https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20738/Ingenierias_2002_Vol_5_No_15_Abril-Junio.pdf e26def59b32b8104d0d73940e881da2c PDF Text Text ���Editorial Nuevos incentivos para el desarrollo tecnológico de las empresas Raúl G. Quintero Flores* De acuerdo a estándares internacionales de medición, se considera que un país tiene un grado de desarrollo medio cuando invierte en investigación y desarrollo tecnológico más del 1% de su producto interno bruto, y un desarrollo avanzado cuando tal inversión sobrepasa el 2%. México durante las décadas pasadas ha invertido cifras que fueron avanzando lentamente hasta llegar al valor de 0.4% durante el año 2001, lo que nos coloca aún en categoría de país de bajo desarrollo. El gobierno del pasado sexenio propuso en su plan nacional de desarrollo que se elevase la cifra de 0.30 a 0.70%, con inversión principal de las empresas privadas, pero sólo se logró llegar al 0.40%. La razón es muy sencilla, no se dio ningún incentivo a las empresas para invertir en este rubro y los recursos gubernamentales solamente pudieron incrementarse ligeramente durante todo el sexenio. Diversos organismos e instituciones, entre los cuales destaca de manera importante la ADIAT (Asociación Mexicana de Directivos de la Investigación Aplicada y el Desarrollo Tecnológico, A. C.) lucharon por modificar la legislación existente para que se crearan incentivos fiscales, créditos blandos y otros mecanismos que dieran al empresario un incentivo para invertir en su propio desarrollo tecnológico.1 Esto debido a la urgente necesidad de hacer a las empresas más eficientes y competitivas ante el peligro de sucumbir dada la competencia internacional que trajo consigo la firma de los tratados de libre comercio con diversos países. Los resultados obtenidos fueron muy pobres, logrando sólo que se modificara la ley para otorgar incentivos fiscales a las empresas para el incremento en gasto e inversión en desarrollo tecnológico con respecto a lo que hubieran hecho los 3 años anteriores. Gracias a eso sólo se logró en el último año pasar del 0.35 al 0.4% la inversión en este concepto. * Director General de la División Tecnología de HYLSAMEX. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 3 �Nuevos incentivos para el desarrollo tecnológico de las empresas No fue sino hasta el presente sexenio, a fines del año pasado, cuando gracias al empuje de CONACYT, secundado por los esfuerzos de ADIAT y otras organizaciones profesionales, se lleva a cabo la aprobación de una nueva legislación2,3 relacionada con ciencia y tecnología en la que se establecen, ahora sí, incentivos importantes al desarrollo tecnológico de las empresas. Creemos firmemente que con estos apoyos lograremos llegar al 1% del producto interno bruto el año 2006, como ha sido declarado en el nuevo plan de desarrollo. La nueva ley establece un crédito fiscal a las empresas por un 30% de su gasto e inversión en desarrollo tecnológico. Asimismo, se establecen mecanismos de apoyo directo para llevar a cabo proyectos de desarrollo tecnológico encaminados a mejorar su nivel de competitividad para luchar en mejores circunstancias en el mundo globalizado en el que ahora nos desenvolvemos. 4 Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Raúl G. Quintero Flores Exhortamos a las empresas a aprovechar estos nuevos incentivos para modernizarse y eficientarse tecnológicamente. Mis felicitaciones a CONACYT por liderar estas propuestas. Mis felicitaciones también a las Cámaras de Diputados y de Senadores, quienes aprobaron la nueva legislación, y al Gobierno Federal en general por su propósito de mejorar las condiciones para que la planta productiva compita con mejores armas en este nuevo milenio, y así México pueda alcanzar el nivel de desarrollo y la calidad de vida que deseamos los mexicanos. REFERENCIAS 1. Ley para el fomento de la investigación científica y tecnologíca. Publicada en el Diario Oficial de la Federación del 21 de mayo 1999. 2. Decreto por el que se adiciona el artículo 163 a la Ley del Impuesto sobre la Renta. Publicado en el Diario Oficial de la Federación del 13 de diciembre de 2001. 3. Reglas generales para la aplicación del estímulo fiscal a la investigación y desarrollo de tecnología y creación y funcionamiento del Comité Interinstitucional. Publicado en el Diario Oficial de la Federación del 21 de diciembre de 2001. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 5 �La energía nuclear, una solución al problema de los energéticos Rubén Morones I., Ayax Santos, Claudio D. Gutiérrez* “Cuando uno puede medir aquello de lo que está hablando y expresarlo en números, sabe algo acerca de ello; pero cuando no puede expresarlo en números, su conocimiento es escaso e insatisfactorio; podrá ser un principio de conocimiento pero escasamente habrá avanzado este conocimiento a la etapa de una ciencia.” Lord Kelvin Abstract Modern civilization is borne out on the use of energy. Fossil fuels like coal, oil and natural gas are the most common energy sources nowadays. But oil and natural gas will last only for about 40 or 50 years, and even though the coal resources can supply energy during more than 600 years, burning coal causes serious damage to the environment. Nuclear energy is a real option to supply clean energy on enough amounts. Nuclear reactors can satisfy the needs for energy for about ten thousand years. Unfortunately there are political groups that are against the use of nuclear fuels adducing very simple arguments making some people follow them. It is important to inform to society with reasonable arguments in order to create a technological culture that allow people to realize that if we do not find new technologies or new fuels in a short period of time, the humankind can suffer a big retrocession in comfort and well being. Keywords: Nuclear energy, fission, nuclear reactor. INTRODUCCIÓN La importancia de la energía en el mundo moderno es indiscutible y el desarrollo tecnológico de la civilización actual no puede ser concebido sin el uso de fuentes de energía. El consumo de los energéticos ha ido aumentando de manera continua desde que el hombre descubrió el fuego. El incremento en la po- 6 Fig. 1. Vista parcial de la planta nuclear del Cañón del Diablo, en San Luis Obispo, California, E.U.A. blación mundial, la utilización cada vez mayor de productos tecnológicos y el crecimiento económico demandan un aumento constante en el suministro de energía. Se plantea entonces para el futuro inmediato el problema de satisfacer esta demanda. Dado que las fuentes principales de energía en el presente son los hidrocarburos y el carbón, que se estima que las reservas de hidrocarburos se agotarán en un plazo de entre 40 o 50 años1 y que el carbón es altamente contaminante, se pone de manifiesto la urgente necesidad de encontrar fuentes alternativas de energía. Antes de plantear el uso de la energía nuclear en la generación de energía eléctrica es conveniente hacer algunas observaciones acerca del carbón y los hidrocarburos como combustibles. Al quemar carbón o hidrocarburos se desprende bióxido de carbono, el cual, al ser agregado al que ya existe en la atmósfera trae como consecuencia un aumento en la temperatura promedio de la tierra; esto es lo que se conoce como efecto invernadero. En caso de ocurrir este aumento de temperatura, provocaría catástrofes ecológicas en todo el planeta, parte del hielo polar se derretiría ocasionando un aumento en el nivel del mar inundando muchas * Doctorado en Ingeniería Física Industrial, Facultad Ciencias Físico-Matemáticas UANL. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Rubén Morones, Ayax Santos, Claudio D. Gutiérrez ciudades costeras, además de provocar cambios climáticos considerables. Otro de los efectos serios sobre el medio ambiente causados por la combustión de hidrocarburos y principalmente del carbón, es el de la lluvia ácida. Esta es ocasionada por la presencia en la atmósfera de dióxido de azufre y óxido de nitrógeno, productos de la combustión tanto de los hidrocarburos como del carbón, que al combinarse con el vapor de agua en las nubes forman ácido sulfúrico y ácido nítrico. Disueltos estos ácidos en gotas de agua caerán en forma de lluvia; esto es lo que se conoce como lluvia ácida. Debido a esta lluvia ácida, las aguas en muchos ríos y lagos han aumentado su acidez, dañando la vida acuática, la agricultura, la vegetación y los bosques. Es sabido que en cientos de lagos de Estados Unidos no hay peces debido a la excesiva acidez del agua y algo similar ocurre en otras partes del mundo, lo cual es ocasionado por la lluvia ácida.2 ligros como veremos posteriormente. En realidad ninguna de las fuentes de energía, incluyendo la solar y la hidráulica, está exenta de riesgos. Tabla 1. Comparación de la cantidad de desechos entre diversos combustibles (toneladas). Contaminante Bióxido de carbono Gas natural Carbón Derivados del Nuclear petróleo 13,000,000 5,000,000 5,500,000 Oxidos de azufre 140,000 14 53,000 0 Oxidos de nitrógeno 20,800 12,200 21,800 0 Monóxido de Carbono 522 0 9 0 Hidrocarburos 209 0 667 0 Para generar 1000 MW, durante un año se requieren las cantidades de los combustibles que se indican: Gas natural 1,900,000,000 m3 SITUACIÓN ACTUAL Carbón 3,600,000 ton Una central térmica de carbón quema en un año un millón de toneladas de carbón y los productos de esta combustión se arrojan a la atmósfera; polvo, azufre, centenares de compuestos químicos a veces perniciosos y hasta débilmente radioactivos, se dispersan en la atmósfera disolviéndose en las gotas de lluvia y de niebla que caerán después como lluvia ácida o serán respirados por millones de personas. Como las reservas de carbón en el mundo son enormes (se calcula que alcanzaría para 600 años atendiendo la demanda de electricidad al ritmo creciente actual),3 el problema de los energéticos en el presente se relaciona más bien con problemas ambientales y de salud y no propiamente de escasez. Derivados del petróleo 2,000,000 ton En la tabla I se ilustran las cantidades de algunas substancias altamente contaminantes que se producen con cada uno de los combustibles indicados. Se ha incluido a manera de comparación los combustibles nucleares que, como se observa, no presentan este tipo de riesgos, pero que presentan otros pe- Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 0 Nuclear 155 ton Y son arrojadas al ambiente anualmente las cantidades de contaminantes (en toneladas), según cada tipo de central 4 indicadas en la tabla I. El problema actual de la disyuntiva entre la contaminación ambiental y la necesidad de aumentar la producción de energía tiene una solución real si consideramos la opción de la energía nuclear. Una planta nucleoeléctrica permite generar energía eléctrica en grandes cantidades y la tecnología de la que se dispone en la actualidad está bastante desarrollada. LA ENERGÍA NUCLEAR La energía nuclear, como su nombre lo indica, es la energía obtenida o liberada en las reacciones nucleares. Existen tres tipos de reacciones nucleares que liberan energía, estas son: a) la desintegración 7 �La energía nuclear, una solución al problema de los energéticos radiactiva, b) la fisión nuclear y c) la fusión nuclear. La desintegración nuclear o decaimiento radiactivo es el proceso mediante el cual un núcleo atómico emite partículas espontáneamente. Este proceso ocurre debido a la tendencia de todos los sistemas de la naturaleza hacia la mayor estabilidad, es decir, hacia estados de menor energía. En el fenómeno de la desintegración radiactiva, los núcleos liberan energía y pasan a estados más estables. La fisión nuclear es un fenómeno que ocurre cuando un núcleo captura un neutrón y pasa a un estado inestable donde se produce la escisión del núcleo (fisión) en dos fragmentos (muy raramente en tres). En el laboratorio, en los reactores nucleares y en la bomba atómica la fisión nuclear (figura 2) se consigue al bombardear núcleos pesados, como el U-235 o el Plutonio-239 con neutrones. Si un núcleo captura uno de estos neutrones el núcleo se vuelve inestable, rompiéndose o fisionándose, en dos núcleos más ligeros y algunos neutrones. Si sumamos las masas de los núcleos y las partículas productos de la fisión, obtendremos que ésta es menor que la masa del núcleo original. La masa faltante se ha convertido en energía de acuerdo con la famosa fórmula de Einstein E = mc2. Fig. 2. Esquema de la fisión del uranio. 8 Fig. 3. Albert Einstein. Su famosa fórmula E=mc2 explica la liberación de energía en las reacciones nucleares. En el proceso de fisión del U-235 se libera una cantidad de energía del orden de 200 MeV (megaelectronvolt, 1MeV = 4.45×10 -20 kilowatthora, kWh) por cada núcleo fisionado. Comparado con la energía liberada por átomo en la combustión química que es del orden de 4 eV nos damos cuenta de la enorme cantidad de energía almacenada en el núcleo, la que resulta ser millones de veces mayor que la energía química de combustibles como el petróleo o carbón. La fisión nuclear es una reacción que en la actualidad puede controlarse. Genera una cantidad de calor tan grande que es capaz de evaporar en poco tiempo considerables volúmenes de agua, y es precisamente este vapor el que activa inmensos dínamos generadores de electricidad. Esto ha solucionado el problema de energía en países no agraciados con recursos naturales, entre los que destaca Francia, en el cual la energía nuclear representa el 70 por ciento de la producción energética total del país. En 1986 se estimó que la energía nuclear genera el 15 por ciento de la producción mundial.5 Se han construido en todo el mun- Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Rubén Morones, Ayax Santos, Claudio D. Gutiérrez Fig. 4. El físico italiano Enrico Fermi, logró la primera reacción de fisión nuclear autosostenida. do reactores nucleares capaces de producir hasta 1,200 megawatts de potencia, como el que está ubicado en Creys Malville, cerca de Grenoble en Francia. En cuanto a la reacción de fusión nuclear, este es el tipo de reacciones que ocurren en el sol y las estrellas, cuya energía liberada se expulsa al espacio en forma de calor y radiación. La fusión nuclear ha sido utilizada por el hombre en forma no controlada en la bomba de hidrógeno o bomba H, pero no ha sido posible utilizarla en forma controlada. Actualmente se trabaja intensamente en muchas partes del mundo, para lograr un reactor de fusión nuclear. Si esto se logra, la humanidad dispondría de una fuente de energía prácticamente inagotable que le permitiría asegurar en el futuro el mejoramiento del nivel de vida de la sociedad humana. LOS RIESGOS Y EL POTENCIAL Aun cuando la tecnología nuclear está en la actualidad suficientemente desarrollada, existen en el presente problemas sociales y políticos que han obstacu- Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 lizado su uso en la generación de energía eléctrica. La falta de información acerca de los riesgos y beneficios de la energía nuclear ha dado origen a la formación de grupos que, preocupados por la preservación del medio ambiente, se oponen al uso pacífico de la energía nuclear. Los temores que en el presente existen sobre el uso de plantas nucleares para generar electricidad, son realmente exagerados. La tecnología nuclear es hoy por hoy una de las tecnologías más seguras, sin embargo, como cualquiera otra de las tecnologías existen riesgos al utilizarla, pero estos resultan minúsculos al compararlos con la amenaza que representa para el medio ambiente el uso de otras fuentes de energía como la del petróleo o la del carbón. La generación de energía eléctrica mediante plantas nucleares es uno de los procesos más limpios y eficientes que se conocen y usan en la actualidad. Es importante que se proporcione al público información veraz, objetiva y fundamentada y no una información manipulada, que desoriente o cree temores infundados ni tampoco que se promuevan conductas irresponsables respecto a la tecnología nuclear. Es necesario sensibilizar a la población y crear conciencia en ella sobre la importancia que tiene para el desarrollo industrial y el progreso social, contar con fuentes de energía limpias, seguras y en cantidades adecuadas. La escasez de energéticos no deja, por el momento, ninguna otra opción viable mas que la energía nuclear. Esta permitirá satisfacer la demanda creciente de energéticos por varios miles de años. Una de las causas por las cuales la energía nuclear es tan temida por la población general es porque se le asocia con la bomba atómica. La sociedad tuvo la primera información sobre la energía atómica a través de las horribles explosiones de las bombas atómicas al final de la segunda guerra mundial. Este hecho marcó negativamente el desarrollo de la energía nuclear. La población identifica radiación nuclear con muerte, sin embargo la aplicación pacífica de la radiación ha salvado y prolongado la vida a millones de 9 �La energía nuclear, una solución al problema de los energéticos personas. Las aplicaciones pacíficas de la tecnología nuclear han producido bienestar y mejoramiento en la calidad de vida del ser humano. Por otra parte, el hombre y todos los seres vivos, estamos expuestos permanentemente a la radiación natural. La radiación natural en la tierra se debe parcialmente a la radiación cósmica, que consiste de partículas de muy alta energía, principalmente protones que provienen del espacio exterior, en su mayor parte del sol, y de los núcleos radiactivos que están presentes en casi todas las substancias de la tierra, incluyendo el aire que respiramos y los alimentos que consumimos. La unidad de radiación que toma en cuenta sus efectos biológicos es el rem (roentgen equivalent in man). Un milirem se abrevia mrem. Para tener una idea comparativa de la exposición a la radiación en diferentes situaciones se citan los siguientes ejemplos: la radiactividad natural es de 200 mrem por año. Cuando una persona se toma una radiografía de tórax recibe una dosis de radiación de 40 mrem y en una radiografía dental recibe 20 mrem.6 Debido a que la atmósfera absorbe los rayos cósmicos, a mayor altura tendremos mayor radiación cósmica y en un vuelo de 10 horas en jet se reciben 5 mrem de este tipo de radiación.7 Las normas internacionales establecidas por la Comisión Internacional de Protección Radiológica especifican como límite máximo de dosis absorbida de radiación 0.5 rem por año para el público en general y de 5 rem para personas que trabajan con radiaciones ionizantes,8 para el caso de una persona que se encuentre junto a un reactor, el límite es de 5 mrem anuales.6 Estas cantidades dan una idea de los controles de seguridad y las condiciones de operación de los reactores nucleares. En cuanto a los riesgos del uso de la energía nuclear, el accidente más impresionante que ha ocurrido en la industria nuclear ha sido el del reactor de Chernobyl, en Ucrania en la madrugada del 26 de abril de 1986. Las causas del accidente fueron debidas a una sucesión de errores humanos y al hecho de que 10 Fig. 5. Fachada de una planta nucleoeléctrica en Japón. este reactor no contaba con un contenedor primario, el cual es una barrera de concreto reforzado. El peor desastre que puede ocurrir en un reactor nuclear es el derretimiento de su recipiente. En este caso la temperatura del reactor sale fuera de control derritiendo su recipiente o contenedor y expulsando hacia el exterior el combustible nuclear. Esta explosión, que no es una explosión nuclear sino una liberación de gases debido a que el recipiente que los contiene se ha fundido, se conoce como “el desastre final”. En el caso de Chernobyl, donde se produjo un accidente de este tipo, al no tener el reactor un contenedor primario, estos gases escaparon a la atmósfera causando un desastre de proporciones mundiales. Este accidente no debe minimizarse, pero debemos estar conscientes que la tecnología de ese reactor era ya obsoleta y debió haberse cancelado su funcionamiento desde mucho antes del accidente. Tampoco debemos caer en el miedo irracional hacia lo nuclear, ni en el manejo irresponsable de la información y de los riesgos. Francia cuenta actualmente con cuarenta centrales nucleares y jamás ha tenido un accidente. Para hablar en forma sensata de los riesgos del uso de la energía nuclear necesitamos cuantificarlos y compararlos con los de otras fuentes de energía. Al hacer una evaluación objetiva y cuantitativa de la probabi- Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Rubén Morones, Ayax Santos, Claudio D. Gutiérrez lidad y la magnitud de los accidentes, la utilización del carbón o el petróleo resultan mucho más perjudiciales para la salud y el medio ambiente que los combustibles nucleares. Comparativamente la energía nuclear resultaría una fuente de energía limpia y muy eficiente. Los desastres ecológicos ocasionados por derrames de petróleo han causado más daño al medio ambiente que el peor desastre en plantas nucleares, como el de Chernobyl. En cuanto al carbón, los accidentes ocurridos en su extracción suman varios cientos anualmente, pero lo peor ocurre a la salud de los mineros, que los hace susceptibles para contraer enfermedades pulmonares mortales. Se ha mencionado ya la contaminación ocasionada por las plantas carboeléctricas que ocasionan serios problemas ambientales y que ya han puesto en peligro los bosques de Alemania y los efectos del isótopo radiactivo del carbono que, ese sí, es expulsado directamente a la atmósfera en la combustión del carbón. Se ha calculado que usando reactores de fisión con la eficiencia de los actuales, y considerando un incremento en la demanda de energía similar al del presente, las reservas de uranio natural en el mundo, durarían aproximadamente para cien años.9 Pero usando reactores regeneradores, que usan el U-239 que se produce cuando un núcleo de U-238 captura un neutrón, ocurre que este núcleo es un combustible mejor, que libera cien veces más energía que el U-235 y para el cual ya existe la tecnología para utilizar su energía. Tendremos así que la energía disponible para usarla en reactores de fisión es suficiente para diez mil años, lo cual representa la solución al problema de los energéticos. La tecnología nuclear ha logrado desarrollar un tipo de reactores nucleares de fisión llamados reactores regenerativos o reproductores, o de cría, los cuales están diseñados para producir más material fisionable que el que ellos consumen. Esta propiedad impresionante, de que un reactor nuclear no tan solo genere electricidad sino que también produzca su propio com- Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 bustible de plutonio, debería ser suficiente para incrementar el interés por el uso de la energía nuclear. Es esta característica de los reactores nucleares regeneradores la que permite garantizar el abasto de combustible nuclear para satisfacer las necesidades energéticas de la humanidad por varios miles de años. EL CASO MÉXICO En México el desarrollo industrial y el crecimiento de la población, están demandando cantidades de energía que aumentan a un ritmo muy acelerado. Las fuentes de energía apoyadas en combustibles fósiles no durarán por mucho tiempo y debe iniciarse un programa para la generación de energía con fuentes alternativas. De acuerdo con los especialistas,10 no es probable que dentro de los próximos cincuenta años se encuentre una fuente alternativa de energía que satisfaga la creciente demanda mundial. Quedará solo como la única, verdadera opción, la energía nuclear. Si no se recurre a ella, una de las consecuencias será el abatimiento en el nivel de vida de la población. La instalación de plantas núcleoeléctricas es una de las opciones reales para enfrentar el problema de escasez de energía en el futuro. No debemos descuidar, por lo tanto, la formación de recursos humanos en las áreas de física e ingeniería nuclear. Una parte de los recursos que el sector energético destinará en los próximos años del sexenio debe invertirse en formación de recursos humanos en las áreas de física nuclear, teórica y experimental, y en ingeniería nuclear. Paralelamente a la formación de recursos humanos en física nuclear, el gobierno debe iniciar una campaña de información hacia la población para crear una especie de cultura nuclear y generar confianza y aceptación de esta tecnología. Dado que las reservas de petróleo en México se calcula que durarán menos de cincuenta años, a la tasa actual de consumo, deberemos estar utilizando otras fuentes de energía a gran escala dentro de un periodo menor a los 20 años, a lo sumo, si queremos mantener los niveles de produc- 11 �La energía nuclear, una solución al problema de los energéticos ción y de vida actuales. En otro orden de ideas, el uso del petróleo como combustible constituye realmente un enorme desperdicio de un recurso no renovable que tiene un elevado valor como materia prima en la petroquímica. Si agotamos los hidrocarburos, no solo tendremos problemas con la escasez de fuentes de energía sino que toda la industria de los plásticos y fibras sintéticas se acabará. Esto significa que no se dispondrá de la materia prima para fabricar aviones, automóviles, computadoras, aparatos electrodomésticos, productos textiles, y una cantidad enorme de artículos de uso cotidiano. En realidad las consecuencias serían desastrosas. Es un hecho conocido que el consumo de energía per cápita de un país está relacionado directamente con la calidad de vida de la población y que a mayor consumo, más elevados son los estándares de bienestar y comodidad de sus habitantes. Es realmente un grave riesgo que grupos politizados se opongan al desarrollo y progreso de la humanidad presentando argumentos simplistas y tendenciosos para descartar el uso de la energía nuclear en la generación de electricidad. Debemos crear una conciencia tecnológica en la sociedad, que esté fundamentada en una educación científica para hacer frente a manipuladores políticos que quieren desorientar y sembrar el terror en la sociedad para conseguir objetivos personales. La ciencia y la tecnología son de las creaciones más grandiosas del ser humano, le han permitido elevar su promedio de vida en más de 25 años en el siglo XX y han mejorado notablemente las condiciones de vida. La electrificación en el mundo ha llevado el progreso a todas partes y aun cuando todavía hay mucho por ha- 12 cer, no cerremos los ojos y neguemos los avances que ha tenido la humanidad. Si los energéticos empiezan a escasear o se sigue contaminando al planeta como se ha hecho hasta ahora, la humanidad sufrirá un grave retroceso o causará desastres ambientales de grandes proporciones. REFERENCIAS 1. Aboites, Vicente, Fusión Nuclear por Medio del Láser, FCE, (1993). 2. Cohen, Bernard L., La Energía Nuclear, Siglo XXI editores, (1993). 3. Britannica Encyclopedia 2001, Deluxe Edition 4. Comisión Nacional de Energía Atómica, República Argentina http://cab.cnea.gov.ar/difusion/ Rey.htm. 5. Rubbia, Carlo, El Dilema Nuclear, Grijalbo (1987). 6. Brandan, María E., Díaz, Rodolfo y Ostrosky, Patricia, La Radiación al servicio de la vida, Colección La Ciencia desde México, FCE, (1990). 7. Campbell Rickards, Jorge, Las Radiaciones: Reto y Realidades, Colección La Ciencia desde México, FCE (1986). 8. Krane, Kenneth S., Introduction to Nuclear Physics, John Wiley and Sons, (1988). 9. En el Camino Hacia los Superelementos, Fliorov, G.N. y Ilinov, A.S., Edit. MIR, (1985). 10. Marschoff, Carlos, Las Fuentes de Energía en el Siglo XXI, FCE, (1992). Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Efecto catalítico de las microondas en la producción de MgAl2O4 Juan A. Aguilar Garib, Zarel Valdez Nava* Abstract The MgAl2O4 spinel production was taken in this work for performing a realistic comparison to seek for arguments related with “catalytic effects” that are often attributed to microwave processing. The tests were conducted at 1200°C and it was confirmed that temperature measurements were reliable in order to accept that processes conducted both conventionally and under a microwave field were at the same temperature. Tests at 2000°C were also carried out for calculating the activation energy and give kinetic parameters. The results showed that there are differences in the reaction rates between the processes, yet they are far from the commonly reported increments. Palabras clave: Catalytic, effects, spinel, kinetic, microwave. INTRODUCCIÓN Desde hace algunos años se han reportado «efectos catalíticos» de las microondas durante el procesado de materiales utilizando este método como medio para suministrar energía. Existen muchos reportes que muestran evidencia de mejora de materiales sinterizados, e incluso se menciona una reducción en 1,2 la temperatura de sinterización, incremento en la 3-8 rapidez de reacción y reducción de la energía de 1, 3-5 activación. Por ejemplo, para el caso de alúmina, los investigadores de Oak Ridge National Laboratory realizaron una serie de experimentos comparativos entre las 3 maneras de suministrar energía. Las energías de activación que ellos reportan son de 160 KJmol-1 para el caso del sinterizado mediante microondas y 575 KJmol-1 para el caso convencional. Por otra parte para el crecimiento de cristales reportan 480 KJmol-1 y 590 KJ mol-1 para los casos de microondas y convencional respectivamente. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 El conjunto que se observa en esta imagen consiste en un crisol rodeado de material aislante que se encuentra dentro de un horno de microondas. La parte más brillante, localizada al centro, corresponde a la parte del crisol que alcanzó más de 1200ºC. 8 En otro ejemplo, Boch sugiere que las microondas reducen la temperatura de procesamiento de la mulita y del titanato de aluminio en hasta 100°C comparado con el proceso convencional. En la FIME se han desarrollado diversos trabajos relacionados con la obtención de espinel MgAl2O4 9 mediante microondas y se desea conocer si en este caso las microondas además de proporcionar la energía al proceso también tiene la capacidad de favorecer la reacción. Dado lo anterior, el objetivo de este trabajo fue evaluar si las microondas tienen «efecto catalítico» en la formación de espinel MgAl2O4 a partir de MgO y Al2O3, tratando de igualar las condiciones de temperatura entre los procesos convencional y por microondas para llevar a cabo una comparación realista. * Programa de Doctorado en Ingeniería de Materiales FIME-UANL. 13 �Efecto catalítico de las microondas en la producción de MgAl204 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Mezclas equimolares de MgO y Al2O3 (20 gr) fueron colocadas en un crisol de alúmina para llevar a cabo la siguiente reacción a 1200°C: MgO + Al2O3 → MgAl2O4 Se realizaron dos tipos de prueba, la primera de ellas consistió en calentamiento convencional en un horno de resistencia eléctrica, la temperatura fue tomada directamente con un termopar tipo K insertado dentro de la mezcla. En este caso el crisol se colocó simplemente dentro del horno a una temperatura predeterminada. En el segundo tipo, la mezcla se calentó dentro de una cavidad multimodo con microondas a 2.45GHz y una potencia nominal de 800Watts. Aquí también se utilizó un termopar de la misma clase siguiendo las9 recomendaciones surgidas de la experiencia previa. Una diferencia entre los dos tipos de pruebas, además de la obvia, es que en el caso de las microondas se utilizó un lecho de grafito como auxiliar térmico para llevar los reactivos desde la temperatura ambiente hasta 500°C, que es la temperatura a la que son capa10 ces de absorber energía. entre el suministro de energía y las pérdidas del propio sistema crisol-mezcla. El tiempo de exposición fue variado con la finalidad de poder construir curvas cinéticas. Se tomó una porción del material obtenido de una zona localizada dentro de un centímetro alrededor del termopar y se caracterizaron mediante difracción de rayos X. Se llevó a cabo una calibración cuidadosa de manera que se pudo determinar la cantidad de espinel presente. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Confiabilidad de los termopares La figura 1 muestra el registro de temperatura de las pruebas, ya que es necesario para llevar a cabo una comparación realista entre los métodos de calentamiento. Una manera de estar seguros de las mediciones de temperatura cuando se utilizan microondas es observando las curvas de calentamiento en los momentos en los que el control de temperatura enciende o apaga. En el recuadro de la figura 1 se aprecia la conti- También para este caso el crisol estaba aislado con fibra cerámica para disminuir las pérdidas de calor y propiciar la uniformidad térmica dentro de la mezcla. El control de temperatura se llevó a cabo mediante un sistema de encendido/apagado que se retroalimentaba de la señal del termopar. Dado el tipo de control utilizado y la complejidad con la que el sistema responde a las microondas, se hicieron coincidir, al menos en el intervalo de temperatura en que las reacciones pueden tener lugar, (arriba de 600°C), las temperaturas de las pruebas convencionales y mediante microondas. Adicionalmente se llevaron a cabo pruebas con microondas que alcanzaron los 2000°C, en este caso la temperatura se autocontroló debido al balance 14 Fig.1. Curvas de calentamiento mediante microondas y convencional en un horno de resistencias. Esta prueba de microondas duró 30 minutos a partir de que se llegó a la temperatura de 1200°C. El recuadro es una ampliación de la curva de calentamiento mediante microondas. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Juan A. Aguilar Garib, Zarel Valdez Nava nuidad (sin sobresaltos) que hay en la curva de calentamiento durante los ciclos de encendido y apagado del controlador. Este comportamiento pone en evidencia que el termopar es capaz de registrar la temperatura del medio en contacto con él. Dado que la alúmina no absorbe energía de manera significativa a temperaturas por debajo de los 600°C10, resulta difícil tener un control real por debajo de esta temperatura. La cinética de reacción Una vez que se ha confirmado que la medición de temperatura es confiable se procede a observar el aspecto cinético. Aceptando que el proceso es de naturaleza difusional11 y que sigue la expresión: R2 = 2kt (1) En donde R es la fracción molar de espinel MgAl2O4 formado, k es la constante de reacción y t es el tiempo. Entonces se puede graficar R2 contra el tiempo nominal de prueba, como lo muestran las figuras 2 y 3. Fig.3. Ampliación de la Figura 2 sobre las pruebas llevadas a cabo a 1200°C. Fracción molar de espinel formado al cuadrado contra tiempo. El valor de la pendiente representa 2k, en la Tabla I se presenta el valor de k y tal como se espera, la ordenada al origen no puede ser nula porque el tiempo de prueba se empieza a contar a partir del momento en que la mezcla alcanza los 1200°C y puede haberse presentado formación de espinel al llegar a este punto. Se puede observar que los valores de k son prácticamente los mismos para ambos procesos a 1200°C Tabla I. Constantes de reacción en las diferentes condiciones. Fig. 2. Resultados experimentales y regresiones parabólicas para las diferentes pruebas. Fracción molar de espinel formado al cuadrado contra tiempo. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 Prueba K(seg-1) Ordenada Convencional (1200ºC) 4.0763 x 10-6 0.00640114 Microondas (1200ºC) 4.41935 x 10-6 0.01198263 Microondas (2000ºC) 1.23855 x 10-4 0 15 �Efecto catalítico de las microondas en la producción de MgAl204 lo cual sugiere que las microondas no tienen influencia en el proceso, a reserva de la ordenada al origen, que puede estar relacionada con el hecho de que la mezcla calentada con microondas permaneció a mayor temperatura que el caso convencional antes de haber alcanzado el punto en que se empataran las curvas, tal como se mostró en la figura 1. De cualquier manera la diferencia se encuentra muy alejada de los incrementos en la rapidez de reacción de por lo menos tres veces que comúnmente se reportan. espinel que se tendría a 600°C en 20 horas es de 0.03, lo cual es inferior al límite de detección práctica de la técnica de difracción de rayos X y por lo tanto está de acuerdo con el caso en el que no se observó formación de espinel en ese tiempo. No se esperaba que se presentara alguna diferencia que se pudiera atribuir a las historias térmicas por debajo de los 600°C, ya que se habían realizado pruebas a esta temperatura por 20 horas sin detectar formación de espinel. De hecho, al analizar los resultados en los que se estimó la energía de activación del proceso se corroboró la validez de esta consideración. La figura 4 muestra este cálculo, el tiempo cero está dado al inicio de la prueba y el aspecto interesante es que los valores de k calculados a partir de las pruebas mediante microondas permiten seguir perfectamente la reacción que se llevó a cabo de modo convencional a 1200°C (curva 1). Con los valores encontrados se construye una curva de grado de reacción formación del espinel contra tiempo que incluye la reacción que pudo ocurrir antes de llegar a la temperatura de 1200°C considerando toda la historia térmica. En la tabla I se observa además la k de reacción para el caso de procesamiento mediante microondas a 2000°C. La prueba se llevó a cabo sin control de temperatura y la rapidez de calentamiento fue de tres a cuatro veces mayor, por lo que el tiempo de prueba tiene mejor correspondencia. Esto se aprecia en el hecho de que de modo natural la regresión va al origen. La temperatura se estimó basándose en que la muestra exhibió fusión incipiente, lo que demuestra que en esos lugares la temperatura fue de al menos 2135°C, que corresponde al punto de fusión de este espinel. Con esta prueba ya es posible calcular k como función de la temperatura siguiendo la expresión de Arrhenius: k=Ae-Q/RT (2) En donde T es la temperatura absoluta y utilizando los valores de k para las pruebas de microondas en la tabla I, el valor de Q/R es: -13949.64006 mientras que el de A es 0.0573092144 seg-1. Estos valores permiten decir que la fracción de 16 Fig.4. Gráfica de fracción molar de espinel formado al cuadrado contra tiempo de prueba. La curva 1 corresponde al cálculo del grado de reacción considerando toda la historia térmica y los valores de A y Q/R estimados en este trabajo. La curva 2 corresponde al mismo cálculo pero suponiendo que existe un sobre-calentamiento del 6.4%. Los círculos son las pruebas con microondas y los triángulos son las pruebas convencionales. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Juan A. Aguilar Garib, Zarel Valdez Nava Esta figura es muy interesante porque a pesar de la sugerencia de que las microondas no favorecen la cinética de reacción, en esta gráfica se observa que los puntos obtenidos mediante microondas y sin considerar la gran dispersión de los datos, se encuentran arriba de los convencionales. Esto puede hacer pensar que se debió haber forzado la regresión al origen (y de paso forzando a que las cinéticas sean diferentes), esto obligaría a tener constantes de reacción diferentes, a saber 6.5095 x 10-6 seg-1 para el caso convencional y 8.7025 x 10-6 seg-1 para el caso de las microondas. Lo cual resuelve el asunto del que se ha llamado la atención en la figura 4. Sin embargo, al hacer esto no se está aceptando que al iniciar la prueba ya hay una fracción de la mezcla reaccionada, de manera que la curva de reacción obtenida no satisface ninguna de las pruebas en ninguna de las condiciones, por lo que se puede asegurar que ésta no es la respuesta. el pirómetro óptico solo puede dar lecturas sobre lo que puede ver, el termopar solo lo puede hacer sobre lo que esté tocando directamente. Se debe considerar además que el espinel es un buen absorbedor de microondas y que mejora considerablemente 12 esta capacidad cuando se le calienta a más de 500°C. Debido a la cantidad de variables involucradas en el calentamiento mediante microondas, tales como el acomodo de los polvos, ubicación relativa del termopar, al patrón de formación del espinel y las diferentes cantidades presentes de éste en cada prueba, se tiene un proceso complejo en el que no se puede predecir el perfil térmico como se hace en el método convencional por simple transferencia de calor siguiendo la ley de Fourier. Sin embargo, si las microondas tuvieran un «efecto catalítico» para este caso sería mucho más evidente y todas estas condiciones no impedirían que se manifestara sin lugar a dudas. Dado que los puntos con microondas siguen invitando a pensar que éstas en efecto favorecen la cinética y se sabe que el proceso en cuestión es térmicamente activado se decidió suponer que aunque el termopar es confiable era posible que hubiera un gran gradiente térmico dentro de la muestra que hiciera que la zona analizada hubiera estado sobre-calentada, se hizo un análisis y se encontró que un sobre-calentamiento del 6.4% era capaz de desplazar la cinética calculada hasta la curva 2 en la figura 4. Lo que es importante aquí es que tanto la curva 1 como la curva 2 están construidas con las mismas constantes (Q/R=-13949.64006 y A=0.0573092144 seg-1) la única diferencia es que para la curva 2 se da un sobre-calentamiento de 95 K (95°C) cuando se ha llegado a los 1473 K (1200°C). El 6.4% fue utilizado a lo largo de la evolución térmica de las pruebas mediante microondas. CONCLUSIÓN Entonces es posible que cuando se dice que las microondas tienen «efectos catalíticos» en realidad estén involucrados factores térmicos. Esta situación no desacredita la actuación de los termopares, así como Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 Considerando el objetivo de este trabajo que busca evaluar el posible “efecto catalítico” que pudieran tener las microondas en la reacción para obtención de espinel MgAl2O4 a partir de MgO y Al2O3, se encuentra que suministrar la energía convencionalmente o por microondas es esencialmente lo mismo y que las variaciones que se observan no son de la magnitud que se reportan y pueden ser explicadas fácilmente a través de la consideración de aspectos térmicos. El único argumento que puede justificar un cambio de la energía de activación es un cambio del mecanismo gobernante del proceso. Tal cambio no es evidente en las condiciones en las que se desarrolló este trabajo. Se pone nuevamente en evidencia la importancia crucial que tiene el conocimiento de la temperatura o la consideración de la variación de ésta cuando se hacen análisis cinéticos. Lo que si resultó claro es que el calentamiento mediante microondas permite sobrepasar los límites que la conducción dada por la ley de Fourier impone. 17 �Efecto catalítico de las microondas en la producción MgAl204 REFERENCIAS 1. M. Janney, H. Kimrey, «Ceramic Powder Science II», American Ceramics Society, Westerville OH, 1988, p.919. 2. M. Janney, C. Calhoun, H. Kimrey; «Microwave Theory and Applications in Materials Processing», Ceramics Transactions 21, American Ceramics Society, Westerville OH, 1991, p.311. 3. M. Janney, H. Kimrey, «Microwave Processing of Materials II», Materials Research Society, Proceedings, Vol. 189, 1991, p.215. 4. M. Janney, H. Kimrey, M. Schmidt, O. Kiggans; Journal of the American Society, 74 (1991), 1675, p.215. 5. D. Lewis, «Microwave Processing of Materials III», Materials Research Society Proceedings, Vol. 269, 1992, p.21. 6. J. Katz, R. Blake, H. Kimrey; V. Kenkre; «Microwave Theory and Applications in Materials Proceedings», Ceramics Transactions 21, American Ceramics Society, Westerville OH, 1991, p. 95. 7. M. Willert-Porada, T. Krummel, B. Rohde, D. Moormann «Microwave Processing of Materials III», Materials Research Society Proceedings, Vol. 269, 1992, p. 199. 8. M. Boch, N. Lequeoux, P. Piluso «Microwave 18 Processing of Materials III», Materials Research Society Proceedings, Vol. 269, 1992, p. 211. 9. Z. Valdez, J. Aguilar «Influence of the Al2O3 in the production of spinel MgAl2O4 at 1200°C with microwaves», Proceedings of the 35th International Microwave Power Institute Meeting, Montreal, Canadá, 2000, p. 72. 10. J. Aguilar, J. Pearce; Aguilar «Study of the thermal behavior of materials exposed to microwaves achieving temperatures over 650°C», 33rd Inter. Microwave Power Institute Meeting, Chicago, IL, 1998, p. 47. 11. A. West; «Chemistry of solid state and applications», John Wiley, 1985, p. 5-17. 12. W. Wesphal: Tables of dielectric materials. Vol. IX, Laboratory of Insulation Research, MIT, Cambridge, MA, 1975. AGRADECIMIENTOS Los autores expresan su agradecimiento al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología y al Programa de Apoyo a la Investigación Científica y Tecnológica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, por el financiamiento de este trabajo. También se desea reconocer el apoyo del Instituto Tecnológico de Saltillo a través del Dr. Miguel Ángel Cisneros Guerrero y el Dr. Eduardo Valdés Covarrubias. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Influencia del hierro en la morfología de cristales de espinela MgAl2O4 Oxana Vasilievna Kharissova*, Ubaldo Ortiz Méndez** Abstract EXPERIMENTACIÓN The nature of impurities has a complex influence on crystal morphology and thus it cannot be treated according to a single approach. In this work impurities of iron in sintered spinel were characterized by x-ray diffraction, Scanning Electron. Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) Se realizó una serie de experimentos en los que se utilizó un horno convencional. Una serie de mezclas con diferentes composiciones en el sistema MgOAl2O3-Fe2O3 fueron preparados a partir de los precursores MgO, Al2O3 y Fe2O3. Keywords: Spinel, crystal morphology, atomic force microscopy. INTRODUCCIÓN Las formas de crecimiento de los cristales son muy variadas. Es una consecuencia evidente del gran número de factores externos que influyen en las formas de crecimiento. Los factores más importantes son: • Impurezas. • Temperatura de cristalización. • Sobresaturación de soluciones o vapores. • Sobre-enfriamiento de fases fundidas. • Movimiento de solución o fase fundida cerca de la Las mezclas de 7g fueron calentadas por 15 horas a 1400°C en el horno convencional. Para determinar las fases presentes en las muestras se utilizó difracción de rayos-X. Para estudiar la estructura de la superficie de la espinela obtenida, de la cual depende la cinética superficial de cristalización (mecanismo de crecimiento), se utilizó microscopía electrónica de barrido (MEB) y microscopía de fuerza atómica (MFA). Las imágenes de MFA fueron hechas en el modo de contacto a temperatura y atmósfera ambiente usando diferentes tamaños de barrido, variando la frecuencia, ganancia y fuerza. superficie del cristal en crecimiento. El estudio de las formas de crecimiento de los cristales es muy importante para reconocer las condiciones de aparición de los mismos. Se acepta que las impurezas son, después de la estructura interna, el factor principal que determina la forma del cristal.1 La influencia del medio ambiente es otro factor importante en la forma del cristal2, así como en su uniformidad, y en la formación de la estructura de las superficies. En trabajos anteriores se ha mostrado como la presencia de hierro influye en la sinterización3 y el parámetro de la celda de la espinela.4 Pero es útil e interesante saber como el Fe influye en la morfología del crecimiento de la espinela. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 Imagen de microscopía electrónica de barrido de cristales de espinela. * Facultad Ciencias Físico Matemáticas, UANL. E-mail: ovkharissova@yahoo.com oxanavkh@fcfm.uanl.mx **FIME-UANL. E-mail: uortiz@ccr.dsi.uanl.mx 19 �Influencia del hierro en la morfología de cristales de espinela MgAl204 RESULTADOS Y DISCUSIÓN Para estudiar la estructura de la superficie de la espinela obtenida, de la cual depende la cinética superficial de cristalización (mecanismo de crecimiento), se hizo uso de la microscopía electrónica de barrido (MEB) y la microscopía de fuerza atómica (MFA). Los estudios están de acuerdo con la teoría cuantitativa de las formas de equilibrio de los cristales del Gibbs y Wulf. Como se sabe, el cristal debe tener la forma que corresponde al mínimo de la suma de la energía superficial a volumen constante. Para la liberación de la energía superficial del cristal no es necesario en principio superar la barrera energética, para que en adelante el proceso pueda seguir solo utilizando Fe2O3. (a) Utilizando MFA y MEB se encontró una estructura celular (resultado del sobreenfriamento que se provoca por la acumulación de impurezas cerca de la superficie). Como se puede ver en la imagen obtenida por microscopía de fuerza atómica, figura 1, el cristal crece mediante pasos repetidos caracterizados por la energía de la unión del escalón ϕ que puede dividirse en tres partes, ϕ´, ϕ´´, ϕ´´´. Así, para un escalón de la superficie figura 2 ϕ = ϕ´ + ϕ´´ + ϕ´´´ (1) Las energías ϕ´ y ϕ´´ están en el plano que es perpendicular a la dirección del crecimiento. La energía ϕ´´´ tiene un ángulo de 90 o con respecto a la superficie dada. Cuando un solo ión empieza a acumularse en la superficie aparece una energía ϕ´´´. Cuando se forma una nueva serie de partículas, ubicada cerca de la serie ya terminada, se produce ϕ´´´ + ϕ´´. 20 Fig.1. Imagen de la MFA con 5%mol de hematita (a) y 15%mol (b). Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Oxana Vasilievna Kharissova, Ubaldo Ortiz Méndez son considerablemente más cortos que en el crecimiento del plano (100). Después de la reunión del primer átomo con la superficie de la capa atómica, ésta sigue creciendo hasta quedar completamente conformada. Los resultados mostraron que solamente los planos del cubo (100) tienen la superficie completamente lisa. Los planos del rombododecaedro (110) y octaedro (111) consisten en superficies con microescalones y pirámides trigonales, cuyos planos se representan por los planos del cubo. Fig. 2. Tres componentes de la energía del escalón. Para comprender cuales planos van a crecer en la espinela dada se calcularon las energías de la unión (Tabla I). Tabla I. Energía de unión calculadas para la espinela. energía plano ϕ1 ϕ2 ϕ3 ϕ´´´´ 100 1 4 4 ϕ´´´´ 110 2 5 2 ϕ´´´´ 111 3 3 4 En el proceso de crecimiento de la espinela los iones se añaden de preferencia en los vértices del cubo, luego en las aristas y solamente en casos excepcionales a la mitad del plano (100). Esto significa que el crecimiento de los planos del octaedro y rombododecaedro no se relaciona con la formación de los núcleos, a diferencia de los planos del cubo. Los planos del rombododecaedro crecen por la adición de capas. Los planos del octaedro crecen por la adición de iones separados. Las fuerzas de unión disminuyen al aumentar la distancia de separación entre los centros de los átomos. Si la distancia con respecto a los vecinos cercanos es r1, y con respecto a los vecinos más distintos es r2, y así sucesivamente, entonces α = ϕ2 / ϕ1 = r16 / r26 = 1/8 β = ϕ3 / ϕ1 = r36 / r26 = 1/27, (2) (3) donde α, β son las razones de las fuerzas de los enlaces. El trabajo total es, ϕ = (n1 + αn2 + βn3), (4) El inicio del crecimiento de la nueva capa de la espinela para los planos (100) y (110) es debido ϕ´´´. donde n1 es número de los vecinos más cercanos, n2 los segundos más cercanos y n3 los terceros. Ya que ϕ´´´ (100) = 1 / 4 / 4, y ϕ´´´( 110) =2 / 5 / 2, la reunión de los átomos en el plano (110) es más fácil que en el plano (100). Los descansos entre los períodos de crecimiento rápido tangencial al plano (110) Calculando para los planos de la espinela el trabajo para la separación de los átomos desde el plano del cristal por el método de Cossel se encuentra, que es más fuerte la unión en el plano (111) y más débil en el Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 21 �Influencia del hierro en la morfología de cristales de espinela MgAl204 plano (100). Utilizando el teorema del Wulf podemos calcular el trabajo para la separación a partir de la energía superficial. σhkl = ϕhkl / 2Fhkl , (5) donde ϕhkl - es el trabajo para la separación de una Utilizando microscopía de fuerza atómica y electrónica de barrido se midieron los tamaños de los granos (figura 3). Se puede observar en la figura que el tamaño de los granos se incrementa al aumentar la cantidad de hematita en la muestra. partícula o una serie de partículas, Fhkl en nuestro caso es el parámetro de la celda elemental. Si los condiciones son que ϕ1> 0; ϕ2,ϕ3 = 0, obtenemos que, σ100= 1/2 . ϕ1/ a2 σ110= 2/ 2 √2 . ϕ1/ a2 σ111 = 3/ 2 √3 . ϕ1/ a2 σ100 : σ110 : σ111 = 1 : √2 : √3 h100 : h110 : h111 = 1 : √2 : √3 Por lo que la forma de equilibrio va a ser el cubo. Los planos del rombo dodecaedro solamente tocan la arista del cubo, los planos del octaedro tocan sus vértices. Si las condiciones son que ϕ1> 0; ϕ2>0,ϕ3 = 0, obtenemos ϕ100 = (1+4α)ϕ1 = 3/4 ϕ1 ϕ110 = (2+ 5α)ϕ1 = 21/8 ϕ1 ϕ111= (3+3α)ϕ1 = 27/8 ϕ1 σ100= 3/4 . ϕ1/ a2 σ110= 21√2 /32 . ϕ1/ a2 σ111 = 9 √3/ 16 . ϕ1/ a2 σ100 : σ110 : σ111 = 1 : 7√2 /8 : 9√3/16 h100 : h110 : h111 = 1 : 7√2 /8 : 9√3/16 Entonces, la forma de equilibrio de la espinela sin hierro en las condiciones dadas es el cubo con el rombo dodecaedro que corta las aristas del cubo en la distancia 7/8 y el octaedro que corta los vértices del cubo en la distancia 9/16 desde el centro del cristal. 22 Fig. 3. Los tamaños y forma de los granos en las muestras con: (a) 5% mol; (b) 10%mol de hematita. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Oxana Vasilievna Kharissova, Ubaldo Ortiz Méndez Observando mediante MFA las superficies de las espinelas obtenidas con 5%mol, 10 %mol, 15 %mol y 20 %mol de Fe2O3 se encontró que con 5% y hasta 10%mol de Fe2O3 la mayoría de los planos son como los de la imagen de la figura 1(a). Al aumentar la cantidad de Fe2O3 la forma de los planos cambia como se puede observar en la figura 1(b). Como se explicó antes, los planos que tienen facilidad de crecimiento son los (111) y (110). El plano (110) en su superficie tiene los cationes que están en los sitios octaédricos y el plano (111) en su superficie tiene los cationes que están en sitios tetraédricos y en los sitios octaédricos. Por la cual podemos decir que el hierro ocupa ambos sitios. El análisis de la superficie mediante espectroscopía de rayos-X en dispersión de energía en las fronteras de granos arrojó una concentración mayor de hierro (Tabla II) que varía según el tipo de plano (Tabla III). Esto explica por que el crecimiento de los planos en su período de formación no es el mismo porque las condiciones externas cambian. En realidad se ve que la frontera entre los planos en la muestra con 10%mol de Fe2O3 es ondulada como se muestra la figura 1.(a). Existen dos tipos diferentes de ondulación de la frontera (figura4). En nuestro caso tenemos la situación que se muestra en la figura 4(a). Tabla II. Análisis de los cristales Mg(Al,Fe)2O4 sinterizados en un horno convencional. Mg%Atómico Fe% atómico 5 6.78 5.96 5.75 5.66 2.27 2.64 2.87 3.79 10 6.73 5.34 6.19 6.27 2.48 2.60 4.11 4.55 15 4.94 4.42 4.43 4.55 9.09 11.85 13.01 15.69 20 4.14 4.63 4.90 4.47 9.08 15.93 17.13 22.12 Fe2O3%mol Tabla III. Análisis de los planos de los cristales Mg(Al,Fe)2O4 sinterizados en un horno convencional con 20%mol de hematita. % Atómi co del Fe en el plano (110) % Atómi co del Fe en el plano (111) 22.54 34.14 25.09 36.27 22.36 35.73 Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 Fig.4. (a) Estructura del cristal con el crecimiento frenándose constantemente en el plano b y absorbiendo intensivamente las impurezas; (b) estructura del cristal con el crecimiento acelerándose constantemente en el plano b, absorbiendo las impurezas. Esto puede tener lugar debido a causas geométricas. Por ejemplo, veamos dos planos cercanos: AB y BC (figura 5) después de un tiempo los planos van a estar en una posición A´O y OC´. Cerca de los puntos B´ y C´ se agrupan todas las impurezas de hierro que están en los intervalos CC´ y BB´. Cerca del punto D´ hay menos impurezas de hierro que están en los intervalos CC´ y BB´. Cerca del punto D´ hay menos impurezas, ya que DD´< BB´. De esta manera, en las zonas que están más cerca de la arista la concentración de hierro es menor que en el plano. 23 �Influencia del hierro en la morfología de cristales de espinela MgAl204 Debido a la simetría de extracción del calor, donde el calor se transmite en la dirección perpendicular al frente de crecimiento, se lleva a cabo un desplazamiento de impurezas de su volumen interior a la periferia. La acumulación de impurezas de hierro cerca de la superficie de las fronteras lleva al sobreenfriamiento que, a su vez, contribuye a la formación de la estructura celular. Durante el crecimiento de los planos, el período de formación no es el mismo y las condiciones externas cambian. Fig. 5. Captura de impurezas al crecer el plano Fig. 1. Imagen de la MFA con 5%mol. de hematita (a) y 15%mol (b). Las impurezas influyen en la velocidad de crecimiento de los planos. El hierro ocupa los sitios tetraédricos y octaédricos e influye en la morfología del cristal durante su crecimiento. El intervalo OB´ tiene menos obstáculos para crecer y por lo tanto va a rebasar el plano. AGRADECIMIENTO Por otra parte, la distribución de las impurezas en los cristales también depende del gradiente de temperatura. En nuestro caso el calor sale del centro hacia el exterior, en direcciones perpendiculares a los frentes de crecimiento. Es por eso que las impurezas se desplazan del centro hacia la periferia. Eso explica también el alto contenido del hierro en las fronteras. Los autores agradecen al PAICYT (Universidad Autónoma de Nuevo León) por el apoyo económico recibido para la realización de este estudio. REFERENCIAS CONCLUSIONES 1. West Anthony R., Solid State Chemistry and its Applications, John Wiley & Sons,1984, p.12. La estructura de la superficie de la espinela se determina por los procesos de cristalización los cuales se caracterizan por una parte, por la naturaleza del fenómeno que tienen lugar en la cristalización (mecanismo del crecimiento), y por otra, por las peculiaridades del equipo (estabilización del régimen de calor). 2. Igor Levin, David Brandon, Metastable Alumina Polymorphs:Cristales and Transition Sequences, J.Am.Ceram.Soc., 1998, 81[8], p.1995-2012. 3. Kharissova O.V., Aguilar J.A., Ortiz U., Effect of Fe on Sintering of Al2O3-MgO-Fe2O3 Spinel , MRS Sym. Proc.,2000, vol.580, p.105 –110. La estructura de la superficie de la espinela es una estructura celular con escalones de crecimiento que indican el grado de desviación del equilibrio químico y termodinámico. 4. Ortiz U.,Aguilar J.,Kharissova O., Effect of iron over the magnesia-alumina spinel lattice, Advances in Technology of Materials and Materials Processing Journal, 2001, vol.2, no.2, p.107-116. 24 Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Business leadership and new structures of consciousness♦ Lorin Loverde* Abstract The proper scope of business includes a higher purpose for the corporate mission. Pursuing a beneficial transcendent purpose is becoming necessary to be competitive among world-class companies. New structures of consciousness can emerge in the new paradigm companies. Indirectly, these new structures of consciousness change what we expect and appreciate as we become more open and creative. Keywords: business ethics, spiritual evolution, organizational development, transformational leadership, structures of consciousness. Max Weber INTRODUCTION This article is written for business people who believe in Capitalism but who also assume that they do not have to make ethical choices about the structures of consciousness required by a successful business. A transcendent purpose was one of the foundations of early Capitalism. Now we need a new transcendent purpose through which business leaders will also have the opportunity to lead the social culture. The preferred performance option will support decentralized organizations that empower distributed leadership for creative and flexible response to dynamic markets. The key to this change is new structures of consciousness, which include personal identity and higher consciousness. It is the new structures of consciousness that will change what people appreciate and indirectly shape standards of art and beauty. Pursuing competitive advantage, we can benefit from such new structures of consciousness. ♦ Extracto del capítulo 9 del Vol. I libro «New planetary culture», en preparación. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 BUSINESS LEADERSHIP AND SPIRITUAL EVOLUTION In addition to John Clancy’s three basic purposes,1 a fourth, transcendent, purpose for business must be articulated and understood. Where does this strange purpose begin? We will look to Max Weber for an early insight into the idea that transcendent religious purpose can support the spanning of a profound contradiction that had blocked the emergence of capitalism as a system. Also in a previous article, I argued that the origin of this transcendent purpose was in the evolutionary developments of capitalism: capitalism in civilization (like the personality level in individual growth) is a mixed blessing. On one hand, positive capitalism pulls together the resources of the society for profit-making purposes and has thereby given the world vast increases in wealth, goods and services. On the other hand, negative capitalism can seek only profit rather narrowly to the detriment of ∗ Business Consultant, Director, Express English Language and Express Business, e-mails: lorinloverde@att.net.mx, and lorinloverde@hotmail.com 25 �Business leadership and new structures of consciousness the quality of life, ecological stability, and equitable distribution of wealth. In a word, capitalism also has a great potential for extreme selfishness on the planet. are three candidates for this higher purpose,3 higher needs of individuals, the common good, and the highest good. Transcendent Purpose Is spiritual evolution a relevant purpose of business? When business was conceptualized as being only an economic function, the business of business was business. Now, we recognize that business is inevitably also a psychological, social, cultural, environmental and moral function. Thereby, business organizations already have cultural impacts and shape the individuals in them. The only question now is what kind of cultural leadership will business exert and toward what purpose. This tacitly spiritual directionality already has been taken. The function of the NPC is to make those megatrends intelligible so transformational leaders can more readily support that transcendent purpose and benefit from it. So, capitalism as a system, (and each particular business leader who implements the system), has to pursue the larger purposes or risk the destructive side, such as ecological collapse, terrorism, or even political revolutions that will prevent it from functioning. Is setting a transcendent purpose for business an irrelevant concept? While business skeptics may reject such a transcendent motive out of hand, they would do well to study again the celebrated work of the sociologist, Max Weber. In his book The Protestant Ethic and the Spirit of Capitalism,2 Weber shows that early capitalism developed in Protestant settings: the religious underpinning was the spanning of a contradiction (gaining wealth but also saving it to have it available for capital reinvestment in business growth). The spanning of the contradiction was achieved by a transcendent purpose: we demonstrated on earth by our economic success that we were predestined to go to heaven after death; thus, our success was a sign of goodness, but we still had to avoid being extremely selfish with extravagant spending and conspicuous consumption so typical of non-Protestant cultures. For millennia societies struggled to establish greater wealth, but their “thisworldly” or material purposes simply did not have the same kind of power to span that vast contradiction of making money but not spending it on yourself. It took a transcendent purpose to achieve the combination of production of capital profit and preservation of capital for future investment. In addition to the three purposes of wealth generation, satisfaction of material needs, and enduring corporate institutions, we can refer the fourth and new transcendent purpose for business as the purpose to lead the culture in spiritual evolution. There 26 New Structures of Consciousness To change structures of consciousness requires (1) balancing the inclusive mode with the exclusive mode, (2) understanding the seven types of personal identity, and shifting the center of personal identity to a higher level.4 To go beyond is “trans” and embodiment is “form.” Thus, the word implies going beyond the form. Indeed, most of what we are is not physical, is not visible. Most of what we are is based on our structures of consciousness. 1. The basic structure of consciousness is the formation of self-centeredness by which the child gains selfawareness in addition to bodily sensation. 2. Then the child develops conscience and becomes capable of feeling guilt, eventually resulting in the moral structure to judge right and wrong. 3. Another structure of consciousness is the ability to use logic to identify independent variables and dependent variables outside of the self (active mind skills). 4. The advanced adult develops the personality Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Lorin Loverde structure of consciousness, which integrates the previous three: body, emotions, and mind, and the personality gains intense focus based on principles of exclusiveness: with strong self-esteem I hold to principles by which I reject what is not important to me and compete to gain what is important to me. 5. The more rare structures of consciousness are difficult but possible goals: strong transformation (i.e., irreversible transformations) by which the spiritual basis of the human being is recognized and developed through what Joel and Michelle Levey called quiet mind skills,5 where receptivity and inclusiveness become the new structures by which I expand what I am and cooperate to gain the common good. Alan T. Belasen As already argued by Michael Ray and others in relation to the new paradigm7 in business, these new interests of business gain benefit from these megatrends towards spiritual evolution: • People are better (innovative, adaptive, creative, trustworthy, dedicated, committed, etc.). • Customers are better (more intelligent, more Joel and Michelle Levey Then a cooperative climate can be sought. A leader must change his or her own personality first in order to be able to see what must be done even though it cannot be proved. Alan Belasen was right to point out how Jack Welch, head of General Electric, emphasized the need to fire effective managers who obtained results through the Theory-X style of aggression, but they did not fit the new culture of cooperation.6 The goal is better human beings, but they must be congruent with the companies’ needs. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 refined, able to appreciate more products and services–although these customers will also be less in need of unnecessary material. consumption and less tolerant of unsustainable growth impacts on the environment and on the society). The spiritually aware people will be less materialistic and less tolerant of inauthentic structures of consciousness. They will be less willing to support businesses that have high social costs of workaholic dedication, such as deterioration of the family, divorce, addiction, decadence, suicide, and similar social problems. Foundations of High Performance What is the “spiritual evolution” that is the purpose of business? First, people have to begin to view the common good in terms of the planet as a whole. Only 27 �Business leadership and new structures of consciousness institutions: to provide worthwhile constructs that serve to expand consciousness. While that may not sound like the function of a business enterprise at first, innovative, adaptive, creative, trustworthy, and dedicated will also serve to expand consciousness. Ikujiro Nonaka went so far as to say many creative efforts probably will not work unless the people are personally committed,10 wich paradoxically is also a prerequisite for achieving transpersonal structures of consciousness. Wayne W. Dyer thus can evolution of humanity proceed. Evolution is considered in the advanced spiritual view to be the progressive improvement of the forms so they have more and more capacity to contain the highest spiritual energies. Spiritual growth, development, aspiration, and new structures of consciousness all mean some kind of expansion of the form which we call the human being. This kind of transformational leadership goes beyond just influencing the beliefs of followers to align with the leader’s own. It requires the leader’s own transformation, which as Wayne Dyer notes means going beyond the materialistic interpretation of the mind/body form8 and takes place in such ways that new structures of consciousness can gain access to and become better containers of higher spiritual energies. Traditional structures of consciousness include personal identity and ego development, while new structures of consciousness include integration of the unconscious, the collective unconscious and access to higher (transpersonal) consciousness.9 This spiritual evolution allows successive generations to be born with more capacities than previous generations. The role of business in this destiny is similar to that of other social-cultural 28 Conversely, expanding consciousness also serves to instill in people those same qualities that are beneficial to business and other organizations. In sum, value-added enterprises can benefit from these spiritual and psychological traits. They are generally higher-order traits, so over the first few centuries of business activities, managers tended to assume that workers were somewhat like machines: mere resources to apply to production. However, as the market became more complex, competitive, and rapidly changing, it became obvious that “workers” were not machines, that high performance meant everyone solving problems, and rapid change meant that people needed stronger integrity. If traditional, charismatic leadership and rigid centralism change into transformational and distributed leadership, then the psychological and spiritual integrity of each worker will became much more important. Laurence Prusak has recognized trust as one of the most important fundamental in organizational integrity and performance.11 Larry Reynolds has linked high trust to a strong demand for responsibility.12 The psychologies of self-actualization, transpersonal psychologies, and now advanced spiritual disclosures of the path of spiritual evolution with their new structures of consciousness are all becoming necessary to remain competitive13 because they result in the following characteristics: 1. Better workers, capable of total quality management. 2. Better managers, capable of distributing leadership Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Lorin Loverde throughout the organization. 3. Better leaders, capable of stepping forward with knowledge-based leadership with situational impact as needed for short-term projects and anticipation of emergent opportunities needed for long-term commitment. 4. Better team players, capable of overcoming tunnelvision and narrow self-interest. monarchies are overthrown, and religions wane. Most world leaders of previous eras made the mistake of trying to impose one principle to reshape the horizon of social reality.15 This attempt to move the world from one point is still a risk as business leaders influence world horizons, but the emphasis has shifted to constant improvement rather than one, eternal solution that is better left to religion. 5. More competitive companies, capable of responding to rapid changes in competition and market conditions. In the current era, for developed nations and newly emerging markets business employs the vast majority of the population, so most of people’s time, attention, sources and purposes of money are involved with business organizations. In our era, each person in the organization has to become like the first four characteristics, supported by new structures of consciousness that allow the characteristics to emerge from the inside. On the other hand, the old morality tried to impose obligations from the outside. Regarding the fifth characteristic, companies certainly have to become better to sustain competitive advantage and improve faster than their competitors. In the past that meant massive size, like the multinational corporations. Now it means worldclass competitiveness in present markets and the ability to anticipate new markets, as Claus Otto Scharmer stated: “The challenge is to develop the capacity for ‘precognition’, the ability to sense and actualize emerging potentials…before they become manifest in the marketplace.”14 The New Business Role Why are businesses taking on this role of cultural evolution now? Before, business was a minor aspect of society–in those eras the driving institutions were political, military, religious, and artistic. In past eras the regions expanded into empires through military conquest. Likewise, the political leaders in the form of despots or monarchs had such vast power that they could drive the society in the direction they desired. Also in the past, religious leaders could exert powerful influence because they could rely upon the faith people had in certain religious tenants. But empires collapse, Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 These purposes are most of people’s worldly satisfactions in the form of products, services, entertainment, leisure, tourism, and continued education that are either produced by or provided by business organizations. Business organizations have taken a leading role in research, so even the old distinction has been softened between pure research in the universities and applied research in companies. Individual companies have become corporate cultures. Corporations embody values that shape the members of that culture hour after hour, day after day, year after year, decade after decade. Finally, other social institutions are failing in the USA and leaving it to business organizations to take the social responsibility for a wider variety of functions, for example: • • • • • Supplementing for parents the daycare for children. Supplementing for parents and government the re-education for high school “graduates” who did not learn in school. Supplementing for social clubs and churches the provision of friendship and fellowship in company-based teams, clubs, and associations. Supplementing for religions the task of providing meaning in life and a basis for self-esteem. Supplementing for churches and charitable 29 �Business leadership and new structures of consciousness organizations the task of helping the community. Supplementing for government the responsibility for cleaning up pollution, maintaining social order, and promoting the state of international peace needed to allow business to be conducted in a normal fashion. Businesses have not taken on these externalities as a self-appointed task; most business people tried to avoid these as unwanted expenses. But businesses simply cannot function well if the children of their employees are in danger home alone, if the new employees cannot perform basic skills (like reading, writing, mathematics, and thinking), if employees are depressed from sitting home alone, if employees are alienated because their society ignores them, if the surrounding community is so dangerous and disruptive that people cannot get to work and company plants are at risk. A key question is how to link personal happiness to the value dimensions of work? We must recognize the social deficits of moneybased values in the ecology of the human species, such as dysfunctional families, many types of neurosis, and decadence. • Of course, businesses should take on the responsibility for curbing their own pollution, and soon they will have to take more responsibility for not exhausting environmental resources. However, businesses are also banding together to attack the larger problems of pollution and clean up in general since an uninhabitable planet will hardly make a good place to do business. In a word, many social institutions are failing in the advanced economies of developed countries like the USA. In many developing countries, they lack the material benefits but they still maintain the traditional values of family and community. Part of our world challenge is to reaffirm, on one hand, the foundations of humanity in the family with social cohesion while promoting, on the other hand, the prosperity that has typically come from specialization in advanced industrialization and an unfortunate breakdown of the family unit. We are already seeing 30 James O’Toole the beginnings of this bridging in the rising importance of teamwork, cooperation, trust and social capital. We cannot achieve business success at the price of family breakdown and personal dysfunction such as addition, decadence, aggressiveness, or suicide. As Patricia Laurent accurately summed up, we must also preserve the ecology of the human species.16 Business is an institution that is thriving and has the wealth and resources, has the time and attention of the people, so businesses are having to take over more and more social functions simply because in some countries there are not sufficient alternatives. James O’Toole has shown how the vanguard business leaders embrace this challenge to serve the common good: Says Levi’s Walter A. Hass, Jr.: ‘Business legitimacy is being questioned on two broad fronts–its conduct, structure, and attitude as an institution, and its performance as a supplier of goods and services to the public. In both areas…what the public hears and sees has created an atmosphere among them that can be described only as one of substantial and growing mistrust...Any American corporation–or American corporations collectively–can reach the end of the trail by failing to respond to the pressures of the Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Lorin Loverde sociopolitical world just as surely and just as fatally as by failing to respond to the pressures of the marketplace.’ ...In general, polls show that Americans feel corporations operate almost exclusively for the benefit of managers and stockholders. When asked who these corporations should serve, the vast majority of Americans say business should also operate for the benefit of customers, employees, and society as a whole.17 This is a view which leaders in world-class corporations recognize, as noted in the above quote about the need for a corporate raison d’être. Performance Options All of the business functions as well as the new social responsibilities of companies can be performed with at least two options as shown in Table I. All of the option-one items in the pairs described above are promoted by the new paradigm in business, what Belasen identified as leadership in the learning organization,18 and TQM; and they also serve the path of spiritual evolution.19 Belasen has also given us an extremely important insight into the balancing required since an organization sometimes requires flexibility and other times more control, equally sometimes it requires internal improvements and other times external market focus. All of Option Two, Minimum Ta b l e I . O p t i o n s f o r f u n c t i o n s a n d r e s p o n s i b i l i t i e s t o b e p e r f o r m e d i n b u s i n e s s Op tio n On e , H ig h P e rfo rma n c e O p t i o n Tw o , M i n i m u m P e r f o r m a n c e P r o m o t e t he hi g he r p u r p o s e o f s p i r i t ua l e vo l ut i o n Ig n o r e h i g h e r p u r p o s e s a n d c o n c e n t r a t e o n b us i ne s s g o a l s E nc o ur a g e a s e ns e o f D e m a nd t ha t e a c h m e r e l y " l o o k o ut f o r num b e r o ne " a nd s t r i ve f o r s e l f - i nt e r e s t i n c e nt r a l i ze d a ut ho r i t y s e r v i c e t o o t he r s E nha nc e c r e a t i v i t y t hr o ug h e d uc a t i o n a nd e m p o w e r m e nt i nd i vi d ua l l y a nd t he l e a r ni ng o r g a ni za t i o n c o l l e c t i ve l y Ig n o r e c r e a t i v i t y b y i m p o s i n g r u l e s , r e g ul a t i o ns , e nc r us t e d l a w s , t r a d i t i o ns , a nd r e s t r i c t i o ns In f u s e l i f e w i t h m e a n i n g t h r o u g h c h a l l e n g e s t o i m p r o v e , g r o w, a n d t r a n s f o r m C o nc e nt r a t e o n t he r o t e , r o ut i ne , a nd r e p e t i t i ve m e c ha ni c a l p r o c e d ur e s E m p o w e r p e o p l e t o c h a n g e a n d g r o w, p r o vi d i ng t he ne c e s s a r y p r e p a r a t i o n a nd s up p o r t , i nc l ud i ng a n e nvi r o nm e nt o f t r us t a nd r e s p o ns i b i l i t y C o ns t r a i n p e o p l e t o c o nt i nue t o p e r f o r m t he s a m e t a s k s e ve n i f t he y b e c o m e c r ys t a l l i ze d i n r o ut i ne , p r e d i c t a b l e , f unc t i o na r y w o r k P r o m o t e t e a m w o r k a nd c o o p e r a t i o n t hr o ug h ho r i zo nt a l i nt e g r a t i o n Is o l a t e p e o p l e i n s p e c i a l i z e d a n d v e r t i c a l l y s e g m e nt e d f unc t i o ns a nd d e p a r t m e nt s E xp a nd i nf o r m a t i o n, d i s t r i b ut i ng i t t hr o ug h b e t t e r k no w l e d g e m a na g e m e nt s ys t e m s a nd c o m m uni c a t i ng w i t h a u t h e n t i c d i a l o g u e , i nc r e a s i ng t he b a s i s f o r t r us t a nd o p e n e xc ha ng e H i d e i nf o r m a t i o n, r e d uc e c o m m uni c a t i o n t o a ne e d - t o - k no w b a s i s , l e a vi ng p e o p l e i s o l a t e d , d e c r e a s i ng t he b a s i s f o r t r us t b ut p r e ve nt i ng p e o p l e f r o m e xp l o i t i ng a ny c o m p a ny s e c r e t s C o nt r i b ut e p h i l a n t h r o p i c a l l y w i t h ti me , m o n e y, a n d e x p e r t i s e t o t h e c o m m o n g o o d f o r a s us t a i na b l e e nvi r o nm e nt a nd ha r m o ni o us p l a ne t a r y c o m m uni t y R e t a i n p r o f i t s f o r s e l f - i nt e r e s t e d p ur p o s e s o r na r r o w l y c o nc e i ve d p r o f i t m a k i ng , s uc h a s o nl y s ha r e ho l d e r i nt e r e s t s S t r e n g t h e n i n t e g r i t y a n d q u a l i t y, l i s t e n t o c r i t i c i s m , us e f a i r p r o c e s s e s t o i nvo l ve a l l c o nc e r ne d i n t o ug h d e c i s i o ns S t r e ng t he n m a s s a nd e c o no m i e s o f s c a l e , vi e w q ua l i t y a s a d i f f i c ul t e xp e ns e , l o o k f o r s ho r t c ut s , s up p r e s s c r i t i c i s m , m a k e t he t o ug h d e c i s i o ns a nd i m p o s e t he m Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 31 �Business leadership and new structures of consciousness Performance, retard spiritual evolution even though they may temporarily promote individual welfare and impose organizational control. Option One, High Performance, can serve the common good, but an exclusive emphasis on economic growth in Option One might doom humanity to destruction of society, destruction of the life-sustaining environment, and destruction of the human spirit. expansion of the Performance Option One will not depend upon romantic altruism but on the competitive advantage gained in world markets. There already exists a basis in current (vanguard) practices for business to promote their competitive advantage and in that process also promote ecological security20 and spiritual evolution. But it is at a crossroads and capitalism as a system could, by the choices made by its business leaders, pursue either option. CAPITALISM AT THE CROSSROADS Gradually, business leaders will learn new and better ways to articulate this fourth purpose of the company. The idea of serving spiritual evolution is indeed too large, too abstract a concept for most of the people in society to understand as an idea. Capitalism as a system is at a crossroads. In the past, it did give great solace to the forces of extreme selfishness on the planet by emphasizing the options of unrestrained growth and has as a result brought us today to a world crisis with high risks and much misery along with its not-too-well distributed material benefits. Capitalism as a system (and business enterprises functioning in it) has not yet by the 21st Century changed to pursue the Option One in mass. The vast majority of the enterprises still pursue the Minimum Performance Option Two, and humanity on a planetary scale suffers the consequences of businesses remaining selfish, centralized, and irresponsible. The vanguard business people are recognizing that the old order has too many risks in itself, especially risks of ecological collapse and/or world revolution, terrorism or paranoia about the dark side of globalization that can reject and attack the worst aspects of the capitalist system. Therefore, the vanguard business people are searching for ways to support necessary personal growth, the common good, and spiritual evolution. The Vanguard Performance Option One is already being pursued by an important number of businesses. These are vanguard enterprises that lead the way to a very different kind of capitalism–if they become the new standard. Again, a major reason for the future 32 Embodiment of Purpose Everyone can understand the specific positive options which businesses can take by using the new paradigm. Instead of wrestling with abstractions, these kinds of concrete actions promote a tangible and attractive version of the more abstract idea of spiritual evolution. Religion can be a powerful vehicle for transcedent purposes as long as it does not become fanatical or a cult-like denial of free will. Here is what I call the opportunity for another era: the Catholic spirit and the ethics of Capitalism. A local exemplar in Monterrey, Mexico, is Juan Guadalupe Marcos Giacoman, founder of Lambi, S.A. de C.V. An international example with an Eastern approach is Konosuke Matsushita, founder of21 the world-wide company Matsushita Electric, Ltd. In this fashion, spiritual aspirants in businesses can seize the moral high ground and offer a transcendent purpose to people in very concrete ways: through enhancement of creativity, innovation, personal growth, learning, flexibility, cooperation, trust, and the many other qualities developed in the new paradigm for business. Business does not lead culture directly by imposing a functional style or a marketplace standard of value; business will lead culture indirectly by supporting the new structures of consciousness. Art and beauty will Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Lorin Loverde obtained off the planet (e.g., asteroid mining, etc.), off-planet cities (e.g., space stations and other planets), as well as new technologies to optimize other materials (e.g., nanotechnology and materials research). Konosuke Matushita. change when the people of the culture appreciate spiritual growth. This will help the appreciation and support for the arts, which is needed as Gabriel Zaid pointed out: on one hand it is not fair for society to expect the artists to support their work only through personal sacrifice, but on the other hand the current marketplace is too tied to tradition to be able to appreciate leading-edge art.22 New structures of consciousness will value and purchase new types of art. Moral Choice The new paradigm for business supports a global consciousness. Part of the question is whether these global companies give people an illusion of an achievable standard of living that the planet cannot support if extended outside highly developed countries to the rest of the world. Surely, sustainability will not allow all nations to have the same standard of living as the USA if we are limited to the resources of the planet. There are too many people. Thus, responsible growth includes alternative technologies (with alternative sources of energy), material resources Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 If all of these alternatives fail, the direction of spiritual evolution has to be prepared to make the moral choice of reducing consumption by the privileged few in order to share with the underprivileged many. On the basis of materialism and self-interest, this option seems impossible; however, the key to the NPC is that our directionality is away from mere self-interest towards the common good. If we do not even believe in the possibility of spiritual evolution, then individual paranoia can overcome the progressive desire to serve human welfare and reassert the regressive desire that each of us falls back to “looking out for number one,” drawing us back to the triumph of the terrorist, the devotion of the fanatic, the will of the despot and the war of all against all. Businesses will improve their operations by promoting spiritual evolution and will gain competitive advantage because spiritual evolution also supports decentralized organizations that empower distributed leadership for flexible response to dynamic markets. In the process of improving their operations, business leaders can also find more creative options to lead us towards the common good, support new structures of consciousness and go even further to envision the highest good. In sum, my thesis is that strong transformations of structures of consciousness will benefit future worldclass competitiveness. Inherent in this level of competition is a strong orientation to the good. REFERENCES 1. Loverde, Lorin, «Business Leadership and Higher Purpose,» Ingenierias: Revista de Divulgación de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, México , Vol. 5, No. 14 . 33 �Business leadership and new structures of consciousness 2. Weber, Max, The Protestant Ethic and the Sprit of Capitalism, Charles Scribner’s Sons, New York: 1958. 12. Reynolds, Larry, The Trust Effect: Creating the High Trust High Performance Organization, Nicholas Brealey Publishing, London: 1997. 3. Op. cit., Loverde, Ingenierias, Vol. V, No. 14. 13. Op. cit., Loverde, Lorin, “Psychological and Moral Foundations” Ingenierias, Vol III, No 7. of Organizational Development,” Ingenierias, UANL, Vol. III, No. 7, April, 2000 (http://www.uanl.mx/ publicaciones/ingenierias) 4. Loverde, , Lorin, “Psychological and Moral Foundations of Organizational Development,” Ingenierías, UANL, Vol. III, No. 7, April, 2000 (http://www.uanl.mx/publicaciones/ingenierias) 5. Levey, Joel and Michelle Levey, “Wisdom at Work: An Inquiry Into the Diumensions of Higher Order Learning,” in The Learning Organization: Developing Cultures for Tomorrow’s Workplace, edited by Chawla, S., and Renesch, Jorh, Productivity Press: Portland, Oregon, 1995. 6. Belasen, Alan T., Leading the Learning Organization, Communication and Competencies for Managing Change, State University of New York Press, Albany: 2000, p. 405. 7. Ray, Michael and Alan Rinzler, eds, The New Paradigm in Business: Emerging Strategies for Leaders and Organizational Change, Jeremy P. Tarcher Books, Putnam Publishing Group, New York: 1993. 8. Dyer, Wayne W., You’ll See it When You Believe It, William Marrow and Company, Inc., New York: 1989. 9. Op. cit., Loverde, Ingenierias, Vol. III, No. 7 10. Nonaka, Ikujiro, “The Knowledge Creating Company,” Harvard Business Review, Nov-Dec 1991. 11. Prusak, Laurence, and Don Cohen, “How To Invest in Social Capital,” Harvard Business Review, June, 2001. Note, I have found Mexican companies have well developed social capital, implying that developed nations have gone too far with the “scientific management” of Theory X that preferred control over relationships. We need the head and the heart. 34 14. Scharmer, Claus Otto, “Self-transcending Knowledge: Sensing and Organizing Around Emergent Opportunities,” Journal of Knowledge Management, Vol. 5, No. 2 (www.emerald-library.com) 15. Loverde, Lorin, “Western Civilization on Trial,” Main Currents in Modern Thought, 29:2, December, 1972, reprint of presentation to the American Association for the Advancement of Science. 16. Laurent Kullick, Patricia, “La separación familiar,” El Norte, 1 Feb 2001, p. 7A. (www.elnorte.com) 17. O’Toole, James, Vanguard Management: Redesigning the Corporate Future, Double Day & Co., Garden City, NY: 1985, p. 340-341. 18. Op. cit, Belasen, p. 34ff. 19. Op. cit., Loverde, Ingenierias, Vol. 3, No. 7 20. Zey, Michael G., Seizing the Future: How the Coming Revolution in Science, Technology, and Industry Will Expand the Frontiers of Human Potential and Reshape the Planet, Simon & Schuster, New York: 1994. 21. Matushita, Konosuke, Not for bread Alone: A Business Ethos, a Management Ethic, PHP Institute, Inc., Kyoto, Tokyo, Japan: 1984 22. Zaid, Gabriel, “Dinero Para La Cultura,” Letras Libres, Jan 2002, No. 37, p. 12 (www.letraslibres.com) Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Algunas reflexiones sobre el profesor de ciencias a nivel superior Manuel Rojas Garcidueñas* Presenciamos profundos cambios en las universidades. No hay qué temer; los hubo en el racionalismo del siglo XVIII y en el XIX por la Revolución Industrial. Pero el concepto básico debe sostenerse: la universidad fue creada para la preservación y el avance del conocimiento. Si se cree en el valor de la ciencia para el bienestar de la humanidad, no habrá duda de la importancia de preservar la universidad, cuya figura central es el profesor. Es imposible discutir la problemática del profesor en pocas páginas, pero no será ocioso hacer algunas reflexiones al respecto. “La universidad es lo que sus profesores son”, es frase a menudo interpretada como “la universidad es tan buena o mala según lo sean sus profesores”; cierto, pero tan obvio que no valdría la pena decirlo. El significado oculto es que los propósitos de la institución se identifican con los de sus miembros en procurar la preservación y el avance del conocimiento. A diferencia de una empresa, donde cada empleado tiene motivaciones personales y la institución debe de alguna manera, encausarlos o aun constreñirlos. De aquí nace la libertad académica bien entendida, pues nadie sabrá mejor que el profesor cómo graduar la importancia de los tópicos en sus cursos, qué metodología es la más apropiada en cada caso, hacia donde orientar sus investigaciones. Él es quien más se preocupará por cumplir los fines institucionales de preservar y avanzar el saber. Tampoco está sujeto al secreto industrial: comunica sus logros en congresos y revistas y expresa sus juicios de manera libre. Tendrá deberes: cumplimiento de programas, exámenes, reportes, pero ello estará acorde con su propósito personal. No hay institución que brinde una libertad comparable a la académica pues es función de la universidad “crear una atmósfera donde los estudiantes descubran sus intereses” (Commoner 1). Bien dice Farson2 que la pregunta ¿Funciona bien? ¿Es útil? no se hace ♦ Publicado en la revista Ciencia UANL, Vol. V. No. 1, Enero-Marzo 2002. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 acerca de cosas realmente importantes como “un noviazgo, una sinfonía o una educación universitaria”, sino de cosas no muy importantes como “productos o programas de entrenamiento”. Actualmente parece haber confusión en el propósito del posgrado, que no pocas veces se toma como una preparación en un área profesional especializada; lo es por cierto, pero es un nivel universitario superior que debe comunicar una mayor comprensión y visión crítica de la ciencia, y una apertura de la mente al pensamiento objetivo, lógico, propio de la ciencia. Es tarea de los profesores evitar que el posgrado se desvirtúe, pasando a ser una especialización y a veces un mero entrenamiento. Existe ahora preocupación por el aspecto cultural de los alumnos, y es plausible. Pero debe considerarse que ser culto significa haber estructurado los valores y conocimientos en un proyecto de vida y tener la capacidad de entender e insertarse en la sociedad, en el lugar y tiempo en que se vive. En el mundo actual la ciencia es un elemento cultural imprescindible, pues vivimos inmersos en la tecnología. Si el profesor es como debiera serlo- un hombre culto, formará discípulos cultos insensiblemente, «de paso» por así decir* Profesor Emérito del ITESM y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. 35 �Algunas reflexiones sobre el profesor de ciencias a nivel superior lo, en la exposición de su curso. Realmente es el conjunto universitario, alumnado y cuerpo docente, el que actúa cultivando y educando, pues «al adiestrar la inteligencia adiestra la voluntad, disciplinando al individuo como un todo» (Blanshard3). La universidad es lo que sus profesores son. Si en el cuerpo docente prevalecen los «escaladores», que solamente se preocupan por el ascenso en la administración, o los que toman la academia como un paraguas que los libra de la lucha por la vida, o quienes, como los presos, van tachando los días que faltan para la jubilación, la universidad será como la mítica de Winnemac: «una fábrica productora de hombres y mujeres que llevan vidas morales, son sociables, son emprendedores en los negocios y de vez en cuando mencionan libros que ya se sabe que no tienen tiempo de leer» (Lewis4 ). Un profesor de ciencias a nivel superior precisa de un conocimiento profundo y actualizado de su materia y tener una doble lealtad: a su institución y a su profesión. Debe sujetarse a cierta disciplina institucional sin duda, pero siempre deberá ser un profesional de su rama. Un profesor de la Sorbona asevera: «El mito de la pedagogía general resulta de una transposición abusiva de la enseñanza primaria a la superior y ha causado estragos, al persuadir que el método de enseñanza es más importante que el contenido de la instrucción» (Kourganoff5). Podría atestiguar con ejemplos observados en mis años de magisterio la verdad de este aserto. Dos peligros acechan al profesor. El primero es la obsolescencia o «fosilización». Cada semestre enfrenta un nuevo grupo que ignora la materia y forzosamente debe repetir información; si no cuida de incluir los conocimientos recientes, aun cuando no sean muy importantes o relevantes para un curso básico profesional, al cabo de unos años recitará cada semestre conocimientos quizá obsoletos o tan conocidos que han pasado a ser tema de niveles educativos inferiores. 36 El segundo peligro es la vanidad. Muchas universidades mexicanas no pueden contar con un amplio cuerpo docente, teniendo solamente un especialista en cada campo específico de ciencia. Sin duda los colegas de otras áreas respetarán el saber del especialista, quien se sentirá cada vez más seguro de sus juicios y aun de sus opiniones y llegará a creerse un gran pensador que al hablar ilumina a la humanidad, por lo cual se cierra a toda objeción e incluso (y he conocido casos) a los nuevos métodos y conocimientos. Para prevenir estos peligros lo mejor es que el profesor no deje de ser un miembro de su profesión, perteneciendo a sociedades científicas, subscribiéndose a revistas de su campo y manteniendo contacto con sus colegas en otras instituciones. También es necesario acudir a cursillos de actualización, sean internos o externos, así como a congresos, si es posible como ponente, o al menos como asistente interesado. Si tiene proyectos de investigación debe publicarlos en revistas adecuadas. En tales situaciones sus juicios serán confrontados y discutidos, compartirá dudas y así su autoestima tomará un nivel adecuado, y su profesionalidad se verá estimulada. Para cumplir su misión de hacer avanzar el conocimiento, la universidad debe investigar; sin embargo, es discutible que todo profesor deba involucrarse en investigación para lograr reconocimiento y promoción en salario o jerarquía, sobre todo a nivel de li- Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Manuel Rojas Garcidueñas cenciatura. La investigación puede ligar al recinto académico con el mundo exterior de la explotación racional de recursos, la producción industrial o agrícola, etc. , cuando se tienen proyectos de ciencia aplicada y de resultados más o menos acorto plazo. Participar en este tipo de proyectos puede ser muy ventajoso para el profesor, pero existen también proyectos de ciencia básica muy valiosos; aunque ahora, por el desarrollismo, se vean un tanto despreciados. No puede haber tecnología de avanzada o desarrollo de las aplicaciones, si se carece de ciencia básica: por eso es básica. Si por sus objetivos muchas instituciones oficiales deben abocarse a resolver los problemas inmediatos de la sociedad, toca a las universidades enfrentar otros problemas quizá no de urgente resolución, pero sí de importancia para el desarrollo del saber. Price6 diferencia entre gran ciencia y pequeña ciencia. La primera se dirige a temas amplios y complejos a veces de gran impacto social, que exigen una estrategia de planeación, la participación de diversos especialistas y generalmente mucho dinero. La pequeña ciencia ataca problemas específicos, pero de valor científico, quizá poco relevantes en sí mismos, pero que al encajar con otros representan un real avance en el conocimiento y que no son muy costosos. Si no hay patrocinio para proyectos de gran ciencia, el profesor siempre encontrará tópicos de pequeña ciencia que puede atacar con la ayuda de algunos alumnos y con poco presupuesto. En todo caso, debe permitirse que el profesor elija los objetivos de su investigación, pues sin libertad difícilmente habrá la creatividad que la investigación demanda. universidad, lo que es una manera de investigar, y desmentirían el juicio denigratorio, según el cual los que saben cómo hacer están en trabajo profesional y los que no saben están enseñando. El tópico de la investigación se liga, para el profesor, con el de la tesis, pero esto queda fuera del alcance de este artículo; el tópico está revisado en un artículo anterior.7 REFERENCIAS 1. Commoner, H. S. Is the university to blame? En: Hard Rains. Ed. R. y Disch y B. Schwartz. Prentice Hall Englewood Cliffs. 1970. 2. Farson, R. Of the world in 1984. En Hard Rains op. cit. 3. Blanshard, B. Los valores; estrella polar de la educación. En: Fines de la Educación Superior. UTEHA. México. 1963. 4. Lewis Sinclair. Arrowsmith. Random House. New York. 1925. 5. Kourganoff, V. La cara oculta de la universidad. EUDEBA (Edit. Univ. de Buenos Aires). 1972. 6. Price, D. J. Hacia una ciencia de la ciencia. Ariel Barcelona. 1973. 7. Rojas Garcidueñas M. Consideraciones sobre la tesis profesional. CiENCiA UANL III(1):21-24. (enero-mayo 2000). El profesor que investiga cumple cabalmente la misión de la universidad y se libra del peligro de la «fosilización». Es también un ejemplo para los alumnos, motivándolos no solamente con sus palabras, sino con sus acciones. Sin embargo, hay excelentes profesores que no sienten el impulso de encontrar cosas nuevas; sería muy deseable que participaran en asesorías técnicas profesionales en su área fuera de la Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 37 �Nucleación y crecimiento unidimensional Parte I: El modelo y su validación Virgilio A. González G.* Carlos A. Guerrero S., Juan A. Aguilar G.* Abstract The development of a one dimension simulation model of nucleation and growth phenomena was done. The model is validated under the scope of the shape of growing curves, the effect of heterogeneous nucleation and the Avrami-Jonson-Mehl equation. The results of the simulation show deviations from de Avrami model that could be taken as imprecision of the model. Keywords: Nucleation, growing, model, Avrami, simulation. INTRODUCCIÓN Innumerables fenómenos físicos, químicos y biológicos se desarrollan mediante un proceso de generación de puntos aislados que crecen paulatinamente, adoptando formas bien definidas hasta cubrir parcial o totalmente el volumen o la superficie donde se desarrollan; algunos ejemplos importantes son: la corrosión de metales, las infecciones en organismos, y la solidificación o cristalización de algunos materiales. Es obvio que la comprensión de dichos fenómenos es de vital importancia en el desarrollo tecnológico de las diversas áreas del conocimiento, ya que implica prever tiempos de fallas en materiales debido a la corrosión, conocer con precisión los tiempos de desarrollo de algunas enfermedades infecciosas o controlar, durante el procesado o transformación las propiedades de los materiales mediante el manejo de su morfología de cristalización. Este trabajo está enfocado al fenómeno de nucleación y crecimiento de cristales para formar granos (metales y cerámicos) o esferulitas (principalmente en polímeros), morfologías que son un factor importante en las propiedades mecánicas que adquieren los materiales. Nuestro interés es esclarecer conceptualmente el fenómeno hasta llegar a modelar la formación de granos o esferulitas en tamaño, número, forma y tiempo de cristalización. 38 Los resultados de este modelo fenomenológico permitirían mejorar los modelos de crecimiento fractal. En esta primera parte se describe el modelo utilizado y el desarrollo del simulador. En una segunda parte se analizarán los resultados de las simulaciones realizadas. ANTECEDENTES Cinética de nucleación y crecimiento Las isotermas de cristalización de cualquier material, expresadas como la fracción volumen de material cristalino “φ(t)” en función del tiempo “t” tienen forma de “S” y el modelo más aceptado para descri1-3 birlas es el de Jonson-Mehl-Avrami, conocido simplemente como el modelo o la ecuación de Avrami, el cual se expresa mediante la ecuación 1: ln (1-φ(t)) = -ktn * (1) Doctorado en Ingeniería de Materiales. F.I.M.E. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Virgilio A. González G., Carlos A. Guerrero S., Juan A. Aguilar G. Dimensionalidad del crecimiento Unidimensional Bidimensional Tridimensional Modo de Nuc. Hetero Homo Cte. de velocidad «k» (A )ρ n Gl «n» 1 (A 2 )Gn Gl 2 Hetero Homo (πE )ρ nGl2 (πE 3)GnGl2 2 Hetero (4π 3 )ρ n Gl3 3 Homo (π 3)G n Gl3 4 3 Tabla I. Valores teóricos o ideales de las constantes de la función de Avrami.4 Donde: A es el área tranversal de la barra en crecimiento, E el espesor del disco, ρn la densidad de nucleación, Gn la rapidez de nucleación y Gl la rapidez de crecimiento lineal de la morfología. En esta expresión, “k” se conoce como la constante de velocidad (aunque debería ser de rapidez) y “n” como el exponente de Avrami, el cual se relaciona con la geometría de crecimiento según se reporta en la tabla I. En esta tabla podemos hacer varias observaciones y precisiones, Primero, el carácter homogéneo o heterogéneo de la nucleación se refiere a que si los núcleos se formaron todos al mismo tiempo al inicio de la cristalización debido a alguna perturbación energética, v.g. ondas de transcurso de la cristalización por efecto exclusivamente de las variables termodinámicas (cristalización homogénea), en este último caso se asume que la rapidez de formación de núcleos “Gn” es constante. Segundo, la dimensionalidad del crecimiento se ejemplifica en la tabla I mediante una barra de sección transversal circular, un disco y una esfera, sin embargo éstas pudieran tener otras geometrías como barras de sección transversal cuadrada, Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 Fig. 1. Ejemplos de diferentes geometrías creciendo en una, dos o tres dimensiones. paralelepípedos, cubos o bien figuras de geometría compleja. En la figura 1 se ejemplifica lo antes dicho. Como se puede apreciar en la figura 1, la geometría del cristal en crecimiento no es determinante de su dimensionalidad, y además las ecuaciones que determinan la constante de rapidez (tabla I), pueden ser generalizadas según las ecuaciones 2 y 3 k = K g ρ nGln k = K g GnGln +1 Nuc. Heterogénea (2) Nuc. Homogénea (3) donde Kg es una constante geométrica que depende de la forma de los cristales y n es la dimensionalidad del crecimiento y que toma valores de 1 para crecimiento unidimensional, 2 bidimensional y 3 tridimensional. Esta dos ecuaciones cubren todas las posibilidades mostradas en la tabla1. Si además definimos “ϕ” como una variable relacionada al tipo de nucleación y que toma el valor de 0 para nucleación heterogénea y 1 para nucleación homogénea, entonces las ecuaciones 2 y 3 las podemos 39 �Nucleación y crecimiento unidimensional Parte I: El modelo y su validación escribir como una sola expresión según la ecuación 4: (4) k = K g ρ n1−ϕ Gnϕ Gln por lo que la ecuación 1 la podemos escribir como: (5) ln(1 − φ (t )) = − K g ρ n1−ϕ Gnϕ Glnt n+ϕ Esta última expresión, tiene la ventaja de hacer una nueva consideración en vías de generalización. Nos referimos a la existencia o ausencia de homogeneidad de la nucleación. De acuerdo a lo que se ha tratado hasta ahora, el valor de ϕ sólo puede tomar valores de 0 y 1; 0 cuando hay una gran perturbación que provoca la formación de una cantidad determinada de núcleos primarios (r n ), aunado a una rapidez de nucleación homogénea suficientemente lenta (Gn pequeña) como para que no se formen nuevos núcleos en el transcurso de la cristalización. El valor de ϕ es 1 en otro caso extremo, cuando no hay formación de núcleos sobre impurezas, agentes de nucleación u otras perturbaciones y por lo tanto todos los núcleos se forman en el transcurso de la cristalización, teniendo como fuerza directora las variables termodinámicas. Fig. 2. Modelo de nucleación heterogénea y crecimiento unidimensional. a) muestra sin núcleos, b) formación de núcleos, c) crecimiento de núcleos, d) representación en “conos de tiempo” etapa de la cristalización (b en la figura 2) y su crecimiento se aprecia en los diferentes tiempos, variable que está representada en las ordenadas (c en la figura 2), este desarrollo de la cristalización se puede representar con lo que se conoce como “conos de tiempo”5 (figura 2d), simplificando así considerablemente el análisis. EL MODELO Ahora podemos plantear la existencia de casos intermedios, es decir situaciones en las que además de formarse núcleos primarios sobre heterogeneidades, todos ellos al inicio de la cristalización, también se forman nuevos núcleos de carácter homogéneo en el transcurso de la cristalización. En este caso es de esperarse que la variable ϕ definida anteriormente tome valores fraccionarios, esto es: 0 < ϕ < 1. En una muestra unidimensional de longitud “1”, se formarán “N” núcleosa un tiempo inicial “t0”; en todas las posiciones de la muestra hay la misma posibilidad de que se forme un núcleo. La rapidez lineal de crecimiento “G1” de los núcleos en la dirección “1i” está dada por la ecuación 6: (6) G = d (l ) d (t ) = ∆l ∆t Para demostrar esta hipótesis se puede plantear un modelo computacional de los fenómenos de nucleación y crecimiento. Para simplificar el problema se limita el crecimiento a una sola dimensión, así tenemos núcleos que se forman como puntos que crecen como segmentos de rectas sobre una muestra también unidimensional, es decir sobre una recta (figura 2). En esta ecuación, ya que todos los núcleos crecen a la misma velocidad, se elimina el subíndice “i” que representa a cada núcleo en particular. De esta forma, la longitud de cada núcleo a un tiempo t > t0 está definido por la ecuación 7: En esta figura se grafica sobre un segmento de recta (recta a) los núcleos que para el caso de nucleación heterogénea se forman al mismo tiempo en la primera 40 l li = Gl (t − t0 ) = 1 2 Gl t + 1 2 Gl t (7) En esta última expresión el tiempo inicial es cero (t 0 = 0) y se ha dividido en la suma de los dos Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Virgilio A. González G., Carlos A. Guerrero S., Juan A. Aguilar G. segmentos de líneas a partir del centro de crecimiento (figura 3). mos, respectivamente. La fracción de longitud de la muestra cubierta al tiempo “t” por los cristales en crecimiento “φ(t)”, está definida por la ecuación 10: N φt = ∑l i (10) i =1 l La simulación concluye al momento en que se cubre toda la muestra con los cristales en crecimiento, es decir cuando φ(t)=1. La figura 4 muestra el diagrama de flujo de la simulación. Fig. 3. Esquema de formación y crecimiento de dos núcleos. En la figura podemos apreciar como a t0=0 se forman dos núcleos (n1 y n 2) que crecen a una velocidad constante de tal suerte que al tiempo t1 su tamaño se puede calcular mediante la expresión de la ecuación 7, pero que una vez que chocan entre sí el cálculo se tiene que hacer mediante la expresión de la ecuación 8: l1 = l2 = 1 2 Gl t + 1 2 x2 − x1 (8) Así mismo, si un núcleo n2 ya no crece debido a que ya ha chocado por ambos lados con los núcleos n1 y n3, su tamaño se calcula mediante la ecuación 9: l2 = 1 2 x2 − x1 + 1 2 x3 − x2 (9) Ahora podemos plantear el modelo de simulación de la siguiente manera: una muestra unidimensional de longitud “l” en la cual a tiempo t0=0 se forman N núcleos en posiciones al azar, teniendo todas ellas la misma probabilidad de que se forme un núcleo; en seguida cada núcleo crece con el tiempo en forma unidimensional un tamaño l i , definido por las ecuaciones 7, 8 o 9 según: a) no choque con otro núcleo o con los límites de la muestra, b) choque solo por uno de sus extremos o c) choque por ambos extre- Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 Fig. 4. Diagrama de flujo del simulador unidimensional de nucleación y crecimiento. Del esquema sólo es necesario mencionar que para la generación de núcleos al azar se utilizó una función que genera los números en base al reloj de la computadora, para la ordenación se tomó como referencia las distancias de los núcleos a uno de los extremos de la recta representando la muestra y para el graficado se escaló la posición y tamaño para una resolución de 640 pixels (unidad de longitud) y 700 pixels (unidad de tiempo). 41 �Nucleación y crecimiento unidimensional Parte I: El modelo y su validación RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la figura 5 se presentan los resultados de simular la nucleación y el crecimiento con las diferentes variantes posibles en cuanto a tipo de nucleación (homogénea, heterogénea o ambas), y delimitando las fronteras de la muestra en las posiciones 0 y 1 o bien muestras de longitud infinita, en donde el extremo de la derecha se supone como conectado al extremo de la izquierda, es decir, podemos imaginar estas muestras como un alambre en forma de anillo, en el cual está sucediendo el fenómeno estudiado, por ejemplo corrosión o bien cristalización. La geometría y las condiciones de operación usadas en la simulación fueron: a)longitud de la muestra l =1, velocidad de crecimiento Gl = 0.003, rapidez de nucleación Gn=0.003, densidad de nucleación rn=42 en nucleación heterogénea y rn=10 cuando coexisten ambos tipos de nucleación. La figura 5 muestra que nuestro simulador está funcionando correctamente, observando que en las simulaciones de nucleación heterogénea (figuras 5a y 5b), todos los núcleos se forman al inicio de la simulación inician a (t = 0). En nucleación homogénea (figuras 5c y 5d) se inicia con un núcleo y el resto se va for- Fig. 5. Simulación de nucleación y crecimiento considerando nucleación heterogénea con rn=10. a) para una muestra acotada, b) para una muestra infinita. 42 mando conforme transcurre el tiempo (los conos inician a diferentes tiempos). Y en las simulaciones donde coexisten ambas formas de nucleación (figuras 5e y 5f) a tiempo cero se forman los 10 núcleos esperados (rn=10) y paulatinamente se forman los demás. Además observamos cómo en las muestras acotadas (figuras 5a, 5c y 5e), los núcleos de los extremos se ven impedidos de crecer por los límites de la muestra, mientras que en las simulaciones donde se consideran muestras infinitas (figuras 5b, 5d y 5f), los núcleos de cada extremo siguen creciendo después de alcanzar el “límite” de la muestra, apareciendo en el extremo contrario hasta chocar con el núcleo en crecimiento más próximo. Otra observación interesante en la figura 5 es que en la nucleación heterogénea (figuras 5a y 5b), la “cristalización” tarda más en completarse (llegar a ft=1), que en las simulaciones donde interviene la nucleación homogénea, fenómeno observable en experimentos de cristalización. Las curvas de las gráficas de fracción de llenado de la muestra por los núcleos (φ(t)) vs. tiempo (t) corresponden a isotermas en la mayoría de los fenómenos de nucleación y crecimiento, y la forma típica de estas isotermas es de una “S”. Como se puede apreciar en la figura 6, los resultados de este modelo tanto Fig. 6. Curvas de nucleación y crecimiento (“isotermas”). Simulación con 30 repeticiones de simulación con Gl = 0.003, a) Nucleación heterogénea con rn=42 y b) Nucleación homogénea con Gn = 0.003 todas con muestra acotada. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Virgilio A. González G., Carlos A. Guerrero S., Juan A. Aguilar G. para nucleación homogénea (figura 6b) como heterogénea (figura 6a) tienen forma de “S” y además se aprecia cómo es que la nucleación heterogénea resulta en tiempos menores necesarios para completar el fenómeno, (para alcanzar φ(t) = 1). Para validar mejor el modelo, ajustamos nuestros datos a la Ecuación 1, graficando ln(-ln(1-φ(t)) v.s. ln(t), esta gráfica se muestra en la figura 7, donde se puede apreciar que la linealidad sólo se mantiene a tiempos cortos, y además la pendiente de las rectas ajustadas por mínimos cuadrados tienen una desviación positiva de los valores esperados (Los resultados se muestran en la misma figura 7), el exponente de Avrami calculado es n=1.2 para las simulaciones de nucleación heterogénea donde de acuerdo a la tabla I debería ser n = 1 mientras que para la nucleación homogénea el resultado es n = 2.29 cuando según la tabla I debería ser 2. Estas desviaciones son generalmente aceptadas en experimentos de caracterización de la cristalización de materiales y suelen redondearse a 1 y 2 respectivamente. Como se verá en la segunda parte de este artículo, estas desviaciones son reales y no debieran ser despreciadas al redondear al entero más cercano. En la segunda entrega se utilizará este modelo de simulación para analizar estas desviaciones haciendo un análisis más detallado y proponiendo un modelo alternativo donde el ajuste a los resultados sea más exacto. CONCLUSIONES Se desarrolló un modelo de nucleación y crecimiento unidimensional confiable, el cual tiene como parámetros el tipo de nucleación (homogénea o heterogénea), el tipo de muestra (acotada o infinita), la densidad de nucleación y la velocidad de crecimiento lineal. El modelo puede ser útil en el análisis de los fenómenos de nucleación y crecimiento y sus desviaciones de la función de Avrami. BIBLIOGRAFÍA 1. Jonson W.A and Mehl R.F., Trans. Amer. Inst. Minning Met. Eng., V135, 426, (1939). 2. Avrami M., J. Phys. Chem. V7, 1103, (1939). 3. Avrami M., J. Phys. Chem. V8, 212, (1940). Fig. 7. Curvas de Avrami. Simulación con 30 repeticiones y Gl = 0.003, a) Nucleación heterogénea con rn=42 y b) Nucleación homogénea con Gn = 0.003 todas con muestra acotada. Se indican las ecuaciones de ajuste por regresión lineal. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 4. Elías. H., Macromolecules Vol. 1, Ed. Plenum Press. New York 1977. 5. Carter W. C., Lecture notes on Nucleation and Grow, Department of Materials Sciences and Technology, MIT. 43 �Calibración de transductores de fuerza de dos componentes en proceso de torneado Francisco Mata Cabrera* Abstract This article summarizes the basic methodologic aspects and the conclusions of a research project conducted at the Polytechnical University School of Almadén (Spain) to develop a procedure of measurement of the tangential and axial components of the cut force in operations of turning based on extensometric techniques. In particular, the foundations of the method will be exposed and applied on a model of dynanometer that we have developed which incorporates an alternative assembly to the wheatstone bridge. Keywords: Calibration, transducer, lathe, cut force. INTRODUCCIÓN Desde hace varios años, en el Departamento de Mecánica Aplicada de la Escuela Universitaria Politécnica de Almadén se está trabajando en el desarrollo de técnicas para medir las fuerzas de corte en procesos de mecanizado con máquinas-herramienta. El conocimiento de estas fuerzas en cada instante permite analizar su variación con los parámetros funcionales del proceso de corte y predecir las condiciones óptimas de utilización de cada tipo de herramienta, sin que lleguen a producirse deformaciones significativas que derivarían en el empeoramiento de la calidad dimensional de las piezas mecanizadas. El objetivo básico de este artículo es mostrar cómo se ha realizado el proceso de calibración de un transductor de fuerzas bidireccional, que permite la medición simultánea de dos de las tres componentes de la fuerza de corte, aplicado sobre la herramienta de un torno convencional. El proceso de calibración que se describe está adaptado a las necesidades y equipamiento de nuestros laboratorios, con el fin de optimizar la utilización de los recursos disponibles. Se convierte así en un procedimiento alternativo que 44 permite realizar la calibración sin necesidad de disponer de complejos y costosos equipos de ensayo que reproduzcan exactamente las condiciones de trabajo de la herramienta en el torno. Fig. 1. Componentes de la fuerza de corte. TRANSDUCTORES DE FUERZA Los transductores de fuerza –comúnmente llamados dinamómetros- son los dispositivos encargados de medir los valores instantáneos de esta magnitud que se aplican, por ejemplo, en un proceso de mecanizado, donde una herramienta incide sobre una superficie virgen y tiene lugar el arranque de viruta que permite dar forma a las piezas proyectadas. El dispositivo, que es sensible a la variación de alguna de las características mecánicas de la herramienta, debe ser capaz de registrar una determinada señal y transformarla en variaciones de fuerza. Pues bien, el principio utilizado en el diseño del transductor que se pretende calibrar es la variación de la resistencia eléctrica de una galga extensométrica al sufrir cierta deformación. La galga o extensómetro es en esencia una resistencia de valor variable en función del grado de deformación que tenga como consecuencia de someterla a determinados esfuerzos. * Escuela Universitaria Politécnica de Almadén, España. E-mail: fr_mata@terra.es Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Francisco Mata Cabrera Una vez pegada estratégicamente en la herramienta y realizadas las conexiones del circuito de medida, se procede a realizar un ensayo de corte, de manera que en la herramienta se generan tensiones, debidas a las fuerzas de corte, que a su vez originan deformaciones. Estas deformaciones se transmiten también a la galga, que modifica su valor de resistencia, y se produce una caída de tensión en el circuito, que se registra mediante la sonda de un osciloscopio o mediante un polímetro digital. Dicho de otra forma, las deformaciones producidas en la galga generan caídas de tensión en el circuito, que se miden directamente. Estos valores de tensión eléctrica, generalmente muy pequeños (del orden de mV), se traducirán posteriormente, como veremos, a valores de fuerza, de manera que el circuito eléctrico permitirá medir indirectamente fuerzas. La realización de una secuencia de ensayos de este tipo sirvió para probar el dispositivo y poner de manifiesto que para conseguir una adecuada sensibilidad en el proceso de medición es necesario reducir la rigidez de las herramientas utilizadas. Para ello, como veremos a continuación, se procedió a calibrar el dinamómetro, entendiendo por tal la determinación de una ley que ofreciese la relación entre fuerza y tensión eléctrica, con el fin de medir directamente fuerzas, que es nuestro objetivo último. obtener la relación buscada. Dado que las condiciones de trabajo de la herramienta en el torno corresponden a un estado en el que existe una carga puntual aplicada en el extremo de un voladizo (“viga empotrada con extremo en voladizo”) y en la práctica nos es imposible reproducir esta situación por no disponer de todo el equipamiento necesario, se recurre a un ensayo de flexión simple con la herramienta (“viga apoyada en los extremos con carga puntual aplicada en el centro del vano”) en una máquina que permite realizar exclusivamente ensayos de tracción, compresión y flexión simple, al objeto de extrapolar los resultados a la situación real de trabajo de la herramienta, con la que se ensayará posteriormente para medir las componentes tangencial y axial de la fuerza de corte. En primer lugar, es preciso justificar la idoneidad de esta forma de proceder examinando las dos situaciones que pretendemos comparar. La figura 2 representa las condiciones de trabajo de la herramienta en el torno. Como se puede apreciar, se encuentra empotrada en el portaherramientas y tiene aplicada una carga puntual en el extremo del voladizo. PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN Fundamento Tal y como acabamos de comentar, para que el dispositivo diseñado pueda medir directamente fuerzas es necesario establecer una equivalencia entre la tensión eléctrica que es, realmente, el parámetro leído y la fuerza que se desea medir. Para ello, se ha realizado un ensayo que, si bien no reproduce exactamente las condiciones de trabajo de la herramienta en el torno, nos va a permitir extrapolar sus resultados a la situación real y, en definitiva, Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 Fig. 2. Solicitación de la herramienta en la operación de mecanizado. 45 �Calibración de transductores de fuerza de dos componentes en proceso de torneado El momento flector máximo en el empotramiento Mmax(1) será: M max(1) = F • d1 F´: Fuerza aplicada en el centro del vano d2: Distancia entre apoyos y la tensión admisible σ2 será: siendo: F: fuerza aplicada, que equivale a la componente de la fuerza de corte que se desea medir d1: distancia del empotramiento al extremo del voladizo (“longitud efectiva de la herramienta”) y la tensión admisible σ1 será: σ1 = donde: siendo: M max(1) w1 w1: módulo resistente de la sección La figura 3 representa las condiciones de trabajo de la herramienta durante el ensayo de flexión simple. σ2 = M max( 2) w2 Pretendemos obtener una relación entre F (fuerza que realmente se aplicaría en el torno) y F’ (fuerza aplicada en el ensayo de flexión pura). Para ello, tendremos en cuenta una situación en la que las deformaciones producidas en los dos casos sean idénticas, lo que se traducirá inevitablemente en valores de tensión eléctrica también idénticos. Dado que las herramientas utilizadas en los dos supuestos son iguales (sección, material, módulo de elasticidad, módulo resistente, etc.) se concluye que las tensiones mecánicas han de ser también iguales. Dicho en otros términos: 1 • a • a3 12 w1 = w2 = a 2 siendo “a” la dimensión del lado de la herramienta. Por tanto: σ1 = σ2 = Fig. 3. Solicitación de la herramienta en el ensayo de flexión. El momento máximo en el centro del vano Mmax(2) será: M max( 2 ) = 46 F ´•d 2 4 M max (1) w1 M max ( 2) w2 = F • d1 w1 F´• = d2 4 w2 e igualando las expresiones de las tensiones se tiene: F • d1 = w1 F ´• d2 4 w2 De manera que la relación de fuerzas buscada es: Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Francisco Mata Cabrera F= F´•d 2 4 • d1 y particularizando los valores de las distancias, d1 = 55 mm y d2 = 100 mm se tiene: F = 0.45 • F´ Esta relación es específica para las condiciones fijadas (longitud efectiva de la herramienta y distancia entre apoyos en el ensayo de flexión simple) aunque es fácilmente aplicable a otras situaciones siempre y cuando se trabaje con herramientas idénticas tanto en la operación de corte como en el ensayo de flexión. Se puede apreciar también que el resultado es independiente de la sección de la herramienta considerada. Resultados Para realizar el ensayo de flexión simple sobre la herramienta se pone a punto en primer lugar la máquina de ensayo (figura 4) y se coloca en la herramienta una galga de las mismas características que las utilizadas en el proceso de corte, en el punto de aplicación de la fuerza, en la cara opuesta al contacto con el percutor. A continuación, se realizan las conexiones con el equipo de medida y se procede a registrar los valores de tensión eléctrica que se generan como consecuencia de la aplicación de fuerzas sucesivas de valor creciente. Los resultados del ensayo de flexión pura se reflejan en la tabla I: Ta b l a I. L e c t u r a s d e t e n s i ó n e l é c t r i c a e n e l e n s a yo d e f l e xi ó n F ue r za a p l i c a d a ( N ) Te n s i ó n e l é c t r i c a ( m V ) 2 ,0 0 0 900 4 ,0 0 0 1 ,8 0 0 6 ,0 0 0 2 ,7 0 0 8 ,0 0 0 3 ,6 0 0 1 0 ,0 0 0 4 ,5 0 0 Pues bien, aplicando la ecuación deducida anteriormente, se obtienen los valores de la fuerza de corte equivalente (F´) que se registrarían durante la operación de mecanizado y que provocarían las mismas deformaciones, esto es: Tabla II. Valor de las fuerzas equivalentes en la operación de torneado Fig.4. Ensayo de referencia de flexión simple. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 Valor de F (N) Valor de F`(N) 2,000 900 4,000 1,800 6,000 2,700 8,000 3,600 10,000 4,500 En consecuencia, los valores de fuerzas y tensiones eléctricas equivalentes leídas durante el proceso de mecanizado en el torno serán los siguientes: 47 �Calibración de transductores de fuerza de dos componentes en proceso de torneado Ta b l a I I I . V a l o r e s d e t e n s i ó n e l é c t r i c a y fue r za d e c o r te Podemos, pues, concluir que la ley de variación de la fuerza con la tensión eléctrica determinada en este trabajo concuerda con otras experiencias realizadas en esta materia, a pesar de no haber reproducido de manera fiel las condiciones de trabajo de la herramienta en el torno. F ue r za d e c o r te ( N) Te n s i ó n e l é c t r i c a ( m V ) 900 600 1,800 790 2,700 2,070 APLICACIÓN PRÁCTICA 3,600 3,300 4,500 3,550 Con el fin de comprobar la eficacia del transductor de fuerza, se procedió a realizar diversos ensayos para medir la fuerza de corte (figura 5) y analizar su variación respecto a las condiciones de trabajo fijadas (profundidad de pasada, velocidad de corte y velocidad de avance). Si se relacionan los valores anteriores se obtiene una buena aproximación lineal dada por la ecuación: F ´= 13,287 • v − 4,598 Siendo “v” la tensión eléctrica leída en el dispositivo en mV. Esta es la expresión buscada y permite, de manera sencilla mediante una hoja de cálculo, transformar las lecturas de tensión eléctrica a valores de fuerza. Validación con experiencias previas Dado que la relación tensión eléctrica-fuerza se ha determinado experimentalmente a partir de un ensayo de referencia, es necesario contrastar los resultados obtenidos con los de experiencias previas realizados en condiciones similares. Pues bien, se ha podido comprobar que, por lo general, la relación tensión eléctrica-fuerza se puede expresar por una línea recta con pendiente 1: 1 según demuestran, por ejemplo, J. Agullo y M. Borras, del Laboratorio de cálculo y mecánica de la E. T.S.I.I. de Barcelona. Otros autores también llegan a resultados parecidos, pero, en todo caso, se ha de tener en cuenta que las condiciones fijadas en los ensayos no siempre son comparables, en cuanto al tipo transductores utilizados, herramientas, condiciones de corte, etc. 48 Fig. 5. Medida de la fuerza de corte en operación de cilindrado exterior. La gráfica representada en la figura 6 corresponde a la evolución de la fuerza de corte con la profundidad de pasada. Resulta evidente que al aumentar este parámetro debe hacerlo también la fuerza aplicada, como así sucede en la realidad. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Francisco Mata Cabrera obtenidos concuerdan con los de otros trabajos similares. Por ejemplo, se ha comprobado en la práctica que la fuerza de corte es entre 4 y 5 veces mayor que la fuerza de avance, tal como se puede demostrar de forma teórica. Cabe decir, por tanto, que el procedimiento presentado ofrece garantías suficientes para ser aplicado tanto en procesos industriales como en la realización de trabajos de investigación que requieran medir el valor de la fuerza de corte. Fig. 6. Evolución de la fuerza de corte con la profundidad de pasada. Por otra parte, se pudo probar que la sensibilidad del dispositivo calibrado es mayor si se aplica sobre herramientas menos rígidas, circunstancia que se puede resolver practicando unas ranuras perimetrales de diferente profundidad. REFERENCIAS 1. Pizarro Delgado, Mª Castillo, Mata Cabrera, Francisco, De la Cruz Gómez, Carlos, “Análisis, desarrollo y construcción de un dinamómetro bidireccional para la medida de fuerzas en el torno, basado en técnicas extensométricas” Servicio de Publicaciones. E.U.P. Almadén, 2001. CONCLUSIONES 2. Fuentes del Burgo, Joaquín, “Técnicas extensométricas”, Ediciones Copy-Expres, Almadén, 1995. Ha sido la utilización del dispositivo en la medida de las fuerzas de corte bajo diferentes condiciones de trabajo lo que, finalmente, nos ha demostrado su validez y eficacia, en tanto en cuanto los resultados 4. Martín Batlle, M, “Extensometría”, Editorial Díaz de Santos, Madrid, 1992. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 3. Ortiz, L., “Resistencia de materiales”, Editorial Mx Graw Hill, Madrid, 1991. 49 �Análisis autoafín de superficies de fractura de polipropileno y vidrio opalino♦ Moisés Hinojosa R., Edgar Reyes M.* Carlos Guerrero S., Ubaldo Ortiz M.* Abstract We report the self-affinity analysis of the fracture surfaces of isotactic polypropylene (i-PP) and opal glass. In the case of i-PP, samples with different spherulite sizes were broken in bend test after being immersed in liquid nitrogen. For of the opal glass, samples with different sizes of the opacifying particles, obtained by different thermal treatments, were broken in a punch test. The fracture surfaces were analyzed by both Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) in the contact mode. Self-affinity analysis was performed by the variable bandwidth method. The roughness exponents are close to ζ = 0.8 with the correlation length corresponding to the size of the spherulites in the plastic material and to the size of the opacifying particles in the opal glass. Keywords: Fracture, fractals, self-affinity, correlation length, roughness exponent. INTRODUCCION Las superficies de fractura son fractales naturales anisotrópicos, actualmente su carácter autoafín es aceptado casi universalmente. La primera descripción cuantitativa de estas superficies irregulares empleando geometría fractal fue publicada en 1984 por Mandelbrot1, sus resultados sugerían una correlación entre la dimensión fractal de las superficies de fractura y la energía de impacto en muestras de aceros maraging2 con diferentes tratamientos térmicos. Posteriores experimentos3 más refinados en una variedad de materiales no confirmaron tal correlación entre la dimensión fractal y las propiedades mecánicas. Se ♦ Adaptado de “Self-Affinity Analysis of the Fracture Surfaces of Polypropylene and Opal Glass” Publicado en MRS Symposium Proceedings V. 653, “Multiscale Modeling of Materials”, Materials Research Society, 2001. 50 Topografía de la zona especular en la superficie de fractura de un vidrio observada mediante microscopía de fuerza atómica estableció que el llamado exponente de rugosidad ζ es un parámetro más apropiado para describir las superficies de fractura. Estudiando las superficies de fractura obtenidas en condiciones cinéticas rápidas y analizadas principalmente mediante microscopía electrónica de barrido (MEB), Bouchaud4 propuso la idea de un exponente de rugosidad universal, ζ = 0.78, independiente de la microestructura y las propiedades. Esta universalidad fue seriamente cuestionada por el descubrimiento de otro régimen autoafín caracterizado por un exponente de rugosidad ζ = 0.5 para las superficies de fractura generadas en condiciones lentas de propagación de grietas y/o analizadas en escalas nanométricas empleando microscopía de fuerza atómica (MFA) o de tunelaje. Recientemente se ha reportado la coexistencia de ambos regímenes en distintos materiales.5-6 Estos regímenes se cruzan en una llamada longitud de quiebre, que parece ser dependiente de las condiciones cinéticas. Se han realizado intentos por relacionar esta longitud de quiebre con los parámetros microestructurales de algunos materiales.7 * Doctorado FIME-UANL. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Moisés Hinojosa Rivera, Edgar Reyes Melo, Carlos Guerrero Salazar, Ubaldo Ortiz Méndez En 1998 Hinojosa8-9 demostró que la llamada longitud de correlación está estrechamente relacionada con el tamaño de grano en superaleaciones de níquel. Este resultado apoya la idea de que el frente de grieta, visualizado como una línea, interactúa con los diferentes obstáculos presentes en la microestructura y de esta manera las mayores heterogeneidades son las que deben determinar la longitud de correlación. Más recientemente se reportó10 que este parámetro está relacionado al tamaño característico de las dendritas y granos en aleaciones de aluminio vaciado. Considerando estos antecedentes el presente trabajo tiene el propósito de aportar más evidencia para apoyar la mencionada hipótesis que establece que la longitud de correlación de las superficies de fractura de los materiales heterogéneos queda determinada por las mayores heterogeneidades que caracterizan la microestructura y que esto es válido no solo para materiales metálicos, sino también para materiales cerámicos y poliméricos. EXPERIMENTACION Los materiales cuyas superficies de fractura se analizaron en este trabajo son representativos de los materiales plásticos y los materiales cerámicos. El material polimérico seleccionado para el análisis fue una muestra de polipropileno isotáctico (i-PP) parcialmente cristalino. Este material fue seleccionado debido a su facilidad para cristalizar. La caracterización de este material11 mediante cromatografía de permeación en gel mostró que el peso molecular numérico promedio fue de 60, 359 y que el índice de polidispersidad fue de 5.1. La temperatura de fusión y el grado de cristalinidad original fueron de 165.4 oC y 46.7 %, respectivamente según mediciones de calorimetría diferencial de barrido. Dos muestras en forma de discos pequeños de 10 mm de diámetro y 1 mm de espesor se fundieron y enfriaron a diferentes rapideces con el propósito de alterar el proceso de cristalización. Se Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 obtuvieron dos tamaños esferulíticos distintos, esferulitas pequeñas y esferulitas gruesas. El tamaño esferulítico se midió mediante microscopía óptica y análisis de imágenes, así como mediante microscopía de fuerza atómica en el modo de contacto. Las muestras se enfriaron en nitrógeno líquido durante 15 minutos antes de ser sometidas a ruptura en modo de flexión. En el caso de los vidrios, se analizaron dos muestras de vidrio opalino comercial de similar composición química. Como resultado de diferentes tratamientos durante el proceso de manufactura, las muestras poseían partículas opacificantes de diferentes tamaños. Las muestras planas se fracturaron mediante un punzón. El tamaño de las partículas opacificantes se midió por observación de las superficies de fractura en MEB y en MFA. Para ambos materiales, el análisis fractográfico se realizó por MEB, para tal efecto las muestras se recubrieron con oro. El estudio fractométrico se llevó a cabo empleando MFA en el modo de contacto para ambos materiales. El tamaño máximo de barrido fue de 10 micrómetros y la mejor resolución obtenida en las imágenes de 512 x 512 pixeles fue de alrededor de 10 nm. Las superficies analizadas por MFA no fueron recubiertas. Se obtuvieron perfiles de alturas a partir de las imágenes de MFA, se registraron por lo menos 30 perfiles para cada muestra. El exponente de rugosidad promedio y la longitud de correlación se estimaron construyendo las curvas de autoafinidad. El análisis autoafín se efectuó usando el método de ventanas de ancho variable.12 Se calcularon las cantidades w2(r) y Zmax(r). Zmax(r) es la diferencia entre la altura máxima y la altura mínima Z dentro de la ventana de tamaño (r), promediada en todos los posibles orígenes x de la ventana. w2(r) es el segundo momento o la desviación estándar de la distribución de alturas dentro de la 51 �Análisis autoafín de superficies de fractura de polipropileno y vidrio opalino ventana. Estas cantidades siguen un escalamiento de ley de potencia: ζ, w2(r) α r Z (r) α r ζ max Puesto que el uso del segundo momento w2(r) permite una determinación más precisa de la longitud de correlación, solo se muestran los resultados obtenidos mediante este método. RESULTADOS El análisis fractográfico y fractométrico corrobora que las superficies de fractura del polipropileno isotáctico y del vidrio opalino son objetos autoafines, los resultados para cada material se detallan a continuación. Fig. 1a. Imagen de MEB de la superficie de fractura en el polipropileno con esferulitas gruesas. Polipropileno Isotáctico Los tamaños esferulíticos se estimaron en 0.34 y 0.96 µm para las muestras con esferulitas finas y esferulitas gruesas, respectivamente. Las figuras 1(a) y 1(b) muestran la superficie de fractura de la muestra con esferulitas gruesas según se observa en MEB, figura 1(a), y en MFA, figura 1(b). Las observaciones cualitativas del MEB muestran líneas curvas irregulares, que son llamadas marcas de Chevron. Se sabe que estas líneas parten del punto donde inició la grieta e indican la dirección de propagación. Estas características se observan también en la muestra con esferulitas finas. En todas las imágenes de MEB registradas, la superficie de fractura muestra similares formaciones a diferentes niveles de magnificación, lo que se puede considerar como una evidencia cualitativa de autoafinidad. Los resultados del análisis de autoafinidad se muestran en la figura 2. Las curvas no muestran un comportamiento estricto de ley de potencia, parecen ser perturbadas por efectos reológicos ya que es posible que el frente de grieta provoque deformación viscoelástica local al avanzar. El exponente de rugosidad estimado mediante regresión tiene un valor 52 Fig. 1b.- La misma superficie de 1a) observada mediante MFA. de ζ=0.83 para las muestras con esferulitas finas y ζ=0.84 para la muestra con esferulitas gruesas. Es evidente que el exponente de rugosidad no parece depender del tamaño de las esferulitas. Las longitudes de correlación no están claramente definidas, pero ciertamente son diferentes y pueden estimarse en alrededor de 0.7 µm y 1.1 µm para las esferulitas finas y para las esferulitas gruesas, respectivamente, estos valores son proporcionales y aproximados a los tamaños promedio de las esferulitas indicados anteriormente (0.34 y 0.96 µm). Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Moisés Hinojosa Rivera, Edgar Reyes Melo, Carlos Guerrero Salazar, Ubaldo Ortiz Méndez Fig. 2.- Curvas de autoafinidad para las muestras de polipropileno. Fig. 3a.- Imagen de MEB una superficie de fractura de vidrio mostrando las tres zonas características. Vidrio Opalino Los resultados de la medición de las partículas opacificantes indicaron que una de las muestras poseía una distribución homogénea de partículas finas de tamaño promedio de 0.34 µm, la otra muestra contenía una población de partículas gruesas de aproximadamente 4 µm y una población de partículas finas de tamaño promedio de 0.47 µm. La figura 3(a) muestra una superficie de fractura típica observada mediante MEB. Pueden observarse claramente las zonas especular, difusa y fibrosa que caracterizan las fracturas de los vidrios. Las observaciones de MFA se concentraron en la región especular para ambas muestras analizadas. La figura 3 (b) es una imagen de MFA que muestra algunas partículas en la superficie de fractura. Los resultados del análisis autoafín se muestran en la figura 4. En el caso de la muestra con partículas finas el exponente de rugosidad tiene un valor de 0.8 y la longitud de correlación se detecta claramente en un valor de aproximadamente 0.3 µm, que concuerda con el tamaño de las partículas opacificantes. Para la muestra con partículas gruesas, el régimen autoafín parece ser perturbado por la presencia de las dos po- Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 Fig. 3b.- Imagen de MFA en la zona especular del vidrio ópalo mostrando partículas opacificantes. Fig. 4.- Curvas de autoafinidad para las muestras de vidrio ópalo. 53 �Análisis autoafín de superficies de fractura de polipropileno y vidrio opalino blaciones de partículas. En todo caso, el exponente de rugosidad se estima en un valor de 0.78 y la longitud de correlación posee un valor de cerca de 3.5 µm, que nuevamente concuerda con el tamaño de las partículas gruesas. En la figura 4 la flecha indica la región donde el régimen autoafín correspondiente a las partículas gruesas es perturbado presumiblemente por la presencia de las partículas finas. CONCLUSIONES Los resultados cualitativos y cuantitativos mostrados en esta investigación corroboran el carácter autoafín de las superficies de fractura del polipropileno isotáctico y del vidrio opalino. Se muestra que la longitud de correlación queda determinada por el tamaño característico de las mayores heterogeneidades relevantes en la microestructura: las esferulitas en el caso del polipropileno isotáctico y las partículas opacificantes en el vidrio ópalo. En todos los casos el exponente de rugosidad fue estimado en un valor de aproximadamente 0.8, lo que concuerda con valores reportados para condiciones cinéticas similares de propagación en otros materiales. AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue apoyado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología y el Programa de Apoyo a la Investigación Científica y Tecnológica de la UANL. V. Garza, L. Chávez, J. Aldaco, F. Garza, E. Cárdenas y O. Garza proporcionaron su valiosa ayuda en diferentes etapas del proyecto del que se derivó este trabajo. REFERENCIAS Y NOTAS 1. B.B. Mandelbrot, D.E. Passoja and A.J. Paullay, “Fractal Character of Fracture Surfaces of Metals”, Nature, 308, pp 721-722 (1984). 54 2. Son aceros de bajo carbono con adiciones de níquel, cobalto, molideno y titanio. Forman martensitas suaves y durante el revenido la precipitación de intermetálicos les proporciona alta resistencia y ductilidad. 3. E. Bouchaud, “Scaling Properties of Cracks”, J. Phys.:Condens. Matter 9 (1997) 4319-4344. 4. E. Bouchaud, G. Lapasset and J. Planés, Europhys Lett., 13, pp 73 (1990). 5. P. Daguier, B. Nghiem, E. Bouchaud and F. Creuzet, “Pinning and Depinning of Crack Fronts in Heterogeneous Materials”, Phys. Rev Lett. , 78, pp 1062 (1997). 6. P. Daguier, S. Hénaux, E. Bouchaud, and F. Creuzet, “Quantitative Analysis of a Fracture Surface by Atomic Force Microscopy”, Phys. Rev. E, 53, 5637 (1996). 7. P. Daguier, Ph. D. thesis, Université Paris 6 (en francés), Noviembre 1997. 8. M. Hinojosa, E. Bouchaud and B. Nghiem. Materials Research Society Symposium Proceedings, Volume 539, Materials Research Society, Warrendale Pennsylvania, pp. 203-208, 1999. 9. 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. 10. M. Hinojosa, J. Aldaco, U. Ortiz, and V. González, “Roughness exponent of the fracture surface of AlSi Alloy”. Aluminum Transactions Volume 3. No.1. pp.53-57, 2000. 11. Edgar Reyes, Master Thesis, Universidad Autónoma de Nuevo Leon, México, 1999. 12. J. Schmittbuhl, J.P. Vilotte. S. Roux, “Reliability of self-affine measurements”, Phys. Rev. E, 51 131 (1995). Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Documentos Declaración sobre la ciencia y el uso del saber científico Parte II ♦ III. LA CIENCIA AL SERVICIO DEL DESARROLLO 33. Hoy más que nunca, la ciencia y sus aplicaciones son indispensables al desarrollo. Mediante los apropiados programas de educación e investigación, las autoridades, sea cual fuere su ámbito de actuación, y el sector privado deben prestar más apoyo a la construcción de una capacidad científica y tecnológica adecuada y compartida de manera equitativa, fundamento indispensable de un desarrollo económico, social, cultural y ambiental racional. Esta necesidad es especialmente apremiante en los países en desarrollo. El desarrollo tecnológico exige una base científica sólida y debe orientarse resueltamente hacia modos de producción seguros y no contaminantes, una utilización de los recursos más eficaz y productos más inocuos para el medio ambiente. La ciencia y la tecnología también deben orientarse decididamente hacia perspectivas que mejoren el empleo, la competitividad y la justicia social. Hay que aumentar las inversiones en ciencia y tecnología encaminadas a estos objetivos y a conocer y proteger mejor la base de recursos naturales del planeta, la diversidad biológica y los sistemas de sustentación de la vida. El objetivo debe ser avanzar hacia unas estrategias de desarrollo sostenible mediante la integración de las dimensiones económicas, sociales, culturales y ambientales. 34. La enseñanza científica, en sentido amplio, sin discriminación y que abarque todos los niveles y modalidades es un requisito previo esencial de la democracia y el desarrollo sostenible. En los últimos años ♦ Por considerarlo de singular interés e importancia, transcribimos este documento que recoge parte de las conclusiones de la Conferencia Mundial de la Ciencia, organizada por la UNESCO y el Consejo Internacional para la Ciencia (ICSU) y llevada a cabo los días del 26 de junio al 1º de Julio de 1999 en Budapest, Hungría. La primera parte de esta declaración fue publicada en el No. 14 Vol. V de la revista Ingenierías. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 se han tomado medidas en todo el mundo para promover la enseñanza básica para todos. Es esencial que se reconozca el papel primordial desempeñado por las mujeres en la aplicación del perfeccionamiento del saber científico a la producción de alimentos y la atención de salud y que se desplieguen esfuerzos para mejorar su comprensión de los progresos científicos alcanzados en esos terrenos. La enseñanza, la transmisión y la divulgación de la ciencia deben construirse sobre esta base. Los grupos marginados aún requieren una atención especial. Hoy más que nunca es necesario fomentar y difundir la alfabetización científica en todas las culturas y todos los sectores de la sociedad así como las capacidades de razonamiento y las competencias prácticas y una apreciación de los principios éticos, a fin de mejorar la participación de los ciudadanos en la adopción de decisiones relativas a la aplicación de los nuevos conocimientos. Habida cuenta de los progresos científicos, es especialmente importante la función de las universidades en la promoción y la modernización de la enseñanza de la ciencia y su coordinación en todos los niveles del ciclo educativo. En todos los países, especialmente en los países en desarrollo, es preciso reforzar la investigación científica en los programas de enseñanza superior y de estudios de posgrado tomando en cuenta las prioridades nacionales. 35. La creación de capacidades científicas deberá contar con el apoyo de la cooperación regional e internacional a fin de alcanzar un desarrollo equitativo y la difusión y la utilización de la creatividad humana sin discriminación de ningún tipo contra países, grupos o individuos. La cooperación entre los países desarrollados y los países en desarrollo debe llevarse a cabo ateniéndose a los principios de pleno y libre acceso a 55 �Declaración sobre la ciencia y el uso del saber científico. Parte II la información, equidad y beneficio mutuo. En todas las actividades de cooperación es menester prestar la debida atención a la diversidad de tradiciones y culturas. El mundo desarrollado tiene el deber de acrecentar las actividades de cooperación con los países en desarrollo y los países en transición en el ámbito de la ciencia. Es particularmente importante ayudar a los pequeños Estados y los países menos adelantados a crear una masa crítica de investigación nacional en ciencias mediante la cooperación regional e internacional. La existencia de estructuras científicas, como las universidades, es un elemento esencial para la capacitación del personal en su propio país, con miras a una carrera profesional ulterior en él. Mediante estos y otros esfuerzos se deberán crear condiciones que contribuyan a reducir el éxodo de profesionales o a invertir esa tendencia. Ahora bien, ninguna medida debería cercenar la libre circulación de los científicos. 36. El progreso científico requiere varios tipos de cooperación en los planos intergubernamental, gubernamental y no gubernamental y entre ellos, como: proyectos multilaterales; redes de investigación, en especial entre países del Sur; relaciones de colaboración entre las comunidades científicas de los países desarrollados y en desarrollo para satisfacer las necesidades de todos los países y favorecer su progreso; becas y subvenciones y el fomento de investigaciones conjuntas; programas que faciliten el intercambio de conocimientos; la creación de centros de investigación de reconocido prestigio internacional, en particular en países en desarrollo; acuerdos internacionales para promover, evaluar y financiar conjuntamente grandes proyectos y facilitar un amplio acceso a ellos; grupos internacionales para que evalúen científicamente problemas complejos, y acuerdos internacionales que impulsen la formación de posgrado. Se deben poner en marcha nuevas iniciativas de colaboración interdisciplinaria. Se debe reforzar la índole internacional de la investigación básica, aumentando consi- 56 derablemente el apoyo a los proyectos de investigación a largo plazo, especialmente los de alcance mundial. Al respecto, se debe prestar particular atención a la necesidad de continuidad en el apoyo a la investigación. Debe facilitarse activamente el acceso de los investigadores de los países en desarrollo a estas estructuras, que deberían estar abiertas a todos en función de la capacidad científica. Es menester ampliar la utilización de la tecnología de la información y la comunicación, en especial mediante la creación de redes, a fin de fomentar la libre circulación de los conocimientos. Al mismo tiempo, se debe velar por que la utilización de estas tecnologías no conduzca a negar ni a limitar la riqueza de las distintas culturas y los diferentes medios de expresión. 37. Para que todos los países se atengan a los objetivos que se determinan en esta Declaración, paralelamente a los enfoques internacionales, se deberían establecer en primer lugar y en el plano regional estrategias, mecanismos institucionales y sistemas de financiación, o revisar los que existen, a fin de fortalecer el papel de las ciencias en el desarrollo sostenible en el nuevo contexto. Concretamente, deberían consistir en: una política nacional de ciencia a largo plazo, que se ha de elaborar conjuntamente con los principales actores de los sectores público y privado; el apoyo a la enseñanza y la investigación científicas; la instauración de una cooperación entre organismos de investigación y desarrollo, universidades y empresas en el marco de los sistemas nacionales de innovación; la creación y el mantenimiento de instituciones nacionales encargadas de la evaluación y la gestión de los riesgos, la reducción de la vulnerabilidad a éstos y la seguridad y la salud; e incentivos para favorecer las inversiones, investigaciones e innovaciones. Se debe invitar a los parlamentos y a los gobiernos a establecer una base jurídica, institucional y económica que propicie el desarrollo de las capacidades científicas y tecnológicas en los sectores público y privado, y facilite su interacción. La adopción de decisiones y la de- Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Declaración sobre la ciencia y el uso del saber científico. Parte II terminación de prioridades en materia de ciencia deben formar parte del planeamiento global del desarrollo y de la formulación de estrategias de desarrollo sostenible. En este contexto, la reciente medida adoptada por los principales países acreedores del grupo G8 para iniciar un proceso de reducción de la deuda de determinados países en desarrollo favorecerá un esfuerzo conjunto de los países en desarrollo y de los países desarrollados enderezado a crear mecanismos adecuados de financiación de la ciencia con miras a fortalecer los sistemas nacionales y regionales de investigación científica y tecnológica. 38. Es preciso proteger adecuadamente los derechos de propiedad intelectual a escala mundial, y el acceso a los datos e informaciones es fundamental para llevar a cabo la labor científica y plasmar los resultados de la investigación científica en beneficios tangibles para la sociedad. Habrá que adoptar medidas para reforzar las relaciones mutuamente complementarias entre la protección de los derechos de propiedad intelectual y la difusión de los conocimientos científicos. Es preciso considerar el ámbito, el alcance y la aplicación de los derechos de propiedad intelectual en relación con la elaboración, la distribución y el uso equitativos del saber. También es necesario desarrollar aún más los adecuados marcos jurídicos nacionales para satisfacer las exigencias específicas de los países en desarrollo y tener en cuenta el saber, las fuentes y los productos tradicionales, velar por su reconocimiento y protección apropiados, basados en el consentimiento fundado de los propietarios consuetudinarios o tradicionales de ese saber. IV. LA CIENCIA EN LA SOCIEDAD Y LA CIENCIA PARA LA SOCIEDAD 39. La práctica de la investigación científica y la utilización del saber derivado de esa investigación debería tener siempre estos objetivos: lograr el bienestar de la humanidad, comprendida la reducción de la pobreza; respetar la dignidad y los derechos de los seres Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 humanos, así como el medio ambiente del planeta; y tener plenamente en cuenta la responsabilidad que nos incumbe con respecto a las generaciones presentes y futuras. Todas las partes interesadas deben asumir un nuevo compromiso con estos importantes principios. 40. Habría que garantizar la libre circulación de la información sobre todas las utilizaciones y consecuencias posibles de los nuevos descubrimientos y tecnologías, a fin de que las cuestiones éticas se puedan debatir de modo apropiado. Todos los países deben adoptar medidas adecuadas en relación con los aspectos éticos de la práctica científica y del uso del conocimiento científico y sus aplicaciones. Dichas medidas deberían incluir las debidas garantías procesales para que los casos de desacuerdo sean tratados con equidad y consideración. La Comisión Mundial de Ética del Conocimiento Científico y la Tecnología de la UNESCO puede ofrecer un medio de interacción a este respecto. 41. Todos los investigadores deberían comprometerse a acatar normas éticas estrictas y habría que elaborar para las profesiones científicas un código de deontología basado en los principios pertinentes consagrados en los instrumentos internacionales relativos a los derechos humanos. La responsabilidad social que incumbe a los investigadores exige que mantengan en un alto grado la honradez y el control de calidad profesionales, difundan sus conocimientos, los comuni- 57 �Declaración sobre la ciencia y el uso del saber científico. Parte II quen al público y formen a las jóvenes generaciones. Las autoridades políticas deberían respetar la acción de los científicos a este respecto. Los programas de estudios científicos deberían incluir la ética de la ciencia, así como una formación relativa a la historia, la filosofía y las repercusiones culturales de la ciencia. 42. La igualdad de acceso a la ciencia no sólo es una exigencia social y ética para el desarrollo humano, sino que además constituye una necesidad para explotar plenamente el potencial de las comunidades científicas de todo el mundo y orientar el progreso científico de manera que se satisfagan las necesidades de la humanidad. Habría que resolver con urgencia los problemas con que las mujeres, que constituyen más de la mitad de la población mundial, tienen que enfrentarse para emprender carreras científicas, proseguirlas, obtener promociones en ellas y participar en la adopción de decisiones en materia de ciencia y tecnología. Asimismo, urge tratar de resolver las dificultades que suponen obstáculos para los grupos desfavorecidos e impiden su plena y efectiva participación. 43. Los gobiernos y científicos del mundo entero deben abordar los problemas complejos planteados por la salud de las poblaciones pobres, así como las disparidades crecientes en materia de salud que se dan entre países y entre comunidades de un mismo país, con miras a lograr un nivel de salud mejor y más equitativo, y también un suministro de asistencia sanitaria de calidad para todos. Esto se debe llevar a cabo mediante la educación, la utilización de los adelantos científicos y tecnológicos, la creación de sólidas asociaciones a largo plazo entre las partes interesadas, y el aprovechamiento de programas encaminados a ese fin. 58 44. Nosotros, los participantes en la Conferencia Mundial sobre “La Ciencia para el Siglo XXI: Un Nuevo Compromiso”, nos comprometemos a hacer todo lo posible para promover el diálogo entre la comunidad científica y la sociedad, a actuar con ética y espíritu de cooperación en nuestras esferas de responsabilidad respectivas a fin de consolidar la cultura científica y su aplicación con fines pacíficos en todo el mundo, y a fomentar la utilización del saber científico en pro del bienestar de las poblaciones y de la paz y el desarrollo sostenibles, teniendo en cuenta los principios sociales y éticos mencionados. 45. Consideramos que el documento de la Conferencia Programa en pro de la Ciencia: Marco General de Acción plasma un nuevo compromiso con la ciencia y puede servir de guía estratégica para establecer relaciones de cooperación en el seno del sistema de las Naciones Unidas y entre todos los interesados en la actividad científica durante los años venideros. 46. En consecuencia, adoptamos la presente Declaración sobre la Ciencia y el Uso del Saber Científico y nos adherimos de común acuerdo al Programa en pro de la Ciencia: Marco General de Acción, como medio de alcanzar los objetivos expuestos en la Declaración. Asimismo pedimos a la UNESCO y al ICSU que presenten ambos documentos a su Conferencia General y a su Asamblea General respectivas para que los examinen. El objetivo perseguido es que ambas organizaciones definan y apliquen una actividad de seguimiento en sus respectivos programas, y movilicen también el apoyo de todos los protagonistas de la cooperación, especialmente los pertenecientes al sistema de las Naciones Unidas, con miras a fortalecer la coordinación y cooperación internacionales en la esfera científica. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Reconocimientos Fernando J. Elizondo Garza* José Luis Arredondo Díaz** El martes 5 de marzo de 2002, en las instalaciones de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, con la presencia del Dr. Luis J. Galán Wong, Rector de la UANL; José Antonio González, Secretario General de la UANL; Cástulo Vela Villarreal, Director de la FIME; José Galván, Director de Operaciones en México de TÜV América y Fernando Ocampo Canaval, Presidente del Consejo Directivo del Consejo de Acreditación de la Enseñanza de la Ingeniería (CACEI), se realizó la ceremonia oficial de entrega de los documentos que avalan que la FIME-UANL fue Certificada de acuerdo a la Norma Internacional de la Administración de la Calidad ISO 9001-2000 y que 5 de sus carreras a nivel licenciatura fueron acreditadas por parte del CACEI. CERTIFICACIÓN ISO 9001-2000. A mediados del año 2001, la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica decidió cristalizar el sueño de muchos años: que la administracion del proceso enseñanza-aprendizaje fuera certificada de acuerdo a la norma internacional de calidad ISO. TÜV América de México, con 132 años de experiencia y con sede en Munich, Alemania, fue la institución certificadora que seleccionó la FIME para lograr el reconocimiento internacional ISO 9001-2000. José Galván Garza, Director de Operaciones en México de TÜV, institución que trabaja en 150 países del mundo explicó: «Fue en febrero cuando se terminó el proceso de certificación con la realización de una auditoría cuyo resultado indicó que la FIMEUANL cumple con los requisitos para ser certificada de acuerdo a ISO 9001:2000 en todas las áreas que se sujetaron a auditoria, estas son: Académica, Administrativa, Servicios Financieros, Servicios Generales, Relaciones Públicas, Proyectos Especiales, Calidad, Dirección y Subdirección». Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 José Galván, Director de Operaciones en México de TÜV América hace entrega al Dr. Luis J. Galán Wong, Rector de la UANL y al MC Cástulo Vela Villarreal, Director de la FIME de la Certificacion ISO 9001:2000 a la FIME. Es así como TÜV América de México se convierte en un aval o fedatario público, con reconocimiento internacional, que da fe de que el sistema de administración de la calidad de FIME cumple con lo especificado en la norma internacional. El director de la FIME, MC Cástulo Vela Villarreal, indicó que «este logro es el resultado de la colaboración de todos: maestros, alumnos y administrativos», a quienes extendió su agradecimiento y agregó que «cada año deberá venir una delegación de la institución certificadora a constatar que se mantenga y mejore nuestro sistema de calidad». Con este reconocimiento La Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL se convirtió en la primera institución de educación superior en América que logra la certificación. * Secretario de Proyectos Especiales. FIME-UANL. ** Secretario de Relaciones Públicas. FIME-UANL. 59 �Reconocimientos ACREDITACIÓN LA FIME DE CARRERAS DE En tiempos en que la evaluación de programas educativos es clave en la búsqueda de la eficiencia en la formación de los egresados, la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica consiguió que cinco de sus siete carreras fueran acreditadas por el Consejo de Acreditación de la Enseñanza de la Ingeniería, A.C. El CACEI, organismo público descentralizado, reconoció las carreras de Ingeniero Mecánico Electricista, Ingeniero Mecánico Administrador, Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones, Ingeniero en Electrónica y Automatizaciones e Ingeniero Administrador de Sistemas. «La acreditación es un reconocimiento público, de que un programa cumple con un conjunto de estándares y parámetros de buena calidad del quehacer académico cuyo objetivo fundamental es contribuir a mejorar la calidad en la educación superior de este país», señaló Fernando Ocampo Canaval. El presidente del Consejo Directivo del organismo entregó al Rector de la UANL, Dr. Luis J. Galán Wong y al MC Cástulo E. Vela Villarreal, Director de FIME, las constancias de acreditación de cada una de las carreras. Fernando Ocampo Canaval, Presidente del Consejo Directivo del Consejo de Acreditación de la Enseñanza de la Ingeniería (CACEI) hace entrega, al MC Cástulo Vela Villarreal, Director de la FIME y al Dr. Luis J. Galán Wong, Rector de la UANL, de las constancias de acreditación de las carreras ofrecidas por la FIME a nivel licenciatura. Entre los beneficios de la acreditacion se puede mencionar que dado que ésta avala el cumplimiento de altos estándares de calidad tanto en el quehacer educativo como en la infraestructura y administración de escuelas de ingeniería, los profesionales egresados son reconocidos por el sector empresarial. Para otorgar el reconocimiento, durante el mes de noviembre del 2001, integrantes de los Comités de Pares Académicos, conformados por evaluadores del CACEI, visitaron las instalaciones de FlME. Durante el proceso se revisaron los planes y programas de estudio, además realizaron entrevistas a directivos, profesores, administrativos, estudiantes y egresados, también se inspeccionaron los laboratorios, bibliotecas, salas de cómputo, instalaciones deportivas, entre otras. Cabe señalar que las otras dos carreras que imparte la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica: Ingeniero en Manufactura e Ingeniero en Materiales, son de reciente creación (2000), por lo que aún no cuentan con indicadores que justifiquen su acreditación. 60 El MC Cástulo Vela Villarreal, Director de la FIME-UANL agradeciendo a los alumnos, maestros y administrativos que hicieran posible obtener la Certificación ISO 9001:2000 y la acreditación de CACEI. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Titulados a nivel Maestría en la FIME Agosto-Noviembre 2001 Roberto Villarreal Garza* Olimpia Guadalupe García Suárez, M.C. Administración, especialidad Finanzas, “El funcionamiento de la educación superior”, 24 de Agosto de 2001. Pavel Valero Esparza, M.C. Ingeniería Eléctrica, especialidad Potencia, “Comportamiento en sistemas de potencia ante colapso de voltaje”, 4 de Septiembre de 2001. Miguel Ángel Ortega Vázquez, M.C. Ingeniería Eléctrica, especialidad Potencia, “Modelado y simulación dinámica de esquemas de cogeneración”, 24 de Agosto de 2001. Enrique Sotelo Gallardo, M.C. Ingeniería Eléctrica, especialidad Electrónica, “Diseño de balastras electrónicas con un alto factor de potencia”, 8 de Septiembre de 2001. Sandra Elizabeth Del Río Muñoz, M.C. Administración, especialidad Relaciones Industriales, “Investigación de mercados con desarrollo sustentado en software y tecnología”, 27 de Agosto de 2001. Margarito Segura Obregón, M.C. Ingeniería Mecánica, especialidad Térmica y Fluidos, “Diseño de equipos de transferencia de calor”, 18 de Septiembre de 2001. Juan Luis Gámez Lozano, M.C. Ingeniería Eléctrica, especialidad Control, “Análisis de la falta de detectibilidad de fallas de los métodos de diagnóstico basado en observadores de estado”, 28 de Agosto de 2001. José Fernando Salazar Valdez, M.C. Ingeniería Mecánica, especialidad Térmica y Fluidos, “Diseño de equipos de transferencia de calor”, 29 de Agosto de 2001. Edith Moreno Vargas, M.C. Administración, especialidad Relaciones Industriales, “Perfil del catedrático universitario ante una nueva formación de emprendedores”, 30 de agosto de 2001. Pedro Francisco Alor Sandoval, M.C. Ingeniería Eléctrica, especialidad Control, “Análisis de estabilidad de sistemas lineales invariantes en el tiempo”, 31 de Agosto de 2001. Daniel González Garza, M.C. Administración, especialidad Finanzas, “Sistemas de costo industrial”, 1 de septiembre de 2001. Ricardo Cabello Arredondo, M.C. Ingeniería Eléctrica, especialidad Electrónica, “Nueva administración de proyectos eléctricos de precio firme”, 24 de Septiembre de 2001. Teresa Ara Ground Romo, M.C. Administración, especialidad Producción y Calidad, “La asistencia, un factor importante para lograr la productividad”, 10 Octubre de 2001. Adriana Salas Zamarripa, M.C. Ingeniería Mecánica, especialidad Materiales, “Simulación por elemento finito del comportamiento plástico de un acero de bajo carbono galvanizado” 12 de Octubre de 2001. José González Casanova, M.C. Administración, especialidad Investigación de Operaciones, “Manufactura esbelta en el sector maquilador”, 12 de Octubre de 2001. Javier Ismael Martínez, M.C. Administración, especialidad Relaciones Industriales, “Capacitación del personal para empresas del nuevo milenio”, 12 de Octubre de 2001. Juan Luis Gámez Lozano, M.C. Administración, especialidad Finanzas, “Sistemas de costo industrial”, 1 de septiembre de 2001. * Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 Sub-Director de Postgrado de la FIME-UANL. 61 �Titulados a nivel Maestría en la FIME. Agosto-Noviembre 2001 Alejandro Rojas de León, M.C. Administración, especialidad Finanzas, “Creación y aplicación de un modelo de administración de proyectos y sus beneficios financieros y administrativos en una empresa de tecnología de información”, 25 de Octubre de 2001. Liborio A. Manjarrez Santos, M.C. Administración, especialidad Producción y Calidad, “Implementación de lean manufacturing en la línea número 7 de la compañía Hoffman planta Reynosa”, 29 de Octubre de 2001. Arnulfo Pérez Rivera, M.C. Administración, especialidad Producción y Calidad, “Conducción del desarrollo profesional de liderazgo en las organizaciones”, 29 de octubre de 2001. Martina Elia Guajardo Pérez, M.C. Administración, especialidad Relaciones Industriales, “El impacto académico de las fallas de las computadoras en el nivel medio superior”, 29 de Octubre de 2001. Armando Tijerina Rodríguez, M.C. Administración, especialidad Relaciones Industriales, “El impacto académico de las fallas de las computadoras en el nivel medio superior”, 29 de Octubre de 2001. 62 Juan José Rodríguez Salinas, M.C. Ingeniería Eléctrica, especialidad Control, “Modelos matemáticos del sida”, 30 de Octubre de 2001. Everardo García Montelongo, M.C. Administración, especialidad Producción y Calidad, “Calidad de vida en el estudiante universitario”, 30 de Octubre de 2001. Francisco Javier Camacho Villanueva, M.C. Ingeniería Mecánica especialidad Materiales, “Estudio electroquímico de aceros aleados al manganeso embebidos en mortero para la determinación de resistencia a la corrosión”, 31 de Octubre de 2001. Omar Méndez Zamora, M.C. Ingeniería Eléctrica, especialidad Potencia, “Modelado de elementos en sistemas eléctricos de potencia para estudios sobre energización”, 2 de Noviembre de 2001. Eliut López Toledo, M.C. Ingeniería Eléctrica, especialidad Control, “Diseño de un observador backstepping para un robot con articulación rotatoria flexible”, 9 de Noviembre del 2001. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Titulados a nivel Doctorado en la FIME DRA. OXANA VASILIEVNA KHARISSOVA Nombre de la tesis: Influencia del hierro en la estructura del espinel en el sistema MgO-Al2O3-Fe2O3 sinterizado en horno convencional y mediante microondas. Fecha de examen: 13 de Julio 2001 Asesor: Dr. Ubaldo Ortiz Méndez Nació en la URSS el 25 de febrero de 1969 En 1993 obtiene la Licenciatura en Geoquímica con Especialidad de Cristalografía, en la Universidad Estatal de Moscú de M. V. Lomonosov. Título de la tesis: Crecimiento de cristales de heptatantaloniobatos en fase “fundida-sólida”. Obtuvo la Maestría en Ciencia de la Cristalografía en 1994, en la Universidad Estatal de Moscú de M. V. Lomonosov. Título de la tesis: Cristalización de la “solución-fundida”del corundum. De 1994 a 1995 fue Investigadora en la Universidad Estatal de Moscú de M.V. Lomonosov. Desde 2001 es Profesora-Investigadora, en la Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas de la UANL. Título obtenido: Doctorado en Ingeniería de Materiales. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 Resumen: La obtención y estudio de materiales refractarios es muy importante, porque estos materiales se utilizan en estructuras capaces de soportar altas temperaturas. La eficiencia en los procesos actualmente exige condiciones de operación cada vez más severas en la industria del acero. En este trabajo se realizaron los estudios de un material refractario al que llamamos espinela (MgAl2O4) con la presencia de hematita durante el procesamiento. Además se estudió la influencia de la energía aportada de manera convencional o mediante microondas sobre esta interacción hierro-espinela. Las muestras fueron analizadas mediante difracción de rayos-X, microscopía electrónica de barrido (MEB) y microscopía de fuerza atómica (MFA). En todos los casos la producción de espinela en el horno convencional y mediante microondas se mejora con la presencia de hierro, hasta una concentración y un tiempo de procesamiento que depende del modo de calentamiento. Los resultados obtenidos muestran que la presencia de hematita permite un mayor sinterizado de la espinela para ambos tipos de calentamiento y en el calentamiento de las muestras mediante microondas permite alcanzar una temperatura más alta en un tiempo menor. Se observó que la producción de espinela MgAl2O4 en un horno convencional está influenciada por la presencia de hematita y se manifiesta por una variación del parámetro de la celda que va de 8.00831Å a 8.030Å. 63 �Titulados a nivel Doctorado en la FIME DRA. ANA MARÍA GUZMÁN HERNÁNDEZ Egresada de la carrera de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México en enero de 1989. Ingresó al Departamento de Ciencia de Materiales de la Escuela Superior de Física y Matemáticas del Instituto Politécnico Nacional donde obtuvo el título de Maestra en Ciencias con Especialidad en Ciencia de los Materiales en agosto de 1993. Ha laborado en Investigacion y Desarrollo en las empresas Refractarios Mexicanos, S.A de C.V (19951997). Título obtenido: Doctor en Ingeniería de Materiales. Nombre de la tesis: Sinterización de Materiales Refractarios base Alúmina-Zirconia-Sílice. Fecha de examen: 5 de Abril de 2001. Asesor: Dra. Patricia Rodríguez López Resumen: El trabajo se ha enfocado en la sinterización de formulaciones refractarias base AZS con bajo contenido de ZrO2, con el propósito de obtener un refractario de menor costo con propiedades 64 semejantes a las de los productos actuales. En el laboratorio se sinterizó una serie de composiciones AZS variando la cantidad de ZrO2 y tomando en cuenta a la composición comercial (37% ZrO2), por otro lado, se utilizaron SiC, TiC y MgO. La experimentación se llevó a cabo en cuatro etapas: en la primera, se desarrollaron 7 formulaciones entre las que se incluyeron adiciones de SiC, TiC y MgO, sinterizadas a 1200 y 1450ºC durante 12, 18, 24 y 48 horas para optimizar temperaturas y tiempos de reacción, favorecer el proceso de sinterizado y, por lo tanto, la formación de fases refractarias como mullita (3Al 2O 3.2SiO 2) en la formulación AZS con ZrO2, menor al 37%. En la seguda etapa, se prepararon muestras AZS con dos materiales (arcilla y methocel) cuya función es favorecer la liga o unión entre las partículas de las materias primas; se cambió la fuente de sílice, de arena sílica (de 150µm) a sílica fume (<45µm) para conocer como influye el tamaño de partícula durante el prensado y la sinterizaciòn. A partir de los resultados obtenidos, se realizó una tercera etapa en la que se trabajó con 3 formulaciones con alto y bajo contenido de ZrO2, así como con adiciones de SiC para realizar una prueba estática de penetración y ataque por vidrio fundido observándose un buen comportamiento con el material con bajo contenido deZrO2. Durante la cuarta etapa se prepararon 2 formulaciones modificando las proporciones de alúmina, zirconia y sílica fume, para evaluar el comportamiento de esto se realizó una prueba estática de penetración y ataque por vidrio fundido observándose, nuevamente, un buen comportamiento con el producto de bajo contenido de ZrO2, por lo que se considera que este puede ser utilizado como revestimiento refractario en hornos para fusión. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Titulados a nivel Doctorado en la FIME DR. CARLOS JAVIER LIZCANO ZULAICA Resumen: Los resultados de un proyecto de desarrollo de aceros doble fase para mejorar la resistencia a la corrosión de la varilla de refuerzo en estructuras de concreto promovieron la profundización en el trabajo con un nuevo enfoque de carácter mecánico. Los aceros doble fase, cuya microestructura consiste de una matriz de ferrita con partículas de martensita, han recibido una gran atención debido a su útil combinación de alta resistencia y buena ductilidad. Sin embargo, muy poco estudio se ha realizado para clarificar el factor controlante que afecta las propiedades mecánicas de la estructura. Nació el 24 de julio de 1951 en Monterrey, N. L., México. Licenciatura 1968-1973. Egresado de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León en 1973 como Ingeniero Mecánico Electricista. Obtuvo la maestría en Ciencias en Ingeniero Mecánico con especialidad en Materiales en 1996. Posee vasta experiencia en la industria siderúrgica y ha sido catedrático de la FIME en el área de Diseño y Resistencia de Materiales. Título obtenido: Doctor en Ingeniería de Materiales Nombre de la tesis: Comportamiento mecánico y microestrutural de aceros doble fase. Fecha de examen: 1 de Junio de 2001. Asesor: Dr. Rafael Colás Ortíz Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 No se ha puesto atención al hecho de que estos materiales tienen un alto límite de proporcionalidad y endurecen en frío inmediatamente sin exhibir el fenómeno discontinuo de cedencia. Por eso, la solución al problema es desarrollar una fórmula empírica en la cual sean consideradas las propiedades anteriores. El objetivo del trabajo es la caracterización de las propiedades mecánicas de dos nuevas familias de aceros aleados al silicio y al manganeso, así como el desarrollo de un modelo predictivo de las propiedades mecánicas en función de la microestructura. Las hipótesis planteadas son: La aplicación del análisis modificado Crassard-Jaoul basado en la fórmula de Swift, permite describir el comportamiento deformación-endurecimiento. El comportamiento mecánico puede caracterizarse por medio de una ley de las mezclas y puede explicarse por medio de correlación múltiple con las características de las fases metalográficas. 65 �Titulados a nivel Doctorado en la FIME DR. FRANCISCO ROMAN ANGEL BELLO ACOSTA Nacido en Ciego de Ávila, Cuba e1 29 de Octubre de 1961. Es egresado de la Universidad Estatal de Daguestán, Rusia. Grados obtenidos: Licenciado en Matemáticas y Maestro en Ciencias Físico-Matemáticas con especialidad en Ecuaciones Diferenciales, en 1985. Experiencia profesional: Maestro de Tiempo Completo del Departamento de Matemáticas de la Universidad de Camagüey desde 1985 hasta 1997. Profesor Invitado en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Angola, desde 1988 hasta 1990. Actualmente profesor de planta del departamento de Ingeniería Industrial del ITESM, Campus Monterrey. Título obtenido: Doctor en Ingeniería con Especialidad en Ingeniería de Sistemas Nombre de la tesis: Nuevo enfoque en el diseño y entrenamiento de redes neuronales para la clasificación. Fecha examen: 9 de febrero 2001 Asesor: Dr. José Luis Martínez Flores 66 Resumen: En este trabajo se tratan tres de los problemas fundamentales en el aprendizaje de redes neuronales artificiales de propagación hacia adelante: 1) Determinar la cantidad de neuronas en la capa oculta para que una red neuronal pueda clasificar un conjunto de patrones, 2) Obtener un algoritmo de entrenamiento, con menor cantidad de operaciones de punto flotante que las diferentes variantes del algoritmo de retropropagación del error y 3) Desarrollar un algoritmo de entrenamiento para redes neuronales clasificadoras de memoria entera. Como solución al primer problema, a partir del análisis de los espacios de patrones y de pesos, se diseñó un algoritmo que determina la cantidad de neuronas en la capa oculta para clasificar un conjunto no contradictorio de patrones en dos clases. Se determina, en cada iteración, un hiperplano que separa la mayor cantidad de patrones de una misma clase. Para resolver el segundo problema, se diseñó un algoritmo para entrenar una red con funciones continuas de activación con un número de operaciones muy inferior al de las diferentes variantes del algoritmo de retropropagación del error. Se toma como memoria inicial, la obtenida de la red del problema anterior y es aplicable al filtrado de señales, donde el objetivo es minimizar una función de error cuadrático. Por último, se estudia el problema de entrenamiento de una red neuronal de memoria entera para clasificar un conjunto de patrones en dos clases. Utilizando los procedimientos se desarrollaron para el diseño de la red, se obtienen diferentes hiperplanos separadores y se selecciona el hiperplano que separa la mayor cantidad de patrones de una misma clase. La importancia de este algoritmo de entrenamiento está en que las redes de memoria entera son muy económicas en sus diferentes formas de implementación. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Acuse de recibo Revista BOLETIN INDUSTRIAL Revista SCIENCE Editorial Nova publica mensualmente Boletín Industrial “Publicidad de empresa a empresa” la cual contiene anuncios de una gran variedad de productos dirigidos al ámbito industrial. El formato de esta publicación; basado en anuncios con imágenes descriptivas, y un índice de productoempresa, permite su rápida revisión, pudiéndose solicitar la información de su interés devolviendo la “tarjeta de servicio al lector” con sus datos y el número correspondiente al producto, o contactando directamente al anunciante, dado que cada empresa proporciona su teléfono, fax, e-mail y/o página de Internet. El número 5557 (8 febrero 2002) de Science ofrece como tópico central los últimos adelatos en Biónica en el dossier Bodybuilding: The Bionic Human. La reseña histórica que abre la serie de artículos abarca desde el desarrollo de la primera prótesis de mano con dedos articulados hecha de hierro en 1504, hasta la reciente implantación exitosa del primer corazón artificial en 2001. L. Hench y J. Polak discuten los Biomateriales de tercera generación, que actualmente se diseñan para estimular respuestas celulares específicas a nivel molecular, entre estos revolucionarios materiales se cuentan vidrios bioactivos para reparar defectos óseos. Este boletín de gran utilidad para estar al día, en cuanto a maquinaria y equipos industriales se distribuye gratuitamente y puede solicitar información sobre la misma vía e-mail en la dirección bolind@iwm.com.mx o en la página www.boletinindustrial.com donde también puede encontrar este boletín en versión electrónica. Entre los artículos de investigación de vanguardia, Evans y coautores reportan el desarrollo de una microsonda magnética de difracción de rayos-X que permite visualizar la estructura y evolución de dominios magnéticos individuales en monocristales de cromo a escala micrométrica. www.sciencemag.org (FJEG) (MHR) Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 67 �Colaboradores Aguilar Garib, Juan Antonio Profesor investigador del Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales de la UANL. Obtuvo su licenciatura y su maestría en el Instituto Tecnológico de Saltillo y el doctorado en Ingeniería de Materiales en la UANL. Realizó una estancia de investigación en el Centro para Recursos Energéticos y Ambientales de la Universidad de Texas en Austin. Es miembro del SNI nivel I. Arredondo Díaz, José Luis Ingeniero Mecánico Administrador por FIME, UANL. Maestría en Ciencias de la Administración con especialidad en relaciones industriales. Ha sido maestro en FIME desde 1980. Actualmente es Secretario de Relaciones Públicas en la misma facultad. Elizondo Garza, Fernando Javier Ingeniero Mecánico Electricista egresado de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Diplomado en Administración de Tecnología en el CINVESTAV del IPN. Maestría en Ingeniería Ambiental en la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Es catedrático y consultor de la FIME y director de la revista Ingenierías. Guerrero Salazar, Carlos Alberto Es egresado de la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL, donde también estudió la Maestría en Ciencias. Doctor en Ingeniería Química por la Ecole Politecnique de Canadá. Miembro del SNI nivel 1. Asesora a diferentes industrias de Monterrey en el área de plásticos y vidrio. Es Maestro de la FIME de la UANL. Ganador del Premio de Investigación UANL 1999 en el área de Ingeniería y Tecnología. González González, Virgilio A. Egresado de la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL. Maestría en química orgánica y doctorado en ingeniería de materiales. Ha sido jefe del Departamento de Macromoléculas y del de Fisicoquímica en el Centro de Investigaciones en Química Aplicada de Saltillo, Coahuila. Es profesor de tiempo completo en la FIME. 68 Gutiérrez Lazos, Claudio Davet Estudió la carrera de Licenciado en Ciencias Físico Matemáticas en la Universidad Autónoma de San Luis Potosí y la Maestría en Ciencias en el Departamento de Física del Centro de Investigaciones y de Estudios Avanzados en Zacatenco. Actualmente es estudiante del Doctorado en Ingeniería Física Industrial de la Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas de la UANL. Hinojosa Rivera, Moisés Egresado de la FIME-UANL, obtuvo maestría y doctorado en Ingeniería de Materiales en la misma institución. Postdoctorado en el Instituto de Estudios e Investigaciones Aeroespaciales de Francia. Ganador del Premio de Investigación UANL 1996. Es investigador de tiempo completo en la FIME desde 1998. Kharissova, Oxana Vasilievna Graduada como Geoquímica con especialidad en cristalografía en la Universidad Estatal de Moscú, donde realizó su maestría en la misma especialidad. Realizó su doctorado en Ingeniería de Materiales en la FIME-UANL. Desde Agosto de 2001 es investigadora de la FCFM de la UANL. Loverde, Lorin Obtuvo Licenciaturas en Filosofía y Psicología en la Universidad de Wisconsin en 1965. Maestría en Artes por la San Francisco State University en el área de Creative Writing en 1968. Estudios de Doctorado ABD en Filosofía Religiosa en la Columbia University. Ha sido profesor en la University of Maryland Campus Heidelberg en Alemania, en el Schiller College en Heidelberg en Alemania, en el Pratt Institute en Nueva York, en la California Lutheran University. Actualmente es profesor del ITESM y director de la empresa Express English. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �Colaboradores Mata Cabrera, Francisco Ingeniero Industrial e Ingeniero Técnico de Minas por la Universidad de Castilla-La Mancha. Diplomado en Ingeniería de materiales por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Master en Evaluación de Impacto Ambiental por el Instituto de Investigaciones Ecológicas de Málaga, Experto Universitario en Educación por la UNED. Es profesor Asociado en el Área de Ingeniería Mecánica en la Escuela Universitaria Politécnica de Almadén. Morones Ibarra, J. Rubén Licenciado en Ciencias Físico Matemáticas por la UANL. Obtuvo su doctorado en Física en el área de Física Nuclear Teórica en la University of South Carolina, USA. Actualmente es maestro de la Facultad de Ciencias Físico-Matemátias de la UANL. Ortiz Méndez, Ubaldo Egresado de la Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas de la UANL, obtuvo su DEA en Ciencia de Materiales en la Universidad Claude Bernard de Lyon, Francia y su doctorado en Ingeniería de Materiales en el INSA de Lyon. Es investigador de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL, y miembro del SNI nivel 1. Recientemente obtuvo el Reconocimiento al Mérito Tecnológico TECNOS 2000. Quintero Flores, Raúl Gerardo Ingeniero Mecánico Electricista egresado de la UANL. También es licenciado en Matemáticas por la misma institución. Ha cursado las maestrías en Ciencias en Ingeniería Eléctrica y en Ciencias en Ingeniería Mecánica en el Massachusetts Institute of Technology. En honor a sus contribuciones a la tecnología y a la Educación, la UANL lo distinguió con el grado de «Doctor en Ingeniería Honoris Causa». Fue Fundador y Director de la Escuela de Graduados de la FIMEUANL. Es director general de la División de Tecnología de HYLSA. Es miembro del Consejo de la Fundación México-Estados Unidos para la Ciencia. Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 Reyes Melo, Martín Edgar Ingeniero en Industrias Alimentarias, egresado de la Facultad de Agronomía de la UANL. Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica especialidad en Materiales por la FIME-UANL, donde actualmente realiza un Doctorado en Ingeniería de Materiales. Ganador del Premio a la Mejor Tesis de Maestría UANL 1999 y ganador del premio de Investigación UANL 1999, ambos en el área de Ingeniería y Tecnología. Rojas Garcidueñas Manuel Biólogo egresado de la UNAM. M Sc por la University of Minnesota; profesor emérito del ITESM. Ha sido profesor de fisiología vegetal. Autor de varios libros de su especialidad, de una historia de la ciencia y un libro de difusión: De la vida de los planetas y de los hombres, así como de más de 30 artículos de investigación y académicos. Ha sido profesor en la Facultad de Biología de la UANL. Pertenece a la Academia Mexicana de Ciencias. Santos Guevara, Ayax Ingeniero Físico Industrial del ITESM. Actualmente es estudiante del doctorado en la Facultad de Ciencias Físico- Matemáticas de la UANL. Areas de interés: mecánica cuántica y física matemáticas. Valdez Nava, Zarel Ingeniero Mecánico Metalúrgico, por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Premio a la mejor tesis de licenciatura de 1999 en el área de Ingeniería y Tecnología. Obtuvo el grado de Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales en diciembre de 2001. Actualmente realiza sus estudios de Doctorado en la FIME. Villarreal Garza, Roberto Ingeniero Mecánico Electricista por la FIME-UANL, 1970. Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Térmica y Fluidos. Reconocimiento por parte de la American Society of Mechanical Engineers como Faculty Advisor. Catedrático de la FIME-UANL desde 1969. Profesor de la División de Estudios de Postgrado desde 1977. Actualmente es Sub-Director de Postgrado de la FIME-UANL. 69 �Información para colaboradores Se invita a profesores e investigadores de las diferentes áreas de la ingeniería a colaborar en la Revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril, reportes de investigación, reportajes de eventos, convocatorias, etc. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras. Deberán incluirse un máximo de 5 palabras clave tanto en español como inglés. Las referencias irán numeradas en el orden que fueron citadas en el texto. Las colaboraciones deberán estar escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. No deberá ser en primera persona. Las fichas bibliográficas incluirán los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Solamente se aceptarán trabajos en inglés de personas cuyo primer idioma no sea el español. Deben incluirse al menos 3 imágenes o gráficas en blanco y negro, originales. Todos los artículos recibidos serán sujetos a arbitraje tipo doble anónimo siendo inapelable el veredicto de los revisores. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, precisión de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Para cualquier comentario o duda estamos a disposición de los interesados en: Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio del CEDIMI, 3er. piso. Tel.: 8376-8580 y 8376-1614 Ext. 131 Fax: 8376-2963 y 8332-0904 E-mail: fjelizon@ccr.dsi.uanl.mx LINEAMIENTOS EDITORIALES Es requisito enviar, para su consideración editorial, un original y copia del artículo, así como un disquete de 3 ½” con el archivo del mismo en formato .doc de Word, originales de material gráfico, y fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras. Los artículos deben remitirse a Revista Ingenierías, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio del CEDIMI, 3er. piso, A. P. 076 “F”, Cd. Universitaria, San Nicolás, C.P. 66450, N.L., México. El título del artículo no debe exceder de 80 caracteres. El número máximo de autores por artículo es cuatro. La extensión de los artículos no deberá exceder de 7 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. 70 Ingenierías, Abril-Junio 2002, Vol. V, No. 15 �� 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 2002 Volumen Volumen de la revista 5 Número Número de la revista 15 Mes de publicación Mes cuando se publicó Abril-Junio Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2002, Vol 5, No 15, Abril-Junio Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Elizondo Garza, Fernando J., 1954-, Director Hinojosa Rivera, Moisés, Editor Méndez Cavazos, Julio César, Coordinador Editorial Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/04/2002 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 2020778 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 Efecto catalítico Energía nuclear Morfología de cristales Nucleación Transductores de fuerza