https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20736/Ingenierias_2001_Vol_4_No_13_Octubre-Diciembre.pdf e3e1eee6773b9731ff4b0fd21e9ad05e PDF Text Text ����Editorial La investigación aplicada y el desarrollo tecnológico, prioridad nacional Ricardo Viramontes Brown* Actualmente en México hablar de investigación aplicada y/o desarrollo tecnológico ya no se escucha fuera de contexto sino más bien se ha ido asimilando y considerando como una necesidad nacional de primera prioridad, así se reconoce en los medios industriales, académicos y gubernamentales. Tal parece que las llamadas de atención que unos pocos hicieron hace unos cinco o seis años, ahora han encontrado eco. En México en las pasadas décadas, la actividad de la investigación aplicada y el desarrollo tecnológico (IAyDT) había caído en un sueño profundo pues los actores importantes no la tenían considerada como un valor real de independencia y por lo tanto no figuraba dentro de sus prioridades, se podían contar con los dedos de la mano, y ahora quizás unas pocas más, a aquellas empresas que han mantenido un constante esfuerzo aún a pesar de operar en un ambiente que no ha facilitado esta actividad. En ese entonces, el recurso disponible se destinó a llevar a cabo proyectos de investigación científica esencialmente de corte académico. Ahora, que constantemente somos invadidos por una serie de factores externos de todo tipo (tecnologías, productos, divisas, regulaciones ambientales, etc.) queremos reaccionar para proteger lo nuestro y nos damos cuenta que ya no es tan fácil, más aún, en algunos sectores de la industria nos estamos dando cuenta que los negocios que fueron muy exitosos ahora, de la noche a la mañana, ya no generan el beneficio esperado como es el caso de la industria que produce productos semiterminados o commodities. En este año se ha hablado mucho de mecanismos que están en proceso de ser instrumentados para incentivar el proceso innovador, los que buscan dar al industrial mexicano la posibilidad de tener una independencia tecnológica a través de desarrollar su propia tecnología y así llegar a ser él quien controle el destino de su propia empresa. Mencionaremos algunos de estos mecanismos: * Director de Investigación y Desarrollo HYLSAMEX, S.A. de C.V. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 3 �La investigación aplicada y el desarrollo tecnológico prioridad nacional • • • • Incentivos fiscales como deducciones de impuestos. Tener una banca que establezca sistemas apropiados de financiamiento para proyectos de innovación. Mejorar la oferta de recursos humanos calificados y laboratorios de universidades y/o centros especializados. Facilidades para equipar centros y laboratorios. La realidad, es que el camino recorrido para aspirar a tener estos mecanismos a la disponibilidad de los industriales ha sido muy largo y aún no termina, ya que a la fecha prácticamente no se ve la luz al final del camino. En este momento cabe la pregunta: ¿Debemos seguir esperando a que se instrumenten los mecanismos para incentivar la IAyDT? Yo creo que debemos considerar que estos mecanismos llegarán algún día y cuando lleguen se aprovecharán, pero sin embargo en el presente, se deberá seguir haciendo el esfuerzo; los que ya están desarrollando tecnología y los que quieren empezar, ubicados en la realidad actual, pues es importante considerar que las inversiones en IAyDT se recuperan en períodos del orden de 4 a 6 años tomando en cuenta que una muy buena proporción de los proyectos de desarrollo de tecnología requieren de un tiempo para demostrar que son viables técnica y económicamente (de 1 a 2 años), un período similar en su implementación y después, si todo sale bien, viene la recuperación. Bajo este escenario no es recomendable esperar a que los incentivos y otros mecanismos estén instrumentados para iniciarse en el desarrollo tecnológico pues de hecho, ya vamos muy tarde. Es muy recomendable definir proyectos utilizando al máximo la infraestructura existente tanto en centros y/o universidades y con paciencia aplicar para los apoyos existentes que aunque no son lo que se requiere para llevar a la industria mexicana a jugar en las grandes ligas, algo ayudan. Podemos decir que la necesidades de desarrollo tecnológico en la industria, en general, están bien identificadas y se sabe claramente hacia donde es prioritario dirigir el esfuerzo de investigación y desarrollo tecnológico, como un ejemplo de éstas se pueden mencionar: • Producir a menor costo. • Satisfacer la exigencia en la demanda de calidad. 4 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Ricardo Viramontes • • • • Encontrar soluciones a las limitaciones en la disponibilidad de la energía y materias primas. Cumplir y sobrepasar las exigencias ambientales. Reducir los montos de inversión. Procesos flexibles. El problema fundamental es que ubicándonos en el contexto mundial, nuestros competidores además de muchos elementos circunstanciales que hacen que sus productos lleguen a nuestro país a competir con menores precios y por lo tanto tenemos que competir en desventaja, pues en la mayoría de los países se cuenta con una cultura y una infraestructura establecida hacia la IAyDT y tienen un sistema de incentivos ya implementados en materia de investigación y desarrollo tecnológico. Crecer en el gasto destinado a IAyDT del 0.3% del PIB al 1% es un reto en el que todos tendremos que dar lo mejor: las Universidades preparando investigadores con este nuevo enfoque y orientando su infraestructura para dar servicio a la industria; la industria definiendo sus prioridades de acuerdo a una planeación tecnológica seria y aprovechando al máximo los servicios de las universidades; y el gobierno facilitando la disponibilidad de los recursos. Es tiempo de unir fuerzas y no conformarse con sumar, sino más bien multiplicar, para tratar de recuperar el tiempo perdido. Vienen épocas de grandes decisiones en donde se tendrá que transformar la gran industria pesada y rígida en unidades flexibles en condiciones de operación y tipo de productos. Para esto se requiere de mucha creatividad, tenacidad y paciencia. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 5 �El futuro de la revolución industrial♦ Gabriel Zaid * El capitalismo ♦comercial dejaba a los productores en el campo y a los artesanos en su casa. Fomentaba la protoindustria rural, encargando manufacturas, además de cosechas. Aprovechaba los tiempos libres del trabajo del campo para que los campesinos produjeran hilados, tejidos y ropa por cuenta del capitalista. El capitalismo industrial fue más allá: no se limitó a sacar del mercado la producción independiente, comprándola de antemano, sino que trató de abolirla, contratando como asalariados a los productores independientes y llevándoselos a trabajar bajo su techo, en grandes centros de producción. En vez de concentrar productos en sus bodegas, concentró personal y medios de producción en sus fábricas. Este traslado explica los horrores del primer momento. Muchos obreros acuden a la fábrica con todo su taller: sus hijos menores de edad como ayudantes, su herramienta casera, sus propios métodos de trabajo, los horarios sin límite de la La famosa foto de Lewis Hine, Niños mineros en un yacimiento de carbón, ca.1900. ♦ Artículo publicado en la Revista Letras Libres de mayo 2001 y reproducido con permiso del autor. 6 producción doméstica. Todavía a fines del siglo XIX, cuando Frederick W. Taylor (1856-1915) se pone a cronometrar los tiempos, movimientos y resultados de la simple operación manual de usar una pala en los patios de una fundición, cada paleador trabajaba con la pala que había llevado de su casa y con el método que llevaba de su casa. Taylor encontró palas de todas las formas y tamaños, que cada quien usaba a su manera, por ejemplo: con mucha paleadas ligeras de cinco libras o con pocas paleadas copeteadas de cuarenta libras. Analizó todos los aspectos de la operación, como ahora se estudian cuidadosamente los tiempos y movimientos más eficientes para las competencias deportivas. Llegó a la conclusión de que la paleada óptima era de aproximadamente 21 libras, que la forma óptima de la pala variaba según el tipo de material que se fuera a traspalear, que las palas debían* ser estandarizadas y provistas por la empresa, que el método de trabajo también debía ser estandarizado y provisto por la empresa, que eso permitía establecer cuotas diarias de producción muy superiores, pero alcanzables, y que debía pagarse un incentivo a los paleadores que las cumplieran; todo lo cual requería un departamento de planeación, medición y control de la producción. Así logró aumentar la productividad por paleador de 16 a 59 toneladas diarias y sus salarios en 63%. Así redujo el personal a la tercera parte y el costo de traspaleo por tonelada a la mitad. Lo cuenta en Principios de administración científica (1911), donde también señala que, de esta manera, el saber cómo se hacen las cosas pasó de los trabajadores a la empresa. Una vez puesta en marcha la productivitecnia, todas las operaciones, de todo tipo, en todos los campos de la actividad humana, han sido objeto de * Ingeniero, poeta y analista político. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Gabriel Zaid estudio, no sólo con cronómetros, sino con cámaras de video, pruebas de laboratorio, experimentos, simulaciones, estadísticas, computadoras y modelos matemáticos. Las soluciones para aumentar la productividad también han sido muy variadas, pero han predominado las que sustituyen energía muscular con motores: trabajo con capital. En los grandes patios de las grandes fundiciones, donde Taylor redujo la mano de obra con una pequeña inversión en palas, cronómetros y estudios, los paleadores remanentes han sido desplazados por unos cuantos operadores de palas mecánicas, montacargas y grúas gigantescas. Existen plantas químicas, y hasta mecánicas, tan automatizadas que no requieren personal de producción: sólo de mantenimiento. La administración científica ha llegado hasta la mismísima ciencia: en los laboratorios de investigación del genoma, muchos científicos han sido desplazados por máquinas analíticas. Paradójicamente, el gigantismo, que reúne a miles de personas en un centro de trabajo, se construye con el uso intensivo de capital, no de trabajo. Para que al productor independiente le convenga abandonar sus propios proyectos de producción y sus escasos recursos, sumándose a un gran proyecto con grandes recursos (donde no será más que un empleado), es necesario que le ofrezcan un sueldo muy superior a sus ganancias como microempresario. Para pagar en este nivel, hay que usar el trabajo en pequeñas dosis y hacerlo muy productivo con grandes dosis de capital. Lo cual sólo es posible si el capital es barato. La extraordinaria productividad del trabajo que se puede lograr con grandes dosis de capital se hace a costa de los rendimientos decrecientes del capital. Esto puede observarse en los censos económicos que estratifican los centros de trabajo por número de personas ocupadas. Las empresas más pequeñas Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 usan menos capital por hombre, pero le sacan más partido: producen más en proporción al capital, aunque menos por hombre (por eso pueden pagar tasas de interés agiotistas, pero no salarios altos). Las empresas mayores usan más capital que trabajo y producen más por hombre, pero menos en proporción al capital (por eso pueden pagar salarios elevados, pero no intereses altos). El capital concentrado en las grandes empresas produce menos (por unidad de capital) que en las pequeñas. De igual manera, en las estadísticas sociales, puede observarse que la concentración del patrimonio es mayor que la concentración de los ingresos: que el patrimonio rinde menos, a medida que se concentra. El capital disperso produce más que concentrado. Por eso, antes de la energía fósil, la mayor parte de la población mundial trabajaba por su cuenta o para un jefe que trabajaba por su cuenta. Había muy pocos jefes que fueran empleados: ejecutivos de las órdenes de jefes más altos. La aparición de las grandes estructuras piramidales, donde hay jefe de jefes de jefes, sólo fue posible con el subsidio de la energía fósil. El sector improductivo, que era, digamos, del 5% de la población ocupada, pudo subir, digamos, al 30%. Frederick W. Taylor (1856-1915) 7 �El futuro de la revolución industrial Pero no al 100%, porque es imposible que toda la población mundial consuma energía, materias primas, acuíferos, reservas biológicas, inversiones físicas amortizadas, créditos blandos y, en general, capital, con la misma intensidad que el sector piramidado. Por eso, fuera de las economías soviéticas, totalmente piramidadas por la fuerza de las armas, el sector piramidado no ha podido abolir la producción independiente. Nunca habrá recursos suficientes para absorber su personal: para equiparlo despilfarradamente, para extender a todos el consumo intensivo de recursos subsidiados. El nuevo tope está a la vista desde 1973, cuando aumentaron los precios del petróleo. Por ejemplo: el censo de población de los Estados Unidos mostró en 1980 una reducción de la concentración urbana. Las grandes ciudades y sus suburbios habían dejado de crecer, por primera vez en la historia. Hubo que imponer medidas para economizar energía. Así sucederá con todas las formas de progreso improductivo, a medida que el costo se tenga que pagar. El agotamiento de la energía fósil no terminará con las innovaciones, sino que les dará un nuevo rumbo: hacia las soluciones ahorradoras de capital. La racionalización del trabajo con dosis irracionales de capital tendrá que someterse a la racionalización del capital. El homo faber burocrático de los grandes centros de trabajo irá perdiendo importancia frente a un nuevo tipo de homo faber, más parecido al artesano medieval o el artista del Renacimiento, con recursos tecnológicos miniaturizados, pero intensivos de conocimientos. diversas innovaciones: el taylorismo, la electricidad, la electrónica, las computadoras, la biología molecular, las redes de internet, la nanotecnología. ¿Termina así la revolución industrial? Los conceptos históricos de revolución agrícola, urbana, comercial, industrial, son elásticos. Se refieren a grandes ciclos de innovación, cuyos comienzos y contenido no son muy claramente definibles. Hay quienes hablan de una revolución industrial de la Edad Media. También se habla de una segunda o tercera revolución industrial, en relación con Medio millón de años después de domesticar el fuego, los hombres descubrieron la energía fósil, hicieron grandes fogatas, organizaron danzas multitudinarias, se multiplicaron como nunca y quemaron en unos cuantos siglos la energía atesorada en millones de años. Si esto termina bien, como esperamos, la gran parranda pasará a la historia como un incidente pasajero en el desarrollo de la especie. 8 Lo que está claro es que en ciertas épocas se produce una intensificación de las innovaciones, y que los ciclos no terminan: bajan de intensidad y se funden con las siguientes olas. La revolución agrícola no ha terminado, después de la innovación fundamental que fue sembrar. Y, como el tiempo transcurrido entre cada ola se ha venido reduciendo, será difícil distinguir las que vienen. Estamos en una especie de revolución permanente. Lo que no puede ser permanente es la inyección excepcional de energía fósil y el despilfarro de capital. Las innovaciones con futuro tienen que ahorrar energía, agua, materias primas, daños al medio ambiente; aumentar la productividad laboral con muy poco capital; desarrollar soluciones de pocos kilos o de pocos gramos; eliminar la maquinaria, instalaciones y construcciones innecesariamente pesadas; reducir el transporte excesivo de personas y cosas; sustituir el transporte por las comunicaciones; reinventar la producción doméstica, la hospitalización doméstica, la automedicación, el estudio en casa y la educación permanente; reducir el tamaño de los centros de trabajo, las escalas de producción y almacenaje; producir en los lugares de uso o muy cerca; reducir la piramidación del poder y la administración; crear estructuras organizativas horizontales; favorecer las microempresas y microinstituciones. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Estructura y compatibilidad de mezclas de poliamidas con quitina y quitosán♦ Virgilio A. González, Carlos A. Guerrero, Ubaldo Ortiz Méndez* Abstract This work presents a comparative study about the compatibilization of four binary blends with slight differences on their chemical structure. The natural polymers chitin, QA, and chitosan, QN, are blended with polyamide 6, PA6, and polyamide 66, PA66. The results, obtained by means of differential scanning calorimetry, infrared spectroscopy and light and scanning electron microscopy, give the following compatibilization sequence: PA6/QN ≈ PA66/QN > PA6/QA > PA66/QA. This behavior could be related to the ability of QN to form hydrogen bonds and also to the capability of packing of PA66.♦ Fig. 1- Estructuras químicas de la quitina y el quitosán. Keywords: chemical structure, compatibilization, chitin, chitosan, polyamide. Fig. 2- Estructuras químicas de las poliamidas 6 y 66. INTRODUCCIÓN Entre los materiales compuestos naturales, los exoesqueletos de camarones y cangrejos revisten gran importancia por su abundancia como desperdicio de la industria pesquera,1,2 siendo de gran interés científico debido a las interacciones químicas que presentan entre los polímeros que los componen, quitina (QA) y quitosán (QN), con proteínas. Aunque se sabe que en estas interacciones contribuyen sales inorgánicas como los carbonatos de calcio y magnesio,3 resulta atractivo estudiar el efecto de las diferencias estructurales entre la QA (Poly-N-acetyl-Dglucosamina) y su derivado el QN (QA desacetilada), figura 1, con otros polímeros, entre ♦ Trabajo galardonado con el premio de investigación UANL 2000 en la categoría de Ingeniería y Tecnología, entregado en la sesión solemne del H. Consejo Universitario de la UANL del 12 de septiembre 2001. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 los cuales, debido a su similitud estructural con las proteínas, destacan las poliamidas, este estudio resulta aún más interesante si escogemos dos poliamidas que tengan muy pequeñas diferencias estructurales, como los son la poliamida 6 (PA6) y la poliamida 66 (PA66), figura 2. De acuerdo a la termodinámica de mezclas de polímeros de Flory-Huggins,4,5 la miscibilidad y compatibilidad de dos polímeros está condicionada esencialmente a la formación de interacciones específicas entre ellos que contribuyan a disminuir o hacer negativa la entalpía de mezclado (∆Hm). La * formación de puentes hidrógeno entre macromoléculas de dos substancias diferentes está en competencia con la formación de puentes hidrógeno con otras moléculas de la misma especie, estas últimas interacciones no contribuyen con ∆Hm. * DIMAT-FIME-UANL. 9 �Estructura química y compatibilidad de mezclas de poliamidas con quitina y quitosán Es de esperarse entonces que la fuerza de los puentes hidrógeno y los efectos estéricos sean determinantes de la compatibilidad y miscibilidad de dos polímeros. Un análisis de la estructura de la QA, muestra que ésta puede formar cuatro tipos diferentes de puentes hidrógeno, estos son: a) Entre dos grupos hidroxilo (HO----HO), b) Entre el hidrógeno del grupo amida y los oxígenos de los grupos hidroxilo (HO---HN) c) Entre los hidrógenos de los hidroxilo y el grupo carbonilo (C=O----HO) d) Entre el hidrógeno sobre el nitrógeno de la amida y el grupo carbonilo(C=O----HN). Ya que la desacetilación de la QA para obtener QN implica la desaparición de grupos carbonilo, en el QN hay un número menor de puentes hidrógeno posibles en los que intervienen los grupos carbonilo (C=O----HO y C=O----HN), los cuales son más fuertes que cualquiera de los otros enlaces hidrógeno, por lo que en mezclas con otro polímero, esperaríamos que el QN sea más efectivo en la formación de puentes hidrógenos que contribuyan a la ∆Hm. en cambios considerables en la capacidad para empaquetárselo que se traduce en el hecho de que la PA66 tiene una temperatura de fusión considerablemente superior que la PA6, debido a que este mejor empaquetamiento resulta en una formación de puentes hidrógeno más eficiente que en la PA6. Por lo tanto, es de esperarse que al mezclar estas poliamidas con otros polímeros, sea más difícil para el caso de la PA66 cambiar los puentes hidrógeno entre moléculas de poliamida, por puentes hidrógeno entre moléculas de polímeros diferentes. Como se estableció en párrafos anteriores, la miscibilidad y/o compatibilidad entre dos polímeros es causada generalmente por la presencia de interacciones específicas entre ellos, de las cuales los puentes hidrógeno pueden ser detectados por técnicas espectroscópicas,6-8 manifestándose como el corrimiento o ensanchamiento de las bandas de absorción infrarroja (FTIR) de los grupos funcionales involucrados. Por otra parte, los cambios en potenciales químicos se traducen en el decremento de las temperaturas y entalpías de fusión además de corrimientos en las temperaturas de transición vítrea, fenómenos que se pueden analizar mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC). Por otra parte el grupo acetilo de la QA puede presentar un impedimento estérico para la formación de puentes hidrógeno en los que intervenga el grupo hidroxilo vecino o el hidrógeno amínico, lo que resulta también en una desventaja relacionada a la compatibilidad y miscibilidad con otros polímeros. La tendencia de los polímeros a separarse a niveles macroscópicos cuando no hay compatibilidad y a mezclarse a niveles microscópicos cuando se presenta la miscibilidad, hace factible el uso de técnicas microscópicas en la evaluación de la miscibilidad de las mezclas. Entre las poliamidas 6 y 66, la única diferencia estructural es la distribución de los grupos metileno entre los grupos amida. Mientras que la PA6 tiene invariablemente 5 grupos metileno entre los grupos amida, en la PA66 se alternan 6 y 4 grupos metilenos, sin embargo estas diferencias se traducen En este escrito, se presentan los resultados de un estudio comparativo, estructural (FTIR), termodinámico (DSC) y morfológico (microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido o SEM), de la compatibilidad de las mezclas binarias QN/PA6, QA/PA6, QN/PA66 y QA/PA66. 10 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Virgilio A. González, Carlos Guerrero, Ubaldo Ortiz Méndez PARTE EXPERIMENTAL Materiales Se utilizaron PA6 grado fibra en forma de granza (o pellet) de Celanese Mexicana y PA66 grado inyección en también en forma granza de BASF (Ultramid A5), ambas poliamidas sin aditivos. La QA y el QN, este último con 72 % de grado de desacetilación ambos en forma de hojuelas extraídos de caparazón de cangrejo se adquirieron de Sigma Co. Caracterización de materiales Las poliamidas se caracterizaron en cuanto a pesos moleculares mediante separación por elusión en columna (SEC) de sus derivados trifluoroacetilados9 utilizando un cromatógrafo Waters GPC-150C, en cuanto a transiciones físicas mediante calorimetría diferencial de barrido usando un analizador térmico DuPont 1090 con una celda base DSC estándar a 10 °C/min en atmósfera de N2 a 100 ml/min. Los resultados se muestran en la tabla I Tabla I.- Características de peso propiedades térmicas de las poliamidas molecular y La QA y el QN se caracterizaron en cuanto a grado de desacetilación mediante espectroscopía de infrarrojo de acuerdo a la técnica reportada por Moore14 y Domzy15 utilizando un espectrofotómetro FTIR Nicolet 710. En cuanto a pesos moleculares se utilizó viscosimetría capilar en sistemas de disolventes para los que se encuentra reportados los valores de las constantes de Mark-Houwink, esto es: un buffer de CH3COOH 0.2 M / CH3COONa 0.1M para el QN16,17 y ácido fórmico para la QA18 la cual se solubilizó mediante procedimientos previamente establecidos. Los resultados de esta caracterización se muestran en la tabla II. Tabla II. Características de desacetilación de la QA y el QN Muestra a peso molecular GD (%) [η] g/dl Mv (g/mol) b 49 14.36 840,100 c 79 4.04 502,600 QA QN FTIR según Moore 14 y a) Obtenido por 15 Domszy and b) Constantes de Mark-Houwink reportados por 18 Muzzarelli c) Constantes de Mark-Houwink reportados por 17 Rathke and Hudson Muestra PA6 PA66 Mn 46,800 38,500 Mw 80,600 91,000 MWD 1.72 2.37 Tg (ºC) 45.3 51.7 Las muestras de QN y QA se analizaron en forma de película con un difractómetro de rayos-X Siemens D-5000, usando como portamuestras una cámara de polvos y un detector de centelleo. Tm (ºC) 209.3 255.2 Preparación de las mezclas ∆Hm (cal/g) 14.3 11.0 Las mezclas se prepararon por evaporación de disolvente en una caja Petri, a partir de 10 ml de disoluciones al 1% en ácido fórmico y a una temperatura de 30 °C. Se prepararon mezclas de PA6/QN, PA66/QN, PA6/QA y PA66/QA en todo el intervalo de composiciones (0/100 - 100/0). Una vez formadas las películas, éstas se lavaban repetidas veces con agua destilada y se secaban en (1-λ) (%) 31 a 18 a a) para el cálculo del grado de cristalización, se utilizaron las entalpías de fusión al equilibrio reportadas 10 11 por Magill e Inoue La quitina soluble en ácido fórmico, se obtuvo mediante el procedimiento por tratamiento con álcali descrito previamente.12,13 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 11 �Estructura química y compatibilidad de mezclas de poliamidas con quitina y quitosán un liofilizador, almacenándose en un desecador con pentóxido de fósforo para su análisis posterior. Caracterización de las mezclas La caracterización calorimétrica se realizó mediante DSC bajo las condiciones ya mencionadas y en un intervalo de temperaturas entre -150 °C y 300 °C. Antes de hacer el análisis espectroscópico, las mezclas se secaban por tratamiento térmico19 a 160 °C durante 3 min., y después mediante FTIR en condiciones instrumentales de resolución de 2 cm-1 y 65 barridos se obtenían los espectros correspondientes. El análisis morfológico se hizo utilizando un microscopio óptico Olympus con luz polarizada a amplificaciones entre 50X y 500X y un microscopio electrónico de barrido Phillips XL-30 con detector de rayos-X EDX a amplificaciones de hasta 10,000X. Para su observación en el SEM las muestras fueron recubiertas con Au/Pd, observando siempre la cara de las películas que no estuvieron en contacto con el vidrio. RESULTADOS Y DISCUSIÓN formar puentes hidrógeno, por lo que es de esperarse de este último un mayor carácter higroscópico. La deshidratación de estos materiales, observada mediante termogravimetría, figura 3, muestra que originalmente el QN contiene el doble de agua que la QA. En el análisis DSC de muestras calentadas a diferentes temperaturas,19,20 (figura 4), encontramos que este contenido de agua siempre es mayor en el QN. Evidencias que apoyan al análisis estructural. Fig. 3. Curvas termogravimétricas de la quitina y el quitosán. Análisis preeliminar A simple vista, las disoluciones de todos los polímeros y sus mezclas resultaron ser homogéneas y transparentes, pasando de incoloras a ligeramente amarillentas al aumentar el contenido de QA o QN; las películas obtenidas fueron translúcidas y rígidas, reblandeciéndose al ser sumergidas en agua. Los difractogramas de rayos-X de las películas de QA y QN no mostraron ningún pico que indicara orden cristalino descartando así que futuras observaciones al microscopio fueran influenciadas por la presencia de cristales de estos biopolímeros. Análisis calorimétrico Del análisis estructural de la QA y el QN se puede prever una mayor capacidad del QN para 12 Fig.4. Efecto del tratamiento térmico por 3 minutos sobre la entalpía de deshidratación de la quitina y el quitosán. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Virgilio A. González, Carlos Guerrero, Ubaldo Ortiz Méndez La figura 5 muestra cuatro trazas calorimétricas, una por cada tipo de mezcla, apreciándose en ellas dos endotermas, la de baja temperatura asignada a la deshidratación y la segunda correspondiente a la fusión de la poliamida.19,20 Se puede apreciar que al aumentar el contenido de poliamida, la intensidad relativa de la endoterma de deshidratación respecto a la de fusión disminuye; además observamos que es necesario hacer un análisis meticuloso de la entalpía de fusión (∆Hm), de las mezclas de PA66/QN, ya que inmediatamente después de que funde la PA66, inicia la degradación del QN. mediante la cual en cualquier momento se puede determinar ∆Hd usando una sola función lineal de la composición, mientras que en las demás muestras hay un cambio de pendiente aproximadamente al 50% de composición lo cual se podría asociar con una inversión de fases. En el análisis de las endotermas de fusión, se encontró que la PA6 y la PA66 mantuvieron una temperatura de fusión (Tm) constante e independiente de la composición (PA6: Tm = 219.5 ± 0.6 °C, PA66: Tm = 257.8 ± 1.3 °C). Las entalpías de fusión observadas (∆Hobs), en las mezclas se normalizaron al contenido de poliamida al dividir sus valores entre la fracción peso de poliamida presente, y se graficaron en función de la composición (figura 7), apreciándose que a excepción de las mezclas de PA66/QA, todas muestran un abatimiento de la entalpía de fusión de la poliamida correspondiente en función del contenido de biopolímero. Fig. 5- Curvas DSC de cuatro mezclas estudiadas.(a) PA6/QN 50/50, (b)PA6/QA 70/30, (c) PA66/QA 60/40 y (d) PA66/QN 70/30. Los resultados del cálculo de las entalpías de deshidratación (∆Hd) de las mezclas se presenta en forma gráfica en la figura 6 donde se puede apreciar que la presencia de QN o QA en concentraciones bajas (< 50%) hace que aumente en forma más o menos lineal el contenido de humedad en las mezclas con cualquiera de las poliamidas, sin embargo en las muestras PA6/QN este comportamiento se mantiene en todo el intervalo de composición, pudiendo aplicar la regla de aditividad Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 Fig. 6. Efecto del contenido de QA o QN en la entalpía de deshidratación de sus mezclas con las poliamidas PA6 y PA66. 13 �Estructura química y compatibilidad de mezclas de poliamidas con quitina y quitosán energías de los puentes hidrógeno preexistentes. Por otra parte, las mezclas de las poliamidas con QA solo mostró las modificaciones de los espectros resultado del traslape de las bandas correspondientes a los polímeros que componen las mezclas (figuras 8 y 9). Fig. 7. Efecto del contenido QA o QN sobre la entalpía de fusión normalizada de las poliamidas PA6 y PA66. El abatimiento en ∆Hm es un indicador de que: o se ha alterado el potencial químico en la fase de poliamida de las mezclas lo suficiente como para alterar el comportamiento de cristalización, o bien que parte de la poliamida ha pasado a otra fase, disminuyendo así la cantidad de poliamida como fase pura y por lo tanto el porcentaje de poliamida cristalizada en relación con la masa total de muestra disminuye. Esta última suposición se ve fortalecida por el hecho de que la temperatura de fusión de ambas poliamidas no se ve desplazada al añadirle el biopolímero. Fig. 8 Espectro FTIR de mezclas de PA6/QA en muestras con bajo contenido de QA Análisis espectroscópico En el análisis de infrarrojo, la presencia de PA6 en el QN produce un corrimiento de la banda de la amida del QN (1655 cm-1) de hasta 29 cm-1 hacia la región de menor energía,18 por su parte el PA66 produce solo un ensanchamiento de esta banda.19 Así, podemos decir que mientras que en las mezclas PA6/QN se forman puentes hidrógeno entre macromoléculas de polímeros diferentes, más fuertes que los que originalmente había entre moléculas de QN, el efecto del PA66 parece ser solamente de un aumento en la distribución de 14 Fig. 9 Espectro FTIR de mezclas de PA6/QA en muestras con alto contenido de QA. Así las evidencias calorimétricas y espectroscópicas indican que en las mezclas entre las poliamidas y el quitosán se producen interacciones entre los polímeros lo suficientemente Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Virgilio A. González, Carlos Guerrero, Ubaldo Ortiz Méndez grandes como para alterar tanto las entalpías de fusión de las poliamidas como los espectros de infrarrojo, aunque en el caso de la PA66 el efecto sobre este último es menor que el de la PA6, indicando posiblemente una menor compatibilidad en las mezclas PA66/QN que en las mezclas PA6/QN. Análisis morfológico Al observar la morfología de las mezclas, se encontró que en las muestras de PA66/QA la segregación en todo el intervalo de composición es evidente y casi macroscópica (figura 10), indicando una nula compatibilidad entre estos polímeros, mientras que en las mezclas PA6/QA se observan al microscopio óptico morfologías esféricas (figura 11), algunas de las cuales muestran la cruz de malta característica de las eferulitas. Fig. 10. Imagen del microscopio óptico con luz polarizada a 500X de la mezcla PA66QA : 50/50. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 Fig. 11. Imagen del microscopio óptico con luz polarizada a 500X de la mezcla PA6/QA : 70/30 Las imágenes de SEM de las mezclas PA6/QA, (figura 12), muestran claramente dos morfologías, de las cuales podemos deducir al compararlas con la imagen de microscopía óptica (figura 11), que son una amorfa formando glóbulos bien delimitados y que aparecen en la imagen de microscopía óptica como regiones grises por no desviar el plano de luz polarizada y la otra en forma de discos, seguramente semicristalina y responsable de las regiones brillantes en la figura 11, las cuales eventualmente forman la cruz de malta. La forma de estos discos se puede apreciar mejor en mezclas con menor contenido de quitina como en la figura 13, donde podemos suponer21,22 que la forma de cono que se observa, es debida a que durante el secado de la película, la parte superior de las morfologías queda afuera de la disolución, deteniendo el crecimiento esferulítico, mientras que la parte inferior, aún dentro de la disolución continua creciendo. 15 �Estructura química y compatibilidad de mezclas de poliamidas con quitina y quitosán observaciones FTIR, no hay interacciones puente hidrógeno significativas. En el caso de las mezclas entre las poliamidas y el QN, las morfologias presentes son muy diferentes a las mezclas con QA, en el caso de las mezclas PA6/QN se han observado estructuras más o menos esféricas en todo el intervalo de composición (figuras 14 y 15), las cuales se han interpretado19 como esferas de poliamida semicristalina encapsuladas en quitosán amorfo y embebidas en una fase continua de una mezcla de quitosán y algo de poliamida amorfa dispersa. Fig. 12. Imagen de SEM a 730X de la mezcla PA6/QA : 85/15. Fig. 13. Imagen de SEM a 1,200X PA6/QA 70/30 de la mezcla. De cualquier manera, morfológicamente, podemos diferenciar claramente las mezclas PA66/QA como de nula compatibilidad y las mezclas PA6QA con una mayor compatibilidad, lo que se traduce en segregaciones de componentes con la formación de dos fases de dimensiones casi macroscópicas en la primera y microscópicas en la segunda, en esta última una fase semicristalina y una fase amorfa, entre las que: de acuerdo a las 16 Fig. 14. Imagen de microscopía óptica con luz polarizada a 200X de la mezcla PA6/QN : 85/15 Esta morfología es completamente diferente a la observada en las mezclas PA66/QA, donde se encuentran estructuras fibrilares cuya forma cambia con el contenido de quitosán (figuras 16 y 17), y cuya composición química no ha sido elucidada. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Virgilio A. González, Carlos Guerrero, Ubaldo Ortiz Méndez Fig. 17. Imagen SEM de la muestra PA66/QN 15/85 mostrando estructura fibrilar. Fig. 15. Imagen de microscopía electrónica de barrido de la muestra P06/QN : 40/60 recubierta con Au/Pd a 3233X de amplificación. Observaciones finales Las morfologías encontradas en las mezclas de cualquiera de las poliamidas con quitosán, refuerzan las observaciones hechas por FTIR y DSC de una mayor compatibilidad por la presencia de interacciones puente hidrógeno que las mezclas con quitina y los resultados obtenidos tanto calorimétricos, de FTIR como morfológicos indican diferencias cualitativas en las interacciones PA6/QN y PA66/QN aunque no permiten diferenciar en forma definitiva en grado de compatibilidad. Fig. 16. Imagen SEM de la muestra PA66QN : 50/50 mostrando esferas embebidas en matriz fibrilar. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 Por lo antes expuesto, podemos establecer como orden de compatibilidad de las mezclas, el siguiente: PA6/QN ≈ PA66/QN > PA6/QA > PA66/QA. 17 �Estructura química y compatibilidad de mezclas de poliamidas con quitina y quitosán Es interesante notar que la presencia de un mayor contenido de grupos acetilo en la quitina (51%) que en el quitosán (21%) se traduce en una disminución de la compatibilidad, lo que nos mueve a pensar que además del impedimento estérico que pudieran presentar los grupos acetilo para la formación de puentes hidrógeno y aunque se supone que la desacetilación de los grupos oxiránicos es al azar, posiblemente un 50% de desacetilación represente una regularidad estructural (probablemente de grupos desacetilados alternados), con relación al quitosán, que permite un mejor acomodo de las moléculas del biopolímero y por ende mayor dificultad para que las poliamidas rompan las interacciones entre sus moléculas. Sin embargo este fenómeno debe ser estudiado posteriormente mediante técnicas como RMN en estado sólido. De nuevo, el mejor empaquetamiento que puede tener la PA6 con relación a la poliamida 66 (que se traduce en una temperatura de fusión mayor en esta última), hace que se observe un cambio dramático de compatibilidad con la quitina, mientras que la PA6 puede considerarse compatible con la QA debido a la uniformidad de su morfología (aunque sin interacciones puente hidrógeno), la mezcla PA66/QA es notoriamente incompatible. Estas diferencias estructurales de las poliamidas no permite establecer un orden de compatibilidad de éstas con el quitosán, pero sí se traduce en diferencias morfológicas radicales, como lo son estructuras fibrilares en las mezclas PA66/QN y de esferas encapsuladas en las mezclas PA6/QN. Hay que hacer notar que las morfologías como las mostradas en las figuras 15 y 17 son atractivas en la búsqueda de aplicaciones que involucren la separación de contaminantes (como metales pesados y otros), ya que el área de superficie en las esferas de la figura 15 es de quitosán, el cual tiene 18 propiedades quelatantes, mientras que la estructura fibrilar mostrada en la figura 17 plantea como posibilidad la conectividad de los poros entre las fibras lo que implicaría que podrían ser usadas como filtros con propiedades quelatantes. CONCLUSIONES Pequeñas diferencias estructurales en los polímeros que componen mezclas binarias, se traducen en cambios apreciables en compatibilidad. Utilizando las técnicas de DSC, FTIR y microscopías óptica y electrónica de barrido, es posible diferenciar los grados de compatibilidad de las mezclas de las poliamidas 6 y 66 con quitina (GD = 49%) y con quitosán (GD = 79%). El orden de compatibilidad propuesto es: PA6/QN ≥ PA66/QN > PA6/QA > PA66/QA, el cual puede explicarse por la mayor capacidad de empaquetarse de la PA66 que la PA6, la habilidad de formar puentes hidrógeno de los polímeros involucrados, y el efecto estérico de los grupos acetilos en la quitina. De esta manera se alcanza el objetivo propuesto al corroborarse la hipótesis planteada y encontrar morfologías en las mezclas compatibles que se pueden considerar interesantes en la búsqueda de aplicaciones en membranas para purificación de efluentes contaminados. BIBLIOGRAFÍA 1. W. Glasser, H. Hyoe, Ed., Viscoelasticity of Biomaterials, American Chemical Society, Washington, D.C. (1992) 2. R.A.A. Muzzarelli, Natural Chelating Polymers: Alginic Acid, Chitin and Chitosan, Pergamon Press, Oxford (1973) 3. S. Zhang and K. E. Gonzalves, J. Appl. Polym. Sci., 56, 687, (1995) Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Virgilio A. González, Carlos Guerrero, Ubaldo Ortiz Méndez 4. P. J. Flory, Principles of Polymer Chemistry, Cornell Univ. Press, New York (1953) 5. R.H. Boyd, P.J. Phillips, The Science of Polymer Molecules, Cambridge University Press, New York (1993) 6. P. Painter, Y. Park, M. Coleman, J. Appl. Polym. Sci., 70(7), 1273 (1998) 7. B. Albert, R. Jerome, P.Teyssie, B. BaeyensVolant, J. Polym. Sci., Polym. Chem., 24, 551 (1986) 8. Silverstein, Bassler and Morrill, Spectrometric Identification of Organic Compounds, John Wiley & Sons, New York, (1981) 14. G.K. Moore, Ph.D. Tesis, Trent Polytechnic, Nottingham (1978). Cited in K. Mazeau, H. Chanzy, W.T. Winter, Macromolecules, 27, 7606 (1994) 15. D. Domszy, A. F. Roberts, Makromol. Chem., 186, 1671 (1985) 16. Y. Sawayanagi, N. Nambu, T. Nagai, Chem. Pharm. Bull, 30, 2413 (1982) 9. K. Weisskopf, Polymer, 26, 1187 (1985) 17. T.D. Rathke and S.M. Hudson. Rev. Macromol Chem. Phis. C34, 375, (1994) 18. R. A. A. Muzzarelli, Chitin, University of Ancona, Italy (1976) 19. C. Guerrero, V. González, J. Romero, J. of Polym. Eng., 17, 197 (1997) 10. J. H. Magill, M. Girolamo, A. Keller. Polymer, 22, 43 (1981) 20. V. González, C. Guerrero, U. Ortiz, J. of Polym. Eng., 19, 109 (1999) 11. M. Inoue, J. Polym. Sci., Polym. Phys. Ed. A, 1, 2697 (1963) 21. J. Ratto, C. Chen and R. Blumstein, J. Appl. Polym. Sci., 59, 1451, (1996) 12. K. Kurita, T. Sannan, Y. Iwakura, Makromol. Chem., 178, 2595 (1977) 22. A. Dufresne, J-Y Cavaillé, D. Dupeyere, M. Garcia-Ramirez and J. Romero, Polymer 40, 1657, (1999) 13. T. Sannan, K. Kurita, Y. Iwakura, Makromol. Chem., 176, 1191 (1975) Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 19 �Análisis virtual de la gamitadera Roberto Velázquez Cabrera* Abstract ANTECEDENTES In this article is analyzed an extraordinary clay Mexican aerophone from the Olmec zone, using experimental replicas and digital spectrograms of its sounds. La información que se pudo obtener *sobre la Gamitadera original es la siguiente: Keywords: sound. aerophone, Mexico, spectrogram, INTRODUCCIÓN Este estudio es un ejemplo ilustrativo de acciones recomendadas en estudios anteriores del autor,1 y 2 para comprobar la efectividad y la relativa sencillez de una metodología propuesta, analizando casos específicos de aerófonos mexicanos relevantes. El caso seleccionado es un extraordinario aerófono de barro que se encuentra en exhibición en una vitrina de una sala del Museo de Antropología de Xalapa, Veracruz, mismo que ha sido designado como Gamitadera. El análisis es virtual porque se hace mediante réplicas experimentales como la mostrada en la figura 1, y la visualización de las frecuencias de los sonidos que pueden producir, utilizando espectrogramas digitales. Fig. 1. Réplica de aerófono de barro quemado “Oaxaca” (11 cm de largo). 20 Fue descubierta por el arqueólogo Marco Antonio Reyes López, exinvestigador del Instituto de Antropología de la Universidad de Veracruz, quien nos informó que fue recogida en un muestreo superficial de 1970, realizado en San Pedro, cabecera municipal de Soteapan. Los estratos inferiores de ese sitio son Olmecas, pero los objetos superficiales tienen influencia Teotihuacana de 600900 d.c. Está elaborado con barro arenoso de esa zona situada al sur de la Ciudad de Veracruz, que cuando se quema es rojo, lo que indica que tiene mucho óxido de fierro. Se ignora su designación antigua. Su designación actual se relaciona con la costumbre de esa región de llamar gamitos a los venados con una mancha blanca en la frente o de cola blanca. Para los cazadores, gamitear significa hacer el sonido del animal pequeño para atraer al macho o hembra adultos para cazarlos. Dicen que el caribú de Canadá, mayor que el venado, emite un sonido parecido. Los empleados del Museo de Antropología de Xalapa, que han escuchado los sonidos producidos por la Gamitadera original, dicen que se parecen al rugido del ocelote o jaguar o a los sonidos que producen las aves de rapiña como el buitre. A algunos se les enchina el cuero y se les paran los pelos, cuando escuchan sus sonidos. No se han encontrado fotografías, radiografías o sonidos grabados del instrumento. Parece que Antonio Zepeda grabó sus sonidos pero no se ha podido entrevistar ni localizar sus grabaciones. No ha sido analizado formalmente, ni desde el punto de vista de la organología ni de la acústica y no hay * Investigador en acústica, especialista en instrumentos prehispánicos de viento. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Roberto Velázquez Cabrera publicaciones disponibles sobre ese extraordinario aerófono. De la rica organología de esa zona, sólo se ha encontrado un estudio específico, que fue realizado desde el punto de vista musical: el de Charles Boiles,3 sobre la flauta cuádruple Tenennexpan, con fotos de Francisco Beverido. El único documento público donde se hace referencia a ese aerófono es un artículo de Susan Rawcliffe,4 quién ha analizado flautas antiguas, y construido y tocado sus esculturas sonoras de cerámica por cerca de 25 años. En su artículo incluye un breve análisis sobre la Gamitadera, que ella llama "chamberduct flute". Comenta que tiene un tubo de salida situado alrededor del hoyo de salida, y el tubo resonador agregado tiene una larga apertura lateral para permitir variaciones limitadas de tono. En su opinión el sonido de este instrumento es extraordinario y variado. Incluye una descripción de los sonidos que es difícil de traducir con pocas palabras, mismo que a la letra dice: "from a raspy throat gurgle to a wreching cry" dependiendo de las prácticas de construcción y desempeño. En su artículo incluyó un conjunto de dibujos con vistas de cortes de aerófonos (que ella llama flautas) de varios museos y colecciones, elaborado por el artista Jim Grant sobre la base de un cuidadoso análisis visual de los instrumentos realizado por ella misma y entre los que se contempla el de la Gamitadera. El dibujo de la Gamitadera (que no conocía) y los comentarios de Susan Rawcliffe, me motivaron para hacer el viaje a Xalapa. Don Brígido Lara,5 quién es uno de los mejores escultores de réplicas de arte antiguo mexicano con cerca de 50 años de experiencia artesanal y que ahora trabaja en el Museo de Antropología de Xalapa, opinó que el barro utilizado en la Gamitadera original es del mismo lugar y similar al material que él usa. También mencionó que no es fácil la elaboración de réplicas que suenen bien. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 ANÁLISIS. Habiendo observado la Gamitadera original en su vitrina y con la ayuda del dibujo de Sisan Rawcliffe y de Don Brígido Lara se elaboró un boceto con la vista de un corte, que muestra su estructura y componentes interiores (figura 2). Fig. 2. Boceto de la vista lateral del corte de la Gamitadera. Componentes: 1. Primer cámara resonadora en forma de dona aplanada en el centro. 2. Segunda cámara de forma globular. Resonadora principal o cámara de oscilación. 3. Tercer cámara resonadora de forma tubular. 4. Pequeños huecos. a. Primer orificio central, de entrada de aire de soplado o insuflación. b. Segundo orificio central, de entrada a la cámara resonadora globular. c. Canal de salida hacia el tubo resonador. d. Orificio de salida final. Basándose en el boceto anterior, se elaboró un conjunto de réplicas (figura 3) utilizando varios tipos de barro, entre los que se incluyen los proporcionados por Brígido Lara y por Mario y Gregorio Cortés de Santo Cruz de Arriba, Texcoco del estado de México (ellos son los más 21 �Análisis virtual de la gamitadera experimentados flauteros de barro), y uno de Oaxaca que se vende en la Ciudad de México. Los tres barros son muy buenos. Los dos primeros, son arenosos, excelentes para disminuir la posibilidad de cuarteaduras en piezas grandes. El último, es bueno para piezas pequeñas con detalles minuciosos y para obtener superficies pulidas o bruñidas. Fig. 3. Réplicas de barro. Las réplicas fueron hechas con la ayuda de moldes esféricos, para formar la cámara principal (2) y con ayuda de un carrizo y las manos se moldeó el tubo resonador. El resto se terminó con técnicas de pastillaje y pegado de las piezas. Con un palito redondo y picudo se perforaron y terminaron los hoyos. Se trato de obtener réplicas con pequeñas variaciones en su forma y dimensiones, para ver sus efectos. La forma de generación de sus sonidos es similar a la de los de viento o “de fuelle de aire”, como los llama José Luis Franco,6 quien los analizó por más de 10 años. Él es uno de los pocos que han escrito sobre la rica organología de la Cultura Totonaca7 pero no incluyó en sus publicaciones a la 22 Gamitadera, posiblemente por su descubrimiento reciente. De acuerdo a su explicación (adaptada a éste aerófono), su funcionamiento sería: La corriente de aire se introduce por el orificio de entrada (a) y se dirige al orificio de entrada (b) y a la cámara de oscilación.2 En ella el aire se comprime hasta que llega el momento en que la presión dentro de ella es igual a la presión del aire que se está soplando, entonces ya no entra más aire a la cámara,2 pero el aire que se está soplando jala más aire y llega el momento en que dentro de la cámara2 hay menos presión que la del soplo; entonces entra más aire dentro de la cámara2 hasta que vuelve a nivelarse la presión con el soplo. Este ciclo se repite indefinidamente produciéndose el sonido. Lo anterior no es suficiente para explicar las diferencias en los sonidos producidos, entre los de la Gamitadera y los convencionales de fuelle de aire, ya que difieren notablemente. Tampoco incluye los otros elementos organológicos que se incluyen en el boceto. Faltaría explicar, al menos, el posible efecto de la primer cámara.1 Es necesario hacer notar que las oscilaciones de ese muelle de aire tendrían que funcionar al mismo tiempo en una gama muy amplia de frecuencias, que superan al audible. Hasta que se disponga de la tecnología para simular y analizar en detalle el comportamiento dinámico en tres dimensiones del aire y las ondas sonoras de muy altas frecuencias en cámaras múltiples e irregulares, será posible conocer el posible funcionamiento detallado de aerófonos sonoros complejos como la Gamitadera. Lo que se puede afirmar, es que el tubo resonador, es un amplificador de las frecuencias correspondientes a sus dimensiones internas. Como en la mayoría de los aerófonos con un hoyo de obturación (d), pueden variarse las frecuencias de los sonidos si se tapa parcialmente y/o se forma una Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Roberto Velázquez Cabrera cámara adicional de salida con las manos. Si coinciden en una línea los hoyos (a), (c) y (d), se puede mejorar su sonoridad, y se facilita su ajuste con un palito desde el exterior. También ayuda a generar mejor los sonidos, el aplanar un poco la parte superior de la esfera globular, alrededor de su hoyo de entrada. Por supuesto, se cumplen los principios generales de los resonadores: las frecuencias que más se amplifican son las que corresponden a las dimensiones de la cámara principal2 y del tubo resonador.3 Si se incrementan sus dimensiones, bajan las frecuencias de los sonidos más fuertes y éstas se elevan cuando se disminuye el tamaño de sus cavidades internas. Fue necesario elaborar varias réplicas para poder producir sonidos (audibles). Se tuvieron que “matar” varias replicas silenciosas antes de su posible nacimiento. Ángel Mendoza, quien me ha acompañado en estas experiencias, también elaboró dos réplicas que tocaban crudas, pero cuando se quemaron se quedaron casi mudas. Se ha visto que es muy difícil lograr que produzcan sonidos fuertes y claros. Los elementos que afectan son: la distancia, alineación (de los centros) y dimensión de y entre el hoyo superior de insuflación (a), que debe ser de menor diámetro, y el hoyo (b) de la cámara resonadora esférica.1 También influyen, en menor medida, las dimensiones, el acabado, la alineación y superficie del canal de salida (c) de las dos primera cámaras1 y 2 y el tubo resonador.3 Parece ser que las pequeñas cavidades4 de la parte terminal del tubo resonador3 no tienen mucha influencia en los sonidos producidos. Se probó que con los tres tipos de barro profesional utilizados, se pueden elaborar réplicas que “canten”, “hablen” o “lloren”. Se comprueba que cuando se logran obtener sonidos, éstos son extraordinarios y pueden variar, dependiendo de su estructura, dimensiones y forma de tocarse. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 Este tipo de artefacto no se pueden catalogar como instrumento musical, porque no produce sonidos musicales. Aunque algunos investigadores, como Samuel Martí,8 han tratado de analizarlos y ajustarlos a criterios y conceptos musicales, como cuando dicen que están entonados en tal o cual nota musical. Los sonidos de las réplicas se registraron con una computadora personal, con tarjeta de sonido (tipo soundblaster) y un micrófono. Las señales grabadas son muy cortas, de menos de un segundo de duración, mismas que se almacenaron en formato Wav. Este tipo de formato es el que usa el sistema Windows. Hay métodos para analizar señales en el tiempo, pero son muy complejos para propósito del trabajo. A continuación se incluye una comparación visual de los espectrogramas de los sonidos de cinco de las réplicas elaboradas, para mostrar algunas de sus diferencias en componentes de frecuencias. Un espectrograma es una gráfica del espectro de potencia de los componentes de frecuencias de una señal, para diferentes tiempos. Los espectrogramas son útiles para analizar sonidos, como los de este caso, que tienen una combinación compleja de frecuencia e intensidades, dentro de rangos amplios de frecuencias. Existen analizadores de espectros pero son caros y no se han encontrado laboratorios que los tengan disponibles. Por lo anterior, la última versión del programa “Gram” de Richard Horn, disponible en forma abierta y gratuita en Internet,9 fue utilizada para obtener los espectrogramas. Los espectrogramas que genera este programa se muestran en dos dimensiones: frecuencia (kHz) y tiempo (seg.). Los colores corresponden a los niveles relativos de amplitud de las señales (dB), que es la variable de la dimensión,3 en este caso se seleccionó una escala de -60 dB (figura 4): 23 �Análisis virtual de la gamitadera finales, todas las frecuencias son de mayor amplitud y las componentes del ruido tienen rangos más amplios. Eso demuestra que con pequeñas variaciones de la estructura pueden generar sonidos diferentes, pero es posible elaborar grupos de réplicas que generen espectros de cierta semejanza. Fig. 4. Niveles de las señales (en dB) En la parte superior de las gráficas (figura 5) se incluye la señal de las ondas en el tiempo, mismas que parecen manchas por sus componentes de frecuencias. Fig. 5. Espectrogramas pegados de 5 réplicas Se observa que todas las réplicas producen sonidos con frecuencias en rangos de cierta amplitud, con las crestas más fuertes entre 1-5 kHz. Las dos primeras producen adicionalmente notas con fundamentales y armónicas, determinadas en función al tamaño del tubo resonador. En las tres 24 Cada una de las señales anteriores se puede ver con más detalle. Por ejemplo, seleccionando la última señal de la figura 5 anterior se puede producir un espectrograma cambiando el color del fondo, la ventana de frecuencias o la tasa de muestreo (a 44.1 kHz), las escalas del tiempo y de la amplitud (en este caso a 30 dB) de la gráfica. Eso conduce a que se utilicen los colores de la parte superior de la figura 4, lo que hace que los niveles máximos se muestren ahora en colores rojo, naranja y amarillo del espectrograma de la figura 6. Fig. 6. Espectrograma de una réplica sonora En esa figura 6 se muestra la causa de la sonoridad de la réplica, ya que incluye un rango amplio de señales de alta intensidad. La gama de frecuencias producidas rebasa la frecuencia máxima de los sonidos audibles por el ser humano (20 kHz). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Roberto Velázquez Cabrera Si embargo, las frecuencias mostradas arriba de 12 kHz son cuestionables, por las características del micrófono utilizado, ya que es uno común de capacitor para computadora personal. generadas por resonadoras.1 y 2 las dos primeras cámaras Esa misma señal también se puede visualizar en sus 3 dimensiones (amplitud, frecuencia y tiempo), utilizando el programa para afinar instrumentos musicales Tunit,10 como se muestra en el espectrograma de la figura 7. En el espectrograma se puede ver que las frecuencias mínimas también rebasan (hacia abajo) al límite que puede oír el ser humano (20 Hz). Se nota que en todo el rango de frecuencias las señales son de magnitudes significativas. En las frecuencias bajas se producen batimentos. Fig. 8. Espectro de potencia de la misma señal. CONCLUSIONES Fig. 7. Espectrograma en 3D de la réplica sonora. La figura 8 muestra el espectro de potencia de la misma señal, obtenido con un programa "Sat32".11 Como en este caso las coordenadas se dan en escalas lineales, se destacan la distribución de sus frecuencias y las señales de mayor amplitud. La mayor y más baja en cerca de 1 kHz es del tubo resonador mayor3 y las otras dos de menor amplitud Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 El resultado comprueba que la metodología utilizada es efectiva para ayudar a encontrar y divulgar secretos de la rica organología mexicana, que fue desarrollada durante varios milenios y ha sido destruida, prohibida y olvidada desde hace cinco siglos. Sólo después de hacer análisis similares de cada tipo de aerófono mexicano relevante, se puede aspirar a hacer comparaciones y correlaciones entre ellos. La dificultad para hacer que suenen bien demuestra que los artesanos o sacerdotes que elaboraban estos extraordinarios artefactos eran muy hábiles, y requerían ser especialistas. 25 �Análisis virtual de la gamitadera REFERENCIAS 1. 2. Velázquez-Cabrera, Roberto, "Estudio de Aerófonos Mexicanos Usando Técnicas Artesanales y Computacionales. Polifonía Mexicana Virtual", Tesis de Maestría en Ciencias de la Computación, CIC, IPN, Mayo 2000. (http://www.geocities.com/rvelaz.geo/tesis/tesis5 .doc). Velázquez-Cabrera, Roberto, "Analisis de Aerófonos Mexicanos", Ponencia presentada en el Congreso Internacional de Computación CIC99, IPN, México, Nov. 17 de 1999. (http://www.geocities.com/rvelaz.geo/tesis/c_cic 99.doc) 3. Boiles-Lafayette, Charles. “La flauta triple de Tenenexpan”. La palabra y el Hombre, II, Epoca 34, Revista de la Universidad Veracruzana, Abril-junio de 1965. 4. Raucliff, Susan. “Complex Acoustics in PreColumbian Flute Systems”, Experimental Musical Instruments, Organology, Vol. III, #2, 1986 (Hay duda sobre los últimos 3 datos, ya que la copia que me mandó no tiene esos datos). Publicado también en el libro “Musical Repercussions of 1942: Encounters in Text and Performance”, Smithsonian Institution Press, 1992. 26 5. Vacio, Minerva, “Brígido Lara, inventor del nuevo arte prehispánico”, Arqueología Mexicana, Vol. IV, Núm. 21, Septiembreoctubre de 1996. 6. Franco, José Luis, “Flautas de Muelle de aire”, Excélsior, México, 14 de octubre de 1962. 7. Franco, José-Luis, “Musical Instruments from Central Veracruz in Classic Times”, Ancient Art of Veracruz, Exhibition Catalog of the Los Angeles County Museum of Narural History, 1971. 8. Martí, Samuel. "Instrumentos Musicales Precortesianos." INAH. 1968. 9. Horne, Richard, Spectogram V 5.0.5, Freeware, Gram. Atentamente, ha autorizado a utilizar y mencionar su excelente programa en mis estudios. http://www.monumental.com/rshore/gram.html 10. Volkmer, D., "TUNE!IT", (http://www.zeta.org.au/~dvolkmer/tuneit.html.). Shareware. El programa se utilizó en el tiempo de prueba. 11. Liangson He, Signal Analyzer Toolkit V.2., Sat32. Usado en tiempo de pruebas, http://www.userworld.com/users/hlingso/remote. htm). Shareware. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Autoafinidad de superficies de fractura del vidrio Moisés Hinojosa Rivera, Leonardo Chávez Guerrero * Abstract This article depicts glass fracture surfaces as an example of natural fractals. The fractal character of the different regions of the fracture surface is discussed and characterized, first qualitatively and then quantitatively. The self-affine analysis is performed starting from height profiles obtained using atomic force microscopy. The variable bandwidth method is briefly described and applied to the determination of the roughness exponent and the correlation length. Keywords: glass, fracture surfaces, self-affinity, fractals, roughness exponent. INTRODUCCIÓN Las superficies de fractura de los materiales heterogéneos son objetos fractales naturales cuya principal característica es la invarianza escalar. 1-7 Si una parte de un objeto fractal natural se separa de él y se amplía, dicha parte lucirá igual que el cuerpo original, estadísticamente hablando. Por ejemplo, una imagen de microscopía electrónica de barrido (MEB) de una superficie de fractura en alta magnificación luce muy similar a una imagen en baja magnificación, figura 1. Si no se especifica la magnificación, aún los especialistas vacilan en su intento de discernir entre las imágenes mostradas en dicha figura Los fractales residen en la frontera entre el orden de la geometría euclidiana y el desorden total aleatorio. Los objetos euclidianos poseen dimensiones expresadas por números enteros, mientras que los fractales poseen dimensiones fraccionarias. Una superficie plana (euclidiana) tiene dimensión 2, al ser cortada se obtiene una línea o perfil de dimensión 1. Una superficie fractal Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 Fig. 1. Imágenes de superficies de fractura vistas a diferentes magnificaciones en MEB. posee dimensión entre 2 y 3. A mayor irregularidad, mayor es la dimensión fractal. Si se extrae un perfil de alturas de una superficie fractal, éste tendrá una dimensión *entre 1 y 2. En la práctica es conveniente, y generalmente más fácil, analizar el carácter fractal de las superficies estudiando perfiles de alturas extraídos de ellas. AUTOAFINIDAD Y EL EXPONENTE DE RUGOSIDAD Los fractales matemáticos son autosimilares. Los fractales naturales no son autosimilares en sentido estricto, solo lo son estadísticamente, se dicen que autoafines. son Manifiestan escalamiento anisotrópico. Si se observa un perfil de un micrómetro de longitud con alturas del mismo orden, no se observarán en general alturas cien veces mayores si se analiza un perfil de una longitud de cien micrómetros. El concepto de dimensión fractal no puede aplicarse en sentido estricto a objetos autoafines * Doctorado en Materiales de la FIME-UANL. 27 �Autoafinidad de superficies de fractura del vidrio como las superficies de fractura. Dichos objetos deben describirse mediante una “dimensión de autoafinidad”. En la práctica se calcula el llamado exponente de Hurst también llamado exponente de rugosidad, que está relacionado a la dimensión fractal mediante la relación: ζ = 2−D (1) dónde ζ es el exponente de rugosidad y D es la dimensión fractal del perfil. Una superficie plana tiene D = 2 y ζ = 0; una típica superficie de fractura muestra D = 1.2 y ζ = 0.8. FRACTALES Y FRACTURAS En 1984 Mandelbrot8 exploró cuantitativamente por primera vez el carácter fractal de las superficies de fractura de aceros sometidos a diferentes tratamientos térmicos y reportó una correlación entre la dimensión fractal y la tenacidad a la fractura, propiedad que fue estimada mediante la energía de impacto. Estos resultados, aunque fueron cuestionados posteriormente, iniciaron una nueva era en las disciplinas de la fractografía y la mecánica de la fractura. Desde entonces el análisis de la autoafinidad de las superficies de fractura representa un campo de investigación muy activo,9 que se ha enriquecido con el desarrollo de modernos y sofisticados métodos estadísticos y matemáticos. Existen diversos métodos para analizar la autoafinidad de las superficies de fractura. La mayor parte de ellos emplean perfiles extraídos de la superficies a través del uso de alguna técnica experimental.10 Uno de los métodos más confiables es el método de ventanas de ancho variable.11 El perfil se divide en franjas o ventanas de tamaño r. Se calcula para cada ventana la cantidad Zmax, que es la diferencia entre la máxima y la mínima altura; 28 promediando para todas las ventanas posibles. Variando el tamaño de las ventanas se obtiene la distribución Zmax(r). Para un perfil autoafín se cumple la siguiente ley de potencia: Zmax(r ) ∝ r ζ (2) Un gráfico log-log de Zmax(r) vs. r permite verificar la validez de esta ley; si la relación se cumple el perfil es autoafín y el exponente ζ viene dado por la pendiente de la línea recta en el régimen autoafín. Las superficies de fractura son autoafines para longitudes de escala menores a la llamada longitud de correlación, más allá de la cual la superficie puede considerarse un objeto euclidiano plano. Dicha longitud de correlación puede determinarse también del gráfico de Zmax(r) vs. r. Las superficies de fractura del vidrio son autoafines y su exponente de rugosidad así como la longitud de correlación pueden determinarse mediante el método descrito. LAS TRES ZONAS EN LA FRACTURA DEL VIDRIO. En la región del origen de la fractura en una superficie de ruptura de vidrio es posible, aún a simple vista, distinguir tres zonas. Los fractógrafos las llaman zona “espejo”, zona “difusa” y zona “fibrosa”.12 En la figura 2 se muestran dichas zonas tal como se observan en la fractura de un vidrio común vista al MEB. A partir del análisis de estas zonas se pueden hacer inferencias sobre los niveles de esfuerzo y las condiciones cinéticas de propagación. La zona “espejo” es llamada así por su notable reflectividad y tersura, tradicionalmente se le describe como si fuera un objeto euclidiano plano. Las zonas difusa y fibrosa presentan una irregularidad o rugosidad perceptible a simple vista. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Moisés Hinojosa Rivera, Leonardo Chávez Guerrero Fig.3 Imagen de microscopía de fuerza atómica de la zona especular. EL ANÁLISIS AUTOAFIN Fig. 2. Las tres zonas características en la fractura del vidrio. En la figura 4 se muestran dos perfiles de alturas extraídos de diferentes regiones de una superficie de fractura de vidrio, ambos perfiles constan de 512 puntos o pixeles, pero son de diferente longitud, la escala en la ordenada es la misma, aunque está en unidades arbitrarias. LA MICROSCOPIA DE FUERZA ATÓMICA La microscopía de fuerza atómica (MFA) es una herramienta muy poderosa capaz de proveer los datos topométricos13 necesarios para el análisis de autoafinidad de las superficies de fractura del vidrio, incluso en la zona espejo. La figura 3 muestra una imagen de MFA de la región especular en la superficie de fractura de un vidrio común que fue fracturado en flexión. Esta superficie es claramente irregular, no es plana como tradicionalmente se describe cuando se le observa a simple vista o mediante técnicas como microscopía óptica o electrónica. La MFA permite la observación y, mejor aún, la cuantificación de la rugosidad en escalas submicrométricas. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 4 3 h(x) 2 1 0 0 100 200 300 400 500 600 (x) Fig. 4. Perfiles extraídos en la zona especular (abajo) y en la zona difusa (arriba). 29 �Autoafinidad de superficies de fractura del vidrio En la parte superior se muestra un perfil de 5 micrómetros de longitud perteneciente a la región llamada “difusa”. El perfil en la parte inferior tiene una longitud de medio micrómetro y corresponde a la región especular. Ambos perfiles lucen muy similares en su irregularidad, la única diferencia radica en la amplitud y la longitud de escala de análisis, existe una diferencia de un orden de magnitud en la longitud y en la distancia entre puntos, nótese que las alturas no manifiestan esa misma diferencia de escalamiento. Estos perfiles claramente muestran los conceptos de autoafinidad de manera cualitativa y demuestran que las superficies de fractura del vidrio son bien descritas como objetos fractales naturales. El carácter autoafín de los perfiles se revela y cuantifica en la figura 5. Este gráfico corresponde al análisis de perfiles pertenecientes a la región especular. Es evidente que la cantidad Zmax obedece la ley de potencia dada por la ecuación (2). Los perfiles analizados son incuestionablemente autoafines. El exponente de rugosidad tiene un valor de 0.8. Este resultado no es sorprendente ya que se han reportado valores similares para las superficies de fractura de diversos materiales fracturados en condiciones cinéticas similares. Este exponente es considerado universal14 aunque existe actualmente una controversia fuerte al respecto. En la figura 5 puede verse además que la ley de potencia deja de ser válida para longitudes de escala mayores a 100 nanómetros. Este es el valor de la longitud de correlación e implica que la región especular puede considerarse plana para longitudes de escala mayores a este valor. Nótese que este valor es menor que la longitud de onda de la luz visible. Se ha demostrado que la longitud de correlación tiene fuerte relación con el tamaño de grano en algunos metales.15-18 En polímeros parcialmente cristalinos este parámetro parece estar ligado al tamaño de las esferulitas.19-21 Resultados recientes sugieren que en el vidrio opalino este parámetro corresponde al tamaño de las partículas opacificantes. 100 SUMARIO En resumen, las superficies de fractura del vidrio son objetos fractales naturales, anisotrópicos. Zmax(r), (nm) 10 El análisis de su autoafinidad puede realizarse mediante métodos estadísticos aplicados a perfiles de alturas obtenidos mediante microscopía de fuerza atómica. 1 ζ = 0.8 0.1 1 10 100 1000 10000 r (nm) Fig. 5. Curva de autoafinidad correspondiente a la región especular. 30 El exponente de rugosidad y la longitud de correlación son los parámetros autoafines que describen y cuantifican el carácter fractal de estas superficies. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Moisés Hinojosa Rivera, Leonardo Chávez Guerrero REFERENCIAS 1. B.B. Mandelbrot, The Fractal Geometry of Nature. New York, Freeman , 1982. 2. Virgilio A. González y Carlos Guerrero, “Fractales: Fundamentos y Aplicaciones. Parte I, Concepción Geométrica en la Ciencia e Ingeniería”, Ingenierías, Vol. IV, No. 10, pp. 5359, Enero-Marzo 2001. www.uanl.mx/publicaciones/ingenierias/10/ 3. C. Guerrero y V. González, “Fractales: Fundamentos y Aplicaciones. Parte II, Aplicaciones en Ingeniería de Materiales”, Ingenierías, Vol. IV, No. 12, pp. 15-20, JulioSeptiembre 2001. www.uanl.mx/publicaciones/ingenierias/12/ 4. Ubaldo Ortiz Méndez y Moisés Hinojosa Rivera. Geometría de Fractales y Autoafinidad en Ciencia de Materiales, Ingenierías, Vol. I, No. 1, pp. 15-21, 1998. www.uanl.mx/publicaciones/ingenierias/1/ 5. Moisés Hinojosa y Ubaldo Ortiz, “Geometría de Fractales Aplicada a la Descripción de Microestructuras Metálicas”, Ciencia UANL, Vol. I, No. 3, 1998. 6. J. Feder, Fractal, Plenum Press, N.Y. 1988. 11. J. Schmittbuhl, J.P. Vilotte y S. Roux, “Reliability of Self-Affine Measurements”, Phys. Rev. E, Vol. 51 131, 1995. 12. D. Hull, Fractography, Cambridge U.P., 1999. 13. Moisés Hinojosa, Martín Edgar Reyes Melo, “La Rugosidad de las Superficies: Topometría”, Ingenierías, Vol. IV, No. 11, pp. 27-33, 2001. www.uanl.mx/publicaciones/ingenierias/11/ 14. E. Bouchaud, G. Lapasset y J. Planés, Europhys Lett. , Vol. 13, p. 73 1990. 15. M. Hinojosa, E. Bouchaud y B. Nghiem. Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol. 539, pp. 203-208, 1999. 16. Moisés Hinojosa, Elisabeht. Bouchaud y Bernard Nghiem, “Rugosidad a Larga Distancia en Superficies de Fractura de Materiales Heterogéneos”, Ingenierías, Vol. III, No. 7, pp. 27-33, Abril-Junio 2001. www.uanl.mx/publicaciones/ingenierias/7/ 17. Jorge A. Aldaco, Tesis de Maestría, FIMEUANL, 2000. 18. M. Hinojosa, J. Aldaco, U. Ortiz, V. González, “Roughness Exponent of the Fracture Surface of an Al-Si Alloy”, Aluminum Transactions, Vol. 3, pp. 53-57, 2000. 7. J.C. Russ, Fractal Surfaces, New York, Plenum Press, 1994. 19. Edgar Reyes, Tesis de Maestría, FIME-UANL, México, 1999. 8. B. B. Mandelbrot, D. E. Passoja y A. J. Paullay, “Fractal Character of Fracture Surfaces of Metals”, Nature, Vol. 308, pp. 721-722, 1984. 20. M. E. Reyes y C. Guerrero , “Autoafinidad de Superficies de Fractura en Materiales Plásticos”, Ingenierías, Vol. IV, No. 10, pp. 27-37, 2001. www.uanl.mx/publicaciones/ingenierias/10/ 9. E. Bouchaud, “Scaling Properties of Cracks”, J. Phys.:Condens. Matter Vol. 9, pp. 4319-4344, 1997. 10. Francisco J. Garza, Tesis de Licenciatura, FIME-UANL, 1999. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 21. E. Reyes, C. Guerrero, V. González y M. Hinojosa, “Self-Affine Measurements on the Fracture Surface of Plastics Materials by AFM”, Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol. 578, pp. 357-361, 2000. 31 �Procesamiento de materiales por medio de microondas en la FIME Juan A. Aguilar Garib * Abstract The aim of this paper is to introduce the facilities that exist at FIME and present some representative cases as examples of the investigation that is being conducted on processing of materials. Then an overview of the principles that support this technology and the challenges that must be faced is presented. Although several materials have been tested, this paper is focused on magnesia-alumina spinel (MgAl2O4), which is a ceramic widely employed in the refractory industry. suministrada. A continuación se describe de modo general el laboratorio que existe en la FIME seguido de los aspectos básicos sobre los mecanismos que rigen el calentamiento mediante microondas.* LA SECCIÓN DE PROCESAMIENTO DE MATERIALES MEDIANTE MICROONDAS materials Esta sección se encuentra ubicada en las instalaciones del laboratorio del Programa de Doctorado en Ingeniería de Materiales de la FIME. La figura 1 muestra una imagen global del equipo existente en esta sección. El propósito de este artículo es describir someramente el equipo para el procesamiento de materiales mediante el microondas con el que se cuenta en la FIME y presentar algunos casos que sean ejemplo de los logros alcanzados. Se presentan de modo general los principios que son la base de esta tecnología, así como los retos que deben ser enfrentados. Como ejemplo para ilustrar el tipo de investigación que se hace en la FIME se tomó el procesamiento de espinel magnesia-alúmina (MgAl2O4) por su gran aplicación en la industria de los refractarios. Fig. 1. Vista general del equipo para el estudio del procesamiento de materiales mediante microondas. Keywords: microwaves, processing, spinel. ceramics, INTRODUCCIÓN Las microondas corresponden a la porción del espectro electromagnético situado entre los 300 MHz y 300 GHz, pero para utilizarlas en el procesamiento de materiales se requiere una serie de equipos y accesorios, que van desde un dispositivo para generarlas y luego un sistema para conducirlas hasta la muestra que se desea calentar. Se debe contar además con la posibilidad de medir la temperatura, la frecuencia y la energía 32 Se cuenta con dos generadores de microondas de 2.45 GHz, de potencia variable hasta 1.5 y 3 KW respectivamente. También se cuenta con guías de onda para dirigir la energía hacia la cavidad en la que se coloca la muestra, coples direccionales para * Profesor del Programa de Doctorado en Ingeniería de Materiales. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Juan A. Aguilar Garib poder medir la eficiencia del sistema, sintonizadores para ubicar onda y desviadores o circuladores para evitar que la onda reflejada regrese al generador. Adicionalmente se tienen dos hornos de tipo doméstico, uno de ellos instrumentado para poder medir y controlar la temperatura (Figura 2). conoce como “carga”. La guía de onda consiste en una sección a través de la cual pasan las microondas. El tamaño depende de la frecuencia y la potencia que se desea transmitir. Desviador Las microondas que se conducen por medio de una guía de onda hasta la cavidad en la que se encuentra el material que va a ser calentado pueden ser reflejadas por éste. De hecho, como la absorción de energía nunca es total, siempre se tiene una parte que se refleja y que regresa por la misma guía hasta el generador o la fuente. Esta situación daña al generador y entonces lo que se hace para evitarlo es desviar mediante un desviador, llamado también circulador (Figura 3) la onda hacia una cámara de agua que absorbe esta energía. Fig. 2. Horno de microondas instrumentado en el que se aprecia una muestra calentándose. DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DE UN SISTEMA DE MICROONDAS PARA PROCESAMIENTO DE MATERIALES Generador Es la parte principal del equipo ya que produce las microondas a la frecuencia deseada. Para este propósito se utiliza un magnetrón que requiere mantenerse a temperatura relativamente constante para que la onda generada sea estable. Guía de onda La función de la guía de onda es conducir con un mínimo de pérdidas las microndas desde el generador hasta la cavidad en la que se encuentra la muestra. El material que se coloca en la cavidad se Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 Fig. 3. Esquema de un desviador o circulador. La onda puede viajar del puerto 1 al puerto 2, pero cuando trata de viajar desde el puerto 2 hacia el 1, un campo magnético la desvía hacia el puerto 3. 33 �Procesamiento de materiales por medio de microondas en la FIME Cople direccional Reflectómetro Para poder estimar las propiedades dieléctricas de los materiales expuestos a microondas y hacer cálculos energéticos se requiere conocer la cantidad de energía que va desde el generador hacia la muestra y la que se refleja de ésta hacia el generador. Este dispositivo (figura 5) se coloca como parte de la guía de onda y permite medir la energía que pasa a lo largo, de manera que si se conoce la longitud de onda y los valores de potencia en cuatro puntos de los cuales se conoce su ubicación, entonces es posible describir la ubicación de la onda, de manera que se puede confirmar la función del sintonizador. También es posible hacer estimaciones de las propiedades dieléctricas del material observando el comportamiento de la onda. Para este fin se utiliza un cople direccional (figura 4), que tiene la capacidad para hacer la medición descrita. También sirve para calibrar otros dispositivos y para medir la eficiencia del sistema. También tiene la forma de la guía de onda por lo que es parte del sistema para suministrar energía. La razón entre las energías, hacia la carga y la reflejada es suficiente para calcular la eficiencia con la que se está llevando a cabo el proceso mediante microondas. Fig. 5. Reflectómetro con cuatro detectores (arriba) colocado como parte de la guía de onda. Sintonizador Este dispositivo permite ubicar el patrón de ondas dentro de la guía de onda o la cavidad de manera que se optimice la energía que se suministra al sistema. Se puede sintonizar la onda cambiando la longitud de la guía (figura 6) o poniendo obstáculos en ella. Cavidad Fig. 4. Esquema de un cople direccional, la onda viaja a través de la sección cuadrada pues es una guía de onda y tiene dos detectores, cada uno apunta a un extremo, de manera que se puede medir la potencia que viaja en cada dirección. 34 Es el lugar en el que se coloca el material a calentar o procesar, y es a este lugar al que llegan las microondas. Se puede utilizar un espacio cerrado como en la figura 1, o la misma guía de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Juan A. Aguilar Garib onda como en la figura 6. Al mover la pared se tiene un cambio en la longitud de la guía. Dado que la onda sigue una función periódica es posible conocer el campo eléctrico en la muestra midiéndolo a una distancia L (figura 6). Fig. 6. Esquema de la guía de onda utilizada como cavidad. Se muestra la ubicación de reflectómetro y de la pared móvil. PROCESAMIENTO DE MEDIANTE MICROONDAS MATERIALES Una de las formas en que se explica el calentamiento de los materiales mediante microondas es relacionando la interacción del campo eléctrico y la materia, una de estas teorías se basa en que los materiales presentan un fenómeno llamado polarización, el cual consiste en la modificación de la distribución de las cargas eléctricas en un material. Al aplicar un campo eléctrico a un material dieléctrico se origina un cambio en la orientación de la carga de las partículas, la cual induce dipolos que a su vez responden al campo aplicado. A este Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 fenómeno se le conoce como polarización. Existen varias formas, la polarización electrónica, que se produce al cambiar la distribución de la nube electrónica en el átomo, mientras que la polarización iónica consiste en que los iones se desplazan cambiando la interacción entre ellos. Algunos materiales cuentan con dipolos naturales, los cuales existen independientemente de la presencia del campo eléctrico. La relación que existe entre el calentamiento de los materiales y la polarización se presenta cuando se aplica un campo eléctrico alternativo a un material cuyos dipolos, ya sean naturales o inducidos, no son capaces de seguir totalmente la inversión del campo eléctrico, teniendo como consecuencia que la polarización de éstos se retrasa con respecto al campo aplicado, el resultado es que la energía se transfiere al material en forma de calor. El mecanismo descrito se conoce como rotación dipolar, pero también puede darse calentamiento resistivo, calentamiento electromagnético y calentamiento dieléctrico. Dependiendo de la substancia, la respuesta puede deberse exclusivamente a un solo mecanismo o una combinación de ellos. La rotación dipolar actúa sobre moléculas polares eléctricamente neutras con cargas eléctricas positivas y negativas espacialmente separadas. Las moléculas expuestas al campo responden rotando sus polos respectivos en la dirección del incremento de la amplitud del campo de microondas. La “fricción molecular” resultante genera calor instantáneamente y uniformemente a través del compuesto. El calentamiento resistivo se provoca en conductores (o semiconductores) de conductividad relativamente baja. Dentro de éstos hay dos categorías que pueden experimentar este tipo de calentamiento cuando se exponen a energía de 35 �Procesamiento de materiales por medio de microondas en la FIME microondas; (a) Aquellos materiales que tienen electrones libres o pares de electrón-vacancia, tales como el carburo de silicio, y (b) aquellos materiales que tienen suficientes iones con suficiente libertad de movimiento para generar corriente, tales como los radicales libres en soluciones electrolíticas o en matrices sólidas. El calentamiento electromagnético ocurre en los materiales que poseen gran susceptibilidad magnética y que se exponen a la energía de las microondas. Los polos magnéticos de estos materiales se hacen rotar de una manera análoga a las moléculas polares en campos eléctricos oscilantes. Los óxidos magnéticos son un buen ejemplo de materiales en los que se presenta este fenómeno. El calentamiento dieléctrico es una función de rotación dipolar y calentamiento resistivo. Efectos de relajación con los voltajes cargados asociados con el campo de microondas, determinan las propiedades dieléctricas y el factor de pérdida dieléctrico. Dado que las propiedades dieléctricas son un buen indicativo de la interacción entre la onda y el material. Una manera de cuantificar la energía que absorbe un material es mediante la ecuación siguiente: P = 2πfε 0ε r tan(δ ) E 2 (1) En donde P es la potencia absorbida, f es la frecuencia, ε0 es la permisividad del aire, εr es la permisividad relativa del material, tan(δ) es el factor de pérdida y E es la magnitud del campo eléctrico.1 De esta ecuación se conoce con certeza únicamente la frecuencia de las microondas. 36 La permitividad y el factor de pérdida son función de la temperatura y deben ser calculados, en tanto que el campo eléctrico depende de la posición de la onda dentro de la muestra, pero ésta a su vez depende de la permitividad. Así resulta que aunque se cuenta con una ecuación que permite calcular la cantidad de energía que entra a un sistema el problema sigue siendo complejo. INVESTIGACIONES EN EL LABORATORIO DE LA FIME A continuación se presentan algunos de los casos de estudio y las consideraciones que se enfrentaron. En este documento se utiliza el espinel MgAl2O4 como ejemplo para mostrar parcialmente el tipo de investigación que se hace en este laboratorio. Se consideró el uso de auxiliares térmicos y aditivos. El propósito de este documento está más orientado a mostrar una metodología y una línea que a demostrar hipótesis específicas. Sin embargo en los casos que se muestran a continuación se trató de ser concluyente. Utilización de auxiliares térmicos para procesar materiales con microondas Los cerámicos base alúmina, como el espinel MgAl2O4, son materiales que absorben las microondas de manera limitada. Sin embargo, su capacidad de absorción mejora significativamente a temperaturas alrededor de los 600 °C. Estos comportamientos pueden describirse de modo general a través del factor de pérdida (tan δ) (figura 7), ya que la conversión de la energía de microondas en calor dentro del material es proporcional a este factor. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Juan A. Aguilar Garib microondas utilizando el grafito como auxiliar térmico es posible. 0.01 Factor de pérdida 0.009 0.008 El espinel se puede tener en un intervalo de composiciones bastante amplio en el diagrama de equilibrio MgO-Al2O3 y la temperatura mínima a la que se encuentra una fase fundida es de 2135 °C. 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 0 200 400 600 800 Temperatura (°C) Alúmina Magnesia Espinel Fig. 7. Comportamiento del factor de pérdida (tan δ) 2 como función de la temperatura. Los espineles tienen la fórmula básica A2+B23+O4. Los iones de oxígeno forman una red cúbica centrada en las caras y los iones A y B se pueden encontrar en los sitios tetraédricos y octaédricos, dependiendo del tipo del espinel.3 La distribución de los cationes en los sitios tetraédricos y octaédricos en la estructura del espinel depende de las condiciones de procesamiento.4 Esta distribución determina algunas de las propiedades prácticas de estos materiales. El anión se caracteriza por un parámetro de posición, cuya magnitud exacta depende del grado de distorsión de la red. La celda elemental del espinel tiene 32 aniones, 64 sitios tetraédricos (A) y 32 sitios octaédricos (B). Los cationes ocupan solo 1/8 de los sitios A y la mitad de los sitios B. Por eso en la estructura se puede tener diferentes tipos de la distribución de los cationes, los cuales dependen de la temperatura de formación y de factores energéticos.5 Termodinámicamente el MgO y la Al2O3 pueden reaccionar para formar el espinel MgAl2O4 a 1200 °C.6 En trabajos7 se ha demostrado que la producción del espinel MgAl2O4 mediante Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 Los resultados de esta investigación confirman que es posible producir espinel MgAl2O4 utilizando grafito como auxiliar térmico. El comportamiento del grafito y las mezclas muestra que en efecto el comportamiento es exclusivamente el que corresponde a un auxiliar, ya que la muestra se calienta más allá de lo que el grafito podría lograr y que éste no aparece ni en solución ni formando fases. Este comportamiento sugiere que el grafito podría utilizarse como auxiliar en la reacción de otros materiales cerámicos. Para el caso del espinel se requiere de este agente para poder producirlo en el orden de horas en lugar de días. Influencia de los componentes de la mezcla de inicio para obtener un material cerámico Aún sabiendo que la capacidad de absorción de estos materiales mejora con la temperatura, los estudios que se han llevado a cabo no han permitido dilucidar sobre argumentos tales como el efecto “catalizador” y la mejora de las reacciones químicas8 y el de difusión que se argumenta que se da en algunos materiales simplemente por ser expuestos a las microondas.9 Una suposición que se ha enunciado en otros trabajos10 es que el contenido de alúmina tiene influencia en el grado de conversión de los reactivos alúmina y magnesia a espinel. La ganancia de calor por microondas está relacionada con el factor de pérdida. De manera que éste se incrementa cuando hay precalentamiento y por eso se dice que la álumina puede influir en tal comportamiento, incluso presenta el fenómeno de 37 �Procesamiento de materiales por medio de microondas en la FIME corrimiento térmico, es decir, hay una temperatura en la cual la absorción de energía de microondas cambia drásticamente, elevándose la temperatura hasta el punto en que se puede sinterizar4 o fundir. Los experimentos que se llevaron a cabo para este trabajo se basaron en el planteamiento de que al aumentar la cantidad de alúmina en la mezcla de reactivos se favorece la formación de espinel,10 ya que ésta es la encargada de absorber la energía en el sistema. Debido a que se tiene que observar la influencia de la alúmina en una reacción expuesta a microondas, se realizaron experimentos tanto en un horno de microondas como en un horno convencional para ver realmente cual es la influencia de la adición de la alúmina y cual es la influencia de la aplicación de microondas. Los resultados de esta investigación permitieron decir que es posible conocer la temperatura a la cual se estaban procesando los materiales. Por otra parte se tiene una comparación realista entre los procesos de microondas y convencional. Se conocen además las cantidades de espinel que se pueden formar en 20 minutos y a 1200 ºC a partir de varias composiciones iniciales, utilizando microondas como fuente de energía y un proceso de calentamiento convencional. En cuanto al efecto catalizador se puede decir que éste está relacionado a efectos térmicos. Influencia del hierro en la producción del espinel MgAl2O4 Aquí la idea fue aprovechar el efecto que tiene el hierro, agregado como hematita, en el equilibrio químico del espinel, así como para tomar energía de las microondas. Se probaron una serie de mezclas con diferentes composiciones en el sistema MgOAl2O3-Fe2O3 y en el sistema MgO-Al2O3-Fe a partir de precursores Fe2O3, Fe, MgO y Al2O3. En trabajos anteriores las pruebas se llevaron a cabo colocando 38 la mezcla de reactivos en un crisol sobre un lecho de grafito como auxiliar térmico en contacto con los reactivos, en este caso éste no formó ningún compuesto nuevo. En cambio aquí, dado que la hematita puede tener reacción con el grafito, se decidió colocarlo de manera que no tuviera contacto con la mezcla de alúmina (Al2O3)-magnesia (MgO)hematita (Fe2O3) o alúmina (Al2O3)-magnesia (MgO)-hierro (Fe). La primera observación que se desprende de este trabajo es que la presencia del Fe influye en el calentamiento y en la morfología de las superficies de las muestras y también en el tipo de espinel que se presenta en los productos. En los lugares donde el contenido de hierro disminuye, los granos tienen menor tamaño y menor grado de sinterización. Esto hace que en estas zonas haya una mayor probabilidad de tener grietas. La presencia de defectos en los límites de granos favorece la difusión de hierro hacia esos sitios. Lo mismo se puede decir de los planos cristalinos incompletos o menos compactos. Esta situación está de acuerdo con la morfología de terrazas y escalones que se presentó en algunas muestras. En cuanto a las diferencias que se tienen cuando se utiliza hierro puro en lugar de hematita, se pueden deber a la diferencia en gradientes térmicos dentro del sistema al ser calentado por las microondas. COMENTARIOS FINALES Como se habrá apreciado a lo largo de este escrito, la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL cuenta con la infraestructura necesaria para realizar investigación sobre el procesamiento de materiales cerámicos utilizando microondas. Se pueden hacer estimaciones energéticas, y se pueden alcanzar y medir temperaturas del orden de los 2000 °C. Por otra parte, la tarea que se ha venido realizando durante Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Juan A. Aguilar Garib los últimos años ha llevado a la formación de recursos humanos que tienen en su mente este método como una alternativa para suministrar energía a un sistema. 8. G. Fanslow Microwave enhancement of chemical and physical reactions. Materials Research Society Symposium Proceedings, 189, 43-48. (1991). REFERENCIAS 9. M. Janney, H. Kimrey. Diffusion-controlled processes in microwave-fired oxide ceramics. Materials Research Society Symposium Proceedings, 189, 215-227. (1991). 1. J. Thuery.- Microwaves: Industrial, Scientific and Medical Applications. Ed. Artech House, King’s College, London, p.p. 103. (1992) 2. W. Wesphetal .- Tables of Dielectric Materials, Vol. VII, Laboratory of Insulation Research, MIT, Cambridge Massachusetts, (1977). 3. W. D. Kingery.- Introduction to Ceramics, Second Edition, John Wiley and Sons, U.S.A. p.p. 64, 132 (1976) 4. J, Katz, J. Blake.. Microwave Sintering of Multiple Alumina and Composite Components. Ceramic Bulletin, 70(8), 1304-1308. (1991) 5. Della Giusta, S. Carbonin, Temperaturedependent disorder in a natural Mg-Al-Fe spinel, Mineralogical Magazine, August,Vol 60, pp.603-616 6. R. West, Chemistry of Solid State and its Applications, John Wiley, , pp. 5-17 (1975) 7. J. Aguilar, J. Pearce, Study of the thermal behavior of materials exposed to microwaves achieving temperatures over 650 ºC , 33rd Microwave Power Symposium, International Microwave Power Institute, Chicago, ILL. Jul., pp.47-50.(1998) Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 10. J. Aguilar, S. Salazar. Producción de MgAl2O4, utilizando grafito como auxiliar en el calentamiento. XX Encuentro de Investigación Metalúrgica y V Congreso Internacional en Materiales, Instituto Tecnológico de Saltillo, pp 544-555. (1998). RECONOCIMIENTOS Los ejemplos que se presentaron en este artículo corresponden al tema desarrollado por el autor en conjunto con Oxana Kharissova, Ubaldo Ortiz y Zarel Valdez. AGRADECIMIENTOS El autor agradece al CONACYT el apoyo otorgado para la compra de los equipos mayores y el financiamiento de estas investigaciones. Por otra parte también se reconoce el apoyo brindado por la propia Universidad a través del PAICYT para continuar con esta línea de investigación. 39 �Modelaje de la viruta en el proceso de maquinado Primera parte. F. Eugenio López Guerrero, Miguel Ruiz, Rafael Colás Ortíz * Abstract A survey on machinability has been done, first to understand the process, and then to optimize and improve it under a particular criterion. In a machine-tool system, the role of the NC-code is critical, as it concerns not only the tool paths but also the cutting values. The optimal code is determined not only by the machine’s control, but also the geometric conditions and the materials involved both in the tool and part to be machined. This first article presents a method to study the relationship between the parameters of the NC-code by means of a mathematical model. Experimental results allowing the validation of the method are presented. Keywords: geometric machinability, CNC. modeling, ángulo de corte ϕ toma un valor tal que minimiza el trabajo de corte requerido. * machining, INTRODUCCIÓN La forma y dimensión de la viruta obtenida por el proceso de maquinado refleja la calidad con la que fue hecho el proceso.1 El análisis ortogonal2 es la forma básica de estudio en el campo del maquinado. El objeto de estudio es la formación de la viruta al momento del corte de la herramienta (ver figura 1). Algunos estudios consideran diferentes ángulos de ataque3 y disposiciones geométricas que determinan el espesor de la viruta y, en consecuencia, el trabajo efectuado, el acabado, tiempos y costos del proceso. El análisis ortogonal supone que la viruta se comporta como un cuerpo rígido que se mantiene en equilibrio por la acción de las fuerzas que se trasmiten a través de la zona de contacto entre la viruta y la herramienta a través del plano de corte. La base de la teoría fue la suposición de que el 40 Esquema mostrando el proceso de corte a modelar. OBJETIVOS Los objetivos que el presente trabajo tiene son: a) observar el proceso de corte de una aleación de aluminio comercial bajo condiciones particulares y b) validar por medio de experimentos un modelo propuesto como mejora del análisis ortogonal convencional del proceso de maquinado. Se espera poder establecer relaciones entre dicho modelo y las propiedades del material y de esta manera inferir resultados en situaciones de maquinado que puedan mejorarse. A continuación se muestra cómo alcanzar ambos objetivos. Trabajos posteriores deberán establecer las condiciones que permitan la aplicación de este método a nivel industrial. * Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica UANL, México Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Eugenio López, Miguel Ruiz, Rafael Colás Un análisis puntual5 permite estimar los valores geométricos de espesor y longitud de viruta. REPRESENTACIÓN DE LA POSICIÓN DE LOS ÁLABES POR MEDIO DE CURVAS Fig. 1. Análisis ortogonal ideal 1 ANÁLISIS ORTOGONAL Los tipos generales de la viruta según la Asociación Americana de Ingenieros en Herramientas1 son tres: 1. Segmentos individuales que en algunos casos se adhieren unos a otros. 2. Viruta sin fractura, formada deformación continua del metal. por 3. Similar al tipo 2, excepto que la herramienta presenta una masa del metal formado por adherencia como resultado del deslizamiento de la viruta en la cara de la herramienta. La relación que existe entre la profundidad de corte y el ancho de la viruta tipo 2 es.4 tan(φ ) := r ⋅ cos (α ) 1− r ⋅ sin(α ) . En donde r = t1/t2 Ver figura 1. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 (1) Las condiciones geométricas del proceso de corte pueden representarse por medio de ecuaciones de posición y movimiento de los puntos de contacto de los filos de la herramienta sobre el material.5 Estas ecuaciones determinan la cantidad de material que la herramienta arrancará. Los valores de las constantes de las ecuaciones de movimiento enmarcan una situación de corte en particular. En esta sección se plantean dichas ecuaciones utilizando valores de corte recomendados por fabricantes de herramientas. Considerando el punto radial del filo de una herramienta giratoria que se traslada en un plano, la ecuación de movimiento puede ser descrita en forma paramétrica por medio de: x(t) = r cos (t) + Vx (2) y(t) = r sin (t) + Vy en donde t es la variable independiente en un intervalo de 0<t<π. Vx y Vy son las componentes de la velocidad de corte programada Vc, que puede representarse en términos del avance F: x ( t) := r ⋅ cos ( t) + y( t) := r ⋅ sin( t) + Fx 2π Fy 2π ⋅t (3) ⋅t La ecuación (3) se puede utilizar para calcular la posición de cada álabe de la herramienta, en donde existe un desfasamiento entre ellos de: 41 �Modelaje de la viruta en el proceso de maquinado. Primera parte. MAX t := 2π N (4) Siendo N el número de álabes de la herramienta.  0 10  P :=   0 0 X := P 〈0〉 Fx Y := P 〈1〉 (5a) ⋅t y1 ( t) := r ⋅ sin( t) + 2π D := (X1 − X0)2 + (Y1 − Y0)2 para el primer álabe, y Fx ) x2 ( t) := r ⋅ cos t + MAXt + ( ) y2 ( t) := r ⋅ sin t + MAXt + 2π Fy 2π Fx := F ⋅ ⋅ t (5b) Fy := F ⋅ (7) (X1 − X0) D (Y1 − Y0) D ⋅t para el segundo. CONDICIONES TEÓRICAS DE MAQUINADO Si se asume que la herramienta se moverá en línea recta entre dos puntos, los cálculos pueden simplificarse trasladando el origen del movimiento al primer punto y colocando el segundo en cualquiera de los ejes, como se muestra en (5a). Considerando la situación de maquinado con los datos de la tabla I para un recorrido entre los puntos del vector P: 42 (6b) Las componentes de avance F se calculan con la distancia del recorrido D: Fy (  En donde: Las ecuaciones resultantes son: ⋅t x1 ( t) := r ⋅ cos ( t) + 2π (6a) Las curvas de desplazamiento en relación de un álabe con respecto al otro en cada eje se muestran en la figura 2. Tabla I.- Valores utilizados para los cálculos y los experimentos de maquinado Número de álabes N 2 Radio de la herramienta. (mm) r 10 Velocidad de giro (rpm) S 800 Avance (mm/min) F .3 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV No. 13 �Eugenio López, Miguel Ruiz, Rafael Colás Para el caso de los valores de maquinado de la tabla I, el resultado de la ecuación (8) está graficado en la figura 3. El eje X no presenta desfasamiento, mientras que el eje Y presenta un espesor de 0.15 mm. 0.01 x1( t ) 0 ALABES AL MISMO LADO DE CORTE x2( t ) 0 0 1 2 3 mm 0.01 y 1( t ) 4 t,t y 2(t + π) 0.1 0.2 0.3 0.02 0.01 0 0 x1( t ) , x2(t+ π) mm Alabe #1 Alabe #2 y 1( t) 0.1 0.01 . (a) y 2( t) 0.1502 0.2 0 1 2 3 4 t,t Y( t) Fig. 2. Curvas de desfasamiento para los álabes de la 4 herramienta. El valor de corte calculado para el espesor de la viruta está determinado por la diferencia posicional de cada eje: Y( t) := y1 ( t) − y2 (t + π ) X( t) := x1 ( t) − x2 (t + π ) Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 0.15 0.1498 1 .10 17 5 .10 18 0 X( t ) . (8) (b) Fig. 3. Geometrías calculadas a) posición de cada álabe por ciclo, b) diferencia entre álabes en milímetros. 43 �Modelaje de la viruta en el proceso de maquinado. Primera parte. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Caracterización del material utilizado en los ensayos. El material usado en los experimentos fue un perfil forjado de aluminio comercial para maquinado cortado en piezas de 88.9 x 50.8 x 12.7 mm (3 ½ x 2 x ½ in). La preparación de las muestras se hizo para caracterizar el material y para la medición de los espesores de rebaba. El análisis electroquímico permitió identificar al material como aluminio 6063 de acuerdo a las tablas del Manual de Aluminios de la ASM. Los datos del manual6 y los valores producto del análisis se muestran en la tabla II. La microscopía óptica (figura 4) reveló una matriz homogénea de aluminio con precipitados de Mg2Si6. La homogeneidad de la microestructura del material garantiza propiedades mecánicas macroscópicas relativamente isotrópicas y 7 homogéneas, lo que en el caso del proceso de maquinado es deseable.8 Tabla II. Comparación de los elementos químicos encontrados y los de la aleación 6063 (% peso) Elemento Aluminio Análisis químico ASM 6063 químico Al - 98.8 Si 0.2-0.6 0.48 Mg 0.45-0.9 0.497 Fe 0.35 max 0.167 El tratamiento térmico para los aluminios de la serie 6xxx determina el subgrupo correspondiente (T1 a T9, norma ANSI H35.1). Las designaciones de subgrupo T se aplican a productos térmicamente tratados. 44 Fig. 4. Micrografía de la muestra de aluminio utilizada en los experimentos. La identificación del grupo T se hizo a través de ensayos de tensión. Los valores de estos ensayos se presentan en la tabla III y se comparan con los estándares6 de la tabla IV. Tabla III. Valores resultantes de los ensayos de tensión Ensayo No. Esfuerzo máximo (MPa) Esfuerzo cedencia (MPa) % Elongación 1 244 244 13 2 276 269 18 3 280 269 16 Promedio 266 260 15 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV No. 13 �Eugenio López, Miguel Ruiz, Rafael Colás Tabla IV. Propiedades mecánicas típicas de la aleación 6063 según la ASM Tratamiento térmico Esfuerzo Esfuerzo % máximo cedencia Elongación (MPa) (MPa) T1 152 90 20 T4 172 90 22 T5 186 145 12 T6 241 214 12 T83 255 241 9 T831 207 186 10 T832 290 269 12 Los resultados de las pruebas a tensión revelan que el material es una aleación de aluminio tipo 6063 con tratamiento térmico clase T83. Las aleaciones conteniendo magnesio y silicio, en las proporciones para formar el compuesto Mg2Si tienen buena formabilidad, soldabilidad, maquinabilidad y resistencia a la corrosión. La maquinabilidad es de suficiente a buena según la escala utilizada por la ASM. Este material es utilizado para tubería, rieles, muebles, extrusiones arquitectónicas, pisos, ventanas, puertas. Fig. 5. Muestra de virutas bajo el microscopio óptico a 50x. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 Condiciones de maquinado. Para los experimentos se maquinó la barra de aluminio con condiciones de corte fijas para los puntos de la ecuación (6a). El corte se hizo a 2.54 mm (0.1in). No se utilizó refrigerante. El resto de los valores de corte experimentales fueron los mismos que los usados en los cálculos teóricos (tabla I). RESULTADOS OBTENIDOS Utilizando el microscopio óptico (figura 5), el microscopio de barrido electrónico (figura 6) y un programa computacional de análisis de imágenes digitales se obtuvieron los datos de ensayo de la figura 7. El promedio de espesor máximo es de 149.54 micrómetros, que es bastante aproximado al valor teórico calculado con el modelo propuesto en la figura 3; la desviación estándar es de 71.45. Considerando un intervalo de confianza del 99.5% para un ensayo de 14 grados de libertad, las tablas estadísticas de tα arrojan un valor de 8.1061. La media calculada del universo está en el intervalo de 88.2 a 210.9 micrómetros. Fig. 6. Imagen de virutas bajo el microscopio electrónico de barrido. 45 �Modelaje de la viruta en el proceso de maquinado. Primera parte. En la figura 6 se muestra la morfología de la viruta, observada utilizando un microscopio de barrido electrónico. relación proporcional al espesor de la viruta de una manera simple. El presente trabajo no considera experimentos exhaustivos que permitan relacionar completamente la morfología con la situación de corte ni las propiedades de materiales.8 Fig. 7. Diagrama de densidad de frecuencias de los espesores máximos para las muestras de una misma situación de corte. A través de las ecuaciones (8) es posible modelar las marcas de la herramienta en el material. La figura 8 muestra que las huellas de la herramienta son de la misma forma que las calculadas. La micrografía (b) no está a la misma escala que (a). (a) DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y MEJORAS A DESARROLLAR El estudio de la maquinabilidad debe contemplar algo más que las propiedades de maquinado de un material bajo un análisis ortogonal simple. El desarrollo de nuevas tecnologías, criterios de evaluación y complejidad de productos obligan a replantear el estudio del proceso de maquinado en forma integral. Se ha demostrado que bajo condiciones de maquinado moderadas es posible determinar una 46 (b) Fig. 8. Comparación de las huellas de la herramienta durante su trayectoria. a) teórico, b) experimental. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV No. 13 �Eugenio López, Miguel Ruiz, Rafael Colás El ángulo de corte es calculable por medio de la relación trigonométrica que existe entre t1 y t2 de la figura 1. Un análisis posterior debe mostrar el efecto de la morfología en los extremos relacionada con la posición de los álabes en cada ciclo. Es conveniente validar los ángulos de salida para la viruta en la herramienta que determinan el arco de la viruta. Es necesario considerar y validar la inferencia de la calidad del maquinado por medio de la características de la viruta tales como rugosidad y textura dentro del modelo propuesto. Sería útil comparar el presente modelo con el de corte ortogonal presente al inicio de este artículo. RECONOCIMIENTOS Y EQUIPO UTILIZADO El presente trabajo fue realizado por los autores como parte de su proyecto de investigación en el Doctorado de Materiales FIME-UANL bajo el apoyo de PROMEP y PAICYT 2001 (contrato CA556-01), utilizando las instalaciones del Centro de Manufactura Integrada por Computadora y del Programa Doctoral de Materiales de la FIME UANL: • Centro de Maquinado EMCO VMC 300. • Licencia de software SurtCAM v6.1b • Microscopio electrónico de barrido LEO Stereoscan 440, 30keV, hasta 300,000X equipado con espectrómetro de rayos X • Microscopio óptico NIKON a 5X, 20X, 40X y 100X Los autores agradecen la colaboración de los ingenieros Roberto Mireles, Francisco Delgado y Eleazar Sánchez de la Coordinación de Automatización y al Dr. Moisés Hinojosa del programa doctoral de materiales de FIME. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 REFERENCIAS 1. American Society of Tools Engineers. Tool Engineers Handbook. Mc Graw Hill, 1949. 2. Shaw, Milton. Metal cutting principles. Oxford University Press, 1984. 3. Stevenson, Robin and Stephenson, David. The effect of prior cutting conditions on the shear mechanics of ortogonal machining. The Minerals, Metals and Materials Society, 1996. 4. Groover, Mikell P. Fundamentals of Modern Manufacturing, Ed. Prentice Hall, 1996. 5. V. Chiles, S.C. Black and Arnold. Principios de Ingeniería de Manufactura. CECSA, 1999. 6. Metals Handbook 9th edition, vol 6 “Aluminium”. ASM International, 1989. 7. Cavazos García, José Luis. Tratamiento térmico de una aleación de aluminio 6063. Tesis Doctoral FIME-UANL, 1998. 8. Metals Handbook 9th edition, vol 16 “Machining”. ASM International, 1989. BIBLIOGRAFÍA 1. Degarmo, Paul E, Black, J.T. y Kohser, Ronald A. Materials and Process in Manufacturing. Ed. Prentice Hall, 1997. 2. Boothroyd, Geoffrey. fundamentos de corte de metales y de las Maquinas-Herramientas. Ed. Mc Graw-Hill Latinoamericana S.A. 1978. 3. Schaffer, Saxena, Antolovich, Sanders & Warner. Ciencia y Diseño de Materiales para Ingeniería. Ed. CECSA, 1999. 4. Schey, John A. Introduction to manufacturing processes. Ed. Mc. Graw Hill, 1987. 5. Mangonon, Pat. The principles of materials selection for engineering design. Ed. Prentice Hall, 1999. 47 �El rol de la física en la formación del ingeniero Rogelio G. Garza Rivera * Abstract The present document analyses the importance of physics in the engineers upbringing based on the three curricular perspectives: conceptual, methodological and axiological. Theres three dimensions delimit the knowledge, skills, procedures, values that students must develop and the attitudes to guarantee them an integral education as well as their successful participation in a global society. Keywords: physics, engineering, education, basic sciences. 1. INTRODUCCIÓN Desde hace algún tiempo, ha sido preocupante el papel de las ciencias básicas, y en particular de la física, en el curriculum de las ingenierías. Ejemplo de ello son algunos congresos académicos relacionados con esta temática y las publicaciones reportadas al respecto.1 En los criterios para la acreditación de los programas de ingeniería, desarrollados por el Accreditation Board for Engineering and Technology (ABET), se define a la Ingeniería como "la profesión en la cual el conocimiento de las ciencias matemáticas y naturales obtenido por el estudio, la experiencia, y la práctica se aplica conscientemente para desarrollar maneras de utilizar, eficientemente, los materiales y las fuerzas de la naturaleza para el bien de la humanidad".2 Aquí se destaca la intención de dar a las ciencias básicas el papel de fundamento de las ciencias de la ingeniería. En los criterios de acreditación de los programas de ingeniería de esta organización, para el ciclo 2001-2002,3 se plantea que los programas de ingeniería deben mostrar que sus graduados 48 alcancen la habilidad de aplicar los conocimientos de matemáticas, ciencias e ingeniería. Otras publicaciones refuerzan la intención de dar a las ciencias básicas el papel de fundamento de la ingeniería, como por ejemplo, la Universidad de Drexel4 quien desarrolla un curso titulado "Los Fundamentos Matemáticos y Físicos de la Ingeniería" en el cual brinda una introducción a la matemática y la física de los problemas de ingeniería.* La Reforma Académica de la FIME5 igualmente propone que el egresado de la facultad deberá contar con una sólida formación en conocimientos y habilidades del campo de las ciencias básicas. El presente trabajo pretende analizar el rol de la Física en la formación del ingeniero a partir de tres dimensiones curriculares: la conceptual (referida al contenido), la metodológica (referida el entrenamiento en el modo de actuar del ingeniero) y * Subdirector de la FIME-UANL. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Rogelio G. Garza Rivera la axiológica (referida al desarrollo de actitudes y valores). Se exponen las características que cada una de estas dimensiones tiene en la curricula de Ingeniería. c) El nivel de actuación o asimilación del contenido. d) El nivel de sistematicidad del contenido. El nivel de profundidad del curso viene dado por: 2. DESARROLLO • El uso que se haga de las matemáticas. En cualquier curso de Física, los temas tratados casi siempre son similares y reflejan un orden generalmente dado en los índices de libros de texto. ¿Cómo diferenciar un curso de otro? ¿Qué determina el contenido a impartir en un curso dado? ¿Cuál debe ser el nivel de la complejidad del curso? ¿Cuál es la relación entre el curso de Física y las materias de la especialidad de Ingeniería? Las respuestas a éstas y otras preguntas son muy importantes tanto para los responsables del desarrollo de los planes y programas de Ingeniería como para los maestros de Física de estas carreras. Algunos criterios para analizar un curso de una materia dada pueden ser definidos en función de tres dimensiones: la conceptual, la metodológica y la axiológica. Estas tres dimensiones delimitan el contenido, las habilidades o procedimientos, las actitudes y los valores que deben desarrollarse en los estudiantes para garantizar una formación integral en los mismos y que les posibilite su labor en una sociedad globalizada. Analizaremos estas dimensiones por separado. • La correlación entre los macroscópicos y microscópicos. • El uso de determinados modelos más o menos complejos. • La correlación entre lo cuantitativo y lo cualitativo. • El uso del método presentación del curso. 2.1 Dimensión conceptual La dimensión conceptual está relacionada con una serie de aspectos que determinan la misma para cada curso en particular. Entre estos aspectos podemos señalar: a) El nivel de profundidad del curso. b) La situación del objeto físico. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 histórico enfoques en la Desde este punto de vista, el curso de Física para Ingenierías debe estar caracterizado por un mayor uso de modelos matemáticos, una descripción de fenómenos con un punto microscópico que le permita al futuro ingeniero conocer y dominar la explicación más interna de los mismos para posibilitarle su uso adecuado y modificación. El enfoque de los fenómenos a estudiar debe estar dado por el perfil profesional del Ingeniero. Es tradicional, en cursos de Ingenierías, que el programa de Física incluya los temas básicos de Mecánica, Calor, Electricidad y Magnetismo, Oscilaciones y Ondas y en algunos casos algo de Óptica. La física moderna se está incluyendo en los años más recientes por la necesidad de la incorporación de tecnologías modernas, que se fundamentan en temas de esta ciencia. La situación del objeto físico está dada por las condiciones o situación en la que se coloca el objeto para su estudio, o lo que es lo mismo, el estado del objeto en dependencia de su relación con el medio que lo rodea. Algunos casos de diferente situación 49 �El rol de la física en la formación del ingeniero del objeto físico son: fluidos con y sin fricción, medios homogéneos, campos electromagnéticos en el vacío o en la sustancia. Mientras que en la enseñanza media superior se muestran las situaciones más simples y generales, en la física para ingenieros, las situaciones deben ser las típicas del objeto de la profesión del futuro graduado. El estudiante debe ver la relación entre el problema de Física que se le presenta y su futuro trabajo como profesionista. Aquí tiene que ver la habilidad a desarrollar en el estudiante de la modelación de una situación real típica de la profesión, para su estudio. Por ejemplo un problema de mecánica traslacional-rotacional puede ser calcular la velocidad de desplazamiento de una banda transportadora accionada por una rueda motriz de determinado diámetro y que gira a una cierta velocidad angular. La modelación de esta situación se puede hacer despreciando fricción, aplicando modelo de cuerpo rígido o partícula, etc..; pero el estudiante observó que se partió de una situación real. situaciones nuevas, e incluso creando nuevos procedimientos para resolver situaciones desconocidas en un nivel creativo. ¿Qué tipo de ingenieros necesita México para garantizar su desarrollo? Evidentemente, sí se requieren ingenieros que desarrollen nuevas tecnologías y puedan trabajar con las técnicas más modernas, no se puede pensar que el nivel de actuación pueda ser reproductivo, que es típico para aquellos que trabajan con tecnologías elaboradas en el exterior. Es por ello que los cursos de física deben contribuir al desarrollo de un nivel de actuación productivo y creativo en nuestros futuros ingenieros. Como señala el exdirector del Instituto Politécnico Nacional, D. Guerra Rodríguez: "En la formación de los ingenieros se deberá considerar de De esta forma se logra que el alumno vea la relación de la Física con su profesión futura y que posteriormente, en las materias de la especialidad, conozca de dónde parten los modelos fenomenológicos o empíricos que en esas materias se utilizan. Cuando se dice que "los contenidos de algunas materias de Matemáticas y Física no tiene aplicación real en los cursos posteriores.."6 se refiere precisamente a que en ocasiones los cursos de Física no se plantean con este enfoque y se mantienen situaciones del objeto físico no vinculadas al perfil de la profesión, lo cual es incorrecto. En cuanto al nivel de actuación o asimilación se refiere a la forma en que el estudiante interactuará con el medio, reproduciendo lo que conoce hasta ese momento, aplicando lo que conoce en 50 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Rogelio G. Garza Rivera manera estratégica el desarrollo de habilidades para el diseño, la innovación y la creatividad...".7 Con esto los cursos de física contribuyen a la formación integral de nuestros graduados. El nivel de sistematicidad del contenido está dado por el despliegue que se haga de los diferentes temas expuestos en el programa de los cursos. Puede ser que el despliegue llegue a la ley, la teoría o el cuadro. En el nivel medio superior es típico llegar a las leyes sin llegar a desarrollar completamente la teoría, con exclusión de la Teoría de la Mecánica Newtoniana que se desarrolla en forma más desplegada. En los cursos de Física para Ingenierías el nivel de sistematicidad debe incluir hasta el cuadro. Así, se ven el Cuadro Mecano Clásico (incluyendo Relatividad), el Cuadro Electromagnético y elementos del Cuadro Mecano Cuántico, que es el que marca el nivel de la Física Moderna y que aún se estudia su introducción en los curricula de ingenierías, como por ejemplo los proyectos desarrollados en la Universidad de Maryland.8 En la reforma Académica de la FIME se prevé el desarrollo de una materia de Temas Selectos de Física, donde se aborde la problemática de aquellos temas de Física más actuales vinculados al perfil de los futuros ingenieros. 2.2 Dimensión Metodológica Relacionado con el modo de actuación del ingeniero debemos ver el papel de la Física en la apropiación, por parte de nuestros estudiantes, de un conocimiento de tipo metodológico. ¿Qué procedimientos, qué método utilizar para resolver una situación, un problema de forma más eficiente?. Básicamente la ingeniería es un proceso de toma de decisiones9 para la solución de situaciones problemáticas dentro de su campo de acción. Como Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 regla el proceso de toma de decisiones se puede considerar compuesto de las siguientes etapas: a) Delimitar la situación. b) Planteamiento de la estrategia de solución. c) Obtención de información experimental o no experimental. d) Análisis y elaboración de la misma. e) Selección de criterios valorativos sobre las posibles soluciones. f) Elección de la variante óptima. g) Corrección de la decisión durante su implantación. Para lograr que nuestros graduados estén entrenados en este modo de actuación es necesario enfrentarlos desde nuestras clases a la necesidad de aplicar métodos de solución de situaciones nuevas. Esto se logra mediante el planteamiento de las clases de Física a partir de la aplicación del Método Científico.10 La estrategia de impartición de las clases de Física debe estar orientada a presentar al alumno ante situaciones y permitirle intentar la solución de las mismas aplicando el Método Científico, lo cual le permitirá desarrollar habilidades como: delimitar un problema, formular hipótesis de solución, diseñar experimentos, observar, medir, reunir información y datos, analizarlos, elaboración de conclusiones, etc. Como señala La Reforma Académica de la FIME11 "el método y la investigación deben ser elementos esenciales en el desarrollo de las nuevas generaciones". Aquí, además se ven reflejadas las tendencias de enseñanza-aprendizaje "centradas en el alumno". El profesor debe pasar a tomar un rol de facilitador de la solución dando recomendaciones, formulando interrogantes, ayudando al alumno en el proceso de 51 �El rol de la física en la formación del ingeniero toma de decisiones y permitiendo al alumno desarrollar su tarea de forma independiente. ¿Por qué la Física es apropiada para desarrollar estas habilidades en los alumnos? Una serie de aspectos pueden tenerse en cuenta: • La Física es una Ciencia experimental, basada en situaciones reales. • Se imparte en los primeros semestres. • Los modelos que utiliza son simples por lo que se puede enfatizar el procedimiento de solución. • Las situaciones que analiza pueden ser cotidianas, conocidas por los estudiantes (fuerza, temperatura, sonido, velocidad, etc.). Se demuestra además, en diversas fuentes,12 que el hecho de que el estudiante tenga una responsabilidad en su aprendizaje contribuye a una mejor asimilación de los contenidos, el conocimiento no se puede inyectar desde afuera, debe ser "construido" por el propio alumno. Es por ello que el plantear los cursos de física para ingenieros con este enfoque no sólo contribuye al desarrollo en ellos de habilidades de investigación y solución de problemas sino que contribuye a un mejor aprendizaje de la propia materia. Ya se realizan en nuestra Facultad actividades de laboratorio en Física con un enfoque basado en la aplicación, por parte de los alumnos, del Método Científico y aunque todavía este trabajo está en una etapa de introducción ya se han obtenido resultados alentadores. 2.3 Dimensión axiológica La tercera dimensión a analizar está dada por el desarrollo de actitudes y valores en nuestros futuros graduados. Se conoce que en la UANL se ha 52 desarrollado un Programa de Estudios Generales que contempla la impartición de una serie de materias que se propone un acercamiento de los estudiantes con las ciencias sociales y las humanidades.13 Independientemente de esto, cualquier curso de cualquier materia debe ser planteado de forma que contribuya a la educación del estudiantado. La Educación a través de la instrucción es un principio que debe seguirse en el diseño de cualquier proceso de enseñanza aprendizaje. La responsabilidad, la honestidad, la independencia, la creatividad, la comunicación, la capacidad de trabajar en equipo, son algunas de las cualidades sin las cuales un profesional de nuestro siglo no puede trabajar con eficiencia en beneficio de la sociedad. Estas actitudes y valores no se desarrollan en forma teórica. Es necesario hacerlo mediante la actuación diaria. Cuando se plantea una actividad de aprendizaje en la cual el alumno tiene la responsabilidad ante su grupo de elaborar determinado material, se está fomentando el desarrollo de estos valores. Cuando hacemos una actividad de discusión o debate donde se permita a los alumnos expresar sus criterios, discutir con libertad de expresión y respetando y aceptando las ideas u opiniones de los demás miembros del grupo se está fomentando el desarrollo de estos valores. Las actividades marcadas dentro de la tendencia del aprendizaje colaborativo muestran sus posibilidades de desarrollo de actitudes y valores necesarias para el trabajo del futuro profesional de nuestro tiempo. Las clases de Física, al igual que las de las demás materias deben contribuir a partir de su diseño al desarrollo de estas actitudes y valores sin lo cual no es posible pensar en el diseño de ningún curso para Ingeniería. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Rogelio G. Garza Rivera 3. CONCLUSIONES De lo expresado anteriormente, se puede concluir que la importancia de la Física en la formación de los ingenieros va más allá de brindar una serie de conocimientos de la propia ciencia. La formación debe abarcar desde el entrenamiento en la forma de actuación del futuro ingeniero hasta el desarrollo de actitudes y valores necesarios para trabajar en una determinada sociedad. El estudiante debe ver desde el primer día la relación de la Física con su perfil de la profesión a través del enfrentamiento a situaciones prácticas que pueda resolver aplicando los conocimientos de Física que se le imparten. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 Para lograr esto, los cursos de Física deben ser diseñados teniendo en cuenta los aspectos señalados en este trabajo y sin perder de vista el futuro profesional del estudiante para el cual se le va a impartir determinada materia. El aumento del rol del estudiante, la aplicación de métodos dinámicos de impartición en las clases y la utilización del Método Científico constituyen algunas de las premisas indispensables para lograr el éxito en la enseñanza de la Física vinculada al perfil de nuestros Ingenieros, logrando que los graduados vean a esta Ciencia no como una más, sino como el fundamento de las Ciencias de Ingeniería. 53 �El rol de la física en la formación del ingeniero 4. BIBLIOGRAFÍA 1. Garza Rivera, Rogelio G. "La enseñanza de las ciencias en la formación de ingenieros", Ingenierías FIME, Vol. II, No. 5, Sept.-Dic. 1999, pp. 55-58. 2. Criteria for accrediting engineering programs, Engineering Accreditation Commission (EAC), Accreditation Board for Engineering and Technology, Inc. (ABET), 2000-2001 Accreditation Cycle, Nov. 1999. 3. Criteria for accrediting engineering programs, Engineering Accreditation Commission (EAC), Accreditation Board for Engineering and Technology, Inc. (ABET), 2001-2002 Accreditation Cycle, Nov. 2000. 4. Thomas, D.H. and Venkataraman, T.S. "Drexel University's Freshman Engineering Physics Course" in The Changing Role of Physics Departments in Modern Universities, E.F. Redish and J.S. Rigden, editors, AIP Conference Proceedings 399, 1997, pp 79. 5. Proyecto de Reforma Académica y Curricular, UANL, FIME, página 14, Abril 12 de 2000. 6. Proyecto de Reforma Académica y Curricular, UANL, FIME, página 8, Abril 12 de 2000. 54 7. Guerra Rodríguez D., "Situación actual y perspectiva de la educación en ingeniería en México", Ingenierías FIME, Vol. III, No. 6, En.Marzo 2000, pp. 8-14. 8. Redish E. F., Steinberg R.N., Saul J.M., "The distribution and change of students expectations in introductory physics", The International Conference on Undergraduate Physics Education, 1996; http://www.physics.umd.edu/rgroups/ripe/perg/e xpects/icupeex.htm. 9. Barreto Argilagos G., "El desarrollo histórico de la formación de constructores", Ingenierías FIME, Vol. II, No. 4, Mayo-Ag. 1999, pp. 2431. 10. Hestenes, D.. “The scientific method.” Am. J. Phys. 67(4), 274, 1999 11. Proyecto de Reforma Académica y Curricular, UANL, FIME, página 13, Abril 12 de 2000. 12. Anderson, J.R. Reder, L.M. and Simon, H. A. "Radical Constructivism and Cognitive Psychology” in Brookings Papers on Education Policy-1998, Diane Ravitch, ed. (Brookings Institution Press), pp. 227-278. 13. Fernández Delgado, J. A. "Programa de Estudios Generales de la U.A.N.L.", Ingenierías FIME, Vol. II, No. 5, Sept.-Dic. 1999, pp. 51-54. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �La ciencia y la sociedad mexicana♦ Manuel Rojas Garcidueñas* La sociedad urbana de México vive rodeada de automóviles, aparatos eléctricos y electrónicos, alimentos industrializados, etc., que utiliza en el hogar, el trabajo y el tiempo libre. Algunos aparatos están hechos en el país conforme a técnicas extranjeras, pero ninguno ha sido creado o desarrollado por mexicanos.♦ Utilizamos tecnología extranjera, pero no creamos la propia y esta continua adaptación a productos foráneos nos va haciendo perder nuestra identidad. El mexicano común disfruta las ventajas de la tecnología, pero en el fondo no la entiende. El Dr. Mazuri, africano en la Universidad de Nueva York, dice de sus compatriotas: “nos gustan los artículos occidentales, pero nos desconciertan sus talleres... hemos aprendido a desfilar con brillantez, pero no a ejercitarnos con disciplina”.1 Del mismo modo, pocos mexicanos han entendido que tras la industria está la tecnología y tras ésta la ciencia: Sin física no hay ingeniería y sin ella no hay fábricas. En México la ciencia no es negocio: los empresarios juzgan preferible comprar tecnología extranjera, a veces quizá obsoleta, a desarrollar la propia. La ciencia no es cultura: en sus secciones culturales la prensa trata de arte, de literatura y tal vez de filosofía. La ciencia no es historia: en los textos se relatan los hechos heroicos de militares y logros de políticos, pero jamás se cita a alguno de nuestro pocos hombres de ciencia. La ciencia es el gran ausente en la vida de México y por ello el científico carece de status social. en páginas Dice Bünning (p 12),2 autobiográficas, que hacia 1930 los profesores universitarios alemanes tenían salarios muy raquíticos y, sin embargo, la investigación y la docencia superior eran muy perseguidas, pues los académicos tenían un status social por encima “de los que poseían un Rolls Royce o un Mercedes Benz”.* Esto explica en buena parte que en dos ocasiones Alemania se haya recuperado en pocos años de la postración de dos terribles derrotas, volviendo a ser una potencia industrial. Tenía el material idóneo para ello: el material humano. Un suelo estéril no produce cosecha; después de tres cuartos de siglo de paz social, México está aún en el subdesarrollo. Una sociedad que no aprecie la ciencia, que no tenga la comprensión íntima de la cadena ciencia-tecnología-industria, no puede tener verdadero desarrollo. Para que la ciencia florezca es preciso reeducar al mexicano. * ♦ Artículo publicado en la Revista Ciencia UANL de abril-junio 2001 y reproducido con permiso del autor. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 Profesor Emérito del instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey. Miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. 55 �La ciencia y la sociedad mexicana LA EDUCACIÓN CIENTÍFICA QUÉ ES LA CIENCIA Hace sesenta años Ramos escribió: “El mexicano considera que las ideas no tienen sentido y las llama despectivamente “teorías”; juzga inútil el conocimiento de los principios científicos... está muy seguro de su sentido práctico” (p 59).3 Algo debe andar mal en la educación para que esto siga siendo verdad después de tantos años. Sin duda las escuelas transmiten conocimientos de ciencia y sin duda las universidades producen profesionales de la ciencia competentes. Pero sin duda también la masa popular, aún los que han cursado la secundaria, no tienen idea de lo que es el espíritu científico. Y esto es lo importante pues, como se ha dicho, la educación es lo que queda cuando lo que se sabía se ha olvidado y esto es lo que la escuela no transmite: la ciencia como una manera de ver la vida, de entender al mundo; una manera de ser. Para plantear una educación en el espíritu científico habrá que exponer sus componentes básicos (algunos están expuestos con mayor amplitud en Pérez Tamayo p. 27-33).4 La ciencia es objetiva; esto se opone a nuestra idiosincrasia, pues en México toda discusión, aun artística, toma un cariz exaltado: “La pasión es la nota dominante de la vida de México” (p 17).3 Al ser objetivos limamos nuestra emotividad, pues la ciencia no nos dice lo que nos gusta o lo que nos disgusta; nos dice lo que en la realidad, objetivamente, es cierto. Pérez Tamayo afirma que “el mejor regalo de la ciencia no está en los resultados prácticos ni en los grandes esquemas conceptuales...El mayor regalo es el método científico que es confrontar sistemática y rigurosamente los modelos teóricos con los fenómenos de la naturaleza” (p 20).4 Así entendida, la ciencia nos dará verdaderos técnicos, pues “para ser exitosa la tecnología requiere seguidores con real rigor científico...con conocimientos básicos que la sustentan.”5 Incluso para gozar realmente de las ventajas tecnológicas es preciso entender la ciencia. Fourastié y Vimont afirman que “la verdadera riqueza es la ciencia experimental y las concepciones del mundo vinculadas a ella.... (las sociedades africanas) no entrarán al progreso, si no han asimilado el espíritu de un Galileo o un Newton... sólo así gozarán de las ventajas de la técnica” (p. 53-54).6 Y entiéndase bien: no los conocimientos de Galileo o Newton sino su espíritu; esto es lo que necesita el ciudadano común, sea cualquiera su actividad. 56 La ciencia es lógica: busca y encuentra leyes naturales y, al conocerlas, se hace predictiva: nos capacita para hacer predicciones conforme a la lógica. Quien concibe su vida según expectativas racionales, la toma en sus manos; contrariamente a quien la concibe sujeta a un azar, y la considera una lotería sobre la cual no tiene control. “La vida mexicana da la impresión, en conjunto, de una actividad irreflexiva, sin plan”.3 La ciencia es crítica: “En esencia el pensamiento científico consiste en examinar los problemas desde distintas perspectivas y buscar explicaciones a los fenómenos naturales y sociales sometiéndolos a análisis críticos”.7 Esta actitud nos hace oponernos a la aceptación ciega de conceptos que nos han llegado por tradición familiar o social. El criticismo ha dado a la cultura occidental su flexibilidad característica y su progreso frente a la rígida inmovilidad de otras culturas, entre ellas la de muchas de nuestras etnias. La ciencia es factual: crea modelos teóricos, pero en cuanto es posible, los compara con los hechos y los reconstruye conforme a la observación y el experimento. A diferencia de la tecnología, la ciencia no tiene contenido ético: conocer las Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Manuel Rojas Garcidueñas propiedades del cloro no es bueno ni malo; aplicarlas para hacer un gas asfixiante puede ser bueno, si se utiliza contra ratas portadoras de la peste, o malo, si se emplea contra presos políticos en un campo de concentración. La ciencia es limitada: no se propone preguntas que no puede contestar con sus métodos, ni explica con argumentos incomprobables al menos de una manera teórica. Así es que la ciencia indaga la causa de una enfermedad determinada, pero no el porqué existe la enfermedad en generalización abstracta; la vida después de la muerte es un problema importante para todo hombre, pero no es objeto de la ciencia sino de la filosofía o de la teología. Por esta limitación la ciencia no pretende erigirse en el único valor de una sociedad; hacerlo así no es científico, es cientificista. Por sus características, la ciencia es fría. Si un niño muere por una enfermedad, el médico podrá explicar cómo la contrajo, cómo progresó y por qué fue al final inevitable la muerte; esta explicación no será nada consoladora para la madre: la ciencia no tiene palabras de consuelo, tiene palabras de verdad. Por su frialdad la ciencia se mira con prevención en muchas culturas o estratos sociales: el hechicero maligno de los cuentos se transforma en el Dr. Frankestein. Pero, al final, es la ciencia lo que nos ha dado la defensa contra las enfermedades y contra los agentes naturales y las innumerables comodidades, que diferencian la vida en una ciudad moderna de la vida en una aldea primitiva. sociedades de escaso desarrollo conocen el progreso técnico –automóviles, radios, electricidad-, pero usan mal las máquinas y son pocos productivas, porque “su cultura técnica es irracional porque no la integran en su concepción del mundo” (p 37-39).6 En muchos estratos sociales de México hay una profunda contradicción entre el deseo de bienes tecnológicos y la no-aceptación de las condiciones para tenerlos. Bien afirma White (p.72)8 que los científicos deben atender a la complejidad de las relaciones de la ciencia con el contexto total, pues puede haber corrientes dominantes peligrosas. La Revolución Verde elevó la productividad del campo al causar un cambio técnico y mental en muchos agricultores que elevaron su nivel de vida, pero muchos otros campesinos carentes de apoyos económicos y, sobre todo, incapaces de acceder a una nueva cultura que chocaba con sus hábitos de trabajo y su visión de la vida, quedaron en peor situación que antes. Si se quieren evitar choques culturales y desgarramientos internos debe entenderse qué es ciencia, qué es tecnología, qué se puede esperar de ellas y qué lugar deben tener entre los valores que conforman la vida social. Afortunadamente, parece que al fin empezamos a darnos cuenta de que enseñar ciencia no es HACIA UNA CIENCIA PROPIA Los conceptos y métodos de la ciencia son universales, pero cada sociedad debe integrarla conforme a sus necesidades, trabándola con valores éticos, estéticos, filosóficos, etc., para formar una estructura en la que afirme su vida. Muchas Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 57 �La ciencia y la sociedad mexicana simplemente hacer que los alumnos aprendan las partes de la célula y memoricen las leyes de Newton, sino que “son necesarias nuevas relaciones ciencia-sociedad para resolver los problemas de pobreza, del ambiente, del crecimiento demográfico...” (p 49).7 Es gratificante que la Academia Mexicana de Ciencias haya presentado al actual presidente de la República un escrito donde se expone que “es necesario elaborar programas y políticas de comunicación para estimular el interés de los jóvenes y de la sociedad en conjunto, valorando temas científicos como componentes fundamentales de la cultura nacional.”9 Ojalá sea así y ojalá haya respuesta positiva de la sociedad para que no solamente el profesional en alguna rama científica o tecnológica, sino también el ciudadano común que sólo haya alcanzado la educación media, posea el espíritu científico como uno de los valores que normen su vida. REFERENCIAS 1. R. M. Sapolsky, Requiem for an overachiever. The Sciences (New York Acad. Sci.) Jan-Febr 1997 p. 15-19. 2. E. Bünning. Fifty years of research in the wake of Wilhelm Pfeffer. Annual Review of Plant Physiology 1977. 28: 1-22 (1978). 58 3. S. Ramos. Perfil del hombre y la cultura en México. Espasa-Calpe. (Col. Austral) México 1972 (orig. 1931). 4. R. Pérez Tamayo. Acerca de Minerva. Fondo de Cultura Económica. (Col. La ciencia desde México), 1987. 5. M. Pérez de la Mora. Los grandes problemas nacionales. Ciencia (AMC), Vol. 51 núm. 3, (septiembre 2000), p. 3. 6. J. Fourastié y C. Vimont. Histoire de Demain. Presses Universitaires de France. Paris, 1960. 7. A. M. Cetto. Ciencia para el siglo XXI. Declaración sobre la ciencia y el uso del saber científico. ICSU (Consejo Internac. Ciencia) y UNESCO. Conferencia mundial. Budapest. Junio 26-Julio 1. 1999, Ciencia (AMC), Vol. 51 núm. 3, (septiembre 2000), p. 49-53. 8. L. White Jr. Science, scientists and politics. En: Science and Society-Selected Essays. Edit. A. Valvoulis y A. W. Colver. Holden-Day, San Francisco, 1996. 9. AMC. Estrategias para el desarrollo de la ciencia y la tecnología en México en los umbrales del siglo XXI. Texto presentado por la Academia Mexicana de Ciencias al Sr. Vicente Fox, en noviembre 10 de 2000. Carta Informativa de la Academia Mexicana de Ciencias, 28 (noviembre-diciembre de 2000). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Ingeniero en manufactura Nueva oferta educativa en la FIME-UANL José Luis Castillo Ocañas* Abstract This article describes some aspects on the implementation of the academic program of manufacturing engineering at the bachelor level at FIME-UANL. The first part describes the foundations of the program, the objectives that this program aims to reach are then exposed. Finally, the balance of academic credits in the curriculum is presented. Keywords: manufacturing engineering, education, curriculum, academic credits. INTRODUCCIÓN Las instituciones de educación deben ser sensibles en forma continua a los cambios del entorno, por ejemplo, entre otros, a los avances tecnológicos y a las exigencias del mercado laboral. De acuerdo a dicha premisa, la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) llevó a cabo en 1997 una reforma académica y administrativa de fondo acorde a los tiempos actuales que produjo entre otras acciones, primero la creación de la Maestría en Ciencias de la Ingeniería en Manufactura con dos especialidades: Diseño de Productos, y Automatización, y posteriormente, en el 2000, la implementación de adecuaciones de las carreras existentes a nivel licenciatura y la creación de carreras nuevas, entre las cuales está la de Ingeniería en Manufactura. En el presente artículo se describirán la fundamentación, objetivos y planes de estudio de la carrera de Ingeniero en Manufactura ofrecida por la FIME-UANL. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 1. FUNDAMENTACIÓN Para el diseño de la carrera se partió de la premisa de que la principal fuente de trabajo de los egresados de la UANL son las empresas del estado de Nuevo León, uno de los más dinámicos e industrializados del país [UANL94]. 1* Actualmente se encuentran instaladas más de 50,700 empresas, de las cuales 5,722 se crearon entre octubre de 1997 y febrero del 2000. En lo que al desarrollo industrial del estado de Nuevo León se refiere, conviene resaltar dos características relevantes: a) La numerosa incorporación de empresas pequeñas y medianas basadas en procesos de manufactura con alta tecnología. b) La importancia que se da en el sector empresarial a la incorporación de tecnología de punta para mantener o aumentar sus índices de competitividad. Esto exige y permite la incorporación de nuevos campos de actividad profesional para los ingenieros. Un campo con futuro promisorio, retador y * Jefe de la Carrera de Ingeniero en Manufactura, FIMEUANL. 59 �Ingeniero en Manufactura: Nueva oferta educativa en FIME exigente, por la gran velocidad con la que están sucediendo los avances tecnológicos, es el campo de la manufactura. Justificación de la carrera Para conocer las perspectivas y necesidades del sector productivo del estado de Nuevo León en materia de ingeniería en manufactura se constituyó una comisión integrada por 15 profesores de la FIME, quienes tuvieron a su cargo la tarea de reunir la información necesaria para fundamentar y justificar la creación de una carrera especializada en manufactura. Entre las actividades realizadas se pueden mencionar: • Entrevistas con directivos de empresas en las áreas de recursos humanos, ingenieros de procesos o de manufactura, así como de mantenimiento industrial. • Demanda de trabajo en las carreras de FIME obtenida de los departamentos centrales de rectoría de la UANL. • Recopilación y revisión de las solicitudes de trabajo por medio del periódico en los años 1998 y 1999. • Encuestas a estudiantes de preparatoria y de los primeros semestres de la facultad en FIME. • Encuestas en el sector productivo y a profesionistas en estudios de posgrado sobre la demanda de una nueva carrera profesional en manufactura. Necesidad del Ingeniero en Manufactura Con objeto de conocer las tendencias y necesidades de ingenieros con habilidades y conocimientos adecuados y actualizados para desempeñarse en el área de manufactura se consultó 60 a funcionarios de empresas tanto pequeñas como medianas y grandes; se realizaron reuniones con profesionistas con estudios de posgrado que laboran en campos afines a la manufactura en el sector productivo; se consultó con profesionistas y representantes de asociaciones ingenieriles. Como resultado de estas consultas se observa que existe una creciente demanda de ingenieros formados especialmente para atender los sistemas de manufactura. Hasta ese momento el método para satisfacer esa demanda era el de contratar a profesionistas formados en ingeniería mecánica o eléctrica, para después capacitarlos. Esto trae como desventaja que una capacitación de esa magnitud involucra tiempos largos hasta que sea posible asumir algún tipo de responsabilidad significativa, además de costos extras para la empresa. En general, el consenso en el sector productivo plantea la necesidad de ingenieros en manufactura cuyo perfil permita planear, balancear y administrar líneas de producción; resolver problemas referidos a la calidad, mejorar el proceso y los productos, mantenerse actualizados en nuevas tendencias como lo es la operación de equipos y maquinaria. Estos son los resultados que presentaron los estudios en cuanto la demanda de trabajo en diferentes áreas relacionadas con la manufactura, según la bolsa de trabajo de Infosel. Es posible inferir que en el aparato productivo de Nuevo León existe una necesidad de contar con ingenieros formados específicamente para atender los diferentes aspectos de la manufactura. Tal necesidad constituye un área de oportunidad estratégica para mantener la competitividad; un área con un mercado de trabajo importante, con requerimientos específicos que hasta este momento se han estado atendiendo de manera incompleta. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �José Luis Castillo Ocañas Tendencias nacionales e internacionales Expectativa y oferta educativa Aunque la carrera con el nombre de ingeniero en manufactura aparece en la educación superior mexicana en 1998, desde hace ya mucho tiempo se ofrecen carreras relacionadas con el campo, como lo es Ingeniero Industrial e Ingeniero en Producción. En 1997 la matrícula total en esta área en el ámbito nacional era de 5,565, figurando Nuevo León en dicho valor con el 10.4% correspondiente a los estudiantes que cursan la carrera de Licenciado en Diseño Industrial. Cifra que contrasta con la magnitud de la planta productiva y el alto nivel de desarrollo tecnológico de la industria estatal frente al resto del país. Para conocer las expectativas de los candidatos a estudiar ingeniería en la UANL, se realizaron encuestas tanto con alumnos del último semestre de preparatoria que manifestaron intención de ingresar a FIME como con estudiantes del tronco común de FIME, quienes aún no inician su especialización. Poco más del 50% de los encuestados indicó que tendría interés en estudiar la carrera de ingeniero en manufactura si es que ésta se ofreciera en la facultad. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 También se consideró la factibilidad y pertinencia de la carrera más allá del estado de Nuevo León, por medio del análisis de programas de estudio en otras universidades, tanto nacionales y extranjeras. Estos análisis muestran las tendencias del campo de la ingeniería en manufactura en el mundo. Se advierte en ellos una fuerte tendencia a la integración de la tecnología moderna para la automatización de procesos de producción, lo que indica que se deben considerar elementos tales como los sistemas y controles automatizados, robótica, calidad, normas ambientales y ecología, entre otros. Todos los estudios convergen en prever que, en un futuro próximo, será común encontrar empresas en las cuales sus sistemas de producción estén controlados por dispositivos basados en inteligencia artificial y sistemas expertos, requiriendo la presencia de grupos de trabajo multidisciplinarios, capaces de resolver los problemas que plantea la producción. Las universidades han tomado plena conciencia del panorama que se abre para la ingeniería en el campo de la manufactura y han emprendido profundas transformaciones en los métodos y prácticas relacionadas con la educación. 2. OBJETIVOS DE LA CARRERA El principal objetivo de la carrera de Ingeniero en Manufactura de la FIME-UANL es la formación de ingenieros altamente capacitados en la aplicación de estrategias de manufactura automatizada que generen la integración de funciones para optimizar los sistemas de producción existentes, que diseñen e 61 �Ingeniero en Manufactura: Nueva oferta educativa en FIME implementen nuevos sistemas que coadyuven a incrementar la eficiencia y la competitividad y calidad de la organización. Otros objetivos están encaminados a posicionar la carrera mediante la satisfacción de la demanda de profesionales en el mercado productivo. Perfil del egresado La correcta definición del perfil de un ingeniero en cualquier especialidad es una de las principales tareas de una institución educativa, ya que de esto depende la aceptación laboral y la pertinencia social del egresado. Para definir el perfil de un egresado de un estudio de ingeniería no basta con acotar las características que el profesional tendría en cuanto a conocimientos, sino que implica la formación integral del individuo para beneficio de la sociedad. El sector laboral demanda del profesional los conocimientos necesarios entendidos y aprendidos para su aplicación en el desempeño laboral y profesional, habilidades que le permitan conectar e integrar el conocimiento para su mejor aplicación convirtiéndolo en un resolvedor de problemas, actitudes y valores que actúa como consecuencia de haber aprendido valores con actitud permanente de búsqueda de la verdad, personalidad y moral bien definidas. La Licenciatura de Ingeniería en Manufactura deberá generar egresados con conocimientos, habilidades, actitudes, valores y personalidad necesaria para seguir transformando los modelos de desarrollo ingenieril haciendo concordancia con el documento de Visión 2006 de la Universidad Autónoma de Nuevo León y del plan de desarrollo Institucional de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 1997-2006. 62 En el aspecto técnico el egresado de la carrera de Ingeniero en Manufactura debe ser capaz de planear, diseñar, automatizar y establecer un control adecuado en sistemas para la producción, cumpliendo con normas internacionales, programas de mantenimiento, operar equipos de alta tecnología y adaptarse a cambios tecnológicos, con comportamiento social para preservar el medio ambiente. Flexibilidad del plan de estudios Una de las características de la reforma curricular, en el sistema de créditos a cursar en cualquiera de las carreras que ofrece la FIME, es que el estudiante tiene la oportunidad de diseñar de acuerdo a sus posibilidades y capacidad el esquema para cursar las materias. Al mismo tiempo, tiene la responsabilidad de seleccionar hasta un 26 % del total de créditos; siempre apoyado por programas que nacen de la propia reforma: el de tutorías para los estudiantes de primer ingreso y el de asesores académicos para orientación específica. El fortalecimiento por área se subdivide en: • Diseño de productos. • Aseguramiento manufactura. de la calidad en • Automatización. • Control numérico computarizado máquinas-herramienta. en 3. PLAN DE ESTUDIOS DE LA CARRERA Para obtener el grado de Ingeniero en Manufactura el estudiante deberá completar un mínimo de 431 créditos y no rebasar un máximo de 450. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �José Luis Castillo Ocañas La cantidad mínima de créditos deberá estar compuesta de las siguientes proporciones. Tabla I. Créditos ofrecidos por áreas en el plan de estudios de Ingeniero en Manufactura de la FIME-UANL de La carrera de Ingeniero en Manufactura se empezó a ofrecer a los estudiantes a partir de agosto del 2000. REFERENCIAS Área Fundamentales Complementarias Total créditos Ciencias Básicas 68 22 90 créditos 1. Universidad Autónoma de Nuevo León, Informe "Universidad en cifras". UANL 1994-1995 Ciencias de la 108 Ingeniería 25 133 créditos 2. Gago, A. & Mercado R., La evaluación de la educación superior mexicana, 1998 Ingeniería aplicada 52 36 88 créditos 3. CACEI, Consejo de acreditación de la enseñanza de la ingeniería. Junio 1996 Materias generales 60 30 90 créditos 4. CIEES, Manual de CIEES, ANUIES, SEP. Octubre 1994 Servicio social y Prácticas profesionales 30 Total créditos de 318 (74%) 30 créditos 113 (26%) 431 (100%) COMENTARIOS FINALES En la reunión de la Junta Directiva de la FIMEUANL, celebrada el día 12 de abril del 2000, el Director de la Facultad, el Ing. Cástulo Vela Villarreal en su segundo punto del orden del día, puso a consideración de la Junta Directiva el Proyecto de la Reforma Académica, donde se contempla la creación de la nueva carrera de Ingeniero en Manufactura, siendo ésta aprobada por unanimidad. La aprobación por parte del Consejo Universitario de la UANL se dio en la sesión celebrada el día 27 de junio del 2000. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 5. Medellín F., Perfil del universitario. Dirección de Servicio Social, UANL. 1998 6. Delors, Jaques, La educación encierra un tesoro. Ediciones UNESCO, 1998. 7. Naisbitt, J. & Aburdere, P., La evaluación de la educación superior mexicana. Megatendencias 2000. 8. Nyerere, J., The university's role in the development of new countries. World university service assembly, Dar es Salaam, Tanzania. 1996. 9. Vargas, M., Práctica profesional y pertinencia de la educación en ingeniería. Febrero 1999. 10. Castillo, J., Manufactura en FIME. Revista Ingenierías Vol 1 Num. 2. FIME/UANL, 1998. 11. Garza, J., Elementos que contribuyen a la formación del perfil de ingeniero en FIME en los próximos años. Abril 1998. 12. FIME, Plan de desarrollo institucional para FIME 1997-2006. FIME, 1998. 63 �Reconocimientos Fernando J. Elizondo Garza* I.- PREMIO DE INVESTIGACIÓN UANL 2000 II.- PREMIO UANL A TESIS DE POSGRADO * Los doctores Virgilio González González, Carlos Guerrero Salazar y Ubaldo Ortiz Méndez fueron reconocidos por su trabajo “Mezclas de quitina y quitosán con poliamidas y poliésteres” con el Premio de Investigación UANL 2000, en la categoría de ingeniería y tecnología. Durante la sesión solemne del H. Consejo Universitario de la UANL efectuada el 12 de septiembre de 2001, el M.C. Jorge Aldaco Castañeda y su asesor el Dr. Moisés Hinojosa Rivera recibieron el Premio a la Mejor Tesis de Maestría, en el área de ciencias exactas, que año tras año otorga la Universidad Autónoma de Nuevo León, por el trabajo “Autoafinidad de superficies de fractura en una aleación aluminio-silicio”. Los doctores recibieron su premio de manos del Rector de la UANL durante la junta solemne del consejo Universitario del 12 de septiembre del presente año. Doctores Carlos Guerrero, Ubaldo Ortiz y Virgilio González, Investigadores de la FIME que recibieron el Premio de Investigación UANL 2000. La investigación consistió en efectuar un estudio sistemático exhaustivo de mezclas de polímeros bajo la hipótesis de que pequeñas diferencias en la capacidad de formar puentes hidrógeno afectan en forma importante la compatibilidad y miscibilidad de los polímeros. Los resultados del estudio, publicados en el Journal of Applied Polymer Science (V78, p. 850, 2000), permitieron contribuir al conocimiento de la compatibilidad de polímeros expandiendo el potencial de uso de los polímeros involucrados debido al descubrimiento de la alta compatibilidad de algunas de sus mezclas y nuevas morfologías encontradas. 64 El M.C. Jorge Aldaco y su asesor el Dr. Moisés Hinojosa recibieron de parte de la UANL el Premio a la Mejor Tesis de Maestría. En el trabajo de tesis se utilizaron técnicas de análisis autoafin, desarrolladas a partir de la geometría fractal, para la caracterización de las superficies de fractura en una aleación de aluminio de amplio uso. Se corroboró la hipótesis de que la longitud de correlación de la superficie de fractura está relacionada al tamaño de los elementos microestructurales más grandes, que en el caso estudiado fueron los granos metálicos y las dendritas. Los resultados fueron publicados en la revista Aluminum Transactions (V3, No. 1, p. 53, 2000). * Secretario de Proyectos Especiales de la FIME-UANL. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No.13 �III Verano de la investigación científica y tecnológica Patricia del Carmen Zambrano Robledo* El Verano de la Investigación Científica y Tecnológica es un Programa de la Universidad Autónoma de Nuevo León encaminado a despertar el interés de los jóvenes estudiantes por la investigación. Esta fue la tercera edición y dio inicio el pasado 2 de julio para concluir el 10 de agosto, tiempo durante el cual con mucho entusiasmo y ganas de trabajar 19 estudiantes, todos talentos provenientes de preparatorias y facultades, respondieron al llamado a participar en los laboratorios de nuestra institución, dirigidos por nuestros investigadores. En la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, los resultados han sido muy satisfactorios, reflejándose en los trabajos realizados, aunados a las ganas de seguir participando en el mismo, este año por ejemplo, se hizo extensiva la invitación a alumnos de licenciatura, a lo cual respondieron 9 alumnos que en su mayoría habían participado en los veranos pasados siendo aún estudiantes de preparatoria. Las áreas en las cuales se desempeñaron los estudiantes fue Ingeniería de Materiales, Eléctrica y Potencia, Sistemas, y Control. FIME, José Luis Rivera Mendoza, Luis Martín Espino Rivera, Juan David Sánchez Medina, Ana Georgina Escamilla Guzmán, Nasser Mohamed Noriega, Rosa Montalvo Páez, Israel Ángel Barragán Serna y Karla Yesenia Hipólito Moreno.* Los maestros de la FIME participantes como asesores en el verano de la investigación científica fueron: Dr. Salvador Acha Daza, Dr. Juan Antonio Aguilar Garib, Dr. Efraín Alcorta García, Dra. Ada M. Álvarez Socarrás, Dr. Guadalupe Alan Castillo Rodríguez, Dr. Rafael Colás, Dr. Oscar Leonel Chacón Mondragón, Dra. Martha Patricia Guerrero Mata, Dr. Virgilio González, Dr. Moisés Hinojosa, Dr. Slava V. Kalashnikov, Dr. Jesús de León Morales, MC. Francisco Eugenio López Guerrero, Dra. Patricia Rodríguez López, Dr. Ernesto Vázquez Martínez y Dra. Patricia Zambrano Robledo. Sería muy constructivo para estudiantes e investigadores que se notara una mayor participación en este tipo de programas, los cuales se continuarán realizando por intermedio de la Dirección de Investigación Científica y Tecnológica de nuestra Casa de Estudios. Los alumnos participantes en este programa fueron: de la preparatoria 7 Ote., Nadia Eunice Cortina Contreras y Juan Manuel Gracia Reyes; de la preparatoria 8, Ana Cristina de la Portilla de León, José Hilario García Duarte, Mayra Guadalupe Torres Gaona y Milagros Janeth Esquivel Argueta; de la preparatoria 9, Carlos Arturo Alvarado Ruiz y Mayra Alejandra Pérez Vázquez; de la preparatoria 23, Félix Monsiváis Puente, Arturo González Franco y José Ángel Vázquez Serrato; y de la Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 Rotafolio donde se presentan los resultados de uno de los proyectos de investigación realizado en la FIME por estudiantes preparatorianos durante el verano de la ciencia y la tecnología UANL 2001. * Programa doctoral de Ingeniería en Materiales, FIMEUANL. 65 �Eventos • • Sección estudiantil de ASHRAE en la UANL Congreso ICAM 2001 Jesús Garza Paz*, Moisés Hinojosa Rivera** SECCIÓN ESTUDIANTIL DE ASHRAE EN * LA UANL VII CONFERENCIA INTERNACIONAL DE ** MATERIALES AVANZADOS ICAM 2001 El pasado miércoles 30 de mayo del año en curso, se llevó a cabo la ceremonia de toma de protesta de la primera Mesa Directiva de la sección estudiantil del Capítulo Monterrey de la Sociedad Americana de Ingenieros en Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE, American Society of Heating, Refrigerating & AirConditioning Engineers, Inc.), teniendo como principal base estudiantil la FIME. Los días 26 al 30 de agosto se llevó a cabo la VII Conferencia Internacional de Materiales Avanzados ICAM 2001, en la ciudad de Cancún. Dicho evento fue organizado por la Academia Mexicana de Ciencia de Materiales en coordinación con la Unión Internacional de Sociedades de Investigación en Materiales. La FIME-UANL estuvo representada por* un grupo de maestros y estudiantes investigadores que tuvieron una activa participación exponiendo diversos trabajos de investigación. Entre las ponencias estuvieron la del Dr. J. L. Cavazos, que versó sobre el comportamiento de la aleación de aluminio 6063; el M.C. Octavio Covarrubias discutió el efecto de la plasticidad inducida por transformación en aceros. El Dr. J. A. Aguilar analizó la confiabilidad de las mediciones de temperatura en el procesamiento de cerámicos empleando microondas. La Mesa Directiva, quedó conformada de la siguiente manera: Presidente.- Esteban Ernesto Román González Vicepresidente.- Bertha Alicia García Garza Secretario.- Juan Carlos Navarro Aguirre Tesorero.- Laura Grimaldo Padilla todos ellos alumnos de la FIME. La protesta fue tomada por el Ing. Gerónimo J. Quintanilla Rodríguez, primer Presidente del Capítulo Monterrey. El M.C. Francisco Garza exponiendo resultados de sus investigaciones durante el congreso ICAM 2001. Toma de protesta de la Mesa Directiva de la ASHRAE estudiantil. * Catedrático de la FIME-UANL. ** Doctorado en Ingeniería de Materiales, FIME-UANL. 66 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No. 13 �Acuse de recibo Revista NEW WORLD Revista SOUND & COMMUNICATIONS La versión en Español de la revista de Siemens ofrece en su No. 2 un contenido balanceado con una bien lograda combinación de artículos de interés general y temas tecnológicos. En su sección de ciudades y regiones descubrimos el Líbano y el dinamismo de la ciudad de Beirut. En su sección de Investigación e Innovación se presenta un sensor tridimensional de objetos para el automóvil y los chips desechables de plástico, que amenazan con invadir todo tipo de productos, los que prometen agilizar las compras y proteger contra la piratería. Un vistazo al ciclo completo del papel se ofrece en la sección de Empresas y Mercados. En otro artículo podemos enterarnos que para desarrollar un plaguicida para proteger las plantas contra la mosca blanca fue necesario realizar 100,000 ensayos antes de lograr el éxito. El artículo Ciudad Emergente indica que el monje con celular es el símbolo del nuevo Pekín, ciudad en la que el gobierno Chino está invirtiendo sumas millonarias para establecer laboratorios de vanguardia y recuperar a los científicos emigrados. e-mail: new-world@hoca.de suscripciones: Nwreaderservice@hoca.de (MHR) Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No.13 La revista Sound & Communications es una publicación en inglés dedicada a los integradores, contratistas y consultores en las áreas de audio y comunicaciones. Se publica mensualmente y se distribuye en forma gratuita entre los especialistas que acrediten su relación laboral con el tema central de la revista. En cada número de esta publicación aparece información sobre próximos eventos, nuevos productos, novedades bibliográficas, páginas de Internet, reportajes de los principales eventos y congresos, entrevistas y por supuesto artículos técnicos sobre los últimos desarrollos. En todos los números aparecen descripciones de proyectos en los que se analizan los diseños o rediseños de sistemas de audio y comunicaciones en diferentes tipos de espacios arquitectónicos, desde iglesias hasta parques de diversiones. Por ejemplo en el numero 6 del volumen 47 correspondiente a junio del 2001 se analizan los casos de la Opera House de Aspen, Colorado, el Goodman Theatre de Chicago y el Newport Music Hall. Para información puede contactarse a Sound & Communication en el Fax (516) 767-9335 o al email soundcom@testa.com (FJEG) 67 �Acuse de recibo AVANCE Y PERSPECTIVA CIENTÍFICA ESIME Sabe usted: ¿Cómo y dónde se origina un huracán, tifón o ciclón? ¿Cuáles han sido los más dañinos? que El Gilberto es el que tiene registrada la más baja presión atmosférica, que hubo uno que destrozó la isla y la ciudad de Galveston y que un huracán puede consumir la energía de varias bombas atómicas por segundo. La revista Científica ESIME es el órgano de divulgación científica de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional. Su número 22 está dedicado al tema de la mecánica fractal de la fractura. Los diferentes artículos presentados resumen los trabajos del grupo de mecánica fractal del ESIME. A. Balankin expone el estado del arte en el artículo Mecánica de la Fractura: pasado, presente y futuro. Otro artículo expone el comportamiento fractal de sistemas complejos, donde se describen y analizan las propiedades de escalamiento de interfases en medios desordenados. Una interesante aplicación al análisis de ductos para prevenir sus fallas se expone en el trabajo mecánica de la Fractura Probabilística para Análisis de Integridad de Oleogasoductos. Otros temas que se abordan son la modelación de flujo de petróleo en medios porosos y la aplicación de la mecánica fractal en la inspección de soldaduras en la central nuclear Laguna Verde. De todo esto nos habla Luis Capurro en la revista Avance y Perspectiva, órgano de difusión del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, en su número de julio agosto de 2001 correspondiente a su aniversario número 20. Además, Luz Manuel Santos Trigo escribe acerca del Potencial didáctico del software dinámico en el aprendizaje de las matemáticas, de Biofísica José M. Méndez A, y otros interesantes artículos. Correo electrónico avance@mail.cinvestav.mx Pagina en Internet: http://www.cinvestav.mx/webelect/avance.html (JCM). La revista es bimestral, mayor información: http//www.esinez.ipn.mx/científica/revista.html (MHR) 68 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2001, Vol. IV, No.13 ��� Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2001 Volumen Volumen de la revista 4 Número Número de la revista 13 Mes de publicación Mes cuando se publicó Octubre-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2001, Vol 4, No 13, Octubre-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Elizondo Garza, Fernando J., 1954-, Director Méndez Cavazos, Julio César, Editor Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/10/2001 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2020776 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Rights Information about rights held in and over the resource Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores FIME Gamitadera Quitina Quitosán Reflectómetro Revolución industrial