lira de la Garza, M.C. Administración con
especialidad en Sistemas “Modelo de solución para el
problema de programación de tareas en dos máquinas
por medio del metaheurístico búsqueda tabú”, 01 de
Julio de 1999.
Víctor Hugo Ordaz Gaitán, M.C. Administración,
especialidad
en
Sistemas,
“Desarrollo
e
implementación de un algoritmo genético que resuelve
el problema de programación de tareas en dos
máquinas”, 01 de Julio de 1999.
Octavio Covarrubias Alvarado, M.C. Ingeniería
Mecánica, especialidad en Materiales, “Determinación
de propiedades de resistencia a la corrosión de aceros
aleados al silicio, embebidos en mortero”, 09 de Julio
de 1999.
María Angélica Alvarado Ramírez, M.C. Ingeniería
Mecánica, especialidad en Materiales, “Relación entre
microestructura y propiedades mecánicas en piezas
vaciadas de aluminio ”, 09 de Julio de 1999.
Humberto Guerra González, M.C. Administración,
especialidad
en
Relaciones
Industriales,
“Implementación del sistema de nóminas aplicado a
una empresa comercial de servicio e industrial”, 09 de
Julio de 1999.
*
Sub-Director de Posgrado
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
54
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol.III, No.6
�Roberto Villarreal Garza
Manuel Ley Mendoza M.C. Ingeniería
Eléctrica, especialidad en Potencia “Aplicación
de lógica difusa al control de voltaje en estado
estable”, 14 de Julio de 1999.
Juan Heriberto Hernández Peñuñuri, M.C.
Administración, especialidad en Sistemas, “Algoritmo
de entrenamiento para redes de neuronas artificiales
con pesos enteros”, 05 de Agosto de 1999.
M.C.
Juan
Carlos
Anaya
Romero,
Administración, especialidad en Finanzas,
“Impacto social y económico de las
Administradoras de Fondo para el Retiro
AFORE en méxico”, 15 de Julio de 1999.
Eligio Jaime Muñoz, M.C. Ingeniería Mecánica,
especialidad en Diseño Mecánico, “Técnica en
medición de deformación aplicado al diseño mecánico
con deformímetros eléctricos”, 09 de Agosto de 1999.
Carlos Lázaro Naranjo, M.C. Ingeniería
Mecánica, especialidad en Térmica y Fluidos,
“Aplicaciones del método de elementos finitos a
problemas de termofluidos”, 26 de Julio de
1999.
Mario Ariel Villanueva Llanes, M.C.
Ingeniería Eléctrica, especialidad en Control,
“Algoritmos de filtrado de kalman para estados
de sistemas estocásticos sobre observaciones
discretas y continuas ”, 27 de Julio de 1999.
José Ramón Martínez Salazar, M.C.
Administración, especialidad en Finanzas,
“Diseño de un sistema de contabilidad para
instituciones públicas de educación superior”,
28 de Julio de 1999.
Manuel Angel Guajardo Martínez, M.C.
Administración, especialidad en Finanzas
“Diseño de un sistema de contabilidad para
instituciones públicas de educación superior”,
28 de Julio de 1999.
Ramiro Leal Cueva, M.C. Administración,
especialidad en Relaciones Industriales, “Toma
de decisiones para la creación de una empresa
en una situación crítica y actual”, 30 de Julio de
1999.
Ana Lilia Delgado Navarrete, M.C. Ingeniería
Mecánica,
especialidad
en
Materiales
“Anisotropía de cinta de acero de bajo carbono
laminada en caliente”, 30 de Julio de 1999.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol.III, No.6
José Ernesto Bernal Avalos, M.C. Ingeniería
Mecánica, especialidad en Diseño Mecánico, “Técnica
de medición de deformación aplicado al diseño
mecánico con deformímetros eléctricos”, 09 de Agosto
de 1999.
M.C.
Minerva
Catalina
Puente
Valdivia,
Administración, especialidad en Producción y Calidad,
“Certificación de las normas ISO-9000 aplicado a la
industria manufacturera del ramo de la eléctrica.”, 16
de Agosto de 1999.
José Juárez Ferrer, M.C. Ingeniería Mecánica,
especialidad en Térmica y Fluidos, “Desarrollo de
procedimientos operativos del equipo de una central
termoeléctrica y mejoras al sistema de gobierno en
turbinas”, 17 de Agosto de 1999.
Juan Carlos Gómez Gómez, M.C. Administración,
especialidad en Producción y Calidad, “Funciones de
aseguramiento de calidad en la empresa actual”, 17 de
Agosto de 1999.
Martín Edgar Reyes Melo, M.C. Ingeniería
Mecánica, especialidad en Materiales, “Autofinidad de
superficies de fractura en materiales plásticos”, 19 de
Agosto de 1999.
Zulema Rodríguez Lozano, M.C. Administración,
especialidad en Sistemas, “Factores de ayuda para la
adopción de los sistemas interorganizacionales”, 20 de
Agosto de 1999.
Juan Ramón Chávez Contreras, M.C. Ingeniería
Eléctrica, especialidad en Potencia, “La importancia de
55
�Titulados a nivel Maestría en la FIME; Mayo-Octubre de 1999
las protecciones contra sobrecorriente en los
sistemas eléctricos de potencia”, 26 de Agosto
de 1999.
Alfredo Puente Martínez, M.C. Ingeniería Eléctrica
especialidad en Control, “Aplicación del control digital
en el control de motores”, 20 de Septiembre de 1999.
Rodolfo Garza Garza, M.C. Administración,
especialidad en Sistemas, “Planeación de
informática para una nueva empresa”, 03 de
Septiembre de 1999.
Isidro Garza Salinas, M.C. Ingeniería Mecánica,
especialidad en Diseño Mecánico, “Análisis de
fractura del brazo portamolde de la máquina I.S.”, 22
de Septiembre de 1999.
M.C.
Elvira
González
Rodríguez,
Administración, especialidad en Relaciones
Industriales, “Marketing en las campañas
electorales” 03 de Septiembre de 1999.
José Guadalupe Valdés López, M.C. Administración,
especialidad en Producción y Calidad, “Calidad como
forma de vida”, 30 de Septiembre de 1999.
Alejandro Torres Castro, M.C. Ingeniería
Mecánica,
especialidad
en
Materiales,
“Influencia de la convección sobre la
homogeneidad en metales fundidos”, 06 de
Septiembre de 1999.
José
Ignacio
Tijerina
Acosta, M.C.
Administración, especialidad en Producción y
Calidad,
“Benchmarking-metodología
de
desarrollo y aplicación”, 09 de Septiembre de
1999.
Adán Alejandro Salinas Treviño, M.C. Ingeniería
Eléctrica, especialidad en Electrónica, “Análisis del
comportamiento de las señales en bandas arriba de 10
ghz en las comunicaciones satelitales”, 08 de Octubre
de 1999.
Salvador Chávez Negrete, M.C. Ingeniería Eléctrica,
especialidad en Potencia, “Formulación de flujos
óptimos en forma rectangular por el método de newton
incorporando dispositivos facts”, 22 de Octubre de
1999.
Dora Lilia Guadiana Medina, M.C.
Administración, especialidad en Sistemas,
“Sistema productivo del carbón mineral y sus
residuos ”, 10 de Septiembre de 1999.
Luis Enrique Díaz Garza, M.C. Ingeniería Mecánica,
especialidad en Térmica y Fluidos, “Análisis del
cambio de proceso de unión de placa con orificios y
tubo en un intercambiador de calor ”, 27 de Octubre
de 1999.
Víctor Vicente Sandoval García, M.C.
Administración, especialidad en Sistemas,
“Antropología de teleproceso y redes de
computadoras”, 10 de Septiembre de 1999.
M.C.
José
Antonio
González
Treviño,
Administración, especialidad en Producción y Calidad,
“La necesidad de fortalecer a las pequeñas y medianas
empresas”, 30 de Octubre de 1999.
56
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Reconocimientos
Luis Manuel Martínez Villarreal*
I. JUBILADOS
Durante Julio-Diciembre de 1999:
la O Serna por su proyecto "Nueva familia de filtros
digitales para medición factorial"
Ing. Gerardo Zapata Garza
Ing. Jesús Mario Colunga de la Garza
II. DISTINCIONES
En Sesión Solemne del Consejo Universitario
celebrado el 10 de Septiembre de 1999, se
otorgó nombramiento de "Miembro de la Junta
de Gobierno" al Ing. Guadalupe Evaristo Cedillo
Garza.
Se trata de un desarrollo puramente matemático que
le ha llevado tres años de arduo trabajo, en el cual
desarrolló una familia de filtros digitales mediante los
cuales se pueden obtener características de corte
mejores que las obtenidas con los filtros
convencionales.
IV.- MERITO ACADEMICO * AGO'98-ENE'99
El Dr. Reyes S. Tamez Guerra Rector de la
UANL acreditando al Ing. Guadalupe Cedillo
Garza como Miembro de la Junta de Gobierno.
III.- PREMIO DE INVESTIGACIÓN UANL
98
La Universidad entregó el 10 de septiembre
de 1999, durante la sesión solemne del H.
consejo Universitario los "Premios de
Investigación UANL 1998" que en diferentes
áreas del conocimiento avalan la calidad de la
producción científica de la institución.
De nuestra facultad fue galardonado en el
área de Ciencias Exactas el Dr. José Antonio de
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
Sepúlveda Cavazos, Yadira E. I.A.S. 98.02
Medrano de Hoyos, Rogelio
I.E.C. 93.84
Gómez Galaviz, Erik Ivan
I.C.C. 93.08
V.- MENCIONES HONORIFICAS AGO'98ENE'99
Gallegos Oviedo, Virginia Y. I.A.S. 96.35
Chapa González, Nora nelly
I.A.S. 95.86
Guerra Flores, Uvence
I.A.S. 95.77
Arellano Kuhnert, Socorro E. I.A.S. 95.30
Véliz Martínez, Julio César
I.A.S. 94.28
Rodríguez Pérez, Josue R.
I.E.C. 93.81
García Villanueva, Daniel A. I.E.C. 92.95
Lucio Loera, Cecilia
I.E.C. 91.23
*
Secretario Administrativo de la FIME
57
�Reconocimientos
García Barraza, Reyes Jesús
Charles Cavazos, Gabriel
Martínez Luna, Juan Rolando
Mendívil Avila, Juan Manuel
I.E.C.
I.E.C.
I.E.C.
I.C.C.
90.73
90.45
90.45
90.94
Alumnos acreedores a la Medalla al Mérito
Académico y a Menciones Honoríficas en el
período agosto 1998 a enero de 1999. Los
acompañan autoridades de la UANL y FIME.
VI.- MERITO ACADEMICO FEB-JUL'99
Garza Duarte, Sergio Adrián I.M.E. 93.76
Huitrón González, Sergio A. I.M.A. 92.10
Reyes López, José Guadalupe I.M.A. 91.21
Reconocimiento al Mérito al Desarrollo Tecnológico
en un evento presidido por el C. Gobernador
Constitucional del Estado. de Nuevo León, Lic.
Fernando Canales Clariond. Este galardón es ofrecido
anualmente por el Gobierno del Estado de Nuevo León
a personas e instituciones que contribuyen y participan
activamente en el desarrollo tecnológico de la región y
del país.
La FIME ha recibido este premio en repetidas
ocasiones y en este año fueron galardonados el Ing.
Manuel G. Rodríguez Rodríguez, por su trabajo de
tesis de licenciatura "Envejecimiento de aceros de bajo
carbono", realizado en colaboración con la empresa
Hylsa, S.A. de C.V. El Ing. Andrés F. Rodríguez Jasso
recibió una mención honorífica por su tesis de
licenciatura "Estudio de la evolución térmica durante el
proceso de formado de codos sin costura", realizada en
colaboración con Empresas Riga, S.A. de C.V. Ambos
estudiantes son graduados de la carrera de Ingeniero
Mecánico Metalúrgico.
VII.- MENCIONES HONORIFICAS FEBJUL'99
Barboza Alonso, Mario Ivan I.M.E. 93.52
Aranda Sánchez, Edgar Rene I.M.E 92.75
Sánchez León, Salvador
I.ME. 92.26
Pérez Espinosa, Jesús M.
I.M.E. 90.63
Pachicano Váldez, Salvador O. I.ME. 90.31
Hernández Bastida, Marco A. I.M.A 92.10
Villalobos Martínez, Miguel A. I.M.A 90.60
Espino Zuñiga, Ma. de Lourdes I.M.A. 90.45
VIII.MÉRITO
AL
DESARROLLO
TECNOLÓGICO "TECNOS '99"
El 24 de noviembre de 1999 en
CINTERMEX se llevó a cabo la entrega del
58
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. II, No.6
�Marco Legal
Ley para el fomento de la investigación científica y
tecnológica.♦
Parte I
CAPITULO I
DISPOSICIONES GENERALES
Artículo 1.♦ La presente Ley regula los apoyos que
el Gobierno Federal está obligado a otorgar para
impulsar, fortalecer y desarrollar la investigación
científica y tecnológica en general en el país, es
reglamentaria de la fracción V del Artículo 3º de la
Constitución Política de los Estados Unidos
Mexicanos, y tiene por objeto:
I. Establecer los principios conforme a los cuales el
Gobierno Federal apoyará las actividades de
investigación científica, tecnológica y desarrollo
tecnológico que realicen personas o instituciones
de los sectores público, social y privado;
II. Determinar los instrumentos mediante los cuales
el Gobierno Federal cumplirá con la obligación
de apoyar la investigación científica y
tecnológica;
III. Establecer los mecanismos de coordinación de
acciones entre las dependencias y entidades de la
♦
Publicado en el Diario Oficial de la Federación del
día 21 de Mayo 1999.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
Administración Pública Federal y otras
instituciones que intervienen en la definición de
políticas y programas en materia de desarrollo
científico y tecnológico, o que lleven a cabo
directamente actividades de este tipo;
IV. Establecer las instancias y los mecanismos de
coordinación con los gobiernos de las entidades
federativas, así como de vinculación y
participación de la comunidad científica y
académica de las instituciones de educación
superior, de los sectores público, social y
privado para la generación y formulación de
políticas de promoción, difusión, desarrollo y
aplicación de la ciencia y la tecnología, así como
para la formación de profesionales de la ciencia
y la tecnología;
V. Vincular la investigación científica y tecnológica
con la educación;
VI. Determinar las bases para que las entidades
paraestatales que realicen actividades de
investigación científica y tecnológica sean
reconocidas como centros públicos de
investigación, para los efectos precisados en esta
ley, y
59
�Ley para el fomento de la investigación científica y tecnológica
VII. Regular la aplicación de recursos
autogenerados por los centros públicos de
investigación científica y los que aporten
terceras personas, para la creación de fondos de
investigación y desarrollo tecnológico.
Artículo 2. Para los efectos de esta ley se entenderá
por Conacyt, el Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnología; por Programa, el Programa Especial de
Ciencia y Tecnología y por investigación, aquella
que abarca la investigación científica, básica y
aplicada en todas las áreas del conocimiento, así
como la investigación tecnológica.
Artículo 3. El Gobierno Federal se obliga a apoyar
la capacidad y el fortalecimiento de las actividades
de investigación científica y tecnológica que lleven
a cabo las universidades e instituciones públicas de
educación superior a las que la ley otorgue
autonomía, las que realizarán sus fines de acuerdo a
principios, planes, programas y normas internas que
dispongan sus ordenamientos específicos. Estos
apoyos se otorgarán sin menoscabo de la libertad de
investigación que la fracción VII del 3º de la
Constitución Política de los Estados Unidos
Mexicanos consigna a favor de dichas
universidades e instituciones de educación superior.
CAPITULO II
PRINCIPIOS ORIENTADORES DEL APOYO
A LA ACTIVIDAD CIENTÍFICA Y
TECNOLÓGICA
Artículo 4. Los principios que regirán el apoyo que
el Gobierno Federal está obligado a otorgar para
fomentar, desarrollar y fortalecer en general la
investigación científica y tecnológica, así como en
particular las actividades de investigación que
60
realicen las dependencias y entidades de la
Administración Pública Federal, serán los
siguientes:
I. Las actividades de investigación científica y
tecnológica deberán apegarse a los procesos
generales de planeación que establecen ésta y las
demás leyes aplicables;
II.
Los resultados de las actividades de
investigación y desarrollo tecnológico que sean
objeto de apoyos en términos de esta ley serán
invariablemente evaluados y se tomarán en
cuenta para el otorgamiento de apoyos
posteriores;
III. La toma de decisiones, desde la determinación
de políticas generales y presupuestales en
materia de ciencia y tecnología hasta las
orientaciones de asignación de recursos a
proyectos específicos, se llevará a cabo con la
participación de las comunidades científica,
académica y tecnológica y escuchando la
opinión del sector empresarial;
IV. Los instrumentos de apoyo a la ciencia y a la
tecnología deberán ser promotores de la
descentralización territorial e institucional,
procurando el desarrollo armónico de la
potencialidad científica y tecnológica del país y
buscando asimismo el crecimiento y la
consolidación de las comunidades científica y
académica en todas las entidades federativas, en
particular las de las instituciones públicas;
V. Las políticas, instrumentos y criterios con los
que el Gobierno Federal fomente y apoye la
investigación científica y tecnológica deberán
buscar el mayor efecto benéfico, de estas
actividades en la enseñanza y el aprendizaje de
la ciencia y la tecnología, en la calidad de la
educación, particularmente de la educación
superior, así como incentivando la participación
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Ley para el fomento de la investigación científica y tecnológica
y desarrollo de las nuevas generaciones de
investigadores;
VI. Se procurará la concurrencia de aportaciones de
recursos públicos y privados, nacionales e
internacionales para la generación, ejecución y
difusión de proyectos de investigación científica
y tecnológica; así como de modernización
tecnológica y formación de recursos humanos
especializados para la innovación y el desarrollo
tecnológico de la industria;
VII. Se promoverá mediante la creación de
incentivos fiscales y de otros mecanismos de
fomento que el sector privado realice inversiones
crecientes para la innovación y el desarrollo
tecnológicos;
VIII. Las políticas y estrategias de apoyo al
desarrollo científico y tecnológico deberán ser
periódicamente revisadas y actualizadas
conforme a un esfuerzo permanente de
evaluación de resultados y tendencias del avance
científico y tecnológico, así como en su impacto
en la solución de las necesidades del país;
IX. La selección de instituciones, programas,
proyectos y personas destinatarios de los apoyos,
se
realizarán
mediante
procedimientos
competitivos, eficientes, equitativos y públicos,
sustentados en méritos y calidad, así como
orientados con un claro sentido de
responsabilidad social que favorezcan al
desarrollo del país;
X. Los instrumentos de apoyo no afectarán la
libertad de investigación científica y tecnológica,
sin perjuicio de la regulación o limitaciones que
por motivos de seguridad, de salud, de ética o de
cualquier otra causa de interés público
determinen las disposiciones legales;
XI. Las políticas y estrategias de apoyo para el
desarrollo de la investigación científica y
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
tecnológica se formularán, integrarán y
ejecutarán, procurando distinguir las actividades
científicas de las tecnológicas cuando ello sea
pertinente;
XII. Se promoverá la divulgación de la ciencia y la
tecnología con el propósito de ampliar y
fortalecer la cultura científica y tecnológica en la
sociedad;
XIII. La actividad de investigación y desarrollo
tecnológico que realicen directamente las
dependencias y entidades del sector público se
orientará preferentemente a procurar la
identificación y solución de problemas y retos de
interés general, contribuir significativamente a
avanzar la frontera del conocimiento, permitir
mejorar la calidad de vida de la población y del
medio ambiente, y apoyar la formación del
personal especializado en ciencia y tecnología;
XIV. Los apoyos a las actividades científicas y
tecnológicas deberán ser oportunos y suficientes
para garantizar la continuidad de las
investigaciones en beneficio de sus resultados,
mismos que deberán ser evaluados;
XV. Las instituciones de investigación y desarrollo
tecnológico que reciban apoyo del Gobierno
Federal difundirán a la sociedad sus actividades
y los resultados de sus investigaciones y
desarrollos tecnológicos, sin perjuicio de los
derechos de propiedad industrial o intelectual
correspondiente y de la información que, por
razón de su naturaleza, deba reservarse;
XVI. Los incentivos que se otorguen reconocerán
los logros sobresalientes de personas, empresas e
instituciones
que
realicen
investigación
científica, tecnológica y desarrollo tecnológico,
así como la vinculación de la investigación con
las actividades educativas y productivas;
61
�Ley para el fomento de la investigación científica y tecnológica
XVII.
Se
promoverá
la
conservación,
consolidación, actualización y desarrollo de la
infraestructura de investigación existente, en
particular la de los centros públicos de
investigación, así como la creación de nuevos
centros, cuando esto sea necesario;
XVIII. La promoción y fortalecimiento de centros
interactivos de ciencia y tecnología para niños y
jóvenes, y
XIX. Se generará un espacio institucional para la
expresión y formulación de propuestas de la
comunidad científica y tecnológica, así como de
los sectores social y privado, en materia de
políticas y programas de investigación científica
y tecnológica.
Este espacio deberá ser plural, representativo de los
diversos integrantes de la comunidad científica y
tecnológica; expresar un equilibrio entre las
diversas regiones del país; e incorporar la opinión
de instancias ampliamente representativas de los
sectores social y privado.
CAPITULO III
INSTRUMENTOS DE APOYO A LA
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y
TECNOLÓGICA
SECCION I
Disposiciones generales
Artículo 5. El Gobierno Federal apoyará la
investigación científica y tecnológica mediante los
siguientes instrumentos:
I. El acopio, procesamiento, sistematización y
difusión de información acerca de las
actividades de investigación científica y
tecnológica que se lleven a cabo en el país y en
el extranjero, cuando esto sea posible y
conveniente;
62
II. La integración, actualización y ejecución del
Programa y de los programas y presupuestos
anuales de ciencia y tecnología, que se destinen
por las diversas dependencias y entidades de la
Administración Pública Federal;
III. La realización de actividades de investigación
científica o tecnológica a cargo de dependencias
y entidades de la Administración Pública
Federal;
IV. Los recursos federales que se otorguen, dentro
del presupuesto anual de egresos de la
federación, a las universidades e instituciones de
educación superior públicas a las que la ley
otorgue autonomía, y que, conforme a sus
programas y normas internas, destinen para la
realización de actividades de investigación
científica o tecnológica;
V. Vincular la investigación científica y tecnológica
con la educación;
VI. La creación, el financiamiento y la operación de
los fondos a que se refiere esta Ley, y
VII. Los programas educativos, estímulos fiscales,
financieros, facilidades en materia administrativa
y de comercio exterior, regímenes de propiedad
industrial e intelectual, en los términos de los
tratados internacionales y leyes específicas
aplicables en estas materias.
SECCION II
Información
Artículo 6. El sistema integrado de información
sobre investigación científica y tecnológica estará a
cargo del Conacyt, quien deberá administrarlo y
mantenerlo actualizado. Dicho sistema será
accesible al público en general, sin perjuicio de los
derechos de propiedad industrial e intelectual y las
reglas de confidencialidad que se establezcan.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Ley para el fomento de la investigación científica y tecnológica
El sistema de información también comprenderá
datos relativos a los servicios técnicos para la
modernización tecnológica.
Artículo 7. Las dependencias y las entidades de la
Administración Pública Federal colaborarán con el
Conacyt en la conformación y operación del sistema
integrado de información a que se refiere el artículo
anterior. Asimismo se podrá convenir con los
gobiernos de las entidades federativas, de los
municipios, así como con las universidades e
instituciones de educación superior, su colaboración
para la integración y actualización de dicho
Sistema.
Las personas o instituciones públicas o privadas que
reciban apoyo de cualquiera de los fondos,
proveerán la información básica que se les requiera,
señalando aquélla que por derechos de propiedad
industrial e intelectual o por alguna razón fundada
deba reservarse.
Las empresas o agentes de los sectores social y
privado que realicen actividades de investigación
científica y tecnológica podrán incorporarse
voluntariamente al sistema integrado de
información.
Artículo 8. El sistema integrado de información
incluirá el Registro Nacional de Instituciones y
Empresas Científicas y Tecnológicas que estará a
cargo del Conacyt.
Artículo 9. Deberán inscribirse en el registro a que
se refiere el artículo anterior.
I. Las instituciones, centros, organismos y empresas
públicas
que
sistemáticamente
realicen
actividades de investigación
científica y
tecnológica, desarrollo tecnológico y producción
de ingeniería básica, y
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
II. Las instituciones, centros, organismos, empresas
o personas físicas de los sectores social y
privado que estén interesados en recibir los
beneficios o estímulos de cualquier tipo que se
deriven de los ordenamientos federales
aplicables para actividades de investigación
científica y tecnológica.
Artículo 10. El Conacyt expedirá las bases de
organización y funcionamiento del sistema
integrado de información científica y tecnológica,
así como del registro a que se refieren los preceptos
anteriores.
Dichas bases preverán lo necesario para que el
sistema y el registro sean instrumentos efectivos
que favorezcan la vinculación entre la investigación
y sus formas de aplicación; asimismo que promueva
la modernización y la competitividad del sector
productivo.
Artículo 11. La constancia de inscripción en el
mencionado registro permitirá acreditar que el
solicitante realiza efectivamente las actividades a
que se refiere el
9 de esta Ley. Para la
determinación de aquellas actividades que deban
considerarse de desarrollo tecnológico, el Conacyt
pedirá la opinión a las instancias, dependencias o
entidades que considere conveniente.
SECCION III
Programa de Ciencia y Tecnología
Artículo 12. El Programa será considerado un
programa especial y su integración, aprobación,
ejecución y evaluación se realizará en los términos
de lo dispuesto por la Ley de Presupuesto,
Contabilidad y Gasto Público Federal, la Ley de
Planeación y por esta Ley.
63
�Ley para el fomento de la investigación científica y tecnológica
Artículo 13. La formulación del programa estará a
cargo del Conacyt, con base en las propuestas que
presenten las dependencias y entidades de la
Administración Pública Federal que apoyen o
realicen investigación científica e investigación y
desarrollo tecnológico. En dicho proceso se tomarán
en cuenta las opiniones y propuestas del Foro
Permanente de Ciencia y Tecnología. A fin de
lograr la congruencia sustantiva y financiera del
Programa, su integración final se realizará
conjuntamente por el CONACYT y la Secretaría de
Hacienda y Crédito Público. Su aprobación
corresponderá al Presidente de la República; y
deberá contener, cuando menos, los siguientes
aspectos:
I. La política general de apoyo a la ciencia y la
tecnología;
II. Diagnósticos, políticas, estrategias y acciones
prioritarias en materia de:
(a) investigación científica y tecnológica
(b) innovación y desarrollo tecnológico,
(c) formación de investigadores, tecnólogos y
profesionales de alto nivel,
(d) difusión del
tecnológico,
conocimiento
científico
y
(e) colaboración nacional e internacional en las
actividades anteriores,
(f) fortalecimiento de la cultura científica y
tecnológica nacional y
(g) seguimiento y evaluación.
III. Las políticas, contenido, acciones y metas de la
investigación científica y tecnológica que
realicen dependencias y entidades de la
Administración Pública Federal, así como de los
fondos que podrán crearse conforme a esta Ley,
y
64
IV. Las orientaciones generales de los instrumentos
de apoyo a que se refiere la fracción VI del 5 de
esta Ley.
Artículo 14. Para la ejecución anual del Programa
de Ciencia y Tecnología, las dependencias y
entidades de la Administración Pública Federal
formularán sus anteproyectos de programa y
presupuesto para realizar actividades y apoyar la
investigación científica y tecnológica tomando en
cuenta los lineamientos programáticos y
presupuestales que al efecto establezca el Ejecutivo
Federal en estas materias, con el fin de asegurar su
congruencia con el Programa. La Secretaría de
Hacienda y Crédito Publico, con la colaboración de
Conacyt, consolidará la información programática y
presupuestal de dichos anteproyectos para su
revisión y análisis integral y de congruencia global.
En el proyecto de Presupuesto de Egresos de la
Federación se consignará la información
consolidada de los recursos destinados a ciencia y
tecnología. La Secretaría de Hacienda y Crédito
público determinará, durante el mes de enero de
cada año, mediante reglas de carácter general y con
apoyo de las leyes fiscales, la aplicación de los
estímulos para el fomento de la investigación
privada en investigación tecnológica y el desarrollo
tecnológico.
SECCION IV
Fondos
Artículo 15. Podrán construirse dos tipos de
fondos: Fondos Conacyt y Fondos de Investigación
Científica y Desarrollo Tecnológico, mismos que se
crearán y operarán con arreglo a lo dispuesto por
este ordenamiento, y su soporte operativo estará a
cargo, respectivamente, del Conacyt y de los
centros públicos de investigación.
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Ley para el fomento de la investigación científica y tecnológica
Los Fondos Conacyt podrán tener las siguientes
modalidades:
I. Los institucionales que se establecerán y operaran
conforme a los artículos 16 y 18 de esta ley;
II. Los sectoriales a que se refiere el 17 de esta
Ley;
III. Los de cooperación internacional que se
establezcan y operen conforme a los artículos 16
y 18 de esta Ley y a los términos de los
convenios que se celebren en cada caso, y
IV. Los mixtos que se convengan con los gobiernos
de las entidades federativas a que se refiere el
artículo 22 de esta ley.
Artículo 16. El establecimiento y operación de los
Fondos Institucionales del Conacyt se sujetará a las
siguientes bases:
I. Estos Fondos serán constituidos y administrados
mediante la figura del fideicomiso;
II. Serán los beneficiarios de estos fondos las
instituciones,
universidades
públicas
y
particulares, centros, laboratorios, empresas
públicas y privadas o personas dedicadas a la
investigación científica y tecnológica, y
desarrollo tecnológico, conforme se establezca
en los respectivos contratos y en las reglas de
operación de cada fideicomiso. En ninguno de
estos contratos el Conacyt podrá ser
fideicomisario;
III. El fideicomitente será el Conacyt, pudiendo
estos fondos recibir aportaciones del Gobierno
Federal y de terceras personas;
IV. El Conacyt, por conducto de su órgano de
gobierno, determinará el objeto de cada uno de
los fondos, establecerá sus reglas de operación y
aprobará los elementos fundamentales que
contengan los contratos respectivos. En las
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
reglas de operación se precisarán los objetivos
específicos de los apoyos, los criterios, los
procesos e instancias de decisión para el
otorgamiento de apoyos y su seguimiento y
evaluación, y
V. El objeto de cada fondo invariablemente será el
otorgamiento de apoyos y financiamientos para:
actividades directamente vinculadas al desarrollo
de la investigación científica y tecnológica;
becas; realización de proyectos específicos de
investigación científica y modernización,
innovación
y
desarrollos
tecnológicos,
divulgación de la ciencia y la tecnología, así
como para otorgar estímulos y reconocimientos
a investigadores y tecnólogos y centro de
investigación, en ambos casos asociados a la
evaluación de sus actividades y resultados.
Artículo 17. Las Secretarías de Estado y las
entidades de la Administración Pública Federal,
previa autorización de la Secretaria de Hacienda y
Crédito Público, podrán celebrar convenios con el
Conacyt cuyo propósito sea determinar el
establecimiento de Fondos Conacyt que se destinen
única y exclusivamente a la realización de
investigaciones científicas o tecnológicas que
requiera el sector de que se trate, en cada caso.
Dichos convenios se celebrarán y los Fondos se
constituirán y operarán con apego a las bases
establecidas en las fracciones I y II del 16 y las
fracciones I, III, IV, VI, VII,VIII del 18 de esta Ley
y a las bases específicas siguientes:
I. La Secretaría de Hacienda y Crédito Público será
parte de los convenios, en los cuales se
determinará el objeto de cada Fondo, se
establecerán las reglas de su operación y se
aprobarán los elementos fundamentales que
contengan los contratos respectivos. En las
reglas de operación se precisarán los objetivos
65
�Ley para el fomento de la investigación científica y tecnológica
específicos de los proyectos, los criterios, los
procesos e instancias de decisión para la
realización de los proyectos y su seguimiento y
evaluación;
II. Solamente las instituciones, universidades
públicas y particulares, centros, laboratorios,
empresas públicas y privadas y demás personas
que se encuentren inscritos en el Registro
Nacional de Instituciones y Empresas Científicas
y Tecnológicas que establece esta Ley podrán
ser; mediante concurso, beneficiarios de los
fondos a que se refiere este y, por lo tanto,
ejecutores de los proyectos que se realicen con
recursos de esos fondos;
III. Los recursos de estos fondos deberán provenir
del presupuesto autorizado al efecto de la
dependencia o entidad interesada, y se integrarán
al Programa Especial de Ciencia y Tecnología,
previa notificación a la Secretaría de Hacienda y
Crédito Público. Dichos recursos serán
aplicables por única vez y no tendrán el carácter
de regularizables. Asimismo, podrán integrarse
con aportaciones complementarias del sector
privado;
IV. La celebración de los convenios, por parte del
Conacyt , requerirá de la previa notificación a su
órgano de gobierno y a las demás instancias que
corresponda, y
V. Los Fondos a que se refiere este contarán en
todos los casos con un Comité Técnico y de
Administración integrado por servidores
públicos de la Secretaría o entidad a la que
corresponda el Fondo, y uno de ellos lo
presidirá; por un representante de la Secretaría
de Hacienda y Crédito Público y otro por parte
del Conacyt. Asimismo se invitará a participar
en dicho Comité a personas de reconocido
prestigio de los sectores científico, tecnológico
y académico, público, social y privado,
66
correspondientes a los ramos de investigación
objeto del fondo.
Artículo 18. Los Fondos se sujetarán a las
siguientes disposiciones comunes:
I. El fiduciario será la institución de crédito que
elija el fideicomitente en cada caso;
II. Los fondos contarán en todos los casos con un
Comité Técnico y de Administración integrado
por servidores públicos del Conacyt o del centro
público de investigación, según corresponda.
Asimismo, se invitará a participar en dicho
Comité a personas de reconocido prestigio de los
sectores científico, tecnológico y académico,
público, privado y social, correspondientes a los
ramos de investigación objeto del fondo;
III. Los recursos de los fondos se canalizaran
invariablemente a la finalidad a la que hayan
sido afectados, su inversión será siempre en
renta fija y tendrán su propia contabilidad;
IV. La canalización de recursos a los fondos se
considerarán erogaciones devengadas del
Presupuesto de Egresos de la Federación; por lo
tanto, el ejercicio de los recursos deberá
realizarse
conforme
a
los
contratos
correspondientes y a sus reglas de operación;
V. El órgano de gobierno del Conacyt o del centro
público de investigación de que se trate será
informado trimestralmente acerca del estado y
movimiento de los respectivos Fondos;
VI. No serán considerados entidades de la
administración pública paraestatal, puesto que
no contarán con estructura orgánica ni con
personal propio para su funcionamiento;
VII. Estarán sujetos a las medidas de control y
auditoría gubernamental que determinen las
leyes, y
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
�Ley para el fomento de la investigación científica y tecnológica
VIII. Los recursos de origen fiscal, autogenerados,
de terceros o cualesquiera otros, que ingresen a
los Fondos que se establezcan conforme a lo
dispuesto en esta Ley no se revertirán en ningún
caso al Gobierno Federal; y a la terminación del
contrato de fideicomiso por cualquiera causa
legal o contractual, los recursos que se
encuentren en el mismo pasarán al patrimonio
del fideicomitente.
Artículo 19. El establecimiento y operación de los
Fondos de Investigación Científica y Desarrollo
Tecnológico se sujetará a las siguientes bases:
I. Estos fondos serán construidos y administrados
mediante la figura del fideicomiso. El
fideicomitente será la entidad reconocida como
centro público de investigación;
II. Los fondos se constituirán con los recursos
autogenerados del propio centro público de
investigación de que se trate, pudiendo recibir
aportaciones no fiscales de terceras personas;
III. El beneficiario del fondo será el centro publico
de investigación que lo hubiere construido;
IV.
El objeto del fondo será financiar o
complementar financiamiento de proyectos
específicos de investigación, la creación y
mantenimiento de instalaciones de investigación,
su equipamiento, el suministro de materiales, el
otorgamiento de incentivos extraordinarios a los
investigadores, y otros propósitos directamente
vinculados para los proyectos científicos o
tecnológicos aprobados. En ningún caso, los
recursos podrán afectarse para gasto de
administración de la entidad. Los bienes
adquiridos y obras realizadas con recursos de los
fondos formarán parte del patrimonio del propio
centro;
Ingenierías, Enero-Marzo 2000, Vol. III, No.6
V. El centro público de investigación, por conducto
de su órgano de gobierno, establecerá las reglas
de operación del fondo, en las cuales se
precisarán los tipos de proyectos que recibirán
los apoyos, los procesos e instancias de decisión
para su otorgamiento, seguimiento y evaluación.
Las instituciones de educación superior públicas,
reconocidas como tales por la Secretaría de
Educación Pública, que no gocen de autonomía
en los términos de la fracción VII del artículo 3º.
de la Constitución, y que realicen investigación
científica o presten servicios de desarrollo
tecnológico, podrán recibir el mismo tratamiento
que los centros públicos de investigación por
cuanto a la creación de fondos de investigación.
VI. La cuantía o la disponibilidad de recursos en los
Fondos, incluyendo capital e intereses y los
recursos autogenerados a que se refiere la
presente Sección, no darán lugar a la
disminución, limitación o compensación de las
asignaciones
presupuestales
normales,
autorizadas conforme al Presupuesto de Egresos
de la Federación, para los centros públicos de
investigación que, de conformidad con esta Ley,
cuenten con dichos Fondos.
Artículo 20. Las aportaciones que realicen las
personas físicas y morales a los Fondos a que se
refiere esta Ley serán deducibles para efectos del
Impuesto sobre la Renta. La Secretaría de Hacienda
y Crédito Público determinará anualmente los
criterios para que las aportaciones de las entidades
paraestatales sean deducibles de sus contribuciones.
En el siguiente número de INGENIERÍAS se
publicará la segunda y última parte de esta Ley.
67
���
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Ingenierías
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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.
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Título Uniforme
Ingenierías
Año de publicación
El año cuando se publico
2000
Volumen
Volumen de la revista
3
Número
Número de la revista
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Mes cuando se publicó
Enero-Marzo
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La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual)
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Ingenierías, 2000, Vol 3, No 6, Enero-Marzo
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González Treviño, José Antonio, Director
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Ciencia
Tecnología
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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.
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Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Contributor
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Elizondo Garza, Fernando J., 1954-, Director
Méndez Cavazos, Julio César, Editor
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01/01/2000
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Revista
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2020769
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