https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20748/Ingenierias_2004_Vol_7_No_25_Octubre-Diciembre.pdf 2a30d16154aa6c29de1e8d18a93dda52 PDF Text Text �25 Contenido Octubre-Diciembre de 2004, Vol.VII, No. 25 2 Directorio 3 Editorial Reglamentos de ruido vs. naturaleza humana Fernando J. Elizondo Garza 9 Implementación de un relevador digital de sobrecorriente adaptivo Arturo Conde Enríquez, Ernesto Vázquez Martínez, Paz Vicence Cantú García 17 Desarrollo sustentable: pasado, presente y futuro Mario Alberto Díaz López 24 Propiedades de escalamiento de las superficies de fractura de nylon Moisés Hinojosa Rivera, Virgilio González González, Jonathan Sánchez Cárdenas, Ubaldo Ortiz Méndez 33 Diseño a partir del precio Gabriel Zaid 35 Comparando métodos heurísticos para secuenciar tareas en líneas de flujo Mireya L. Valenzuela Luna, Roger Z. Ríos Mercado 40 Un criterio más allá de la simple aritmética en ciencia y tecnología Marco Antonio Martínez Negrete 45 Diseño de un termómetro para animales de trabajo José Rodolfo Martínez y Cárdenas, Jaime Díaz Altamirano, Fidel Diego Nava 51 Códigos para detección y corrección de errores en comunicaciones digitales Raúl Alvarado Escamilla 61 Enredándose: La Real Academia Española de la lengua on line Fernando J. Elizondo Garza, Graciela L. España Lozano, 65 Eventos y Reconocimientos 67 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 69 Acuse de Recibo 70 Colaboradores 72 Información para Colaboradores Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 � �INGENIERÍAS es una publicación arbitrada de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. La opinión expresada en los artículos firmados es responsabilidad del autor. No se responde por originales y colaboraciones no solicitadas. Se autoriza la reproducción total o parcial de los artículos siempre y cuando se solicite formalmente, se cite la fuente y no sea con fines de lucro. La correspondencia deberá dirigirse a: Revista Ingenierías, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL, A.P. 076 “F”, Ciudad Universitaria, C.P. 66450, San Nicolás de los Garza, N.L., México. Tel: (52) (81) 8329-4020 Ext. 5854 Fax: (52) (81) 8332-0904 Correo Electrónico: fjelizon@ccr.dsi.uanl.mx hinojosa@gama.fime.uanl.mx Página en Internet: http://ingenierias.uanl.mx DIRECTOR M.C. Fernando Javier Elizondo Garza EDITOR Dr. Moisés Hinojosa Rivera COORDINACIÓN EDITORIAL Lic. Julio César Méndez Cavazos Lic. Neydi G. Alfaro Cázares CONSEJO EDITORIAL Dr. Guadalupe Alan Castillo Rodríguez Dr. Boris l. Kharisov M.C. César A. Leal Chapa M.C. Luis Manuel Martínez Villarreal Dr. Ubaldo Ortiz Méndez Dr. Miguel Ángel Palomo González Dr. Ernesto Vázquez Martínez COMITÉ DE COLABORADORES Dr. Juan Antonio Aguilar Garib Dr. Efraín Alcorta García Dr. Héctor Jorge Altuve Ferrer Dr. Rafael Colás Ortíz Dr. Óscar Leonel Chacón Mondragón M.C. Juan Ángel Garza Garza Dr. Virgilio A. González González Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar FORMACIÓN Santiago Fernández Recio UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Rector / M.C. José A. González Treviño Secretario General / Dr. Jesús Ancer Rodríguez Secretario Académico / Dr. Ubaldo Ortiz Méndez Secretario de Extensión y Cultura / Lic. Rogelio Villarreal E. TRADUCTOR DE INGLÉS Lic. José de Jesús Luna Gutierrez INDIZACIÓN Dr. F. Eugenio López Guerrero FOTOGRAFíA M.C. Jesús E. Escamilla Isla FACULTAD DE INGENIERíA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Director / M.E.C. Rogelio G. Garza Rivera Sub-Director Académico / M.C. Luis Manuel Martínez Villarreal Sub-Director Administrativo / M.C. Alejandro Aguilar Meraz Sub-Director de Desarrollo Estudiantil / Ing. Hugo E. Rivas Lozano Sub-Director de Estudios de Posgrado / Dr. Guadalupe A. Castillo R. Sub-Director de Vinculación / M.C. Esteban Báez Villarreal � DISEÑO M.A. José Luis Martínez Mendoza WEBMASTER Ing. Dagoberto Salas Zendejo IMPRESOR M.C. Mario A. Martínez Romo Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Editorial: Reglamentos de ruido vs. naturaleza humana Fernando J. Elizondo Garza Laboratorio de Acústica, FIME-UANL fjelizon@ccr.dsi.uanl.mx La naturaleza humana es extraordinariamente complicada. Cubre un amplio rango de deseos y comportamientos, que están delimitados subjetivamente desde lo bueno hasta lo malo, de lo constructivo a lo destructivo, de lo sano a lo patológico. Este rango implica comportamientos contradictorios u opuestos. A más de 30 años de haberse reconocido el ruido como un contaminante del medio ambiente (México 1971)1 y de haberse publicado los primeros reglamentos para su control (USA 1972, México 1976)2,3, los problemas de ruido siguen siendo en muchas grandes ciudades alrededor del mundo una de las causas principales, si no la más frecuente, de quejas de los ciudadanos ante la autoridad. Las leyes y reglamentos actualmente buscan proteger a las personas de los efectos del ruido. Es común, cuando las comunidades protestan contra el ruido ante las autoridades, que éstas reaccionen, casi como reflejo condicionado, prohibiéndolo, sin mayor análisis, lo cual en algunos casos soluciona parcialmente el problema. Por otro lado, hay poca información científica sobre las personas que intencional y frecuentemente producen ruido, el cual parecen disfrutar. A raíz de las discusiones actuales sobre considerar la energía y la información4 como fuentes de adicción, en donde cabría el caso del ruido,5 se ha hecho necesario revisar el uso intencional del ruido en los humanos y tratar de entender las funciones que cumple y justifican su uso,6 al menos en forma individual. Lo anterior implica que la revisión de los reglamentos sobre el ruido, en una perspectiva más amplia, resulta también necesaria. Actualmente los reglamentos de ruido se fundamentan generalmente en la información de los efectos negativos del ruido, a veces sólo considerando textos de divulgación de los ecologistas, salvo honrosas excepciones, personas activas, bien intencionadas y profundamente ignorantes. Los resultados saltan al oído: muchas personas no respeta los reglamentos de ruido, y cada vez pueden conseguirse mejores equipos para producirlo. RUIDOS QUE LA GENTE BUSCA ESCUCHAR Para resolver un problema hay que conocer las causas. En este sentido es pobre la información y difícil su estudio. Debemos empezar por reconocer que es frecuente encontrar personas que se exponen intencional y a veces rutinariamente a ruidos que para otros, o que de acuerdo a normas, son altos y no adecuados.6 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 3 �Editorial / Fernando J. Elizondo Garza Como ejemplos podemos citar: personas con estéreos portátiles/ Personas en discotecas/ Restaurantes reverberantes / Niños explotando cohetes de pólvora o con juguetes ruidosos/ Sonidos de aparatos o equipos en casas/ Sonidos en autos/ Uso de música, radio o televisión para estudiar o trabajar/ Síndrome del tamborilero/ Sexo escandaloso. Estos ejemplos vienen a indicarnos que hay situaciones en las que las personas prefieren el ruido al silencio, y no son pocas. Podría decirse que se prefiere el sonido al silencio, en cuyo caso no habría ningún problema, pero en realidad todos conocemos de personas que no se conforman con sonido normales, sino que de acuerdo a las diferentes definiciones gustan o acostumbran exponerse, o producir, ruido. Por otro lado también debemos reconocer que otras personas prefieren el silencio. Lo anterior implica que, al igual que muchos comportamientos humanos, no hay un simple patrón general, sino que se presenta una dualidad aparente que enmarca los límites de un rango de comportamientos que va desde la necesidad de silencio hasta la de ruido, y que en realidad muy pocos tienen comportamientos extremos. En otro sentido también hay que reconocer que las personas hacen uso del ruido, o lo buscan, sólo en ciertos momentos u horarios o en ciertos lugares. Esto implica que el uso del ruido, al no usarse constantemente y en todos los lugares, está relacionado al cumplimiento de una función para la persona. LAS FUNCIONES DEL RUIDO Las funciones del ruido, aunque reconocidas, están poco estudiadas en virtud de que los mecanismos de las mismas, los cuales en muchos casos son grandes incógnitas, son fenómenos complejos. 6 Algunas de las funciones del uso /producción de ruido por las personas son: Como mecanismo de bloqueo del sistema de alarma acústico El cuerpo humano posee una alarma sonora que hace que ante una variación del nivel sonoro se llame la atención del cerebro o incluso que se adrenaline el cuerpo por efecto de la sorpresa o susto. Este mecanismo funciona en forma diferencial o relativa, esto es, que lo que determina la alarma es el incremento de un sonido con respecto al nivel de ruido de fondo, siendo el efecto mayor si el sonido es impulsivo. La anulación del sistema de alarma mediante el uso de ruido tiene dos usos principales: no despertarse alarmado, para lo cual dejar encendido un radio, la televisión o un ventilador ruidoso, permite mantener un nivel de fondo alto con respecto al exterior y obtener así un nivel sonoro con poca variación de amplitud; y no distraerse de una actividad, creando un ruido de fondo alto, producido por ejemplo por música, se evita perder la concentración, al poderse bloquear las distracciones producidas, por conversaciones, caminar de personas, etc. Como barrera acústica Cuando en un mismo espacio deben estar varias personas en actividades o conversaciones diferentes y no deben interferirse, una alternativa que no implica 4 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Editorial / Fernando J. Elizondo Garza la separación acústica es el enmascaramiento, o sea introducir un sonido con suficiente volumen para que los mensajes de cada subgrupo no puedan ser interpretados, obteniéndose por lo tanto privacidad acústica. El uso del ruido puede producir efectos similares, de hecho en algunos restaurantes se establece una acústica exageradamente reverberante que propicia que los sonidos de las diferentes personas se entremezclen, aunadas a pasos, ruidos de servicio, aire acondicionado, etc., produciendo un ruido de fondo que permite hablar con razonable privacidad. Como mecanismo para llamar la atención El producir ruido es usado por muchas personas como un medio para atraer la atención. Esta actitud toma diferentes vertientes, en algunas es solamente usada para mostrar presencia y en otras llega a demostrar predominio (hago ruido porque puedo, como acto de prepotencia). Como mecanismo de agresión El ruido al poder producir un estado de estrés, molestia, susto e incluso daño a la audición, puede ser utilizado, igual que cualquier instrumento físico, energético o conceptual, para agredir. La violencia es intrínseca a la humanidad y el sonido, como una energía que se puede controlar y dirigir, puede ser un arma. Como mecanismo excitador del sistema nervioso El sonido, y sobre todo el de alto nivel sonoro, puede mantener excitado el sistema nervioso produciendo un estado de exaltación. Esto puede ayudar a alegrar y desinhibir a algunas personas, y por lo tanto una fiesta sin música o risas a alto nivel sonoro nunca será igual que una silenciosa. Como mecanismo de saturación informático Hay personas que requieren mantener ocupado su cerebro, no soportan estar sin hacer nada, son reconocibles por estudiar para un examen con audífonos de estéreo y con la televisión prendida. En este caso los sonidos que se buscan tienen mensajes. Es importante tener claro que en realidad la concentración sólo se puede mantener por pequeños períodos de tiempo, así que el tener varias fuentes de información permite, al ir recorriéndolas, poder trabajar en algo en particular por largo tiempo. Como mecanismo de compañía virtual Muy similar al caso anterior es el de las personas que utilizan el sonido para controlar el vacío, la desesperación o el miedo producido por la soledad. Es común que las personas solas pongan música a mucho volumen o tiendan a utilizar aparatos ruidosos. En otros casos la compañía virtual se utiliza para no evidenciar que se está solo, para evitar robos, de hecho hay quien compra generadores de ladridos. Como mecanismo de desfogue de tensiones y emociones Si se analiza el grito, uno puede fácilmente percatarse de su importancia como mecanismo de exteriorización de emociones. El producir sonidos fuertes corporalmente, gritar, aplaudir, patalear, etc. son mecanismos naturales que gracias a la educación se logran reprimir o redireccionar, pero que pueden explotar en cualquier momento. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 5 �Editorial / Fernando J. Elizondo Garza Como mecanismo de aislamiento/evasión ¿Cuántos jóvenes usan los estéreos personales como mecanismo de evasión, quizás protección? El poder aislarse del entorno, el ensimismarse, parece ser algo necesario en las grandes ciudades. El trabajo para relacionar, aclarar o probar estas hipótesis se vislumbra arduo, y largo en algunos de los casos. El establecer los mecanismos biológicos atrás de los psicológicos, más difícil aún. Además, varias de las funciones parecen ser parte de estructuras rituales que implican la presencia no sólo del ruido como estímulo al organismo, sino la interacción de varios factores. ALGUNOS CONCEPTOS SOBRE REGLAMENTACIÓN Las leyes y reglamentos se van creando por la necesidad que presenta una sociedad de regular el comportamiento, en primera instancia con el fin de evitar los comportamientos “negativos” al buscar mantener bajo control el designio animal del “dominio del más fuerte”, “los impulsos destructivos” y por ende buscan ser las bases de la civilización.7,8 Lo anterior implica que toda ley va en cierto sentido contra la naturaleza humana, al buscar evitar el ejercicio de parte de ella. En otro sentido al acotar las libertades (tu libertad termina donde inicia la de los otros) restringe los deseos de acción. Las leyes buscan el bienestar de la mayoría de los miembros de una sociedad, por lo que de cierta manera tienen un sentido estadístico, sobre todo en las sociedades democráticas. Pero el ejercicio de la ley resulta en la práctica limitado. Una cosa es hacer leyes y otra hacer que se cumplan. Entre las causas de dichas ineficiencias en la aplicación de las leyes, podemos mencionar: • La falta de información del gobierno hacia la sociedad. Sobre aspectos legales y reglamentarios. • La falta de interés del individuo por conocer las legislaciones que lo regulan. • El uso de las leyes como herramienta para delinquir, como en el caso del amparo en México. • La extorsión a las autoridades. • Leyes inaplicables debido a sus deficiencias y contradicciones. • Legisladores que no saben de Derecho. Es importante hacer notar que en algunas sociedades el número de leyes, reglamentos y normas que recaen directamente sobre los ciudadanos comunes ha crecido tanto que: • Las personas sienten limitada su libertad. • Es imposible conocerlas en su totalidad y estar al día. REGLAMENTOS DE RUIDO vs. NATURALEZA HUMANA9 ¿Y los derechos de los amantes del ruido? Es curioso, pero no se consideran explícitamente los derechos de los que gustan del ruido. Como si ignorándolos fueran a desaparecer. 6 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Editorial / Fernando J. Elizondo Garza ¿Qué hacer para satisfacer los intereses de este grupo minoritario? Si las personas quieren o necesitan ruido, hay que enseñarles como manejar el ruido sin dañarse a sí mismos o molestar a otros. Hay que generar opciones: lugares apropiados, niveles apropiados, momentos apropiados. Producir leyes que no se obedecerán no es una solución. Por ejemplo ¿prohibir a un adolescente comprar un auto estéreo? No le vendamos un aparato que luego le prohibiremos que use, por ejemplo un autoestéreo de “1000 Watts”, por supuesto con bocinas de graves “subwoffers” suficientes para sonorizar un cine. Un aspecto importante que llama la atención es el hecho de que autoridades ignorantes, ante un problema prefieren coartar la libertad prohibiendo, en vez de resolverlo. No vendamos un aparato que dañe o que afecte al usuario y a otras personas y que luego trataremos de prohibir. Por ejemplo ¿pedir a los padres no comprar juguetes ruidosos? Mejor no venderlos. ¿Quizás los valores se han perdido? ¿El beneficio económico se ha puesto sobre el bienestar social? Hay quien sostiene que algunos problemas de ruido son inducidos comercialmente y que se trata de un problema similar al relacionado con las industrias del alcohol y de las armas. Volviendo al punto, los reglamentos y normas deben procurar en primera instancia el control de las fuentes de ruido antes de caer en el ridículo de prohibir el uso de un objeto legalmente en el mercado. Que por otro lado representa prácticamente un mecanismo de inducción a la delincuencia y que termina demeritando los sistemas judiciales. En cuanto a los comportamientos compulsivos, por desgracia no desentrañados por la ciencia, como las adicciones, no se vislumbra actualmente la posibilidad de evitar que se violen las leyes, por ejemplo en las adicciones a drogas, sexo, y lo que nos atañe, el ruido. Las personas siguen infringiendo la ley, aun conscientes de las consecuencias. No se vislumbra el fin del narcotráfico ni el de los problemas sociales por productores compulsivos de ruido mientras no se entienda el mecanismo psicológico y fisiológico y se sepa cómo evitar las adicciones. COMENTARIOS FINALES Así pues, producir ruido no es necesariamente un acto necio, sino que implica el cumplimiento de una función. Siempre va a haber personas ruidosas y lo más que se puede pretender lograr es que no molesten o dañen a otras personas, o a sí mismos. El educar a la sociedad en el uso del sonido (ruido) para que no afecte a otras personas o se afecten a sí mismos, es una tarea de gran importancia social. Si bien no se puede explicar o justificar cabalmente la existencia de la adicción al ruido, sí se puede observar un paralelismo con respecto a otras adicciones, que al menos posibilita su existencia y el que personas abusen del ruido cotidianamente refuerza la hipótesis de su existencia. La importancia del ruido en los aspectos rituales es un tema que amerita atención científica. Los ritos hacen más llevadera la existencia humana, por ello es de gran importancia enseñar a las personas a diseñar ritos para evitar los efectos negativos. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 7 �Editorial / Fernando J. Elizondo Garza Las leyes y reglamentos deben hacer la vida más llevadera y no convertirse en un carga intelectual y social más sobre los ciudadanos. Los reglamentos deben dirigirse hasta donde sea posible al diseño/rediseño acústico de las fuentes de ruido y/o a su restricción espacial, temporal y/o comercial, más que a prohibiciones o sanciones directas sobre los ciudadanos. REFERENCIAS 1. Ley federal para prevenir y controlar la contaminación ambiental. Diario Oficial de la Federación. México. 11 de mayo de 1971. 2. Noise Control Act (NCA), Environmental Protection Agency. USA, 1972. 3. Reglamento para la prevención y el control de la contaminación ambiental originada por la emisión de ruido. Diario Oficial de la Federación. México. 2 de enero de 1976. 4. Robert Kubey & Mihaly Csikszentmihalyi. Television addiction is not mere metaphor. Scientific American, Febrero 2002, USA. 5. Fernando J. Elizondo. Noise addiction. First Pan-America/Iberian Meeting on Acoustics, organizado por la Acoustical Society of America, la Federación Iberoamericana de Acústica y el Instituto Mexicano de Acústica. Cancún, México, 02-06 Diciembre 2002. 6. Fernando J. Elizondo. Ese ruido tan necesario. Memoria del 10º Congreso Internacional Mexicano de Acústica, Puebla, Puebla, México, 26-28 de noviembre de 2003 7. Eduardo García Máynez, Introducción al estudio del derecho, 50a. Edición, Editorial Porrúa, México 1999. 8. Eduardo García Máynez, Filosofía del derecho, 13ª. Edición, Editorial Porrúa, México 1999. 9. Fernando J. Elizondo, Regulations against the human nature, 147th meeting - 75 aniversary - of the Acoustical Society of America. New York, N.Y., USA. May 2004 8 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Implantación de un relevador digital de sobrecorriente adaptativo Arturo Conde Enriquez, Ernesto Vázquez Martínez, Paz Vicente Cantú García Programa Doctoral en Ingeniería Eléctrica, FIME-UANL. con_de@yahoo.com, evazquez@gama.fime.uanl.mx RESUMEN En este trabajo se presentan los resultados de la creación de un relevador virtual en Labview®. Se tomó como ejemplo un relevador digital de sobrecorriente adaptativo. Se resumen primero las ideas básicas del relevador adaptativo, se describen a continuación la estructura general del relevador virtual y su programación en Labview®, y finalmente se presentan y discuten los resultados de algunas de las pruebas realizadas hasta el momento. PALABRAS CLAVE Protección de sistemas eléctricos de potencia, protección de sobrecorriente, protección adaptativa. ABSTRACT This paper presents a virtual protective relay implemented in Labview®. The basic design concepts were taken from an overcurrent adaptive relay. Initially, the paper describes the theory to develop an adaptive relay, and then, the general structure of the virtual relay is described, including its implementation in Labview®. Finally, the paper presents some results using real time signals. KEYWOWDS Power system protection, overcurrent protection, adaptive protection. INTRODUCCIÓN El proceso de diseño de un equipo o sistema digital destinado a operar en tiempo real consta de dos etapas básicas. Una primera etapa incluye la investigación y desarrollo de los algoritmos y su evaluación por simulación digital. La segunda etapa consiste en el desarrollo de un prototipo del equipo o sistema y su prueba en condiciones de laboratorio y, posteriormente, en condiciones reales de operación. La única infraestructura requerida para la primera etapa es el equipo de cómputo, dotado del software apropiado para la aplicación. En la segunda etapa se requiere contar con un laboratorio que permita simular físicamente el sistema real al que está destinado el equipo, y tener facilidades para el diseño y construcción del prototipo. El simulador físico puede sustituirse, o complementarse, por un simulador digital en algunas aplicaciones, pero la construcción del prototipo es inevitable. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 9 �Implantación de un revelador digital ... / Arturo Conde Enríquez, et al Cuando el equipo a diseñar es un relevador digital de protección de sistemas eléctricos de potencia, la construcción del prototipo es una labor muy especializada, que no siempre está al alcance de las instituciones de investigación. Es recomendable, por tanto, buscar vías para hacer pruebas de laboratorio al relevador en proceso de desarrollo, sin que se cuente inicialmente con su prototipo. Una alternativa en esta dirección es crear una versión virtual del relevador en una computadora personal equipada con una tarjeta de adquisición de datos. Los algoritmos del relevador son programados en la computadora, lo que da gran facilidad para realizar y probar las modificaciones que resulten del propio proceso de pruebas de laboratorio. Existen programas de computadora diseñados para este tipo de aplicaciones. Uno de esos programas es Labview®,1 que permite crear los denominados instrumentos virtuales. Es conveniente explorar las posibilidades de Labview® para crear un relevador virtual, pues ello permitiría aprovechar las funciones y facilidades propias del programa para acelerar el proceso de implementación y pruebas del “prototipo” virtual del relevador, antes de pasar a la fase de construcción del prototipo físico. Otra posible aplicación es en la enseñanza. En este trabajo se presentan los primeros resultados de la creación de un relevador virtual en Labview®. Se tomó como ejemplo un relevador digital de sobrecorriente adaptativo, cuyo principio de operación se describe en.2,3,4 Se resumen primero las ideas básicas del relevador adaptativo, se describen a continuación la estructura general del relevador virtual y su programación en Labview®, y finalmente se presentan y discuten los resultados de algunas de las pruebas realizadas hasta el momento. RELEVADOR ADAPTATIVO DE SOBRECORRIENTE DE TIEMPO INVERSO En la figura 1 se presenta el diagrama funcional de un relevador digital de sobrecorriente de tiempo inverso, en el que por simplicidad no se muestra el procesamiento analógico y la conversión análogo-digital de la señal de corriente. El filtro recibe como entrada las muestras de la corriente, y entrega a su salida, digitalizadas para cada instante de muestreo, el módulo del fasor que representa la componente fundamental de . 10 Fig. 1. Diagrama funcional simplificado de un relevador digital de sobrecorriente de tiempo inverso. El generador de funciones recibe como entradas la corriente y el dato de corriente de arranque Ia, y forma la señal de salida H(Ik ), donde Ik =(Ir )k/Ia es la magnitud del fasor de componente fundamental de la corriente de entrada al relevador, normalizada con respecto a la corriente de arranque. El integrador es el elemento que introduce la variable tiempo en el proceso; su señal de salida es: k k Gk = ∑ H (I k )∆t = ∆t ∑ H (I k ) (1) donde Gk representa el valor acumulado del integrador en el instante de procesar la muestra k, y ∆t es el período de muestreo. En el comparador, figura 1, se compara la magnitud Gk con un valor umbral K. La condición de operación del relevador es: k =1 k =1 k op Gk = ∆t ∑ H (I k ) = K (2) El relevador opera en el instante en que k alcanza un valor igual a kop y se cumple (2). El tiempo de operación T está dado por: k =1 T = k op ∆t (3) Despejando ∆t en (2) y sustituyendo en (3), se obtiene la ecuación de la característica tiempocorriente T=F(Ik) del relevador: T = F (I k ) = k op K k op ∑ H (I k ) (4) k =1 Si para fines de análisis se considera constante la corriente durante la falla (Ik=I), (4) toma la forma: T = F (I )= K H (I ) (5) Para mejorar la sensibilidad del relevador de sobrecorriente, se ha propuesto2,3,4 introducir una ley Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Implantación de un revelador digital ... / Arturo Conde Enríquez, et al adaptiva en la corriente de arranque Ia, haciendo que ésta varíe en función de la corriente de carga Ic con un factor de seguridad ka(1.2 a 2.0): I a = ka I c (6) 2,3,4 Es necesario fijar límites a Ia para hacer posible la coordinación del relevador adaptativo con los convencionales: (7) I a mín ≤ I a ≤ I a máx Para mejorar la velocidad de operación del relevador adaptativo, se ha propuesto también hacer adaptable su curva de tiempo.5 Si se utiliza en (6) el valor instantáneo de Ic, se requiere una lógica de control de Ia basada en la detección del instante de inicio de la falla, es decir, se necesita un algoritmo de detección de fallas, que puede basarse en la identificación del cambio abrupto en la señal de corriente. En este trabajo se utiliza un detector transitorio,2,6 el cual basa la detección de la falla en el cálculo de un estimado mínimo-cuadrático de la señal y su comparación con las señales de entrada al relevador. La lógica de control de la corriente de arranque del relevador adaptativo de sobrecorriente se resume en el diagrama de bloques de la figura 2. Esta lógica debe considerar los siguientes estados de operación: a) estado estable, en el que se tiene un régimen normal de operación del sistema de potencia; b) estados transitorios provocados por la ocurrencia de Fig. 2. Diagrama de bloques de la lógica de control de Ia. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 fallas; c) condiciones en que la línea protegida está desconectada. La lógica del relevador adaptativo en un estado normal de operación debe: a) permitir que la corriente de arranque varíe con el régimen de operación (ecuación(6)); b) supervisar continuamente que la corriente de arranque del relevador no viole los límites establecidos (ecuación (7)). Los estados transitorios asociados a fallas o a operaciones de cierre y apertura de la línea son detectados por el monitor de transitorios. Esto sirve de base para las siguientes funciones: a) fijar la corriente de arranque Ia en su valor vigente en el momento de ocurrir la falla, para permitir que la corriente debida a la falla sobrepase; b) retornar al régimen de variación de la corriente de arranque si la falla es eliminada por otra protección o si se autoextingue; c) fijar la corriente de arranque en su valor máximo en caso de que la falla sea eliminada por el disparo del propio relevador adaptativo (apertura de la línea protegida). En general, cuando la línea protegida esté fuera de servicio, la corriente de arranque debe ser fijada al valor máximo, para desde ahí comenzar el régimen de flotación sobre la corriente de carga, una vez que se restablece el servicio. Esto da al relevador una cierta inmunidad a los valores elevados que puede tener la corriente de carga durante el estado transitorio asociado al restablecimiento del servicio eléctrico después de una interrupción prolongada del mismo. Si se utiliza un valor de Ic calculado como demanda de corriente, se elimina la necesidad del detector de falla, y la lógica de control se simplifica.7 ESTRUCTURA DEL RELEVADOR VIRTUAL A. Estructura general La estructura general de un relevador virtual (ver figura 3) consta de un módulo de conexión que concentra las señales de entrada y salida, una tarjeta de adquisición de datos, y una computadora personal, donde residen los programas de operación del relevador virtual. El relevador virtual de la figura 3 aparece conectado a un modelo físico del sistema eléctrico de potencia; recibe la información proveniente de los transformadores de corriente, y actúa para provocar 11 �Implantación de un revelador digital ... / Arturo Conde Enríquez, et al Fig. 3. Estructura general de un relevador virtual. el disparo de un interruptor del sistema. En la figura 4 se muestra, a modo de ejemplo, la conexión del relevador virtual a un sistema de potencia radial. Fig. 4. Ejemplo de conexión del relevador virtual a un sistema radial. B. Módulo de conexión El relevador virtual (ver figura 3) cuenta con un módulo de conexión National Instruments® modelo TBX-68, con 68 terminales de tornillo para la conexión de señales de entrada/salida. Incluye un conector SCSI macho para la conexión directa con cables SH6868, R6868, SH1006868, PSHR68-68 y PR68-68F. C. Tarjeta de adquisición La adquisición de datos (ver figura 3) se realiza mediante una tarjeta National Instruments® modelo PCI-MIO-16E-1. Las características de la tarjeta son: 16 entradas analógicas sin referencia u 8 entradas diferenciales, resolución de 12 bits, frecuencia máxima de muestreo de 1.25 MHz, intervalo de ±10 V para entradas bipolares, y ancho de banda de 1.6 MHz. Cuenta con 2 canales de salida analógicos con voltaje de ±10V, y con 8 entradas/salidas digitales; la resolución del temporizador es de 24 bits. 12 PROGRAMACIÓN DEL RELEVADOR A. Características de Labview® Labview ® es un programa de desarrollo de aplicaciones, que utiliza un lenguaje de programación gráfico para crear programas en forma de diagramas de bloques. Los programas de Labview ® son llamados VI (Instrumentos Virtuales), porque por su apariencia y operación pueden imitar instrumentos reales. Labview® incluye librerías de funciones de adquisición de datos, análisis de señales digitales, filtros, aproximación de curvas, probabilidad y estadística, álgebra lineal, operación con arreglos, métodos numéricos y funciones de comunicación. Estas cualidades resultan muy atractivas desde el punto de vista del análisis, diseño y prueba de algoritmos en tiempo real. Las características mencionadas anteriormente hacen recomendable realizar la implementación del relevador adaptativo de sobrecorriente en este ambiente computacional. La ventaja principal de la utilización de este programa es la posibilidad de manejar señales de entrada en tiempo real, de efectuar acciones de control, y de hacer uso de las librerías y las herramientas gráficas disponibles. B. Diagrama de bloques del programa El diagrama de bloques del programa del relevador virtual se muestra en la figura 5. Consta de subrutinas de adquisición o generación de señales de entrada, de acondicionamiento y filtrado de señales, de protección, y de salida. Fig. 5. Diagrama de bloques del programa. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Implantación de un revelador digital ... / Arturo Conde Enríquez, et al La primera subrutina permite hacer la adquisición de señales de tiempo real a partir de la tarjeta de adquisición de datos, o de señales grabadas en un archivo. Esta segunda alternativa permite utilizar archivos generados por un programa de simulación o archivos de fallas reales como entradas al relevador virtual. Una tercera opción que da esta subrutina es generar internamente las señales de entrada, utilizando las facilidades de generación de señales residentes en Labview®. En la segunda subrutina del programa (figura 5) se realiza un filtrado pasabajos, se forma una ventana rectangular de datos de un ciclo de longitud (16 muestras) y se realiza el cálculo del valor eficaz de la señal de corriente. Próximamente se incluirá un algoritmo de filtrado digital para la estimación del fasor de componente fundamental de la corriente. En la subrutina de protección (figura 5) se incluye el cálculo de Ia según (6) y (7), la detección de fallas, y la lógica de control de Ia (figura 2), así como la ecuación (2) de operación del relevador. Aún no se ha introducido en esta subrutina el control adaptativo del tiempo de operación del relevador. Finalmente, la subrutina de salida (figura 5) tiene por objetivo fundamental enviar la señal de disparo al interruptor a través del módulo de conexión, e incluye además una salida gráfica. En ella se aprovechan las herramientas gráficas disponibles en Labview® para presentar gráficas de las señales de entrada (en los dominios del tiempo y la frecuencia), de los fasores calculados, y de ciertos indicadores de operación. C. Panel frontal del relevador virtual En la figura 6 se muestra el panel frontal del relevador virtual; se compone de los siguientes subpaneles: adquisición de datos, corriente de arranque, característica tiempo-corriente, lógica de operación, señalización de operación, filtrado pasabajos y presentación de gráficas. En el subpanel de adquisición de datos se realiza el control y supervisión de los parámetros de adquisición. Se definen los siguientes parámetros: canal y dispositivo utilizado, ya que es factible tener diferentes puntos de medición del módulo de pruebas; razón de muestreo (scan rate), que se refiere a la cantidad de muestras adquiridas en el total de canales utilizados; intervalo admisible de la señal Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 Fig. 6. Panel frontal del relevador virtual. medida, que depende de los transductores utilizados; número de muestras por ciclo del canal activo. El subpanel de corriente de arranque despliega valores de la corriente de arranque actual del relevador virtual (Ia), el valor eficaz de la corriente de entrada (Irms), el valor de la corriente de arranque en estado de falla (Ia falla), el tiempo de duración de la falla (Tiempo de falla), y el estado lógico del algoritmo (Estado), definido en la Sección II (figura 2). El subpanel de característica tiempo-corriente tiene un selector de expresión analítica de la característica T=F(I) a aplicarse al relevador. Se dispone de controles para programar los coeficientes de las expresiones definidas por el IEEE8 y la Comisión Electrotécnica Internacional,9 respectivamente: T= T= A I −1 A n +B (8) (9) Los controles de la lógica de operación se encuentran ubicados en el subpanel de lógica de operación; Detección de falla es el ajuste del valor de tolerancia del detector; el programa propone un valor, que es posible modificar. Los controles de Iamáx y Iamín sirven para fijar los valores máximo y mínimo de Ia que puede tener el relevador adaptativo; el valor máximo es el mismo que el calculado para relevadores convencionales de sobrecorriente de tiempo inverso.3 El switch Record activa un modo de registro de las señales de entrada y salida. Los archivos son generados en formato de EXCEL®. I n −1 13 �Implantación de un revelador digital ... / Arturo Conde Enríquez, et al El subpanel de señalización de operación dispone de una señalización visual y textual del instante de disparo del relevador. Se introdujo un filtro pasabajos Butterworth, el cual dispone de un control para modificar el valor de frecuencia de corte. Se encuentra ubicado en el subpanel de filtrado pasabajos. El subpanel de presentación de gráficas está compuesto por cuatro botones, los cuales activan las gráficas correspondientes; todos los valores son graficados en función del tiempo. D. Adquisición y generación de las señales de entrada La adquisición y generación de señales de entrada es un elemento importante del relevador virtual. Debe tener flexibilidad para representar distintos escenarios operativos e inyectar las señales representativas de cada estado al relevador. Esta subrutina tiene tres variantes: a) Adquisición de datos en tiempo real del sistema de potencia; esta alternativa constituye la operación real del relevador, incluyendo la emisión de señales de disparo al interruptor; b) Adquisición por medio de lectura de señales de archivos; esta opción permite extraer datos de archivos externos en formato ASCII generados en programas de simulación (como el EMTP), o de archivos de datos que contienen registros de fallas reales; c) Generación de señales internas; esta variante ofrece gran versatilidad para la simulación de diferentes estados operativos y da la posibilidad de contaminar la señal con ruido o con una componente de corriente directa. El subpanel correspondiente a la adquisición de las señales en tiempo real es el que aparece insertado en el panel frontal de la figura 6. Cuando se utiliza alguna de las otras dos opciones, este subpanel es substituido por los que se describen a continuación. En la figura 7 se muestra el subpanel de control de la adquisición por medio de lectura de datos de archivos. El control de Start of read indica el número de muestra en que se desea iniciar la lectura del archivo; si el archivo ocupa más de 1Kbyte, el programa ordena el archivo en forma matricial, con vectores renglones de la magnitud descrita anteriormente; la indicación de –1 en Number of rows indica que el tamaño del archivo no sobrepasa dicho valor. File path permite programar la ruta 14 Fig. 7. Subpanel de control para lectura de datos de un archivo. de búsqueda del archivo de muestras y el control Transpose es utilizado para colocar el vector de datos en la forma adecuada para la lectura. La función de generación interna de señales es importante para probar algoritmos cuando no se dispone de señales físicas o de archivos de señales. En la figura 8 se muestra el subpanel de control de generación interna de señales, que permite configurar las señales correspondientes a los estados de carga y de falla, y aplicar y eliminar la falla mediante un switch durante la propia simulación. Fig. 8. Subpanel de control para generación interna de señales. El subpanel permite programar la frecuencia de muestreo en muestras por ciclo o en Hz. Para ambas señales se puede programar la amplitud (AMP) y la frecuencia (FHz) de la componente fundamental. Además, es posible añadir ruido blanco de una determinada amplitud (Noise), o una componente de corriente directa (CD) a la señal. Es posible mover, por ejemplo, el ajuste de amplitud de la corriente de carga durante la simulación, para representar estados de carga variables con el tiempo. PRUEBAS Y RESULTADOS El relevador virtual ha sido probado hasta el momento en lo referente a la lógica de control Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Implantación de un revelador digital ... / Arturo Conde Enríquez, et al adaptativo de la corriente de arranque (figura 2). Se han evaluado exhaustivamente en estas pruebas las tres alternativas disponibles para la adquisición y generación de señales de entrada. A continuación se presentan los resultados de algunas de las pruebas realizadas. En la figura 9 se presentan los resultados de una prueba con el relevador operando en la modalidad de adquisición de señales en tiempo real. La señal de entrada fue en realidad generada con una fuente de voltaje variable controlada manualmente, y se aplicó el factor de escala necesario para obtener el equivalente a una corriente en A. En esta prueba se evalúa todo el proceso de adquisición y conversión análogo-digital de la señal de entrada al relevador, además de la lógica de control de Ia. El resultado se presenta como una gráfica en que aparecen las corrientes de carga (Ic) y de cortocircuito (Icc) en función del tiempo, así como los valores de corriente de arranque (Ia) calculados por la lógica adaptativa. En la figura 9 puede observarse que inicialmente la línea está abierta (Ic=0), y la corriente de arranque Ia está fija en su valor máximo (Ia=Ia máx), que en este caso es 12.5 A. Al cerrarse el interruptor, el valor de Ic, varía y se inicia la flotación de Ia sobre Ic. Después del cuarto segundo de la prueba ocurre un cortocircuito, que es eliminado por el disparo de la propia línea en aproximadamente dos segundos (la corriente aumenta durante la falla y cae a cero posteriormente). Ese cortocircuito es correctamente detectado por el detector de falla, que congela el valor de Ia; posteriormente, el detector identifica el fin del cortocircuito y la ausencia de corriente en la línea, y fija a Ia en su valor máximo de 12.5 A. Fig. 9. Prueba con adquisición de la señal en tiempo real. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 En la figura 10 se muestra un resultado correspondiente a la adquisición de datos de un archivo. El archivo fue generado mediante una simulación utilizando el Programa de Transitorios Electromagnéticos (EMTP). Nuevamente la línea está inicialmente desenergizada, y el relevador tiene fijado el valor máximo de Ia (5 A en este caso). Al energizar la línea comienza el régimen de flotación de Ia sobre Ic. Cuando ocurre la falla el valor de Ia se mantiene fijo, y posteriormente toma el valor máximo (5 A) cuando la falla desaparece. Finalmente, la línea es de nuevo cerrada con éxito y la corriente de arranque Ia comienza a flotar de nuevo sobre Ic. Fig. 10. Prueba con adquisición de datos de un archivo de muestras generado en EMTP. En la figura 11 se muestra un resultado correspondiente a la alternativa de generación interna de la señal de entrada. El régimen de carga variable fue simulado haciendo variar manualmente el valor de Ic durante la prueba, directamente sobre el panel del relevador virtual, utilizando el ratón. Se simuló un caso semejante al de la figura 10, pero con un valor máximo de Ia de 12.5 A. Fig. 11. Prueba para un caso de generación interna de la señal. 15 �Implantación de un revelador digital ... / Arturo Conde Enríquez, et al 5. En el futuro se implementará la lógica de control adaptativo del tiempo de operación del relevador, y se harán las pruebas correspondientes, incluyendo las de coordinación del relevador adaptativo con uno convencional. En la siguiente fase de pruebas se evaluarán las características tiempo-corriente del relevador virtual. Posteriormente se programará y evaluará el control adaptativo del tiempo de operación del relevador. En una fase final de pruebas se pretende evaluar la coordinación del relevador adaptativo con relevadores convencionales, utilizando un modelo físico de sistema eléctrico de potencia. CONCLUSIONES 1. La creación de versiones virtuales de relevadores de protección es de utilidad en el proceso de diseño, pues permite hacer pruebas de laboratorio antes de contar con un prototipo físico del relevador. 2. Se dispone de la versión virtual de un relevador de sobrecorriente de tiempo inverso adaptativo, que cuenta ya con la lógica de control adaptativo de la corriente de arranque. 3. El relevador virtual puede operar con señales de tiempo real y emitir señales de disparo a interruptores; puede también adquirir señales grabadas en un archivo de datos, o generar internamente sus propias señales de prueba. La combinación de estas alternativas da gran flexibilidad para la prueba de algoritmos de protección. 4. Hasta el momento se ha probado el relevador virtual en lo referente a la lógica de control adaptativo de la corriente de arranque, con buenos resultados. 16 REFERENCIAS 1. National Instruments, Labview user guide ver. 4.1, National Instruments Corporation, Austin, 1997. 2. A. Conde, Protección adaptiva de sobrecorriente, Tesis de Maestría en Ciencias, FIME-UANL, Febrero de 1996. 3. A. Conde, E. Vázquez, H. Altuve, “Time overcurrent adaptive relay,” International Journal of Electric Power & Energy Systems, vol. 25, no. 10, Diciembre 2003, pp. 841-847. 4. H. J. Altuve, y A. Conde, “Consideraciones de diseño de un relevador adaptativo de sobrecorriente,” IX Reunión de verano de potencia del IEEE Sección México RVP’96, Tomo III, Acapulco, Guerrero, México, Julio de 1996, pp. 180-185. 5. A. Conde, I. Verduzco, y H. J. Altuve, “Relevador adaptativo de sobrecorriente de tiempo inverso,” IV Simposio Iberoamericano sobre Protección de Sistemas Eléctricos de Potencia, Monterrey, N.L., Noviembre de 1998, pp. 237-244. 6. A.G. Phadke, and J. S. Thorp, Computer relaying for power systems. Taunton, Somerset, England: Research Studies Press Ltd., 1988. 7. A. Conde, y H. J. Altuve, “Nueva lógica adaptiva para un relevador de sobrecorriente de tiempo inverso,” XII Reunión de Verano de Potencia del IEEE Sección México RVP’99, Acapulco, Guerrero, México, Julio de 1999. 8. IEEE Standard C37.112-1996, IEEE Standard Inverse-time characteristic equations for overcurrent relays. 9. IEC Standard 255-4, Single input energizing measuring relays with dependent specified time, IEC Publication 255-4, First Edition, 1976. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Desarrollo sustentable: pasado, presente y futuro Mario Alberto Díaz López Facultad de Ingeniería y Arquitectura-UR mdiaz@mail.ur.mx La Tierra brinda lo suficiente para satisfacer las necesidades de todos, pero no la codicia de todos. Mahatma Ghandhi RESUMEN El desarrollo sustentable ha transitado de la fase conceptual donde se visualizó la importancia de conciliar los aspectos ecológicos, sociales y económicos, hacia la actual etapa de generación de estrategias factibles y financiables para lograrlo. Se espera, en el mediano plazo, que las naciones puedan firmar acuerdos globales que permitan mejorar igualitariamente la calidad de vida de las personas, haciendo uso racional y austero de los recursos naturales del planeta. PALABRAS CLAVE Desarrollo sustentable, hábitos de consumo, calidad de vida, desarrollo económico, sistemas sociales. ABSTRACT The sustainable development has moved from the conceptual phase, in which the importance of the interaction of ecological, social and economical issues was considered to actual work on the generation of feasible financial strategies to achieve such goal. It is hoped that the nations can sign global trades which allow to do it at a medium term, in order to equally improve people’s quality of life, utilizing the planet’s natural resources in a rational and austere way. KEYWORDS Sustainable development, consumption habits, life quality, economic development, social systems. PASADO El desarrollo sustentable tiene como antecedente conceptual la preocupación por la escasez de recursos naturales y sus consecuencias sobre el crecimiento económico, expresadas desde 1798 por Malthus en su ensayo sobre población; Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 17 �Desarrollo sustentable: pasado, presente y futuro/ Mario Alberto Díaz López cabe destacar que los factores limitantes en su tiempo se restringían a la tierra y la capacidad de crecimiento de la oferta de alimentos, por encima de un crecimiento desmedido de la población. Ricardo, contemporáneo de Malthus, compartía su pesimismo con respecto a que la disminución de la rentabilidad de la tierra imponía límites al crecimiento tanto económico como poblacional.1 La situación se mantuvo sin cambio hasta 1968, cuando el Club de Roma, organización formada por políticos, científicos e intelectuales, preocupados por solucionar los principales problemas del mundo, convocó a reunión donde se discutieron y analizaron problemas presentes y futuros de la humanidad y los límites del crecimiento económico frente al uso cada vez más extendido de los recursos naturales. De entre los temas a discusión destacaron: crecimiento de la población, desempleo, pobreza, contaminación, concentración urbana, enajenación de la juventud, inflación, rechazo de valores tradicionales, pérdida de fe en las instituciones; siendo el objetivo primordial entender los orígenes de los problemas y encontrar respuestas a ellos. El resultado de dicha gestión fue el libro de Meadows y Meadows “Los límites del crecimiento”, que inició el neomaltusianismo, ya que retomaba la demografía como variable importante a controlar por parte de los países pobres, desde el punto de vista de los ricos. El argumento fundamental del modelo fue la necesidad de establecer límites para el crecimiento exponencial de las actividades económicas, la población, la contaminación, debido a que el mundo se consideraba, como hoy, finito en tierras cultivables, yacimientos minerales, recursos energéticos y en la capacidad de soportar la contaminación.1,2 La Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente Humano de 1972, en Estocolmo, Suecia, fue la respuesta a los debates sobre los riesgos de la degradación ambiental. En dicho foro se discutieron por vez primera temas como crecimiento, desarrollo y protección ambiental, de manera globalizada, siendo las conclusiones más relevantes: la vinculación de los mayores problemas que afectaban el bienestar de la población y el desarrollo económico del mundo, el deterioro del ambiente, que se relacionó con la presión ejercida por el crecimiento de la población; los mayores 18 problemas ambientales de los países ricos que resultan de la contaminación industrial, en tanto que los correspondientes a los países pobres son resultado del mal uso de los recursos naturales y su consiguiente agotamiento; la raíz de los problemas estaba en la falta de desarrollo, por lo que el rápido crecimiento económico no se traduciría en el fin de la problemática ambiental.1, 2, 3 El concepto de ecodesarrollo surge a la palestra a inicios de la década de los setentas (siglo XX) a iniciativa de Ignacy Sachs, consultor de la Organización de las Naciones Unidas; los puntos centrales de su propuesta incluyen el renunciar a la idea de un crecimiento exponencial e ilimitado y la posibilidad de promover el desarrollo basado en exportaciones masivas de recursos naturales locales, así como detener el creciente proceso de degradación ambiental; desmitificar la creencia en el progreso a través de la ciencia y la tecnología; alterar los patrones de consumo de los países industrializados y de las élites de los países pobres, lo que constituye el compromiso que buscaba conciliar el incremento de la producción con el respeto a los ecosistemas, requerido para preservar las condiciones de habitabilidad de la tierra. Cabe destacar que sus principios orientadores eran: a) satisfacción de las necesidades básicas, b) solidaridad con generaciones futuras, c) participación de la población involucrada, d) preservación de los recursos naturales y el ambiente, e) elaboración de un sistema social garantizador de empleos, seguridad social y respeto a otras culturas, y f) programas de educación. Sin embargo, su destino estaba marcado, ya que a partir de la Declaración de Cocoyoc, llevada a cabo en 1974 en México, el entonces Secretario de Estado Henry Kissinger manifestó su desacuerdo en el escrito enviado al Presidente del Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), en el que exigía se eliminara de la misma el término “ecodesarrollo” por así convenir a los intereses de los Estados Unidos de América.1, 2 Fue hasta 1987 que, bajo la tutela de la entonces Primera Ministra de Noruega, Gro Harlem Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Desarrollo sustentable: pasado, presente y futuro/ Mario Alberto Díaz López Brundtland, y el auspicio de la Comisión Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo, se elaboró el informe titulado “Nuestro Futuro Común”, también conocido como el “Informe Brundtland”, donde se propusieron acciones y directrices tendientes a reducir las amenazas a la sobrevivencia y dar certidumbre al desarrollo.2, 3 El Informe establece siete objetivos globales:1 1. Reactivar el crecimiento.- Sobre todo en los países pobres. 2. Modificar la calidad del crecimiento.- Entendiendo por esto que sea menos intensivo en el uso de materias primas y energía, buscando mantener una reserva de capital natural, mejorar la distribución de la renta y reducir la vulnerabilidad a las crisis económicas, prestando especial atención a variables socio-ambientales tales como educación, salud, agua, aire limpio y conservación de áreas naturales. 3. Atender a las necesidades humanas básicas.Partiendo del supuesto de que los países ricos las tienen cubiertas, el objetivo se dirige sobre todo a los países pobres. Entre las más relevantes se encuentran: empleo, alimentación, energía y saneamiento ambiental. 4. Asegurar niveles sustentables de población.Considerando la relación entre las personas y la disponibilidad de los recursos. 5. Conservar y mejorar la base de recursos.- Lo que conlleva al mantenimiento de la biodiversidad como factor necesario para el funcionamiento de los ecosistemas y la biosfera, por lo que las políticas deben considerar la mejora en el nivel de vida, sobre todo en aquellas zonas bajo disturbio y pobreza de recursos. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 6. Reorientar la tecnología y gerenciar el riesgo.Siendo ésta el elemento clave para la solución de los principales problemas, por lo que se requerirá que se oriente a la atención de los aspectos ambientales del desarrollo por ser hasta ahora los menos prioritarios. 7. Incorporar el ambiente y la economía en los procesos de decisión.- Para esto se necesitará cambiar actitudes y objetivos, por lo que la comunidad y el gobierno deberán participar de manera conjunta en este proceso de cambio. PRESENTE Desarrollo sustentable: el concepto La Cumbre de la Tierra de 1992, en Río de Janeiro Brasil, se constituyó en la principal plataforma de difusión política del concepto de desarrollo sustentable, es decir, “aquél que satisface las necesidades de las generaciones presentes en forma igualitaria, sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades”;4 esto desencadenó toda una serie de definiciones en versiones institucional, ideológica y académica, cuyo factor común es el consenso de que el mundo está padeciendo una crisis ambiental que implica un cambio de conciencia y de estrategias para confrontarla y superarla. Una de las definiciones más significativas es la del Consejo Internacional de Iniciativas Locales que lo define textualmente como “aquel que ofrece servicios ambientales, sociales y económicos básicos, a todos los miembros de una comunidad sin poner en peligro la viabilidad de los entornos naturales, construidos y sociales, de los que depende el ofrecimiento de estos servicios”.5 El desarrollo sustentable resulta de la combinación, entre otros, de los siguientes factores:6 1.- Crecimiento económico, valuado en términos de dinero. 2.- Equidad, medida con parámetros sociales. 19 �Desarrollo sustentable: pasado, presente y futuro/ Mario Alberto Díaz López 3.- Uso sustentable de los recursos naturales, evaluado por parámetros biogeofísicos. El equilibrio entre estos factores desencadena una gestión de conflictos entre metas económicas, sociales y ambientales que deben negociarse con la estrategia de “ganar-ganar”.7 Las dificultades para lograr el desarrollo sustentable El problema reside en la actitud de los gobiernos, ya que carecen de voluntad política para realizarlo. La responsabilidad recae en los gobiernos del hemisferio norte que se han negado a financiarlo, sin embargo, también los países del hemisferio sur lo visualizan como un pretexto para continuar con su modelo de desarrollo sin observar las consecuencias ambientales.8 Entonces ¿Qué se necesita? Para acceder al desarrollo sustentable se necesita lo siguiente:9 a) Aproximaciones interdisciplinarias e integradas a los problemas. b) Conceptos de teorías y dinámicas no lineales de sistemas complejos.- Los ecosistemas muestran estados multiestables y de comportamiento discontinuo en tiempo y espacio. c) Análisis y monitoreo de los procesos de cambio.Los ecosistemas pueden ser afectados leve o severamente por cambios que transcurren lentamente, lo que contrasta en como se hacen las cosas desde el punto de vista político. d) Puesto que se están incrementando las conexiones espacio-temporales de los fenómenos no lineales asociados con el ambiente, se requieren aproximaciones interdisciplinarias que consideren las diferentes escalas de la problemática; esto contrasta directamente con la forma en que tradicionalmente se han manejado los problemas ecológicos. e) Los ambientes natural y social están en constante cambio (coevolución), por lo que se requiere una aproximación que sea adecuada al entorno natural que tiene características evolutivas, a la teoría económica y organizacional, que tiene como características la innovación y el aprendizaje, y que formule políticas para una sociedad adaptativa. 20 El papel de la Agenda 21.10 Este programa surgió de las negociaciones de la Cumbre de Río y tiene por objetivo incrementar la cooperación e integración de políticas entre instituciones nacionales e internacionales, racionalizando los regímenes jurídicos de niveles diversos para hacer mejor, más participativa e informada la toma de decisiones. La Agenda 21 introdujo el concepto de estrategias nacionales para el desarrollo sustentable como medio de integrar objetivos económicos, sociales y ambientales, en un plan estratégicamente enfocado a la acción. El programa estableció como meta el año 2002 para que todos los países formularan sus propias estrategias. Al 2001, cerca de 85 naciones habían generado alguna clase de estrategia, aunque la efectividad de dichas medidas varió de país a país. Del programa surgió la necesidad de que dichos esfuerzos permearan a nivel comunitario, surgiendo entonces la Agenda 21 local, que al año 2001 contaba con cerca de 3,000 iniciativas, dentro de un amplio abanico de posibilidades, es decir, desde villas, hasta las principales áreas metropolitanas del mundo. La fuerza de la Agenda 21 local radica en que esta aproximación involucra a los interesados en la toma de decisiones, identificando prioridades, encontrando e implementando soluciones, por lo que el desafío radica en enfocarla a áreas claves donde se requiere respuesta expedita y donde tenga mayor impacto en la consecución del objetivo último, el desarrollo sustentable. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Desarrollo sustentable: pasado, presente y futuro/ Mario Alberto Díaz López FUTURO En la actualidad, la sociedad está organizada de tal manera que sus estrategias de gestión se estructuran en primer lugar para lograr metas de tipo económico, en segundo, y esto no siempre, las de orden social, pero raramente las que involucran el manejo de los recursos naturales.13 Por otra parte, la esencia del desarrollo sustentable, desde el punto de vista económico, implica que los recursos naturales deben ser explotados para obtener el máximo valor agregado, con la condición de que se disponga de los “intereses” sin afectar el “capital”.11 S c h m i d h e i n y 12 y Herman Daly citado por Meadows13 destacan que, si una sociedad aspira a ser sustentable, la tasa de empleo de los recursos no deberá superar la de regeneración de los mismos; la velocidad de utilización de los recursos no renovables tampoco excederá a la que se desarrollan los sustitutos y la tasa de emisión de contaminantes no deberá rebasar la capacidad de asimilación del ambiente. Dourojeanni7 expresa su preocupación, en el sentido de que las variables ambientales son de las que ofrecen mayores vacíos de información, si se les quiere integrar en un sistema de toma de decisiones que considere variables tanto controlables como incontrolables, además de que los acontecimientos tienen frecuentemente la cualidad de no ser previsibles. Aunado a lo anterior, está el hecho de que en los países pobres, las estrategias de largo plazo para el desarrollo sustentable, enfrentan una realidad diferente a la de las naciones ricas, ya que los primeros padecen un severo deterioro del ambiente, que como ya se dijo, ofrece bienes y servicios básicos que facilitan la transición hacia la sustentabilidad del desarrollo.6 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 Es importante destacar que lo que es sustentable para un país, periodo de tiempo, y etapa de desarrollo no necesariamente lo es para otro, por lo que cada nación debe generar su propuesta para desarrollarse sustentable y sosteniblemente, de acuerdo a su propia realidad y circunstancias.14 En materia de sustentabilidad, existen siete temas comunes por encarar:3 1. Los interesados.- Es importante establecer una ética ambiental para el manejo de la preservación e integridad biológica de los ecosistemas, lo que incluye la salvaguarda de recursos tales como el agua, el aire y la diversidad de especies; también considera la promoción del uso de energías renovables (solar y eólica) y los materiales de construcción de origen natural. 2. Respeto a los límites.- Implica el vivir con los medios que la naturaleza proporciona. Los “límites” representan el umbral de los sistemas vivientes, que cuando se rebasa, tiene efectos devastadores que van de la extinción de especies al calentamiento global. 3. Interdependencia.- Hoy en día dependemos de manera inexorable de los sistemas ecológicos, económicos y sociales, que trabajan de forma tan estrecha que no podemos considerarlos de manera independiente. 4. Reestructuración económica.- Requerida para incrementar las oportunidades de empleo en tanto se salvaguardan los ecosistemas. Esta nueva relación alimenta las prácticas sustentables que dependen de otro modelo económico basado en la cooperación y en la eficiencia antes que en la competencia y el residuo. 5. Distribución clara.- Considera la importancia de la justicia social y la equidad en áreas que incluyen oportunidades de empleo, educación, cuidado a la salud, entre otras. Una distribución clara y equitativa de los recursos implica un cambio en los valores sociales, aplicados a través de políticas gubernamentales tales como impuestos y prácticas de responsabilidad social corporativa que dirijan sus esfuerzos hacia las comunidades de menos ingresos. 6. Perspectiva intergeneracional.- Se hace énfasis en el largo plazo, para fines de esclarecer la 21 �Desarrollo sustentable: pasado, presente y futuro/ Mario Alberto Díaz López importancia de priorizar las decisiones actuales, teniendo en cuenta que el impacto de las mismas se vería reflejado en las generaciones por venir en un lapso estimado de 150 a 500 años. 7. La naturaleza como modelo y maestro.- Se basa en la “experiencia” acumulada por 3,500 millones de años de evolución de los sistemas vivientes, lo que lleva implícito el respeto a las demás especies. El papel de la economía ecológica Margalef, Odum y Commoner, citados por Riechmann 15 han propuesto que la economía humana debería imitar la “economía natural” de los ecosistemas. De esta estrategia surge el concepto de biomímesis, que implica el imitar los sistemas naturales al reconstruir los sistemas productivos humanos, a fin de hacerlos compatibles con la biosfera. A la luz de esta teoría se pueden establecer cinco pautas para la reconstrucción de la economía, en términos ecológicos: 15 Vivir del sol como fuente energética.- Implica basar la estrategia del desarrollo en el uso de las energías renovables; Cerrar los ciclos de materiales.- Significa que los residuos generados por los procesos productivos se recuperen-reúsen-reciclen como materia prima; No transportar demasiado lejos los materiales.- Dado que los ecosistemas terrestres se han autoorganizado en base a ciclos verticales y cercanos, es menester que las sociedades, minimicen el transporte horizontal de larga distancia; Evitar los xenobióticos y los organismos transgénicos.- Por sus efectos potencialmente desastrosos sobre los sistemas biológicos; Respetar la diversidad.- La economía debe respetar las singularidades regionales, culturales, materiales y ecológicas de cada lugar. Procesos de gestión La estrategia clave para fomentar el desarrollo sustentable reside en mejorar los procesos de decisión y de gestión, necesarios para lograr el equilibrio entre los aspectos sociales, ambientales y económicos; estos deben incluir el llevar a la práctica las acciones que fomenten el crecimiento económico, las negociaciones que lleven a la equidad, y la incorporación de la dimensión ambiental para el tratamiento holístico de los temas7. Para Dourojeanni 7 “el conocimiento de los ecosistemas está absolutamente desbalanceado de la inversión que se realiza para la explotación del mismo medio. Un escenario sustentable debe aumentar drásticamente la inversión para conocer los ecosistemas intervenidos. La valoración y rescate del conocimiento de las poblaciones originarias es una de las bases para lograrlo”. La Agenda del Milenio 10 Finalmente, la Organización de las Naciones Unidas estableció en el 2001 una serie de metas para el desarrollo: 1) Erradicar la pobreza extrema y el hambre; 2) Lograr la educación primaria universal; 3) Promover la igualdad de género y otorgar poder a la mujer; 4) Reducir la mortalidad infantil; 5) Mejorar la salud materna; 6) Combatir el SIDA, la malaria y otras enfermedades; 7) Asegurar la sustentabilidad ambiental: tiene como objetivos: integrar los principios del desarrollo sustentable en las políticas y programas nacionales y revertir la pérdida de recursos naturales; al 2015 reducir la proporción de personas sin acceso sustentable a agua potable segura; y al 2020, tener asegurada la mejora significativa de las condiciones de vida de al menos 100 millones de marginados; 8) Generar una sociedad global para el desarrollo. EPÍLOGO Si se parte del entendido de que las estrategias vigentes tendientes a la sustentabilidad del desarrollo se basan en un modelo derrochador de recursos en 22 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Desarrollo sustentable: pasado, presente y futuro/ Mario Alberto Díaz López el que los países ricos no sólo desean mantener sino incrementar sus actuales niveles de bienestar, y por su parte, las naciones pobres aspiran al nivel de vida -ecológicamente subsidiado- de los primeros. No existe en el planeta Tierra el capital natural suficiente para sostener los patrones de consumo que le caracterizan (por ejemplo, uso desmedido e ineficiente de energía no renovable). En virtud de lo anterior, el proceso de gestión deberá redirigirse considerando los siguientes aspectos: 1.- Definir la norma o nivel de bienestar objetivo.delimitado de alguna forma en la Agenda 21. 2.- Negociar, a nivel global, que el consumo de recursos naturales se lleve a cabo de manera no solo racional sino austera, entendiendo esta como la limitación consciente para no comprometer su disponibilidad, ni el equilibrio de la biosfera, lo que permitirá en el mediano o largo plazo que los países ricos sean más eficientes en el uso y consumo de los recursos, y a los pobres, la esperanza tangible para dejar de serlo. REFERENCIAS 1. Cavalcanti Rachel N. – Desarrollo sustentable, II Curso Internacional de Aspectos Geológicos en Protección Ambiental, Santiago, 2000. 2. Naredo J.M. – Sobre el origen, el uso y el contenido del término sostenible, http://habitat. aq.upm.es/cs/p2/a004.html, marzo, 2000. 3. 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Riechmann Jorge – La sostenibilidad un nuevo pensamiento, Fundación BSCH/Fundación Lázaro Galdiano, Encuentros “El nuevo horizonte de la sostenibilidad”, 2003. 23 �Propiedades de escalamiento de las superficies de fractura del nylon Moisés Hinojosa Rivera, Virgilio González González, Jonathan Sánchez Cárdenas, Ubaldo Ortiz Méndez Doctorado en Ingeniería de Materiales, FIME-UANL. hinojosa@gama.fime.uanl.mx RESUMEN En este trabajo reportamos el estudio de las propiedades de escalamiento de una poliamida 6 (Nylon). Se generaron superficies de fractura mediante flexión en tres puntos en muestras con diferente historia térmica y, por lo tanto, con diferente distribución de tamaños esferulíticos. El análisis topométrico se efectuó por microscopía de fuerza atómica y se empleó el método de ventanas de ancho variable para obtener los parámetros de autoafinidad. Los valores del exponente de rugosidad fluctuaron entre 0.84 y 0.87, los cuales son significativamente mayores que el llamado valor universal de 0.78-0.80, que se ha reportado para diversos materiales fracturados en similares condiciones cinéticas. PALABRAS CLAVE Autoafinidad, superficies de fractura, poliamida 6. ABSTRACT The scaling properties of the fracture surfaces of Polyamide 6 are explored in this work. Fracture surfaces were generated by three-point bending on samples with different thermal history and hence different spherulite size distribution. The topometric analysis was based on atomic force microscopy and the self-affine parameters were determined by the variable bandwidth method. Values of the roughness exponent are located in the range of 0.84-0.87, which is significantly higher than the so-called universal value of 0.78-0.80 which has been reported for a variety of materials broken in similar kinetic conditions. KEYWORDS Self-affinity, fracture surfaces, Polyamide 6. INTRODUCCIÓN Ingenieros y científicos de diferentes disciplinas han estudiado intensamente los fenómenos de la propagación de grietas y la fractura de los materiales, sin embargo estos procesos siguen planteando un reto de gran importancia científica, tecnológica y económica. El estudio de los procesos de fractura se basa tradicionalmente en la observación, generalmente mediante microscopía electrónica, de los detalles topográficos de las superficies de fractura y para la interpretación de tales observaciones, hasta tiempos recientes se aplicaba 24 Artículo originalmente publicado en idioma inglés en la revista Polymer, Vol. 45, pp. 4829-4836 (2004). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Propiedades de escalamiento de las superficies.../ Moisés Hinojosa Rivera, et al casi exclusivamente la mecánica lineal y elástica de la fractura. Estos estudios han proporcionado información útil y valiosa, sin embargo el carácter fractal y estadístico de las superficies de fractura solo se reconoció después del trabajo pionero de Mandelbrot.1 Antes de la aplicación de la geometría de fractales, los complejos patrones generados por la propagación de grietas no podían cuantificarse, y fue Mandelbrot el primero en caracterizar superficies de fractura mediante la determinación de su dimensión fractal. A partir de dicho trabajo se han desarrollado métodos derivados de la geometría fractal para el estudio del carácter fractal o autoafín de superficies de fractura de diversos materiales.2-15 Los métodos fractométricos de vanguardia se basan en el análisis estadístico y autoafín de perfiles de alturas,16 extraídos de las superficies de fractura usando técnicas como la microscopía de fuerza atómica (MFA), microscopía electrónica de barrido (MEB) y perfilometría, entre otras. Las propiedades de escalamiento se estudian usando la dimensión fractal1,4 o el exponente de rugosidad.5-16 Actualmente está claramente establecido que las superficies de fractura son fractales anisotrópicos, o sea objetos autoafines, caracterizados por el respectivo exponente de rugosidad,3 mismo que cuantifica el escalamiento de la altura típica h(r), de acuerdo a la ley de potencia expresada por la ecuación (1): h (r ) = ⎡⎣ z (r0 + r ) − z (r0 )⎤⎦ 2 12 r0 ≅ rζ (1) en la que z es la altura y los símbolos < > indican el valor promedio. Esta ley de escalamiento implica que el objeto analizado es invariante para la transformación afín expresada por la ecuación (2): ; ; (2) con ; Desde el punto de vista de la física estadística, se ha sugerido que la fractura de medios heterogéneos manifiesta propiedades universales similares a las de una transición de fases crítica.17 También se ha conjeturado que la fractura rápida tiene asociado un exponente de rugosidad universal, esto ha sido motivo de controversia.3 En muchos estudios se ha reportado un valor característico para ζ en el intervalo de 0.78-0.80, para materiales Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 metálicos, cerámicos y poliméricos fracturados en condiciones de propagación rápida de grietas, tales como ensayos de tensión, flexión e impacto. También se ha reportado que algunas superficies de fractura que resultan de propagación lenta presentan un exponente de rugosidad menor, ζ = 0.5. Este escenario desafortunadamente indica que las propiedades mecánicas como la tenacidad a la fractura no están asociadas al carácter autoafín de las superficies de fractura. Está claro que no existe una relación entre el exponente de rugosidad y las propiedades mecánicas. Una superficie de fractura es autoafín hasta un límite de escala de longitud llamado la longitud de correlación ζ. Si el análisis se efectúa para escalas mayores a la longitud de correlación entonces la superficie puede describirse como un objeto Euclidiano. Se ha sugerido que el llamado modelo de la línea18 puede aplicarse al fenómeno de propagación de grietas. El frente de propagación se modela19 como una línea continua que avanza a través de la microestructura impulsada por una fuerza motriz. La superficie de fractura es entonces simplemente la traza de la línea al avanzar en su trayectoria. La cinética de este proceso está regida por una ecuación de Langevin no lineal, en la que la configuración queda determinada por tres contribuciones: una fuerza uniforme, una fuerza aleatoria asociada a las impurezas y una contribución de las fuerzas elásticas entre diferentes partes de la línea. Por supuesto, la forma de la línea influye en la rugosidad de la superficie de fractura resultante. De acuerdo con este modelo, las superficies de fractura son autoafines porque el frente de propagación posee también un carácter autoafín, mismo que resulta de la interacción del frente de la grieta con heterogeneidades del material a diferentes escalas de longitud. Este modelo muestra una concordancia cualitativa con la cinética de propagación en algunos materiales frágiles,13,14 pero no logra predecir correctamente el valor del exponente de rugosidad observado experimentalmente. También se ha aplicado este modelo al estudio de una posible relación entre los parámetros microestructurales y la longitud de correlación. Se ha reportado que ξ coincide con el tamaño de grano en aleaciones de níquel policristalinas,6 en aleaciones de aluminio es del orden de los tamaños dendríticos,10,11 y es del orden 25 �Propiedades de escalamiento de las superficies.../ Moisés Hinojosa Rivera, et al del tamaño esferulítico en polipropileno,12 todo lo cual indica un relación entre la longitud de correlación y las mayores heterogeneidades de la microestructura. El presente trabajo fue motivado por las siguientes observaciones: de entre los muchos materiales que se han investigado bajo esta óptica, la mayoría son metales y cerámicos, solo se han analizado un limitado número de polímeros respecto al comportamiento autoafín o fractal de sus superficies de fractura. Recientemente Guerrero et al.15 reportaron valores de ζ = 0.77 para polipropileno y ζ = 0.71 para poliestireno. Surgen muchas dudas acerca del posible efecto de las diferencias y particularidades de los mecanismos de nucleación y propagación de grietas en polímeros, especialmente si se toman en cuenta los efectos viscoelásticos y la absorción de energía mediante flujo por corte y el mecanismo de desgarre (crazing, en inglés). Otra cuestión intrigante es el papel que juegan las esferulitas, así como la cantidad de material amorfo en definir los exponentes de rugosidad en materiales parcialmente cristalinos como las poliamidas. En este trabajo exploramos el carácter autoafín de las superficies de fractura de la poliamida 6, con dos diferentes tamaños esferulíticos, con el propósito de contribuir al estudio del fenómeno de propagación de grietas en materiales poliméricos. La poliamida 6 es un buen candidato dado que, como es el caso para muchos polímeros,20-23 cristaliza de acuerdo a la teoría de nucleación secundaria; a partir de los centros de nucleación crecen esferulitas formadas de lamelas dando lugar a la superestructura de la poliamida 6, tanto el radio de las esferulitas como el espesor de las lamelas disminuyen a medida que desciende la temperatura de cristalización. El proceso de cristalización se lleva a cabo entre la temperatura de transición vítrea Tg y el punto de fusión de equilibrio, Tm°. Tanto la tasa de nucleación primaria como la rapidez de crecimiento disminuyen a medida que la temperatura se aproxima a los límites y alcanzan un máximo para un valor intermedio entre Tg y Tm°. Este comportamiento permite controlar el tamaño promedio final de las esferulitas mediante el control de la rapidez de enfriamiento. EXPERIMENTACIÓN La poliamida (Ultramid de BASF, USA), se caracterizó mediante espectroscopía infrarroja por 26 transformada de Fourier (FTIR, por sus siglas en inglés), calorimetría diferencial de barrido (DSC, por sus siglas en inglés) y cromatografía de exclusión de tamaños (SEC, por sus siglas en inglés). Los espectros de FTIR mostraron todas las bandas características de las aminas secundarias y concuerdan con las característica registradas en bases de datos, confirmando la naturaleza del material como una poliamida 6. Los resultados de DSC y SEC se muestran en la tabla I. Se prepararon especímenes por prensado en caliente obteniendo discos de 5 mm de diámetro y 2 mm de espesor. Se acondicionaron enfriándolos desde una temperatura ligeramente superior a Tm° (260°C)24 hasta temperatura ambiente a rapidez controlada de 1 y 25°C/min dentro del DSC en atmósfera de nitrógeno, también se enfrió un espécimen sumergiéndolo en nitrógeno líquido desde la condición de fundido para obtener una muy alta rapidez de enfriamiento. Los especímenes así acondicionados se analizaron por MEB y microscopía óptica, en los casos en los que se presentaron esferulitas se midió su diámetro equivalente empleando técnicas de análisis de imágenes. Una vez caracterizada la estructura obtenida, los especímenes se sumergían en nitrógeno líquido para fracturarlos por flexión. La topografía de las superficies de fractura se analizó por MFA en modo de contacto, los tamaños de barrido estuvieron entre 10 y 100 µm. La mejor resolución lateral fue de cerca de 20 nm. Se extrajeron 250 perfiles de alturas, uniformemente distribuidos a partir de cada imagen de MFA, las cuales eran de 512 x 512 pixeles. Los perfiles se emplearon para el análisis autoafín aplicando el método de ventanas de ancho variable usando la desviación estándar de la distribución estadística de alturas. En este método el perfil se divide en N(r) ventanas de tamaño r, se calcula la desviación estándar, σ, en cada ventana, promediando Tabla I. Peso molecular y punto de fusión de la poliamida estudiada. Peso molecular (g/mol) obtenido por SEC DSC Mn Mw Mz Mw/Mn Tm (°C) 34,313 68,683 111,211 2.16 230 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Propiedades de escalamiento de las superficies.../ Moisés Hinojosa Rivera, et al posteriormente sobre todas las ventanas de tamaño r. Se construye la función autoafín de acuerdo a la ecuación (3): N (r ) ⎞⎟ σ (i ) W ( r ) = ⎛⎜ 1 ∑ ⎝ N ( r ) ⎠ i =1 (3) Fig. 1. Imagen de MEB de las esferulitas en la poliamida 6 enfriada a 1°C/min. Fig. 2. Imagen de MEB de las esferulitas en la poliamida 6 enfriada a 25°C/min. Fig. 3. Imagen de MEB de las esferulitas en la poliamida 6 enfriada en N2 líquido. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 Finalmente, el exponente de rugosidad se obtiene de un gráfico log-log sabiendo que la función W(r) sigue la ley de potencia expresada por la ecuación (4): W (r ) ∝ rζ (4) RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las muestras enfriadas a 1 y 25°C/min mostraron, como se esperaba, una estructura esferulítica, figuras 1 y 2, mientras que la muestra enfriada en nitrógeno líquido no mostró esferulitas, indicando el carácter amorfo de esta muestra en tales condiciones de enfriamiento rápido (figura 3). En concordancia con la teoría de la nucleación secundaria, puede observarse que los tamaños esferulíticos son menores en las muestras enfriadas a 25°C/min, esta observación queda cuantificada mediante las distribuciones de diámetro equivalente que se presentan en las figuras 4 y 5; los diámetros Fig. 4. Distribución de diámetro equivalente de las esferulitas en las muestras enfriadas a 1°C/min. Fig. 5. Distribución de diámetro equivalente de las esferulitas en las muestras enfriadas 25°C/min. 27 �Propiedades de escalamiento de las superficies.../ Moisés Hinojosa Rivera, et al esferulíticos promedio son de 20.9 y 15.6 µm, para las muestras enfriadas a 1 y 25°C/min, respectivamente. La diferencia en rapidez de enfriamiento se reflejó en una diferencia de tamaño de 5 µm. En las figuras 6-11 se observan las superficies de fractura registradas por MEB. En todos los casos la apariencia corresponde de manera general a fractura frágil, como es de esperarse de acuerdo a las condiciones promovidas por el enfriamiento en N2. Las superficies lucen relativamente planas a bajas magnificaciones, sin embargo la observación en Fig. 6. Imagen de MEB a 150X de una superficie de fractura para enfriamiento de 1°C/min. Fig. 9. Imagen de MEB a 1500X de una superficie de fractura para enfriamiento de 25°C/min. Fig. 10. Imagen de MEB a 200X, de una superficie de fractura para enfriamiento en N2 líquido. Fig. 7. Imagen de MEB a 1000X de una superficie de fractura para enfriamiento de 1°C/min. Fig. 11. Imagen de MEB a 1000X de una superficie de fractura para enfriamiento en N2 líquido. Fig. 8. Imagen de MEB a 1500X de una superficie de fractura para enfriamiento de 25°C/min. 28 altas magnificaciones revela que existe deformación plástica intensa a nivel local. También hay evidencia de fibrilación, lo que sugiere27-29 que la fractura fue precedida por desgarre (crazing). Resulta también visible que la propagación de grietas fue influida a la vez que promovida por la presencia de huecos o burbujas al interior del material, así que también es posible que la fractura se haya realizado por el Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Propiedades de escalamiento de las superficies.../ Moisés Hinojosa Rivera, et al avance de grietas generadas a partir del desgarre y la posterior interacción del frente principal de propagación con nuevos frentes de microgrietas generados en huecos y burbujas, como lo sugiere la presencia de grietas secundarias. Estas características “dúctiles” no son sorprendentes si recordamos que el proceso de fractura puede producir a nivel local un cierto calentamiento adiabático, particularmente en la punta de las grietas, así que aunque en general la apariencia sea de una fractura frágil, existe evidencia de deformación plástica y viscoelástica. La topografía de las superficies, revelada mediante MFA, se muestra en las figuras 12-14. Como puede verse, dichas imágenes están libres de defectos como el ruido instrumental, polvo u otras irregularidades que podrían dificultar el análisis cuantitativo y el estudio del carácter autoafín, ya que la presencia de tales defectos podría dar lugar a valores erróneos Fig. 12. Topografía de la superficie de fractura de una muesta enfriada a 1°C/min, barrido de 40 µm. Fig. 13. Topografía de la superficie de fractura de una muesta enfriada a 25°C/min, barrido de 15 µm. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 Fig. 14. Topografía de la superficie de fractura de una muesta enfriada en N2 líquido, barrido de 15 µm. del exponente de rugosidad. De manera cualitativa, parece que las superficies tienden a ser más lisas para las mayores rapideces de enfriamiento, sin embargo, estas observaciones cualitativas deben complementarse con la discusión del carácter autoafín que se muestra a continuación. Las figuras 15 a 17 presentan las curvas de autoafinidad correspondientes a 250 perfiles para cada caso, también se incluye el gráfico promedio para las diferentes condiciones de enfriamiento, puede observarse que todos los perfiles se ajustan a la ley de potencia que indica de manera inequívoca el carácter autoafín de las superficies de fractura. Otra importante característica es la escasa dispersión estadística de los valores del exponente de rugosidad, figura 18, para el análisis de 2750 perfiles correspondientes a una muestra enfriada a 1°C/min, con desviación estándar de 0.02, este valor Fig. 15. Curvas de autoafinidad para 250 perfiles (abajo) y promedio (X) con recta de ajuste (línea continua) para muestra enfriada a 1°C/min. 29 �Propiedades de escalamiento de las superficies.../ Moisés Hinojosa Rivera, et al Fig. 16. Curvas de autoafinidad para 250 perfiles (abajo) y promedio (X) con recta de ajuste (línea continua) para muestra enfriada a 25°C/min. En las figuras 19 y 20 se presentan las distribuciones del exponente de rugosidad para 250 perfiles correspondientes a las muestras enfriadas a 25°C/min y las enfriadas en N2, respectivamente. Nótese que los valores del exponente de rugosidad y sus desviaciones estándar son muy similares a los obtenidos para los 2750 perfiles correspondientes a la muestra enfriada a 1°C/min. Todas las superficies de fractura mostraron un exponente de rugosidad entre 0.84 y 0.87 con desviación estándar entre perfiles de la misma condición de 0.02, el análisis estadístico permite asegurar con alto grado de confiabilidad que este valor caracteriza la naturaleza autoafín de la topografía de las superficies de fractura cuando esta poliamida se fractura en flexión. Fig. 17. Curvas de autoafinidad para 250 perfiles (abajo) y promedio (X) con recta de ajuste (línea continua) para muestra enfriada a N2 líquido. Fig. 19. Distribución de exponentes de rugosidad para 250 perfiles correspondientes al enfriamiento de 25°C/ min. Fig. 18. Distribución de exponentes de rugosidad para 2750 perfiles correspondientes a 11 imágenes de MFA de la muestra enfriada a 1°C/min. Fig. 20. Distribución de exponentes de rugosidad para 250 perfiles correspondientes al enfriamiento en N2 liquido. es considerablemente más bajo que otros que se han reportado para el análisis de perfiles sintéticos o superficies naturales, 15 lo cual permite que subsecuentemente se empleen menores cantidades de perfiles o tamaños de muestra. En las figuras 15-17, el carácter autoafín se mantiene en todo el intervalo de escalas analizado, no se detecta la longitud de correlación. Los valores de ζ encontrados son claramente independientes de las condiciones de enfriamiento, por lo que puede decirse 30 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Propiedades de escalamiento de las superficies.../ Moisés Hinojosa Rivera, et al que la presencia o ausencia de esferulitas no tiene un efecto significativo sobre el exponente de rugosidad de las superficies resultantes. Esto coincide con las observaciones reportadas para una diversidad de materiales fracturados en condiciones cinéticas similares, sin embargo el valor del exponente de rugosidad es sin duda considerablemente superior al llamado valor universal de 0.78-0.80. Una posible causa de esta diferencia puede estar asociada a los mecanismos particulares de fractura en los polímeros, que en general no se presentan para materiales metálicos o cerámicos a temperaturas comunes. Recordemos que en los polímeros la energía puede disiparse por diferentes procesos como el flujo por corte, desgarre (crazing) y propagación de grietas, todo lo cual implica la deformación viscoelástica de la cadenas poliméricas, fibrilación y finalmente la creación de nuevas superficies. Es posible, por lo tanto, que la combinación de estos efectos resulte en desviaciones del comportamiento observado en metales y cerámicos. Aunque se ha reportado que el exponente de rugosidad muestra un valor alrededor del propuesto como universal de 0.78 a 0.8, en materiales de distinta composición y morfología microestructural tales como vidrios,8,9 aleaciones metálicas10,11 y, más recientemente, polímeros, 15 los resultados combinados de nuestros experimentos y los reportados por Guerrero et al. para polipropileno y poliestireno muestran desviaciones considerables respecto del valor universal y son diferentes entre sí. Las principales diferencias entre las muestras de los polímeros analizados en estos trabajos, además de la composición química, son el tipo de preparación de la muestra, morfología y sección transversal (tabla II). Como puede apreciarse, es difícil concluir acerca de las causas de las diferencias en el exponente de rugosidad, se necesitan más experimentos para dilucidar esta cuestión. CONCLUSIONES Se prepararon especímenes de poliamida 6 100% amorfos así como parcialmente cristalinos, en este último caso el tamaño esferulítico depende de la rapidez de enfriamiento, con valores de 19 µm para 25°C/min y 40 µ para 1°C/min. El análisis fractográfico no mostró diferencias entre las muestras con diferente tratamiento térmico, se observó un aspecto en general frágil mientras que en alta magnificación se aprecia deformación plástica localizada. Las superficies generadas por flexión en tres puntos son claramente autoafines en el intervalo de escalas de nanómetros hasta cerca de 100 µm, presentan exponentes de rugosidad con valores entre 0.84 y 0.87 independientemente del tratamiento térmico y la morfología, estos valores son significativamente mayores que el valor llamado universal de 0.78 reportado para metales y cerámicos fracturados en condiciones cinéticas similares. Esta diferencia se explica por los mecanismos particulares de fractura en polímeros. Adicionalmente, la composición química, preparación de las muestras y las diferentes secciones transversales de área pueden explicar las diferencias respecto a los valores reportados en otros trabajos, es necesario realizar más experimentos para elucidar el origen de estas diferencias. Tabla II. Diferencias en exponentes de rugosidad, preparación de muestras y morfología entre los experimentos reportados en este trabajo y los publicados en.15 Polímero Preparación de muestras Morfología Geometría de sección transversal ζ±σ PS Extrusión, enfriamiento rápido Amorfo Circular, 1 mm diámetro 0.77 ± 0.09 i-PP Extrusión, enfriamiento rápido Semi cristalino Circular, 1 mm diámetro 0.71 ± 0.07 Poliamida 6 Prensado en caliente, enfriada a 1 °C/min Semi cristalino Rectangular 5 X 1 mm 0.84 ±0.02 Poliamida 6 Prensado en caliente, enfriada a 25 °C/min Semi cristalino Rectangular 5 X 1 mm 0.87 ± 0.02 Poliamida 6 Prensado en caliente, enfriada en N2 líquido Semi cristalino Rectangular 5 X 1 mm 0.87 ± 0.02 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 31 �Propiedades de escalamiento de las superficies.../ Moisés Hinojosa Rivera, et al No se detectó la longitud de correlación para el intervalo de escalas analizado, se recomienda extender dicho intervalo hacia valores mayores empleando otras técnicas topométricas. AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue apoyado por el CONACYT (Proyecto 38873-U), se agradece la ayuda de R. Garza, F. Garza, L. M. Martínez, J. Aguilar y C. Guerrero. REFERENCIAS 1. Mandelbrot B.B., Passoja D.E., Paullay A., J. Nature 1984;308:721-722. 2. Bouchaud E., J. Phys.: Condens. Matter 1997;9:4319-4344 3. Balankin A. Eng. Fracture Mech. 1997; 57(2/3): 135-203 4. Pande C.S., Richards L.R., Lovat N., Dempey B.D., Schwoeble AJ. Acta Metall. 1987;35(7):1633-637. 5. Bouchaud E., J. Phys.: Condens. Matter 1997;9:4319 6. Hinojosa M., Bouchaud E., Nghiem B. In: Beltz G.E., Blumberg R.L., Kim K.S., Marder M.P., editors. Fracture and ductile vs. brittle behavior – theory, modeling and experiment. Mat. Res. Soc. Proc., Vol. 539. Pennsylvania: Materials Research Society; 1999. pp. 203–208 7. Reyes E., Guerrero C., González V., Hinojosa M. in Robertson I.M., Lassila D.H., Devincre B., Phillips R., editors. Multiscale Phenomena in Materials-Experiments and Modeling, Mat. Res. Soc. Symp. 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Hacia 1900, había miles de constructores de automóviles. El automóvil era un lujo para salir al campo (de ahí su primer nombre, touring car). Se encargaba a un diseñador, como se encarga un yate a un astillero o una casa de campo a un arquitecto. El concepto revolucionario de Ford fue vender automóviles tan baratos que sus propios obreros pudiesen comprarlos. Un obrero que ganaba dos dólares diarios no podía ni soñar en un lujo que costaba miles de dólares. Pero, ya en 1917, Ford pagaba a sus obreros un mínimo de cinco dólares diarios y vendía los automóviles en 360 dólares: 72 días de salario mínimo (“My life and work”, 1923, pp. 126, 145). El punto de partida fue el precio: tenía que ser muy bajo. Como esto es imposible en la construcción de automóviles diseñados uno por uno, el cambio de concepto fue radical: pasar del ramo de la construcción a la industria manufacturera; bajar el costo, reduciendo la mano de obra al mínimo, estandarizando las partes y suprimiendo lujos y variantes; armar la unidad en serie y preparar la recepción del mercado, al cual se le ofrecía el famoso Modelo T “en cualquier color, siempre que sea negro”. Los constructores de automóviles partían del diseño, calculaban los costos y fijaban el precio. Ford procedió al revés: partió del precio, de ahí derivó los costos necesarios y finalmente el diseño. Primero vemos “lo que el mayor número de personas puede o quiere pagar” y luego vemos cómo bajar los costos hasta lograr ese precio. “La reducción del precio es lo primero”: en 1910, estábamos en 19 mil automóviles a Henry Ford. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 33 �Diseño a partir del precio / Gabriel Zaid 950 dólares; en 1917, vendimos 785 mil a 360” (pp. 145-146). Así, las ventas anuales pasaron de 18 a 283 millones de dólares en siete años, y Ford se volvió el hombre más rico del mundo. Partir del precio exige rediseñar el producto, los métodos de producción, los sistemas de ventas y financiamiento, todo el concepto del negocio. Esta audacia creadora no es común. Lo más común es evitar las guerras de precios y, por el contrario, buscar apoyos tecnológicos, publicitarios o políticos para subir los precios. O pensar en el cliente de menores ingresos como la niña rica de Mafalda, cuando le preguntaron cómo vivían los pobres: En una mansión pobre, con limosina pobre y chofer pobre. Ofrecer lo mismo, pero pobretón, no es suficiente. Hay que desarrollar una oferta pensada para los mercados de menor poder adquisitivo, tomando en cuenta sus necesidades, preferencias y capacidad de pago. Los aparatos modernos suponen redes de energía eléctrica. ¿Cómo venderlos en comunidades marginadas? Recientemente, un empresario surafricano ha vendido millones de aparatos de radio baratísimos, que no requieren ni gastar en pilas: trabajan con cuerda (www.freeplaygroup.com). Se benefició, de paso, con el mercado rico que rechaza las pilas (porque el mercurio es contaminante) y vendiendo la patente a Coleman y Motorola para que produzcan lámparas de mano y teléfonos que trabajan con cuerda. Una máquina de coser no puede trabajar con cuerda, pero sí con pedal. Rediseñar este viejo invento para que sea barato, ligero, desarmable para empacarlo en una caja compacta, obvio de armar y de operar, a prueba de malos tratos y transparente para que, en dado caso, un mecánico de pueblo lo pueda reparar, no parece imposible. Falta el empresario. También para bicicletas de 34 Pedal power en acción. montaña transformadas en bicicletas campesinas y aprovechables (estacionadas) como hacen los afiladores: como motores de pedal para herramientas, molinos, bombas, generadores (ejemplos en www. pedalpower.org y en “Pedal power” de James McCullagh, de venta en Amazon). Igual para los servicios bancarios, telefónicos, de salud, educativos; tomando en cuenta que diseñar servicios de precio bajo exige automatizarlos con personal de bajos ingresos. En salud, por ejemplo: enfermeras locales y médicos consultables por internet, en la escuela rural. Muchísimas consultas son rutinarias y pueden estar ya contestadas en una base de datos, igual que muchísimos diagnósticos, a partir de cuestionarios. Una enfermera partera entrenada y comunicada puede mejorar la salud local a un costo muy bajo, vivir de eso y volverse una persona importante en la comunidad. Abundan las oportunidades para una oferta creadora, diseñada a partir de la capacidad de pago. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Comparando métodos heurísticos para secuenciar tareas en líneas de flujo Mireya L. Valenzuela Luna Departamento de Ingeniería de Sistemas, Instituto Tecnológico de Tepic mireyalisset@yahoo.com.mx Roger Z. Ríos Mercado División de Posgrado en Ingeniería de Sistemas, FIME, UANL roger@uanl.mx RESUMEN En este artículo se presenta un estudio computacional de una serie de métodos para encontrar secuencias de n tareas en un ambiente de líneas de ensamblado o flujo (Flow Shop) de m máquinas con el objetivo de minimizar el tiempo en el cual todas las tareas terminan de ser procesadas en el sistema. Este es un problema derivado del área de secuenciamiento en sistemas de manufactura, de los clasificados como difíciles de resolver. La evidencia computacional muestra que el Método Modificado de Palmer encuentra las mejores secuencias para el caso general de m máquinas (m>3). PALABRAS CLAVE: Investigación de operaciones, sistemas de manufactura, problema de secuenciamiento, línea de flujo, minimización de tiempo de terminación, heurística ABSTRACT In this article a computational study of several methods for solving the mmachine flow shop with makespan minimization objective is presented. Such problem arises from manufacturing systems, and it is regarded as difficult to solve. The empirical evidence shows that the Modified Palmer Sequence method finds solutions of better quality for the general m-machine case (m>3). KEYWORDS: Operations research, manufacturing systems, scheduling problem, flow shop, makespan minimization, heuristics INTRODUCCIÓN La ciencia de la toma de decisiones, mejor conocida como Investigación de Operaciones (IO),2 nació hace más de 50 años por motivos de carácter militar, en la segunda guerra mundial, cuando George Dantzig inventó el método simplex para resolver problemas de optimización lineal. La IO se utiliza en todos los niveles y en todo tipo de industrias. En éstas se busca solucionar problemas donde se tome la mejor decisión sujeta a las restricciones tecnológicas existentes Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 35 �Comparando métodos heurísticos para secuenciar .../ Miryea L. Valenzuela Luna, et al que reditúe en beneficios económicos mediante el uso de modelos matemáticos, que sirven para obtener una representación abstracta del problema a resolver, y computadoras, que ayudan a desarrollar e implementar las técnicas de solución. Uno de los problemas que se presentan de forma natural en algunas empresas es el de líneas de flujo en sistemas de manufactura. El problema consiste en cómo secuenciar las operaciones en las máquinas de la forma más eficiente posible. Si no se hace inteligentemente, esto puede representar un costo de oportunidad (pérdida económica) para la empresa. Por lo tanto, es importante encontrar el orden en el cual se deben de procesar todas las tareas en todas las máquinas con el fin de reducir al mínimo el tiempo de terminación. Una excelente referencia sobre problemas de secuenciamiento es el texto de Pinedo.3 El objetivo de este estudio es evaluar computacionalmente algunas de las técnicas de solución que se usan para resolver este problema de secuenciamiento en líneas de flujo e ilustrar que hay técnicas de solución más efectivas que otras, las cuales deben tomar en cuenta la estructura matemática del problema. En primera instancia se presenta una descripción detallada del problema de líneas de flujo y posteriormente se presentan algunas técnicas populares de solución como es el caso de la regla de Johnson, la cual encuentra la solución exacta en problemas con 2 máquinas, y dos heurísticas para problemas de m máquinas. Finalmente, se lleva a cabo una evaluación computacional de las técnicas estudiadas aplicándolas en la solución de varias instancias del problema. Al evaluar empíricamente el comportamiento de cada heurística mediante un análisis comparativo, se observó que una de las heurísticas (MPS) resultó más efectiva que la otra (CDS) en relación a la calidad de las soluciones encontradas. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA El problema de línea de flujo considerado consiste en un conjunto de n tareas que deben ser procesadas a través de un conjunto de m máquinas cada una. Cada tarea tiene el mismo ruteo a través de las máquinas. 36 Es decir, cada tarea debe procesarse primero en la máquina 1, luego en la 2 y así sucesivamente hasta las m máquinas. El tiempo de procesamiento de la tarea j en la máquina i se denota por Pij. Una máquina no puede procesar más de una tarea a la vez. El objetivo es encontrar una secuencia de tareas que minimice el tiempo en el que termina de ser procesada la última tarea en el sistema, o, equivalentemente, en la última máquina. A este tiempo de terminación se le conoce como makespan. Es un problema de optimización combinatoria ya que el número total de secuencias posibles es n!, las cuales resultan imposibles de enumerar para valores de n relativamente grande. La figura 1 muestra una secuencia de tres tareas S=(1,2,3) que se procesan en cada una de las tres máquinas. Por ejemplo, la tarea 1, ocupa 5 unidades de tiempo en la máquina 1, posteriormente pasa a la máquina 2 donde ocupa 4 unidades de tiempo, para finalmente pasar a la máquina 3 donde usa 2 unidades de tiempo terminando al tiempo 11. En este ejemplo, el makespan para la secuencia mostrada es 21. Fig. 1. Ejemplo de una secuencia de 3 tareas en una línea de flujo de 3 máquinas. Este problema, como muchos otros en el campo de secuenciamiento de sistemas de manufactura es sumamente difícil de resolver ya que está clasificado técnicamente como NP-completo. Esto significa que cualquier algoritmo de solución emplea un tiempo de ejecución que aumenta, en el peor de los casos, exponencialmente con el tamaño del problema. Esto no significa que el problema no se pueda resolver, sino que uno debe de proponer algoritmos de solución que exploten favorablemente la estructura Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Comparando métodos heurísticos para secuenciar .../ Miryea L. Valenzuela Luna, et al matemática del problema para que sean capaces de resolver la mayoría de las instancias del problema en tiempos de ejecución relativamente pequeños. La otra alternativa es recurrir a heurísticas, las cuales son procedimientos que encuentran soluciones aproximadas en tiempos de ejecución relativamente razonables, lo cual constituye el enfoque de este trabajo. Véase4,5 para una descripción más detallada del problema. MÉTODOS DE SOLUCIÓN Caso de 2 Máquinas El caso especial de este problema donde se consideran dos máquinas ha sido resuelto por Johnson. 3 La regla de Johnson consiste en un algoritmo exacto, que da la secuencia óptima para el problema de 2 máquinas con n tareas. El algoritmo consiste primeramente en la división de los trabajos en dos conjuntos. El conjunto 1 contiene todas las tareas donde P1j<P2j y el conjunto 2 tiene todas las tareas con P1j>P2j. Las tareas donde P1j=P2j pueden ir en cualquiera de los dos conjuntos. Posteriormente, las tareas en el conjunto 1 se ordenan de forma creciente de P1j (regla SPT, shortest processing time), y las tareas del conjunto 2 van en orden decreciente de P2j (regla LPT, largest processing time). La unión de estas dos subsecuencias (las del conjunto 1 más las del conjunto 2) proporciona la secuencia óptima al problema. Caso de m Máquinas Como es bien conocido en el área, cuando el problema es mayor o igual a 3 máquinas, no existe ninguna regla simple que proporcione una solución óptima al problema. En este trabajo estudiamos Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 un par de métodos heurísticos que, de alguna forma, intentan transformar el problema a uno de 2 máquinas para usar posteriormente la regla de Johnson y encontrar soluciones de buena calidad. En esencia, una heurística es un procedimiento que no garantiza obtener la solución óptima global del problema, sin embargo, si se hace de forma inteligente, es capaz de encontrar buenas soluciones en tiempos razonablemente pequeños. Método CDS El método CDS (propuesto por Campbell, Dudek y Smith)1 consiste de dos etapas. Primero, se transforma el problema original en uno de dos máquinas mediante una partición de las máquinas en dos conjuntos. En el primer conjunto se agrupan las primeras q máquinas {1, 2, ..., q} y en el otro las restantes {q+1, ..., m}. Luego, se calculan los tiempos de procesamiento Qij (de la tarea j en la máquina i) del problema transformado (de 2 máquinas) de acuerdo a esta partición para cada tarea j de la siguiente forma: y Una vez que se tiene la transformación se emplea el algoritmo de Johnson para dos máquinas obteniendo una secuencia de tareas. Nótese que en el algoritmo CDS original, se generan m-1 problemas de 2 máquinas (uno por cada valor de q, q=1, ..., m-1) y se toma como solución la mejor de las m-1 secuencias. En nuestra implementación nos limitamos a generar solo una, tomando q = m/2. Método MPS La heurística MPS (Modified Palmer Sequence) propuesto por Hundal y Rajgopal,1 intenta también reducir el problema a una de dos máquinas para posteriormente utilizar la regla de Johnson para obtener una secuencia. Sin embargo, a diferencia del método anterior, los tiempos de procesamiento Sij del problema reducido para cada j se calculan así: 37 �Comparando métodos heurísticos para secuenciar .../ Miryea L. Valenzuela Luna, et al La lógica en éste método es secuenciar las tareas de tal forma que las tareas que vayan de tiempos menores a mayores en la secuencia de operaciones se procesen más temprano. A este problema reducido se le aplica el algoritmo de Johnson para obtener la secuencia. EVALUACIÓN COMPUTACIONAL Los procedimientos fueron codificados en lenguaje C en una estación de trabajo Sun Ultra 10 con sistema operativo Solaris 7, usando la opción de compilación –o de Sun Forte v.6.0. Para llevar a cabo la evaluación de cada heurística se generaron 90 problemas con 2, 5 y 10 máquinas para 50, 100 y 500 tareas. Los Pij fueron generados mediante una distribución uniforme en [10,100]. Para cada posible combinación m x n se generaron 10 instancias. Cada una de las 90 instancias generadas fue intentada resolver por los tres métodos (Johnson, CDS, MPS). Además, para fines comparativos se utilizó también un método para generar secuencias totalmente aleatorio (MA). Las tablas I y II muestran los resultados de la comparación entre MA y CDS y entre CDS y MPS, respectivamente. En cada una de las celdas se muestra el porcentaje de veces que un método encontró mejores soluciones que el otro. Por ejemplo, el 100 en la celda 5×500 de la tabla I significa que CDS fue mejor que MA en el 100% de las instancias probadas de 5 máquinas y 500 tareas . Como puede apreciarse en la tabla I vemos que en casi todos los casos la heurística CDS mejoró en un 100% al MA lo cual era de esperarse. En la tabla Tabla I. Porcentaje (%) mejorado del método CDS en contraste con el método aleatorio. m/n 5 10 50 100 100 100 90 100 500 100 100 II vemos que la heurística MPS dominó totalmente a la CDS en las instancias probadas. En el caso de 2 máquinas, es evidente que el Algoritmo de Johnson resuelve óptimamente el 100% de las instancias probadas. La tabla III nos muestra el intervalo de optimalidad relativo entre MA y el Método de Johnson. Por ejemplo, en el caso de 100 tareas el MA aleatorio está a un 3.81% del óptimo del problema. Tabla III. Promedios de optimalidad relativa para problemas de 2 máquinas. n MA J 50 3.67 0.00 100 3.81 0.00 500 1.40 0.00 Ahora bien, en la tabla IV observamos los promedios del valor de la solución obtenida por cada método para los casos de 50, 100 y 500 tareas. Comparando estos valores, se observó una notable disminución en los valores reportados por la heurística CDS y mayor aún en la heurística MPS. En el caso de 5×50 las soluciones encontradas por el MPS fueron superiores en un rango de 5-32% relativo con respecto al CDS. De forma similar en Tabla IV. Promedio del tiempo de terminación. MA 5 3426.5 3231.9 2767.9 10 4001.6 3726.0 2685.5 38 50 100 100 100 100 100 500 100 100 MPS 100 Tareas m MA CDS MPS 5 6324.2 6040.2 5373.4 10 7167.3 6710.1 5468.1 Tabla II. Porcentaje (%) mejorado de la heurística MPS en contraste con el CDS. m/n 5 10 50 Tareas CDS m 500 Tareas m MA CDS MPS 5 29308.9 28488.9 27242.1 10 30435.6 29412.0 27304.6 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Comparando métodos heurísticos para secuenciar .../ Miryea L. Valenzuela Luna, et al los casos 5×100 y 5×500, MPS fue superior sobre CDS con rangos de 2-33% y 1-8%, respectivamente. Para los casos de mayor tamaño (10 máquinas), la diferencia fue aún más dramática. MPS exhibió mejoras de 27-48%, 14-37% y 5-10%, en las instancias de 50, 100 y 500 tareas, respectivamente. A su vez, puede apreciarse que ambas fueron muy superiores al compararse con el MA. AGRADECIMIENTOS El trabajo de Mireya Lisset Valenzuela Luna fue apoyado por una beca del Programa de Verano de la Investigación Científica del Pacífico (DELFIN). También agradecemos a Conrado Borraz y José Luis Rivera, estudiantes de posgrado y licenciatura de la FIME, por sus sugerencias en la realización de este proyecto. CONCLUSIONES En este trabajo se ilustró la efectividad del Método de Johnson al resolver óptimamente instancias de 2 máquinas y de hasta 500 tareas en una fracción de segundos. Además, los resultados computacionales mostraron contundentemente que la heurística MPS fue mejor que la CDS para el problema general de línea de flujo de m máquinas. A su vez, ambos métodos (CDS y MPS) diseñados después de un estudio de la estructura del problema, resultaron mejores que uno de los que ignoran a la misma, en este caso el método aleatorio, por lo que tenemos múltiples alternativas en las que se puede elegir la que mayores beneficios reditúe y así encontrar secuencias de buena calidad. La implicación práctica del presente trabajo es que la heurística CDS puede usarse para obtener secuencias de buena calidad que pueden recomendarse en el sistema de manufactura estudiado. REFERENCIAS 1. T. S. Hundal y J. Rajgopal. An extension of Palmer´s heuristic for the flow shop scheduling problem International Journal of Production Research, 26(6): 1119-1124,1988. 2. K. Mathur y D. Solow. Investigación de Operaciones: El arte de la toma de decisiones. Prentice-Hall, México,1996. 3. M. Pinedo. Scheduling: Theory, Algorithms, and Systems. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, EUA, 1995. 4. R. Z. Ríos Mercado y J. F. Bard. Heurísticas para secuenciamiento de tareas en líneas de flujo. Ciencia UANL, 3(4):420-427, 2000. 5. R. Z. Ríos Mercado y J. F. Bard. Secuenciando óptimamente líneas de flujo en sistemas de manufactura. Ciencia UANL, 4(1):48-54, 2001. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 39 �Un criterio más allá de la simple aritmética en ciencia y tecnología Marco Antonio Martínez Negrete Departamento de Física, Facultad de Ciencias, UNAM martinez@servidor.unam.mx RESUMEN A través de 5 tesis se describe un modelo sencillo para la educación masiva de científicos, el cual se basa en proveer el apoyo científico-técnico necesario para la resolución de problemas sociales relevantes. Un elemento esencial del modelo es la noción de “masa crítica”, definida en tres niveles mutuamente interactuantes de intervención: el científico, el técnico y el tecnológico. Del modelo se puede derivar un método aproximado para el cálculo de la razón de científicos por cada mil habitantes que el país requiere para la solución de algún problema socialmente relevante, e incluso el presupuesto necesario para ello. PALABRAS CLAVE: Ciencia, tecnología, políticas, educación, masa crítica. ABSTRACT Through 5 theses a simple model for the massive education of scientists is described, which is based on providing the necessary scientific-technical support for the resolution of high-priority social problems. An essential element of the model is the notion of “critical mass”, which is defined in three mutually interacting levels of intervention: the scientific, the technical and the technological one. From this model it can be derived an approximate method for the calculation of the proportion of scientists per each thousand inhabitants that the country requires for the solution of some social critical problems, and even the necessary budget for it. KEYWORDS: Science, technology, policies, education, critical mass. INTRODUCCIÓN En aras de la brevedad el contenido del escrito se desarrolla en varias tesis, seguidas de explicaciones y comentarios. De este modo se pretende concisión y una manera económica de llegar a las aplicaciones concretas, así como a la crítica general y puntal de lo aquí expuesto. Así mismo es conveniente dar las definiciones de los términos que se emplearán en la exposición de las tesis. Los conceptos de ciencia e investigación se referirán a la física y se podrán utilizar como sinónimos, en la mayoría de las 40 Artículo publicado en el Boletín de la Sociedad Mexicana de Física, No. 1, Vol. 18, Ene-Mar 2004. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Un criterio más allá de la simple aritmética en ciencia y tecnología/ Marco Antonio Martínez Negrete ocasiones. La ciencia (la investigación) se genera por la búsqueda de solución a dos tipos de problemas: A) Cuestiones surgidas del comportamiento fundamental (físico), de la naturaleza. B) Los asociados con la aplicación de la ciencia. En el primer caso se suele hablar de ciencia básica o fundamental, en tanto que en el segundo se trata de ciencia aplicada o también ciencia dirigida a la aplicación. Las diferencias no son absolutas, por cuanto que en la ciencia básica se producen conocimientos científicos que son en una sociedad dada potencialmente aplicables (ciencia potencialmente aplicable), mientras que en otra pueden no serlo. Y, por otra parte, al resolver problemas que requieren de la aplicación de la ciencia se suelen suscitar preguntas sobre el comportamiento fundamental de la materia. De lo anterior se desprende que hay una estrecha interrelación entre tres aspectos o momentos de la ciencia: ciencia básica, ciencia aplicable y ciencia aplicada. Si la sociedad es tal que la ciencia llega a su aplicación, lo hará gracias al desarrollo de técnicas (instrumentos o procedimientos) derivados de ella. El o los complejos resultantes de la aplicación de las técnicas en la sociedad, en que ésta se modifica por aquellas y viceversa, se llama complejo tecnológico (como cuando se habla de una cierta tecnología de transportes, de comunicación, agrícola, etc.). TESIS 1: EL DESARROLLO CIENTÍFICO ES NECESARIO PARA EL DESARROLLO ECONÓMICO DE UN PAÍS Es necesario, pero no suficiente. Hay un camino largo por recorrer de la ciencia a sus aplicaciones sociales, ya como técnicas que son parte de un desarrollo tecnológico. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 En México es conocida y criticada la desconexión entre las instituciones de investigación en física, las industrias y en general las empresas productivas de toda índole, a pesar del reconocimiento que se hace a la aportación a la cultura y a la educación científicas nacionales. Sin embargo, algunas excepciones a la desconexión entre física e industria confirman la regla, mostrando que nuestro país cuenta con un capital científico incipiente pero invaluable. Tales excepciones no existían hace una década, por lo que se sospecha que con una política científica y tecnológica adecuada sea posible generar masivamente técnicas de aplicación interna y de exportación (como hacen en los países avanzados y que países como Japón y Corea del Sur han conseguido también hacer en unos 20-25 años).1 Las críticas mencionan que, en el mejor de los casos, cuando la ciencia que aquí se hace es de calidad internacional, ella será potencial o realmente aplicada en los países altamente industrializados, en donde hay una conexión más estructurada entre la ciencia y sus aplicaciones sociales. Se trata de una ciencia que sería aplicable en México, si cambiaran las condiciones actuales de la interrelación entre nuestra ciencia y la sociedad, por ejemplo mediante una política de ciencia y tecnología especialmente orientada a ello. TESIS 2: LA RAZÓN DE CIENTÍFICOS POR CADA MIL HABITANTES (R) ES CONSECUENCIA DE LA CANTIDAD DE ELLOS DEDICADOS AL APOYO CIENTÍFICO-TÉCNICO EN LA SOLUCIÓN DE LOS PROBLEMAS SOCIALMENTE RELEVANTES DEL PAÍS La solución de un problema socialmente relevante (por ejemplo el tránsito de los energéticos agotables y contaminantes a los energéticos inagotables y poco contaminantes) no es de la total competencia de los científicos, pero sí la investigación que sirve de apoyo científico-técnico a su solución. Cada problema requiere de la investigación en varios temas; el conocimiento en cada tema puede estar disponible como consecuencia de investigaciones básicas y/o aplicables anteriores, o es necesario generarlo dirigidamente. La naturaleza del problema (relevancia social) demanda que la investigación sea teórica y experimental. Las 41 �Un criterio más allá de la simple aritmética en ciencia y tecnología/ Marco Antonio Martínez Negrete organizaciones que pueden atender las temáticas en México están en las instituciones de educación superior e investigación científica (universidades, politécnicos, tecnológicos), centros tecnológicos gubernamentales, institutos de investigación y desarrollo tecnológico asociados a empresas gubernamentales y privadas. Otras instituciones de investigación y desarrollo habrá que crearlas exprofeso. La cantidad de científicos dedicados a cada temática depende de la cantidad de instituciones donde ella se trabaja, si se la realiza teórica y/o experimentalmente, si se la lleva a la elaboración de dispositivos técnicos, si se continúa la cadena hasta el nivel de planta piloto y si, finalmente, se aplica socialmente desarrollando para ello previamente la producción fabril. La cantidad de científicos variará asimismo si en el camino se tiene contemplada la formación de nuevos científicos, en diferentes niveles de escolaridad (licenciaturas, maestrías o doctorados). La cantidad mínima de científicos se determinará por la construcción de ciertas masas críticas, que se explicarán más adelante. Mientras no exista una política científica y tecnológica estructurada para la resolución de problemas sociales relevantes, la cantidad R será relativamente arbitraria y poco significativa. La R actual parece haberse conformado históricamente para preservar la capacidad de investigación en ciertos temas, predominando de manera general en sus orígenes la investigación teórica sobre la experimental, si bien estadísticas recientes muestran una relación inversa en la cantidad de investigadores de uno u otro tipo.2 No obstante lo anterior, la desconexión con las aplicaciones sociales es la responsable principal de que la 42 mayoría de los laboratorios científicos resuelvan sus necesidades de experimentación a través de la importación de equipos. Asimismo, la investigación teórica y experimental sigue dependiendo en la renovación de sus temáticas de las prácticas científicas exteriores, fundamentalmente de los países muy industrializados. TESIS 3: SOLO PUEDE APOYARSE CIENTÍFICOTÉCNICAMENTE LA SOLUCIÓN DE UN PROBLEMA SOCIAL RELEVANTE SI SE CUENTA CON MASAS CRÍTICAS EN TRES NIVELES MUTUAMENTE INTERACTUANTES: CIENTÍFICO, TÉCNICO Y TECNOLÓGICO El concepto de masa crítica se toma de la física nuclear, y es indispensable para cualquier proceso auto sostenible. Se refiere a la cantidad mínima de material fisionable capaz de generar una reacción en cadena. Así: Definición 1: masa crítica científica (mc) Es el conjunto mínimo de personas, equipos y organizaciones capaces de plantearse y generar más problemas y sus soluciones, así como científicos adicionales conectados con cuestiones científicas originalmente asociadas a la solución de un problema socialmente relevante. En ocasiones la mc en física teórica puede consistir de una sola persona, sentada en un escritorio provista solamente de papel y lápiz, quizá con una biblioteca al lado; el ejemplo de Dirac es paradigmático.3 Pero tal es difícilmente el caso cuando se trata de resolver problemas que continuamente se presentan y demandan solución, asociadas a algún problema socialmente relevante. La situación es entonces más parecida al funcionamiento de un laboratorio en donde tanto científicos teóricos como experimentales trabajan en conjunto con la gente del taller de al lado, tratando de encontrar la solución a un problema científico generado por la prueba de una nueva teoría. Se sabe que entonces la solución a alguno de los problemas lleva a otros y así sucesivamente. Cuando la cadena no se interrumpe es porque el laboratorio cuenta con la mc en gente e infraestructura, y es capaz también de formar un número mayor de científicos al tiempo que más equipo novedoso se construye. (Este equipo puede eventualmente alcanzar la etapa Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Un criterio más allá de la simple aritmética en ciencia y tecnología/ Marco Antonio Martínez Negrete de aplicación industrial; pero esto es parte de otra historia).4 Ejemplo: Desarrollo de un grupo de investigación teórico-experimental en superconductividad, con posibles aplicaciones en el problema energético (almacenamiento de energía solar, transporte de baja fricción, etc.). Definición 2: masa crítica técnica (mt) Es el conjunto mínimo de personas, equipos y organizaciones capaz de resolver cualquier problema original o nuevo resultante del trabajo en alguna temática asociada a un problema socialmente relevante, que requiera una solución técnica por vía de equipos técnicos o procedimientos, y con capacidad de formación de más personal científica y técnicamente capacitado. Ejemplo: Diseño y construcción de un almacenador superconductor de corriente eléctrica solar. Definición 3: masa crítica tecnológica (mT) Es el conjunto mínimo de personas, equipos y organizaciones capaz de difundir y adaptar socialmente las técnicas de apoyo generadas alrededor de la solución efectiva de un problema socialmente relevante. Ejemplo: Generación de un programa exitoso para el desarrollo y adaptación generalizada de colectores de energía eléctrica solar mediante superconductores, fabricados nacionalmente. Las masas críticas mc, mt y mT se interrelacionan y realimentan unas con otras, en la unidad que es el proceso social que lleva de la ciencia básica o dirigida a sus aplicaciones sociales tecnológicas y a la inversa. Del desarrollo de prototipos, por ejemplo, emerge la necesidad de resolución de problemas básicos de física, que pueden enfrentarse exitosamente si se cuenta con las masas críticas del caso. La aplicación social de una cierta técnica bien puede demandar modificaciones que se remiten hasta la ciencia básica, o hasta el rediseño de los prototipos mismos, etc. Unas masas críticas demandan la existencia de las otras para completar el proceso tecnológico de aplicación; se trata ciertamente de una interacción realimentativa. Lo importante para un país consiste en que la realimentación entre las masas Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 críticas se cierre en su interior, y no en el extranjero, como puede suceder si nada más se construyen las mc teóricas. Las cantidades mínimas de científicos y técnicos requeridos en el país, serán consecuencia de la construcción de las masas críticas asociadas al apoyo científico-técnico requerido en la solución de los problemas sociales relevantes. De aquí se determinan las R´s mínimas de cada categoría. Del análisis detallado de la construcción de cada masa crítica se pueden calcular las cantidades mínimas de inversión en personal, equipos y organización, correspondientes a cada temática científica, desde la etapa de investigación hasta su aplicación social tecnológica. T E S I S 4 : L A F O R M A C I Ó N M A S I VA D E CIENTÍFICOS SE PUEDE LOGRAR MEDIANTE LA INTERACCIÓN ENTRE TRES INSTANCIAS SOCIALES: LA GENTE (ORGANIZADA O NO EN INSTITUCIONES) PARA QUIEN EL PROBLEMA ES SOCIALMENTE RELEVANTE; CENTROS LOCALES Y REGIONALES DE TECNOLOGÍA; INSTITUCIONES ACADÉMICAS DE EDUCACIÓN E INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Los centros locales y regionales de tecnología pueden ubicarse en empresas gubernamentales y/o privadas, en pueblos, ciudades o en el campo. Se trata de instituciones en que colaboran científicos, técnicos e inventores de la academia y de la localidad o región en donde se ubica el problema relevante. De esta manera algunas asignaturas y los planes de estudio mismos de las instituciones educativas regionales son formulados tomando en cuenta 43 �Un criterio más allá de la simple aritmética en ciencia y tecnología/ Marco Antonio Martínez Negrete las temáticas de investigación conectadas con la solución del problema o problemas. En estos centros se generan las soluciones técnicas, se plantean los productos en planta piloto y se construye la conexión con las industrias dirigidas a la fabricación en serie. La elaboración de tesis de licenciatura, por poner un ejemplo, puede realizarse en las empresas, teniendo validez curricular en la institución educativa. Los estudiantes podrán dedicarse a la investigación sobre temas relevantes desde los inicios de las carreras, pudiendo continuar más intensamente en los niveles superiores, si su vocación se despierta hacia la investigación básica, o hacia la dirigida. La interacción entre las tres instancias es asimismo realimentativa. TESIS 5: LA FORMACIÓN MASIVA DE CIENTÍFICOS Y TÉCNICOS PARA EL APOYO A LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS SOCIALES RELEVANTES REQUIERE DE UN PLAN NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA EXPROFESO, FORMULADO DEMOCRÁTICAMENTE Como la definición de lo que es problema socialmente relevante y la construcción de las masas críticas coadyuvantes a su solución son tareas colectivas, democráticas y necesariamente coordinadas, se desprende de suyo la necesidad de una coordinación nacional de las distintas instancias participantes. En este sentido es muy importante recalcar que un plan de ciencia y tecnología que exprofeso apunte a la solución de problemas científicos que redunden en el aumento del bienestar de la población y el ambiente, debe conformarse poniendo por delante la construcción de los instrumentos (las masas críticas) necesarios para ello. Por eso se requiere que los agentes actualmente involucrables en el inicio del proceso de construcción (científicos, técnicos, empresarios y usuarios en general) participen de una mística que proporcione para la acción decidida el compromiso con un modelo generado por consenso. Esto no es, al parecer, la situación contemplada en las nuevas leyes de ciencia y tecnología aprobadas en abril del año pasado por las legislaturas, a pesar de que los lineamientos de política que define 44 sean plausibles. Es decir, las nuevas leyes tienen fines acertados, pero los medios concebidos para alcanzarlos no parecen ser los convenientes. (Para una descripción y limitada crítica de las nuevas leyes, ver la referencia 5). Sin ser un aspecto menor de la coordinación nacional mencionada, la evaluación del trabajo científico-técnico tiene que cambiar de naturaleza. Es preciso que la evaluación sea concordante con el cumplimiento de los objetivos del nuevo plan de ciencia y tecnología, de modo que los medios se adecuen a los fines y viceversa. La evaluación que privilegia sin más la publicación en revistas, sobre todo las extranjeras, no necesariamente apunta en la dirección del apoyo a la solución científico-técnica de problemas socialmente relevantes de nuestro país y nuestra gente. Más bien pareciera que la “publicacionitis” realizada como un fin en sí misma, pone a trabajar a nuestros científicos y técnicos preponderantemente en el apoyo a la solución de problemas ajenos. Desde luego que habrán intersecciones científico-técnicas temáticas no vacías entre los problemas de fuera y los nuestros, pero si de ser efectivos se trata, lo mejor es trabajar explícita y directamente por lo que nos concierne. REFERENCIAS 1. P. F. Druker, La sociedad post capitalista, Editorial Apóstrofe, Buenos Aires (sin año). 2. M.A. Pérez Argón, G. Torres Vega, “Retos y perspectivas de la física en México”, en Diagnóstico de la física en México, Academia Mexicana de Ciencias, noviembre de 2002, págs. 61-68, México. 3. H. S. Kragh, Dirac. A scientific biography, Cambridge University Press, 1990. 4. V. Bush, “Ciencia, la frontera sin fin. Un informe al presidente, julio de 1945”, Redes, revista de estudios sociales de la ciencia, No. 14 (noviembre de 1999), págs. 89-137, Buenos Aires. 5. M. Puchet Anyul, P. Ruiz Nápoles, Nuevas leyes de ciencia y tecnología y orgánica del CONACYT, Porrúa y Facultad de Derecho UNAM, 2003, México. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Diseño de un termómetro para animales de trabajo José Rodolfo Martínez y Cárdenas rodolfomyc@hotmail.com Jaime Díaz Altamirano diaz_aj@engineer.com Fidel Diego Nava fdiego@ipn.mx CIIDIR-IPN Unidad Oaxaca, Horno 1003, 71230 Santa Cruz Xoxocotlán, Oax. Tel. y Fax 52-951-5170610 RESUMEN Para monitorear la temperatura corporal de animales de tiro mientras trabajan arrastrando un apero, lo cual, con otros parámetros, permite evaluar el desempeño de los mismos, se desarrolló un sistema inalámbrico de teletermometría. Dicho sistema está constituido por dos equipos: el primero contiene al sensor, un acondicionador de señal, un CAD, un microcontrolador y un transmisor de RF (radio frecuencia). En éste el sensor toma la temperatura de la oreja del animal, y entrega una señal eléctrica proporcional, la cual es digitalizada, procesada y transmitida vía RF. Un segundo equipo, que contiene, un receptor de RF, un microcontrolador, y una pantalla de cristal líquido (LCD), recibe y procesa la información enviada por el transmisor, para finalmente desplegar el dato en el LCD. PALABRAS CLAVE: Termómetro, telemetría, radiofrecuencia, microcontroladores, PIC´s. ABSTRACT In order to measure the animals body temperature during the ploughing, which along with other parameters allows to evaluate their performance, an inalambric telethermometry system was developed. This system is composed of two components: The first one contents a temperature sensor, a signal conditioner, an ADC, a microcontroller, and an RF transmitter. In this stage, the sensor measures the temperature on the animal’s outer ear pavilion, and delivers a proportional electric signal, which is digitalized, manipulated and sent via RF to the second section of the system. The second stage contains an RF receiver, a microcontroller, and a Liquid Crystal Display (LCD). In this section, the information sent by the RF transmitter is received and manipulated, and it’s finally displayed on the LCD module. KEYWORDS Thermometer, telemetry, radiofrecuency, microcontrollers, PIC´s . Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 45 �Diseño de un termómetro para animales de trabajo/ José Rodolfo Martínez y Cárdenas, et al INTRODUCCIÓN Uno de los sectores económicos de México que más necesitan de tecnologías propias, es la agricultura en los estados del sureste del país, en donde aún se aplican con éxito relativo los arados de madera de tracción animal, desarrollados por los egipcios en la antigüedad y los europeos durante la edad media, que no permiten un aprovechamiento máximo de la potencia de los animales de trabajo. La renovación de las técnicas de labranza de estos campesinos no significa que se deba planear la introducción de tractores y maquinaria pesada, pues la economía y orografía del estado no lo permiten; es por ello que en el CIIDIR-Oaxaca, se realizó el proyecto “Desarrollo y evaluación de un apero de tracción animal para labranza de conservación”, el cuál tiene como objetivos el mejoramiento de la técnica de labranza de los campesinos, para elevar la eficiencia de los animales de trabajo, y al mismo tiempo, permitir la conservación de la fertilidad y utilidad del suelo de siembra. Para tal efecto se necesitan evaluar las labranzas con el arado de madera y el apero diseñado, con el fin de comparar la respuesta de los animales de trabajo. En ambos casos se debe vigilar que el esfuerzo realizado por los animales de tiro al arrastrar el artefacto sea moderado, y no les provoque agotamiento excesivo o lesiones cardiovasculares. Para ello, se hacen necesarios el monitoreo y la vigilancia de las principales variables fisiológicas de los animales en plena actividad, tales como: ritmo cardiaco, ritmo respiratorio y temperatura corporal. Para lograr estas mediciones no se pueden emplear las técnicas convencionales utilizadas por los veterinarios, puesto que éstas exigen que el animal se encuentre estático. Tampoco se deben usar para mediciones continuas porque se puede alterar el comportamiento del animal. Pero no existe en el mercado nacional un instrumento adecuado a las necesidades que plantea la medición de dichas variables; en respuesta a esa falta de instrumentación, se diseñó un sistema de telemetría de temperatura. El prototipo diseñado tiene la finalidad de monitorear a distancia la temperatura corporal de animales de labranza, mientras éstos arrastran un apero. Estas mediciones, tienen la finalidad de indicar qué tan grande es el esfuerzo realizado por las bestias 46 al arrastrar determinado modelo de apero. Estos datos permitirán re-diseñar el apero, con el fin de buscar aquel que proporcione un mejor rendimiento. OBJETIVOS DEL PROYECTO Objetivo general Desarrollar un sistema automático que permita realizar mediciones a distancia y de manera inalámbrica, de la temperatura corporal de los animales de labranza mientras arrastran un apero, con el fin de registrar dichas mediciones para su uso posterior. Objetivos específicos Crear un instrumento de medición de temperatura, útil y de costo razonable. Realizar un sistema inalámbrico de transmisión de datos, para poder conocer a distancia la temperatura registrada por el instrumento de medición. Diseñar el sistema para que pueda ser adaptado para monitorear otras variables (ritmo cardiaco, ritmo respiratorio, etc.), usando como base el medidor de temperatura. MATERIALES Y PROCEDIMIENTOS Los mamíferos son los vertebrados de organización más elevada. No obstante la variabilidad en su forma, organización y género de vida, que dan origen al establecimiento de grupos u órdenes muy distintos unos de otros, estos animales pueden caracterizarse por tres rasgos fundamentales: la piel revestida de pelos, la presencia de glándulas mamarias, y la constancia de la temperatura de su cuerpo. Un cambio en la temperatura cambia también el carácter de procesos biológicos más complejos. Esto hace que una temperatura relativamente constante sea una necesidad para el eficaz funcionamiento del complicado encéfalo de los animales superiores (aves y mamíferos) adultos. Durante la evolución, los animales superiores han desarrollado un dispositivo termorregulador que los capacita para mantener bajo condiciones ordinarias una temperatura orgánica interior constante, independientemente de la temperatura del ambiente. Estos animales, homeotermos o de sangre caliente, son capaces de llevar a cabo sus Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Diseño de un termómetro para animales de trabajo/ José Rodolfo Martínez y Cárdenas, et al Prototipos del transmisor y el receptor del sistema de medición de temperatura. actividades usuales bajo unos amplios límites de temperaturas externas, mientras que los animales poiquilotermos o de sangre fría, cuyas temperaturas varían directamente con las del ambiente, dependen totalmente de la temperatura externa. Los mamíferos muy jóvenes en los que la función integradora del encéfalo no se ha desarrollado todavía, muestran una gran tolerancia a los cambios de temperatura orgánica. Esto parece confirmar la idea de que es la complejidad de organización lo que hace necesaria la homeotermia. Muchas son las condiciones que pueden causar variaciones normales en la temperatura orgánica de los homeotermos; entre otras, están la edad, el sexo, la estación, la hora del día, la temperatura ambiente, el ejercicio, la ingestión de alimentos, la digestión y la bebida de agua. En el hombre y los animales existen gradientes de temperatura en la sangre, los tejidos y el recto; las temperaturas son más bajas hacia el exterior del cuerpo. También existen diferencias de temperatura de 10ºC o más entre el núcleo central y partes periféricas del cuerpo, como los miembros. En los animales se obtiene con facilidad un índice de la temperatura orgánica profunda por inserción de un termómetro en el recto. Aunque la temperatura rectal no representa siempre un promedio de la temperatura orgánica profunda, generalmente se considera mejor medir la temperatura en este sitio, que utilizar diversos puntos. La temperatura rectal en los animales domésticos más comunes se encuentra dentro de un reducido Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 intervalo que va desde los 37.5ºC hasta los 41ºC en promedio. Es evidente que sería muy poco práctico el tratar de tomar la temperatura rectal a un espécimen que se encuentra en plena actividad física, que es como estarán los animales que se deberán monitorear en este proyecto: el sensor no podría hacer un buen contacto con la mucosa rectal del animal, dando lecturas erróneas; además, el cuerpo extraño activaría un reflejo excretorio en el animal. Por otra parte, la temperatura no debe de tomarse sobre ningún músculo del animal durante la actividad física de éste, pues la temperatura del músculo tiene la tendencia a elevarse considerablemente, reduciéndose la fiabilidad de las mediciones obtenidas de este modo. La temperatura podría tomarse también de manera oral. El único inconveniente de hacerlo de este modo, es que sería muy difícil el mantener el sensor dentro del hocico del animal, sin que éste mastique los cables, escupa o trague el dispositivo. Es bien sabido que en la mayor parte de los mamíferos, las orejas, además de cumplir con la función auditiva, son un elemento de gran importancia en el mecanismo de control de temperatura corporal. Dicho en otras palabras, las orejas son una ventana a la temperatura corporal del animal, y por lo tanto, una buena opción para tomar las mediciones necesarias. Además, la medición de la temperatura en las orejas del animal, si bien no es tan precisa, es una alternativa a la medición de la temperatura rectal. Tomando esta idea, se determinó que el sensor se colocaría en una oreja del espécimen. En cuanto al sensor, se deberá utilizar uno de los llamados “sensores eléctricos”, es decir, que su funcionamiento se basa en las propiedades eléctricas de los materiales de que están hechos. La banda de temperaturas a medir en el proyecto está determinada por las temperaturas corporales de los animales de interés; el intervalo a medir es realmente estrecho, lo cuál hace adecuado el uso de un sensor basado en semiconductores. El más adecuado es el denominado sensor de circuito integrado: los sensores de circuitos integrados son muy lineales, ofrecen altos niveles de rendimiento, son relativamente económicos y bastante precisos en temperaturas cercanas a la temperatura ambiente, 47 �Diseño de un termómetro para animales de trabajo/ José Rodolfo Martínez y Cárdenas, et al aunque requieren de una fuente de alimentación. Por sus características, el sensor seleccionado fue el LM35D, ya que es fácil de adquirir en el mercado nacional. Este sensor entrega a su salida un voltaje proporcional a la temperatura que registra, a una razón de 10mV por cada Grado Celsius, teniendo por lo tanto una relación lineal entre voltaje y temperatura. La ecuación que describe el comportamiento del sensor respecto a la temperatura es: Vs = TC (10mV ) En donde Vs es la salida del sensor, en milivolts, y Tc es la temperatura en grados Celsius. El LM35D es capaz de medir temperaturas que van de los -55ºC, hasta los +150ºC, como un rango máximo de operación. Una de las mayores ventajas del LM35D, es que sus conexiones son extremadamente sencillas, y es muy versátil, pues puede ser configurado de distintas maneras. En este caso, como el intervalo de temperatura a medir es relativamente pequeño, se eligió una configuración sencilla: las terminales de alimentación y tierra se conectan a la fuente de manera directa, y la terminal de la salida de la señal, se conecta a tierra por medio de una resistencia tal que la corriente que circula por ella debido al voltaje de alimentación, sea de 50 microamperes. Cuando se trabaja con sensores, es muy común que la información que envía el sensor sea demasiado débil para manipularla en las siguientes etapas, por lo que se debe de acondicionar para ello. Para la implementación del acondicionamiento de señal, lo más adecuado es el uso de amplificadores operacionales (Circuitos integrados lineales), los cuales facilitan y hacen más efectivo el proceso de acondicionamiento; el diseño de circuitos con amplificadores operacionales presenta grandes bondades, pues permite obtener sistemas estables, con buena fidelidad a la salida, que consumen poca energía y ocupan poco espacio, además, no son difíciles de conseguir en el mercado, y su costo es bajo. Hay modelos de amplificadores operacionales que se han especializado y se les llama amplificadores de instrumentación. Éstos tienen básicamente las mismas características de los operacionales en general, pero son capaces de 48 detectar y manipular señales muy pequeñas. La única desventaja del uso de amplificadores operacionales en circuitos portátiles, es que éstos exigen el uso de más de una pila, o bien la construcción de un simetrizador de fuente. Para el acondicionamiento de la señal, fue elegido el amplificador operacional cuádruple TL064. Se sabe que el intervalo de temperaturas a medir va de 37.5ºC a 43ºC. A este rango se le debe agregar una tolerancia mínima y máxima. Dadas las características de la circuitería a utilizar (Microcontroladores con datos de 8 bits), es conveniente que el rango no rebase una variación de temperartura de 25.5ºC; es por esto que se decidió que la temperatura mínima manejable para el sistema fuera de 30.0ºC, y la máxima, de 55.5ºC, lo que deja un margen de tolerancia inferior de 7.5ºC, y un margen superior de 12.5ºC; de esto, se deduce que los voltajes máximo y mínimo que se manejarán serán: V30 º C = 30º C (10mV /º C ) = 300mV V55.5º C = 555 . º C (10mV /º C ) = 555mV ∆V = (55.5º C − 30º C )(10mV /º C ) = 25.5º C (10mV /º C ) = 255mV El convertidor Analógico-Digital, por su parte será ajustado para que a la entrada, un voltaje de cero volts corresponda a un valor de cero a la salida (00000000002), y para un valor igual al voltaje positivo de alimentación, dé un valor de 1023 (11111111112). Microcontroladores y electrónica digital El uso de señales digitales, permite el realizar procesos complejos con la información, en los cuáles se produce un mínimo de errores, y es por eso que en este caso se debe de digitalizar la señal acondicionada. Para lograrlo debe hacerse uso de un Convertidor Analógico Digital (ADC); los ADC más comunes, entregan a su salida números compuestos por 8 bits (un Byte), con lo cual dan un total de 256 estados posibles. Se usará el ADC interno del Circuito Integrado Programable (PIC) PIC16F874 de la marca Microchip, de esta manera, el PIC realizará dos funciones: digitalización y procesamiento de información, y el sistema se vuelve más compacto y menos propenso a errores. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Diseño de un termómetro para animales de trabajo/ José Rodolfo Martínez y Cárdenas, et al Prueba de campo del prototipo del termómetro. Dicho ADC empleará como voltajes de referencia los voltajes de alimentación del PIC (0-5 volts). Debe hacerse notar que este ADC entrega a la salida números de 10 bits; en el proyecto se utilizaron sólo los 8 bits menos significativos, por lo que la salida del acondicionador de señal correspondiente a 55.5ºC debe ser mucho menor a 5 volts. Los cálculos para dicho voltaje son: 5V xV = 1023 255 xV = 5V (255) = 12463343 . V 1023 Para que el sistema dé siempre lecturas correctas, la alimentación debe de estabilizarse con un regulador de voltaje, pues de otra forma, el voltaje de referencia superior sería inestable. Cuando el ADC ha realizado su función, el PIC16F874 inicia una transmisión serial de los 8 bits menos significativos del resultado obtenido. Para realizar la transmisión inalámbrica se usaron módulos de Radio Frecuencia (RF) en circuito integrado, para el enlace. Los módulos usados son: Transmisor: TXM-433-LC-R Receptor: RXM-433-LC-S Estos módulos tienen una Modulación Digital en Amplitud (ASK); a pesar de que la modulación sea ASK, al tener una transmisión digital, se obtiene una buena calidad en el enlace inalámbrico, y un alcance Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 de aproximadamente 40 metros. Los módulos de RF usados son también muy flexibles en cuanto a la velocidad de transmisión, pues pueden ser usados con velocidades que van desde unos cuantos bits por cada segundo, hasta 5Kbits por cada segundo. El receptor ASK, detecta los bits enviados por el transmisor, y los entrega en forma de niveles de voltaje (dos niveles lógicos), pues es una transmisión digital. Un PIC16F84, los procesará para visualizar la información, sobre un Display de Cristal Líquido (LCD) modelo DMC16249 de la marca Optrex. Generalmente los displays de este tipo tienen un microcontrolador del tipo HD44780, de la marca japonesa Hitachi, o uno muy similar, y ésta no es la excepción. El PIC16F84, realizará el proceso de la información para la visualización de ésta. Se usa este modelo de PIC por ser uno de los más económicos y manejables; el número de patitas destinadas a entrada/salida con que cuenta, es ideal para la función que realizará. El PIC16F84 debe ser programado para que, cuando detecte en un bit en la patita usada como entrada serial, inicie un proceso de captura de los 8 bits portadores de información. Después de haber obtenido esta información, lo único que queda por hacer es mandar a imprimir los caracteres; para hacerlo, se emplea la última etapa del programa del PIC16F84. Para lograrlo, se deben de incluir en el programa rutinas de control para el LCD; estas rutinas, deben de gobernar las acciones del LCD por medio de las tres patas de control de éste. El LCD usado en este proyecto es uno de los más comunes, y no es difícil de conseguir en el mercado nacional; se trata de un LCD de caracteres matriciales, con dos líneas y 16 caracteres por línea. Diagramas Generales A continuación, se anexan los diagramas generales, con sus valores y características, correspondientes al proyecto tratado en este informe. La figura 1 el diagrama a bloques del sistema en su totalidad; en la figura 2 se muestra la parte del sistema que realiza la medición y la transmisión de la información, y la figura 3 pertenece al subsistema encargado de recibir los datos transmitidos y desplegar la información. 49 �Diseño de un termómetro para animales de trabajo/ José Rodolfo Martínez y Cárdenas, et al Fig. 1. Diagrama a bloques del sistema propuesto. Fig. 2. Subsistema de adquisición y transmisión de datos. Fig. 3. Subsistema de recepción y despliegue de datos. CONCLUSIONES 1º- El sistema desarrollado en el presente proyecto, se apega a las necesidades de la realidad. 2º- El desarrollo de un sistema de la naturaleza del descrito aquí, requiere de una inversión regular, debido a la importación de los módulos de RF empleados, que no se pueden adquirir en el mercado nacional. Si éstos fueran comerciales en el país, o bien no se emplearan, el costo total del sistema sería muy bajo, especialmente si se 50 le compara con el costo de un sistema similar de presentación comercial. 3º- El sistema descrito a lo largo del presente reporte, es funcional en el trabajo de campo, y cuenta con un gran número de posibles aplicaciones además de aquella para la cual fue creado; además, es fácilmente adaptable a otras situaciones que requieran modificarlo, lo cual es relativamente fácil de hacer. Una de sus mejores características, es que con una reducida inversión se puede ampliar su funcionalidad, para emplearlo en más de una aplicación a la vez. 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ABSTRACT The purpose of this study is to make several programs based in MATLAB and DIGCOM-T, which make possible to analyze error detection and correction codes operation. In particular it is studied the family of block codes known as Hamming, as well as the cyclic codes Bose-Chaudhuri-Hocquenqhem and Reed Solomon. The convolution code and the Trellis diagram used to represent its operation, are also seen in this study. KEYWORDS Signal processing, code, detection, error. INTRODUCCIÓN Las operaciones básicas de procesamiento de señales en un sistema de comunicación digital son codificación de la fuente, codificación de canal y modulación digital en el lado transmisor, como se muestra en el diagrama a bloques de la figura 1, así como los procesos inversos en el lado receptor. Los códigos para detección y corrección de errores corresponden a la codificación de canal. Uno de los parámetros que miden el desempeño de un sistema de comunicación digital es la tasa de error binaria (BER) para un cierto valor de la relación de energía de bit a densidad espectral de ruido (Eb/N0). Generalmente, debido al ruido del canal de transmisión, la única manera de proporcionar un valor de BER aceptable es agregando códigos para detección y corrección de los errores. Actualmente se emplean dos formas de controlar los errores. Una de las técnicas es conocida como solicitud de confirmación (ARQ de Acknowledgment Request), ya que el receptor comprueba los datos recibidos y si hubo error Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 51 �Códigos para detección y corrección de errores en comunicaciones digitales/ Raúl Alvarado Escamilla Sistema de comunicación digital. Fig. 1. Procesos de la señal en el lado transmisor de un sistema de comunicaciones. solicita una retransmisión, de lo contrario retorna una confirmación de recepción correcta. La otra técnica se conoce como corrección de error hacia adelante (FEC, de Forward Error Correction), y es utilizada en los sistemas de comunicación que operan en tiempo real (es decir, el transmisor no almacena los datos que envía como en el caso de voz y vídeo digitales). Por cuestiones de extensión, sólo se abordarán los códigos FEC. En general, el proceso de codificación en los códigos FEC es una operación en la cual a un grupo de bits de datos correspondientes al mensaje que se desea transmitir, se le agrega un grupo de bits conocidos como de paridad para fines de detección y corrección de errores. El análisis y diseño de los códigos se hará por medio del software DIGCOM-T,1 el cual es un conjunto de programas que corren sobre la plataforma de MATLAB. Asimismo, la exposición del desarrollo de los experimentos se llevará a cabo describiendo primeramente los conceptos fundamentales, los parámetros principales y la estructura matemática de cada uno de los códigos. Enseguida se efectuará un planteamiento del problema que se desea resolver y se elaborará el programa para la solución del problema con Matlab y Digcom-T. Posteriormente se realizará el análisis de los resultados del programa donde se enfatizan las características más importantes del código. Finalmente se resumirán las conclusiones generales acerca de los códigos y se especificarán las principales aportaciones del presente estudio. grupo (bloque) de m bits de datos, a los cuales se le agrega un grupo de k bits de paridad de acuerdo a reglas preestablecidas, dando como salida un grupo de n bits comúnmente llamado palabra-código. Asimismo, se dice que es lineal porque satisface la condición de que cualquier par de palabras-código al ser sumadas en módulo 2 producen otra palabracódigo existente dentro del conjunto empleado para codificar los posibles mensajes. Además, se dice que es sistemático porque los bits de paridad se agregan sin alterar la posición de los bits del mensaje. Para un código lineal de bloque (n, k) se pueden ordenar los bits de paridad a la derecha y los de mensaje a la izquierda (o viceversa) como se muestra en la figura 2. m0, m1,m2, m3,...mk-1 b0, b1,...bn-k-1 Fig.2. Estructura de la palabra-código. Los códigos Hamming comunmente son empleados en aplicaciones donde ocurre un sólo error por bloque, como por ejemplo en el proceso de escritura y lectura de una memoria RAM. Una familia de estos códigos tiene los siguientes parámetros:2. Tamaño del bloque n = 2m-1 bits Bits de paridad m ; (m≥3) bits Tamaño del mensaje k bits Distancia mínima dmin ≥ 2t+1 bits Errores a corregir t bits Como se observa en los parámetros, el número de errores t que se pueden corregir por bloque de palabra-código está relacionado con la distancia Hamming d. Donde esta distancia es el número de bits distintos entre los vectores que representan las palabras-código. Asimismo, debido a la propiedad de linealidad la distancia Hamming mínima se puede obtener con el peso mínimo de los vectores no ceros. A su vez, el peso Hamming es obtenido con el número CÓDIGO HAMMING El código Hamming es clasificado como un código de bloque porque tiene como entrada un 52 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Códigos para detección y corrección de errores en comunicaciones digitales/ Raúl Alvarado Escamilla de bits que difieren los vectores de las palabrascódigo con respecto al vector de puros ceros. Estructura algebraica Los n bits de la palabra-código xi se obtienen con la relación de la ecuación 1. mi xi =  bi − k i = 0,1,..., k − 1 (1) Ec.(1) i = k , k + 1,...n − 1 Los (n-k) bits de paridad son sumas lineales de los k bits del mensaje, como se muestra en la ecuación 2, en la cual se ha sustituido l por n-k por conveniencia en la representación. bl = pl 0m0 + pl1m1 + ... + pl , k − 1mk − 1 l = 0,1,..., n − k − 1; j = 0,1, , k − 1 Ec.(2) (2) donde plj = 1 si b1 depende de mj y o de otro modo Los coeficientes de plj se escogen de manera que las filas de la matriz generadora sean linealmente independientes y las ecuaciones de paridad sean únicas para que el código pueda ser decodificable en forma única en el receptor. Por simplicidad, es conveniente hacer una representación compacta en forma de vectores y matrices de la estructura. De manera que los vectores de mensaje, paridad y palabra-código quedan como se muestra en la ecuación 3. m = [m0, m1, , mk − 1] b = [b0, b1, , bn − k − 1] x = [ x 0, x1, , xn − 1] Ec.(3) (3) A su vez, las ecuaciones que definen los bits de paridad quedan como lo muestra la ecuación 4. b = mP Ec.(4) (4) donde P es una matriz de coeficientes de tamaño k por n-k de la forma siguiente: p 01  p 0 , n − k − 1   p 00  p10 p11  p1, n − k − 1   P=        pk − 1, 0 pk − 1, 1 pk − 1, n − k − 1 Generación de la palabra-código en el lado transmisor La palabra-código en forma compacta puede ser expresada como lo indica la ecuación 5. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 x = [ mb ] Ec.(5) (5) Sustituyendo b = mP obtenemos que: x = [m mP ] = m [Ik  P ] en la cual Ik es una matriz identidad de tamaño k x k. Ahora bien, definiendo la matriz generadora como se indica en la ecuación 6. G = [Ik  P ] Ec.(6) (6) donde G debe estar en forma canónica Entonces el vector de la palabra-código se obtiene multiplicando el vector del mensaje por la matriz generadora como se muestra en la ecuación 7. x = mG (7) Ec.(7) Con esto finaliza la operación de codificación de canal en el lado transmisor de un sistema de comunicaciones. Detección de error en el lado receptor Si los coeficientes que relacionan los bits de paridad y de mensaje (P) se expresan en forma transpuesta y definimos la matriz H como en la ecuación 8. H =  PT  In − k  Ec.(8)(8) Enseguida, postmultiplicamos H por la transpuesta de G y obtenemos que:  Ik  HG =  P  In − k    = PT + PT  P T  T T En aritmética módulo 2: PT + PT = 0. De aquí que HGT = 0 (o bien GHT = 0) donde 0 es una matriz nula de tamaño n-k por k. A continuación, postmultiplicamos x = mG por HT y se obtiene xHT = 0, donde H es la matriz de comprobación de paridad y xHT = 0 es la ecuación de comprobación de paridad empleada por el receptor para la detección de errores. Por otra parte, para simplificar el algoritmo que realiza la detección de errores, se recomienda hacer el cálculo de un valor conocido como síndrome como lo muestra la ecuación 9. s = yH T Ec.(9) (9) donde y es la palabra-código recibida posiblemente con error. 53 �Códigos para detección y corrección de errores en comunicaciones digitales/ Raúl Alvarado Escamilla Finalmente, con el síndrome y el patrón de errores más comunes se identifica la posición del error. Por ejemplo, el patrón de errores, matriz e y su síndrome, matriz s para un código (7,4) son mostrados en la tabla I. Tabla I. Patrón de errores más comunes y el síndrome para un código (7,4). Patrón de errores (e) Síndrome Posición de los bits s 1 2 3 4 5 6 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 Al síndrome s = 000, le corresponde el valor de e = 0000000, lo cual significa para el lado receptor que no hubo error en la transmisión, mientras que 111, indica que hay un error en la posición uno de la palabra-código y así sucesivamente el resto de las combinaciones del síndrome indican un error en la posición donde e vale uno. Experimento 1: Considere que en el lado transmisor se emplea un código Hamming (7,4), y que existe un error de un bit en el canal de transmisión. Obtener la siguiente información: 1. La Matriz generadora. 2. La Matriz de comprobación de paridad. 3. Las palabras-código. 4. El número de errores que puede corregir. 5. Corrección de un error en la recepción. El programa elaborado para resolver el problema fue nombrado EjCodigoHamming.3 En él se emplea la función [G,H] = HammingCode(n)del software DIGCOM-T. Los resultados arrojados por el programa son mostrados en las tablas II y III. Análisis de resultados del experimento uno La organización de las palabras-código se muestra en la tabla III. Las características principales del código 54 Tabla II. Resultados del programa para el experimento uno. »Matriz generadora 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 Matriz de comprobación de paridad 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 Dato de la palabra-código con error (entre 1 y 2k) =3 Dato de la posición del bit de error (entre 1 y n) =4 Distancia Hamming mínima de x =3 Número de errores que se pueden corregir t =1 Palabra-código recibida con un error 0 1 0 1 1 1 0 Síndrome para detección de error s = 0 1 1 Palabra-código con corrección del error corr = 0 1 0 0 1 1 0 Tabla III. Palabras-código del código Hamming (7,4). Número de la palabra Palabra-Código Posición 1 2 3 4 5 6 7 1 0 0 0 0 0 0 0 2 1 0 0 0 1 1 1 3 0 1 0 0 1 1 0 4 1 1 0 0 0 0 1 5 0 0 1 0 1 0 1 6 1 0 1 0 0 1 0 7 0 1 1 0 0 1 1 8 1 1 1 0 1 0 0 9 0 0 0 1 0 1 1 10 1 0 0 1 1 0 0 11 0 1 0 1 1 0 1 12 1 1 0 1 0 1 0 13 0 0 1 1 1 1 0 14 1 0 1 1 0 0 1 15 0 1 1 1 0 0 0 16 1 1 1 1 1 1 1 Hamming que podemos observar en las tablas II y III de este experimento son las siguientes: • El código obtenido es sistemático puesto que los bits del mensaje m0,m1,m2 y m3 están en las posiciones 1 a 4 de las palabras código obtenidas, Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Códigos para detección y corrección de errores en comunicaciones digitales/ Raúl Alvarado Escamilla • • • • sin ser alteradas por los bits de paridad. El código obtenido es lineal, lo cual se puede comprobar tomando como ejemplo la palabracódigo 3 (0100110) y la 6 (1010010), las cuales al sumarlas se obtiene la 8 (1110100). Como la distancia Hamming mínima es 3, entonces un código Hamming solo puede corregir 1 error en la transmisión (t=1). La detección del error se obtiene con el síndrome 011, cuyo patrón de error es 0001000 (ver tabla I), indicando que el error está en la posición 4. La corrección del error se obtuvo sumando en módulo 2 el valor del patrón de error (0001000) con la palabra-código recibida con error (0101110), es decir la palabra corregida es 0100110. CÓDIGOS CÍCLICOS Son una subclase de los códigos de bloque lineales,4 los cuales tienen esquemas de decodificación eficientes, es decir con algoritmos relativamente simples. Se dice que un código es cíclico cuando cualquier desplazamiento en lazo cerrado de una palabra-código da como resultado otra palabracódigo existente dentro del conjunto empleado para codificar los posibles mensajes. Existen una gran variedad de códigos cíclicos. Por ejemplo, el Código de Redundancia Cíclica empleado en comunicaciones de datos y el código Golay que es un código binario como el Hamming. Además, están los códigos Q-arios como el BoseChaudhuri-Hocquenqhem y el Reed Solomon. Dada la versatilidad de parámetros de estos dos últimos son los que se selecionaron para ser analizados en las secciones siguientes. Polinomios de palabra-código La representación matemática de la operación de los códigos cíclicos está basada en el uso de polinomios. Los elementos de una palabra-código de tamaño n pueden ser los coeficientes de un polinomio de grado n-1. Por ejemplo, la palabra-código con elementos x0,x1, ...,xn-1 puede ser representada en forma de polinomio como: X(D) = x0 + x1D, ...,+ xn-1Dn-1 donde D es una variable Real arbitraria Polinomio generador Un código cíclico (n, k) es especificado por un conjunto de polinomios de palabra-código de grado n-1 o menos, el cual contiene un polinomio de grado mínimo n-k como un factor. Este factor especial, denotado por g(D) es seleccionado como el Polinomio Generador del código. Procedimiento para codificación de un código cíclico Multiplicar el polinomio del mensaje m(D) por Dn-k Dn-k m(D) = m0Dn-k+ m1Dn-k+1+ …+ mk-1Dn-1 Dividir Dn-k m(D) por el polinomio generador g(D), obteniendo el residuo b(D) D n − k m( D ) b( D ) = a( D) + g ( D) g ( D) Agregar b(D) a Dn-k m(D) para obtener el polinomio de la palabra-código x(D). x(D) = b(D) + Dn-k m(D) Cálculo del síndrome para detección de error Considerando que la palabra-código recibida con error sea Y(D) = y 0 + y 1 D, ...,+ y n-1 D n-1 , el polinomio del síndrome se obtiene con el residuo de la división del polinomio de la palabracódigo entre el polinomio generador g(D). Y ( D) s( D) = q( D) + g ( D) g ( D) donde q es el cociente y s es el síndrome Telefonía para comunicación de voz IP. Código de redundancia ciclica en su interior. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 De manera similar al código Hamming, con el síndrome y el patrón de errores se hace la detección 55 �Códigos para detección y corrección de errores en comunicaciones digitales/ Raúl Alvarado Escamilla del error o los errores y su posición dentro de la palabra-código. CÓDIGO BOSE – CHAUDHURI -HOCQUENQHEM (BCH) Es un código cíclico con una gran variedad de parámetros. Para m ≥ 3 y t < (2m-1)/2 existen códigos BCH con los siguientes parámetros: Para tamaños de unos pocos cientos de bits o menos, los códigos BCH son de los mejores para un mismo tamaño de bloque e índice de código (relación entre el bloque de entrada y el bloque de salida). Algunos códigos comunes5 expresados en la forma (n, k, t) de BCH son: (7, 4, 1), (15, 11, 1), (15, 7, 2), (15, 5, 3), (31, 26, 1), (31, 21, 2), (31, 16, 3), (31, 11, 5) y (31,6, 7). Experimento 2 Considere que en el lado transmisor se emplea un Tamaño del bloque n = 2m-1 bits Bits de paridad n-k bits Tamaño del mensaje K ≥ n– mt bits Distancia mínima dmin ≥ 2t+1 bits Errores a corregir t bits código BCH (15, 7, 2). Obtener lo siguiente: 1. El polinomio generador. 2. La palabra-código generada para el mensaje 1100110. 3. La palabra-código recibida con dos errores. 4. Estimación del mensaje enviado. 5. Estimación de la palabra-código enviada. El programa elaborado para resolver el problema fue nombrado EjCodigoBCH.3 En el se emplean las funciones BinaryBCHgen(n, d_star) y SystematicEncode(q, g, m) del software DIGCOM-T. Los resultados arrojados por el programa se muestran en la tabla IV: Análisis de resultados del experimento dos La organización de la palabra código es mostrada en la siguiente tabla: Palabra-código Posición 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 56 0 0 1 1 0 Tabla IV. Resultados del programa para el experimento dos. »El polinomio generador es= 1 0 0 0 1 0 1 1 1 Datos del mensaje = [1 1 0 0 1 1 0] La palabra-código es = 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 Dato de la posición de los t bits de error (entre 1 y n) = [3 8] Mensaje con error 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 Estimación del mensaje enviado 1 1 0 0 1 1 0 Estimación de palabra-código 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 Las características principales del código BCH que podemos observar en la tabla IV de este experimento son las siguientes: • El polinomio generador obtenido con 100010111 es 1 + D4 + D6 + D7 + D8. • El código obtenido es sistemático puesto que los bits del mensaje m0,m1,m2,m3,m4,m5 y m6 están en las posiciones 9 a 15 de la palabra código obtenida, sin ser alterada por los bits de paridad. • Con el BCH es posible detectar y corregir más de un error (dos en este ejemplo), en lugar de uno sólo como en los códigos Hamming. CÓDIGO REED-SOLOMON Un código Reed Solomon (RS) es una subclase de los códigos BCH no binarios. Se distingue de los códigos binarios porque éste opera con símbolos de b bits cada uno en lugar de bits individuales. Es útil cuando los errores ocurren en ráfagas, como en los sistemas de grabación de discos compactos digitales. Un código RS que corrige t errores tiene los siguientes parámetros: Un polinomio generador no binario se define Tamaño del bloque n = 2b-1 símbolos Tamaño de paridad n-k = 2t símbolos Tamaño del mensaje k símbolos Distancia mínima dmin≥ 2t+1 símbolos Errores a corregir t símbolos Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Códigos para detección y corrección de errores en comunicaciones digitales/ Raúl Alvarado Escamilla Tabla V. Resultados del programa para el experimento tres. »El Polinomio generador es = 3 6 1 Datos del mensaje (i.e. los símbolos del 1 al 5) =[1 2 3 4 5] Palabra-código = 6 4 1 2 3 4 5 Posición y valor de los t errores (entre 1 y n y de 0 a 2b)[p1,p2..v1,v2] = [4 6] Mensaje con error 6 4 1 6 3 4 5 Estimación del Mensaje enviado 1 2 3 4 5 Estimación de la palabra-código enviada 6 4 1 2 3 4 5 Grabadora de CD´s y DVD´s Codigo Reed Solomon en su interior. en función de los campos de Galois 6 y son denotados por GF(q). Cuando q es primo se construye un campo finito GF(q) cuyos elementos son {0,1,...,q-1}. Las operaciones de suma y multiplicación de los elementos de GF(q) están basadas en módulo q. En general, el campo finito GF(q) sólo puede ser construido si q es primo o una potencia de un primo. Si q=p b, donde p es primo y b es un entero positivo, es posible extender el campo GF(p) al campo GF(pb). Éste es conocido como campo extendido de GF(p) y sus operaciones de suma y multiplicación están basadas en módulo p. En particular, en un código RS q=2b, donde q es el número de símbolos y b es el número de bits por símbolo. Por ejemplo, si q=23, el polinomio para un mensaje compuesto por los símbolos {2,5,0,7}será m(D)= 2 + 5D + 7D3. Experimento 3 Considere que en el lado transmisor se emplea un código Reed Solomon (7, 5), es decir n=7 y k=5. Obtener lo siguiente: 1. El Polinomio generador. 2. La palabra-código generada para un mensaje con los símbolos del 1 al 5. 3. La palabra-código recibida con un sólo error. 4. Estimación del mensaje enviado. 5. Estimación de la palabra-código enviada. El programa elaborado para resolver el problema fue nombrado EjCodigoReedSolomon 3 En él se emplean las funciones g = RSgenerator(q, r,1) y [m_hat, c_hat, n_err] = RSdecode(q, g, y, 1, n) del software DIGCOM-T. Los resultados arrojados por el programa son mostrados en la tabla V: Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 Análisis de resultados del experimento tres La organización de los símbolos y bits por símbolo es mostrada en la siguiente tabla: Valor del Símbolo Valor en binario 0 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111 Las características principales del código RS que podemos observar con este experimento son las siguientes: • El polinomio generador obtenido con 3 6 1 es: 3 + 6D + D2 • La organización de la palabra-código es mostrada en la siguiente tabla: Palabra-código Posición • • 1 2 3 4 5 6 7 6 4 1 2 3 4 5 El código obtenido es sistemático puesto que los símbolos del mensaje sm0, sm1, sm2, sm3, y sm4 están de la posición 3 a la 7 de la palabra-código obtenida, sin ser alterada por los símbolos de paridad. En este ejemplo es posible detectar y corregir sólo un símbolo de error [t=(n – k)/2 = (7-5)/2= 1]. 57 �Códigos para detección y corrección de errores en comunicaciones digitales/ Raúl Alvarado Escamilla CÓDIGOS CONVOLUCIONALES Un código convolucional7 es visto como una máquina de estados finitos que consta de un registro de corrimiento de M etapas con conexiones preestablecidas a n sumadores módulo 2 y con un multiplexor que serializa la salida de los sumadores. En la figura 3 se muestra un codificador con un registro de M=2 y n=2. puede ser obtenida en el dominio del tiempo o en el dominio de la frecuencia de acuerdo a la teoría de sistemas discretos lineales e invariantes en el tiempo.8 En el tiempo, la salida se obtiene con la convolución de la entrada con la respuesta al impulso, mientras que en la frecuencia se obtiene con el producto de las transformadas de Fourier de la entrada y de la respuesta al impulso (las cuales corresponden a la representación en polinomios). La operación de un codificador convolucional se puede observar gráficamente mediante un diagrama de árbol, un diagrama de estados, o bien en un diagrama de Trellis como el de la figura 4. Fig. 3. Codificador convencional de 2 etapas. Una secuencia de entrada, correspondiente a un mensaje de L bits produce una secuencia de salida codificada de tamaño n(L + M) bits. De manera que la relación entre la entrada y la salida, conocida como índice de código se obtiene con r=L / n(L+M). Los códigos convolucionales son ampliamente usados en enlaces de radio de línea de vista y en comunicaciones móviles, tal como telefonía celular. Teléfono celular, código convolucional en su interior. Respuesta al impulso y polinomio generador Cada trayectoria que conecta la salida a la entrada puede ser caracterizada en términos de su respuesta al impulso, definida como la respuesta de la trayectoria a un símbolo 1 aplicado a su entrada, con cada flip flop del codificador inicializado en el estado cero. Cada trayectoria también se puede caracterizar en términos de un polinomio generador cuyos coeficientes son los elementos de la respuesta al impulso. La respuesta de un código convolucional 58 Fig. 4. Trayectoria para el mensaje 10011. Experimento 4 Para el codificador convolucional de la figura 3 obtener lo siguiente: 1. La respuesta al impulso y el polinomio generador. 2. La gráfica de la trayectoria seguida en el diagrama de Trellis para el mensaje 10011. 3. Cálculo de la palabra-código para el mensaje 10011. El programa elaborado para resolver el problema fue nombrado EjCodigoConvolucional.3 En el se emplean las funciones G = BestBCC(1, 2, 2) y TrellisPath_plot(m, Edges) del software DIGCOMTabla VI. Resultados del programa para el experimento cuatro. » Respuesta al impulso o polinomio generador 1 0 1 1 La trayectoria del mensaje 10011 (se muestra en Fig. 4). Para el mensaje 1 0 0 1 La palabra-código es: 3 2 3 3 1 1 1 1 la 1 3 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Códigos para detección y corrección de errores en comunicaciones digitales/ Raúl Alvarado Escamilla consultando el código de la misma en la figura 5, la cual es una sección (de 3 a 4 en este ejemplo) del diagrama de Trellis. Fig. 5. Código generado por cada rama de mensaje. T. Los resultados son mostrados en la tabla VI y las figuras 4 y 5. Análisis de resultados del experimento cuatro La organización de la palabra-código es mostrada en la siguiente tabla: Palabra-código en base Palabra-código (en binario) 4 (No de estados) Posición 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314 3233113 1110 11110 1 0 1 1 1 Las características principales del código convolucional que podemos observar con este experimento son las siguientes: • La respuesta al impulso de la trayectoria superior entre la entrada y la salida es h1(n) = {1 1 1}; mientras que la de la trayectoria inferior es h2(n) = {1 0 1}. A su vez, los respectivos polinomios generadores son 1 + D + D2 y 1 + D2 . Observése que el orden de aparición en la tabla de resultados está invertido con respecto a la ubicación de las trayectorias de la figura 3. • El código obtenido es no sistemático puesto que los bits del mensaje m0, m1, m2, m3, y m4 (1 0 0 1 1) están mezclados con los bits de paridad en los 14 bits del código binario mostrado en la tabla anterior. • El diagrama de Trellis de la figura 4 muestra la trayectoria seguida por el mensaje 1 0 0 1 1 (más dos ceros agregados como cola para que el último bit de entrada llegue hasta la salida). Se inicia en el estado cero y en cada bifurcación se sigue una rama de acuerdo al bit de entrada. Si es uno se sigue la rama superior y si es cero, la inferior. • El código generado por el mensaje se puede obtener siguiendo cada rama de la figura 4 y Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 PROGRAMA CON MATLAB Y DIGCOM-T El programa que se muestra a continuación es el que se ha empleado para resolver el experimento 4 planteado anteriormente. Obsérvese que las instrucciones se acompañan (en forma de comentarios) con una amplia explicación de cómo proporcionar los datos del código, así como de la función que realiza cada una de ellas. Con este tipo de programas se facilita el análisis y diseño de los códigos para detección y corrección de errores, ya que es fácil reprogramar con otros parámetros para efectos de comparación y evaluación de su desempeño. Es conveniente recordar que el software DIGCOMT es de un propietario independiente de MATLAB. Por lo mismo, se debe disponer de éste para que el programa pueda correr correctamente. %CÁLCULO DE LA PALABRA-CÓDIGO DE UN CODIGO CONVOLUCIONAL Y SU REPRESENTACIÓN POR MEDIO DEL DIAGRAMA DE TRELLIS % Obtener el Polinomio Generador (o la respuesta al impulso) para un código convolucional binario. % Óptimo con G = BestBCC(k, n, nu). % k=1 (un solo registro de corrimiento entre entrada - salida). % n= 2 (dos sumadores en módulo 2). % nu = 2 (log base 2 del número de estados (4 estados en este caso)). G = BestBCC(1, 2, 2); Gb=OctaltoVector(G); disp(‘Respuesta al Impulso o Polinomio Generador’);disp(Gb) 59 �Códigos para detección y corrección de errores en comunicaciones digitales/ Raúl Alvarado Escamilla % Calcular las transiciones (edges) de la máquina de estados finita con Edges=makeBCC Edges = makeBCC(G); disp (‘tabla de transiciones de la forma [estado actual entrada salida estado siguiente]’); disp (Edges); % El diagrama de estados se puede obtener a partir de una parte del diagrama de Trellis con disp (‘Sección del diagrama de Trellis para obtener el diagrama de estados (Figura)’); Trellis_plot(Edges, [3 4], 3) % Con el diagrama de estados, empezando por el Cero y siguiendo los estados de acuerdo al mensaje % Se obtiene el código de salida % Para visualizar la trayectoria dentro del diagrama de Trellis se usa TrellisPath_plot(message, Edges) % donde al mensaje de este ejemplo se le agregan dos bits (a la derecha) de cola para que que el último bit del mensaje termine su recorrido en el Registro de Corrimiento m=[1 0 0 1 1 0 0]; disp(‘Mensaje’);disp(m); figure disp(‘Trayectoria del mensaje 10011 en el diagrama de Trellis (Figura)’); TrellisPath_plot(m, Edges) %Codificación empleando programas ya hechos por DigComT %las funciones requeridas son [Table_out, Table_ns] = EdgesToEncoderTable(Edges) y %c = EncodeFromTable(m, Table_out, Table_ns) [Table_out, Table_ns] = EdgesToEncoderTable(Edg es); c = EncodeFromTable(m, Table_out, Table_ns); disp(‘Palabra-código’);disp(c) CONCLUSIONES Y APORTACIONES En el presente trabajo se elaboraron cuatro programas basados en MATLAB y DIGCOM-T para analizar la codificación de canal de un sistema de comunicaciones digitales. Con el primero, llamado EjCodigoHamming, se generaron las palabras-código en el lado transmisor empleando una matriz generadora, asimismo se simuló un error en el canal de transmisión y luego en el lado receptor se utilizaron el síndrome y el patrón de errores para detectar y corregir un sólo error por bloque. Con el segundo, denominado EjCodigoBCH se generó una palabra-código empleando un polinomio generador, se simularon dos errores en el canal de transmisión y luego se utilizaron el síndrome y el patrón de errores para detectar y corregir los dos errores. 60 De manera similar, con el tercer programa llamado EjCodigoReedSolomon, se analizó la detección y corrección de errores en una comunicación con símbolos correspondientes a varios bits cada uno. A su vez, con el programa EjCodigoConvolucional se obtuvó la palabracódigo realizando la convolución entre el mensaje y las respuestas al impulso de un codificador de dos etapas de memoria y se analizó la operación del codificador por medio del diagrama de Trellis. Por lo tanto, se ha comprobado que el análisis con MATLAB y DIGCOM-T es un excelente complemento didáctico para la enseñanza de la teoría de las comunicaciones digitales, ya que al utilizar este tipo de programas en la solución de problemas se logra consolidar la comprensión de los conceptos básicos y las características principales de los códigos. Asimismo, se da a conocer el uso de una herramienta computacional poderosa para analizar y diseñar códigos que detectan y corrigen errores, misma que podría ser usada para desarrollar nuevas técnicas de codificación de canal que mejorarían la confiabilidad de los sistemas de comunicación digitales existentes o futuros. BIBLIOGRAFÍA 1. Chris Heegard, “DigComT: The Digital Communication Toolbox Manual”, included in DigComT software, Native Intelligence, 2000. 2. Simon Haykin, “Digital Communications”, pag. 378, John Wiley & Sons, 1988. 3. Raúl Alvarado, “Software para comunicaciones digitales”, disponible a solicitud expresa en ralvarad@gama.fime.uanl.mx 4. Leon W. Couch, “Sistemas de comunicación digitales”, pag. 653, 4th edition, Prentice Hall, 2001. 5. Symon Haykin, “Communication Systems”, pag. 653, 4th edition, John Wiley & Sons, 2001. 6. Marvin K. Simon, Sami M. Hinedi and William C. Lindsey, “Digital Communication Techniques; Signal Design and Detection”, pag 747, Prentice Hall, 1995. 7. John G. Proakis, “Digital Communication”, pag. 470, 3th edition, Mc Graw Hill, 1995. 8. John G. Proakis, “Tratamiento Digital de Señales”, 3th edición, Prentice-hall, 1998. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Enredándose La Real Academia Española de la lengua on line Fernando J. Elizondo Garza Catedrático e investigador de la FIME-UANL fjelizon@ccr.dsi.uanl.mx Graciela L. España Lozano gracielaespana@hotmail.com Una de las etapas principales del quehacer de científicos, tecnólogos e ingenieros, es la comunicación. Aunque en ella se hace uso de gran cantidad de herramientas para compactar información, como son estadísticas, gráficas, dibujos, etc. el lenguaje escrito, es el eje central de todo reporte, conferencia, propuesta, prospección, etc. Definitivamente todas las personas esperan que un ingeniero, con toda su capacidad y educación sea capaz de expresar sus ideas coherente y adecuadamente, algo que por muchos años se dejó de lado en más de una universidad y que en más casos de lo debido ha tenido que ser abordado como formación extracurricular por los profesionistas mexicanos. Una herramienta fundamental para escribir correctamente, es un buen diccionario, generalmente un libro gordo y pesado, que en los tiempos actuales de Internet, es sustituido por un e-diccionario o sea por diccionarios electrónicos. en regionalismos o modas, pues la ciencia debe ser mundial y su lenguaje lo más certero posible, y este diccionario tiene una gran resistencia al cambio, pues estos están sujetos a estudios y aprobación por comités de expertos. Por desgracia la traducción o adopción de nuevos términos en la vertiginosa ciencia actual, deberá esperar un tiempo, y mientras tanto habrá que escribir la palabra en itálicas en el idioma original o establecer algunos criterios o propuestas en las asociaciones científicas e ingenieriles, en cuyo caso habrá que escribir al menos una vez en el texto tras la palabra propuesta la palabra en el idioma original, entre paréntesis y en itálicas, todo esto con conciencia de que en algún momento llegara la palabra oficial. En Internet la página de la Real Academia Española de la Lengua se encuentra en la dirección http//www.rae.es Estos pueden llegar a nosotros como un CD, los podemos bajar de la red o simplemente los podemos consultar a través de un homepage en la pantalla de una computadora. En cuanto a diccionarios de español para científicos, no hay mejor opción que el “Diccionario de la Lengua Española” de la Real Academia Española (RAE), pues es el marco de referencia para los otros diccionarios y nos previene de perdernos LA PÁGINA DE LA RAE El portal da una bienvenida fría y desangelada que provoca reacciones de confusión o desaliento para quienes buscamos el apoyo de la RAE en el ciberespacio. Pues en las tres divisiones de su diseño aparecen vocablos y ligas como: Lexicografía, Departamento de Lingüística Computacional, Fondos Documentales y Bibliográficos que aunque ofrezcan una amplia gama de posibilidades para el estudioso del lenguaje, no contribuyen mayormente a la solución del problema por el cual nos acercamos inicialmente a la página de la RAE. Y no nos dan ninguna pista clara para solucionarlo. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 61 �Enredándose: La Real Academia Española de la lengua on line / Fernando J. Elizondo Garza, Graciela L. España Lozano Lo anterior indica que para el diseñador de la página de la RAE no queda claro cuales son sus usuarios, ni lo que cada sector buscaría en su homepage. En el caso de científicos, ingenieros y un enorme sector de la población, incluyendo a los papás ayudando a sus hijos a aprender español, lo mínimo que esperan es: • Acceso al diccionario para consultar el significado de una palabra. • Acceso al diccionario para comprobar la ortografía de una palabra. • Guías claras sobre las reglas ortográficas del español. • Guías claras de la gramática española. EL DICCIONARIO DE LA LENGUA ESPAÑOLA DE LA RAE Si lo único que se desea es hacer uso del Diccionario de la Lengua Española, hay que reconocer que si encontraremos una herramienta valiosísima y fácilmente localizable en la página de la RAE, pues en la primera liga a la izquierda del lector se localiza el Diccionario de la Lengua Española. Al darle un clic la nueva página nos ofrece varias opciones: la primera (que aparece en el encabezado) es Buscar. Esta opción no es el diccionario, por lo que no clarifica el significado de las palabras, sino que es un buscador de las páginas de la academia, y hay que ignorarla. Por desgracia 62 esta opción está arriba y puede ser lo primero que se vea y uno queda con la impresión de que es una trampa o broma del diseñador de la página. El siguiente cuadro especifica: escriba la palabra que desea consultar. Ese es el que debemos usar. Una vez que anotemos la palabra a consultar se nos presentarán cuatro opciones la primera, búsqueda exacta, es la más razonable o cómoda para quien sólo necesite aclarar una duda. Después de darle clic a consultar aparece un cuadro con la información de la palabra indicando desde su origen etimológico, categoría gramatical, género, número y los diversos significados que pudiera tener. Si la palabra consultada es un verbo en infinitivo aparece un cuadro azul que al dar clic en él nos ofrecerá la conjugación del mismo; pero si es una forma verbal conjugada el diccionario no la tiene y hay que ponerla en infinitivo para hacer la consulta que necesitamos. Por ejemplo el verbo “critiqué” debemos buscarlo bajo criticar y después de consultar en el cuadro azul encontraremos el resto de la información correspondiente a persona, tiempo, modo y número, que en este caso sería primera persona del singular del pretérito del indicativo. Como podemos ver es necesario saber la familia lingüística de la palabra que queremos consultar. El incluir las conjugaciones dentro del diccionario es un progreso importante, pero no suficiente, pues si bien todos aceptamos que el agregar al diccionario Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Enredándose: La Real Academia Española de la lengua on line / Fernando J. Elizondo Garza, Graciela L. España Lozano todos los verbos con todas sus variantes lo harían más voluminoso, en las versiones electrónicas realmente no es un problema mayor el aumentar la base de datos. ¿Si el revisor de ortografía de Word® puede, por que la RAE no? Es importante tener claro que si no escribe la palabra correctamente no obtendrá resultados o tendrá resultados erróneos. Este aspecto se discutirá en el siguiente apartado. Ahora que si se necesita hacer consultas frecuentemente, la REA ofrece la posibilidad de crear un acceso directo para la consulta del diccionario, esta opción se encuentra en la página del diccionario, inmediatamente abajo del cuadro de consultas como “añada el diccionario a su navegador”. Todo lo que tienes que hacer es dar un clic en esa opción y seguir las instrucciones que consisten básicamente en arrastrar el enlace diccionario hasta la barra de vínculos. Con esta opción tendrá disponible el diccionario siempre que abra su buscador de Internet. O si lo prefiere puede tener el acceso directo desde el escritorio de su computadora y así consultar fácilmente cada vez que tengas dudas. ORTOGRAFÍA En lo relativo a la ortografía, el diccionario en línea de la RAE, al no ser inteligente, esta en desventaja con la versión en papel, pues por ejemplo, si uno no le pone el acento a una palabra, ésta aparecerá como inexistente en el diccionario, misma situación si uno teclea mal alguna letra o agrega o quita letras. Hoy en día, todos esperamos que el diccionario de la lengua, como algunos buscadores, ante la solicitud “dia”, nos pregunten ¿quiso decir “día”? o que simplemente aparezcan las opciones posibles relacionadas, fuente de común confusión, por ejemplo cavo y cabo. ¿Que nos ofrece la RAE en la liga “ortografía? Pues nada menos que un excelente manual de ortografía. Pero… se trata de una versión del mismo en PDF (si no tiene lector de PDF, por supuesto que no lo podrá consultar y la página no se preocupa por ofrecerle un link para que descargue en su máquina el lector de Adobe de PDF). El manual es de primera, el índice son ligas, así que seleccionando Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 el tema de su interés y dando un clic sobre el mismo llegamos directamente a lo que queremos consultar. El libro es tan bueno que uno inmediatamente piensa en imprimirlo, para tenerlo cerca, pero no es posible pues esta protegido. Entonces un piensa que de seguro lo venden, y busca en la pantalla un link para poder comprarlo directamente con la tarjeta de crédito vía Internet, pero decepcionado, mejor se olvida, quizás más tarde naveguemos buscando como comprar... Lo anterior implica que no hay ni una visión de servicio: educar a la sociedad, compromiso con el idioma; ni comercial: ponga en el carrito el manual de ortografía, páguelo con su tarjeta y lo recibirá en su casa. GRAMÁTICA En cuanto a gramática, no hay mucho que pueda servirnos pues la Real Academia no lo tiene en este portal, aunque menciona que están trabajando en una gramática actualizada y te ofrece todo el material que quieras adquirir en publicaciones de revistas y libros. Aquí es necesario elevar una protesta por el gran hueco que implica que la gramática oficial no exista, o al menos que no sea accesible a las sociedades hispanoamericanas, pues no es tan complicado ir publicando en la red los diferentes aspectos de la gramática, primeramente la versión actual, y luego lo que se vayan aprobando, que buena falta que nos hace. 63 �OTROS SERVICIOS La REA ofrece muchas otras opciones dirigidas a especialistas en lenguaje como son: consultas lingüísticas a través de correo electrónico; diccionario de dudas; americanismos, consulta facsimilar de Diccionarios Académicos y todas las ediciones de la RAE desde sus inicios, entre otras. Otra liga muy importante, para los especialistas de la lengua, es la que contiene imágenes de la vida académica de la REA. Allí se pueden encontrar los discursos de ingreso de los más recientes académicos junto con los videos de su ingreso. Desde el punto de vista administrativocomercial uno puede registrarse como usuario libre, investigador o sujeto a convenio. Se pueden adquirir las publicaciones de la RAE en euros, pero al seguir la liga de publicaciones en la página principal se abre un sub-menú donde indica comprar, y si lo seguimos nos lleva a una página de la editorial ESPASA, que tiene logos, ligas varias y aproximadamente el 80% de la pantalla en blanco… y así se queda uno esperando el listado de lo que vende la RAE… hasta que, de nuevo, uno puede decidir abandonar el intento. No se si sería por las 64 sorpresas de la red que no ofreció la información esperada o si fue otra trampa del diseñador de la página. COMENTARIOS FINALES Aunque la RAE ha realizado grandes progresos en los últimos años, (incluyendo a las academias de los diferentes países de habla hispana) en lo relativo a su página en Internet y los servicios que ofrecen están muy lejos de las expectativas de la mayoría de la sociedad en general y más de los científicos, tecnólogos, ingenieros, médicos, y profesionistas en general que necesitan comunicarse certera y correctamente. La RAE deberá adecuarse a los tiempos, deberá abrirse aún más a los líderes de las diferentes áreas del conocimiento (como ya lo han empezado a hacer algunos países, como México) con el fin de tener un tiempo de respuesta razonable ante los progresos científico-tecnológicos mundiales y lo más importante, para que los hispanos parlantes nos sintamos usuarios de un idioma que está ordenado, que esta en evolución, que es incluyente, plural y sobre todo, que vive con nosotros. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Eventos y reconocimientos PREMIO DE INVESTIGACIÓN UANL 2003 El día 9 de septiembre de 2004, durante la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la Universidad Autónoma de Nuevo León, el ingeniero José Antonio González Treviño, Rector de la misma, hizo entrega de los Premios de Investigación UANL 2003. Son siete las áreas que se reconocen en el Premio de Investigación UANL: Ciencias Naturales, Ciencias de la Tierra y Agropecuarias, Ciencias de la Salud, Ciencias Sociales, Ciencias Exactas, Humanidades e Ingeniería y Tecnología. El premio económico es de 65 mil pesos por investigación, en caso de haber más de un investigador la cifra se dividirá entre los integrantes del equipo. “En esta edición recibimos más de 90 trabajos y, en ellos destaca la participación de grupos de investigadores en cada una de las áreas a las que convocamos, dado que con este premio buscamos estimular la actividad de los investigadores y generar la formación de recursos humanos de alto rendimiento”, expresó González Treviño. Luego de anunciar a los ganadores de esta edición 2003 del Premio de Investigación, que suman 26 investigadores dado que hay trabajos en los que se involucran más de una persona, el Rector anunció cambios a la convocatoria para participar en la edición 2004. “He dado instrucciones a la Comisión Académica del Consejo Universitario para que ampliaran los apartados de la convocatoria a fin de reconocer los trabajos de los investigadores jóvenes que se están incorporando a los programas doctorales”. Los ganadores, de esta edición 2003 del Premio de Investigación UANL, en las áreas relacionadas con las ciencias exactas y la ingeniería fueron: Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 El Ing. Antonio González Treviño, Rector de la UANL acompañado de los ganadores del Premio de Investigación 2003. En Ciencias Exactas la Dra. Leticia M. Torres Guerra y MC Jorge Ibarra Rodríguez, de la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL, por su trabajo: Análisis de los cambios en estructura y conductividad con la temperatura de una familia de titanatos de lantano y litio. En Ingeniería y Tecnología se reconocieron a dos grupos de investigación. Por el trabajo: Síntesis de Mg Al2 O4 a baja temperatura con adiciones de CaCO3, al Dr. Juan Antonio Aguilar Garib, la Dra. Ana María Arato Tovar y el Dr. Moisés Hinojosa Rivera, de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL; y por el trabajo Sistemas de inserción basados en bronces de metales de transición (W, Mo y Nb) para el desarrollo de dispositivos electroquímicos generadores de fuentes alternas de energía, el Dr. Azael Martínez de la Cruz y el MC Isaías Juárez Ramírez, de la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL. 65 �Eventos y reconocimientos SEMANA REGIONAL PYME 2004 La Cámara de la Industria de Transformación (CAINTRA) en coordinación con el Gobierno del Estado de Nuevo León y la Secretaría de Economía, organizaron la Semana Regional Noreste de la Pequeña y Mediana Empresa 2004, la cual se efectuó del 6 al 10 de Septiembre del año en curso, teniendo como sede el Centro Internacional de Negocios de Monterrey (CINTERMEX). La finalidad del evento fue el vincular las necesidades de las grandes empresas, tanto públicas como privadas en lo relativo a materias primas, productos y servicios, con las PYME. Para ello se concertaron más de 1500 entrevistas entre las pequeñas y medianas empresas, y los compradores, desarrolladores de proveedores y representantes comerciales de las Grandes Empresas. Para la clausura del evento se contó con la presencia del señor Presidente de la República, Vicente Fox Quesada, quien realizó un recorrido por la exposición y alentó al esfuerzo conjunto con unidad como forma de impulsar el desarrollo. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA LABORATORIO DE VIBRACIONES MECÁNICAS Y ACÚSTICA x/dst ∞ 5 4 3 2 1 ω/ωn 0 0.5 1 1.5 2 2.5 El Laboratorio de Vibraciones Mecánicas y Acústica cuenta con personal con amplia experiencia en la medición de las vibraciones mecánicas y el ruido que ha desarrollando proyectos de ingeniería en el noreste del país desde 1970. El Laboratorio de Vibraciones ofrece servicios de: • • 66 118-120 TMPE (Hr) 0,01 115-117 0,02 112-114 0,03 109-111 0,06 TMPE (min) 0,47 0,94 1,88 3,75 106-108 0,13 7,50 101-105 0,25 15,00 100-102 0,50 30,00 97-99 1,00 60,00 94-96 2,00 120,00 91-93 4,00 240,00 88-90 8,00 480,00 85-87 16,00 960,00 82-84 32,00 1920,00 79-81 76-78 73-75 64,00 128,00 256,00 3840,00 7680,00 15360,00 70-72 512,00 30720,00 67-69 1024,00 61440,00 62-66 2048,00 122880,00 61-63 4096,00 245760,00 El Laboratorio de Acústica ofrece servicios de: • Estudios de Ruido Perimetral según la NOM081-ECOL-1994. programas de mantenimiento. • Estudios de Ruido Laboral según la NOM-011Diagnóstico de fallas de maquinaria rotativa. STPS-2001. Verificación de exposición a las vibraciones en el • Análisis acústico de recintos. ambiente laboral según la NOM-024-STPS-1993. • Análisis de frecuencias de sonido. Rediseño de montajes de maquinaria rotativa y de • Diseño de aislamientos acústicos. impacto. • Cursos de capacitación. Análisis modal de estructuras. Laboratorios de Vibraciones Mecánicas y Acústica FIME-UANL, Edificio 7, Primer Piso, Ala Norte Tel: 01-818-329-4020, Ext 5762 y 5830 PO BOX No. 28, sucursal F, Cd. Universitaria, San Nicolás, 66420, N.L., México http://www.fime-dim.tk/ • Monitoreo y análisis de maquinaria rotativa para • • RANGO dB(A) 120 117 114 111 108 105 102 99 96 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 63 60 57 54 51 48 45 42 39 36 33 30 27 24 21 18 15 12 9 6 3 0 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Junio-Agosto 2004 Edgar Geovanni Treviño Orozco, M.C. Ingeniería de Manufactura con especialidad en Diseño de Producto, “Proyecto Seis Sigma”, 4 de junio de 2004. Oscar Mendoza Gamboa, M.C. Ingeniería Térmica con especialidad en Materiales, “Evaluación de métodos para la medición de dureza en materiales cerámicos y refractarios de ingeniería”, 7 de junio de 2004. Salvador Meza Vázquez, M.C. Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Soldabilidad de aceros HSLA termogalvanizados para aplicaciones automotrices”, 24 de junio de 2004. Arturo Martínez Carvajal, M.C. Administración con especialidad en Relaciones Industriales, “Planeación estratégica de la planta”, 29 de junio de 2004. Alvaro Manuel Treviño Acevedo, M.C. Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Desarrollo de una metodología para pruebas de erosión”, 2 de julio de 2004. José Tarcilo Sánchez Ramos, M.C. Administración con especialidad en Producción y Calidad, “Proceso de transformación en la empresa con sistema de producción en masa al sistema de producción ajustada”, 8 de julio de 2004. Yolanda González Perales, M.C. Administración con especialidad en Relaciones Industriales, “Sistema de seguimiento de atención al cliente en el área de ventas de una compañía comercializadora de equipo de cómputo”, 8 de julio de 2004. Francisco Hernández Cabrera, M.C. Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Caracterización de sangre por espectroscopia de impedencia eléctrica medición de la difusividad térmica del suero”, 14 de julio de 2004. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 Carmen Natalia Rodríguez Burgos, M.C. Administración con especialidad en Relaciones Industriales, “Aplicación de la tecnología en la educación”, 15 de julio de 2004. Nadia Cobos Zaleta, M.C. Ingeniería de sistemas, “Búsqueda tabú para un problema de diseño de red multiproducto con capacidad finita en las aristas”, 15 de julio de 2004. Jesús Alberto González Murrieta, M.C. Ingeniería Eléctrica con especialidad en Potencia, “Localización de fallas en líneas de transmisión empleando un modelo de línea con parámetros distribuidos y transformaciones modales”, 2 de agosto de 2004. Ezequiel Pérez Muñoz, M.C. Ingeniería Eléctrica con especialidad en Control, “Control robusto de bajo orden dinámico para sistemas mimo lti aplicación aun pendobut”, 3 de agosto de 2004. Lionel Sergio Méndez Portillo, M.C. Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Efecto de la modificación de la matriz y el agregado en la preparación de nanocompuestos a base de polietileno de baja densidad y montmorillonita”, 4 de agosto de 2004. Va l e r i a P a o l a G o n z á l e z D u e ñ e z , M . C . Administración con especialidad en sistemas, “Clasificación de fallas y oscilaciones en un sistema eléctrico utilizando el algoritmo de perceptros difuso”, 4 de agosto de 2004 Leonardo Chávez Guerrero, M.C. Ingeniería Mecánica con especialidad en materiales, “Obtención de los parámetros de autoafinidad en la propagación de grietas sobre materiales amorfos”, 6 de agosto de 2004. 67 �Titulados a nivel Maestría en la FIME. Junio-Agosto 2004 Bertha Guadalupe Carrales Rivera, M.C. Administración con especialidad en Relaciones Industriales, “Estrategias para incrementar el promedio de la materia computación en grupos de 4° semestre de la preparatoria-23 de la UANL”, 9 de agosto de 2004. Jesús Omar González González, M.C. Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales “Influencia del fe +si y del trabajado en caliente previo en una aleación de aluminio 1350 durante su trefilado”, 10 de agosto de 2004. Hilda Patricia Luna Olvera, M.C. Administración con especialidad en Relaciones Industriales, “La música en el aula: una herramienta para incrementar el rendimiento escolar”, 13 de agosto de 2004. Yoli Salinas Gómez, M.C. Administración con especialidad en Relaciones Industriales, “Técnicas grupales para obtener un nivel de aprovechamiento académico satisfactorio n alumnos de tercero y cuarto semestre del nivel medio superior en las materias de matemáticas en la preparatoria no. 22 de la U.A.N.L.”, 13 de agosto de 2004. Erendira Hernández Jáuregui, M.C. Ingeniería con especialidad en Materiales, “Fatiga en aleación termotratable de vaciado”, 18 de agosto de 2004. 68 Eva Mirella Martínez Rodríguez, M.C. Administración con especialidad en Relaciones Industriales, “Implantación de una clase de calidad en la Escuela Industrial y Preparatoria Técnica “Pablo Livas poniente”, 20 de agosto de 2004. Alejandro Mendoza Viveros, M.C. Ingeniería Eléctrica con especialidad en Potencia, “Análisis de resonancia subsíncrona y contramedidas”, 20 de agosto de 2004. Nancy Elizabeth Vázquez Calvillo, M.C. Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Metodología para el estudio de las pruebas de fatiga en una aleación trabajada de aluminio”, 26 de agosto de 2004. José Alejandro González Villarreal, M.C. Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio de transferencia de calor en componentes automotrices de alta tecnología”, 26 de agosto de 2004. Conrado Borraz Sánchez, M.C. Ingeniería de Sistemas con especialidad en , “Una metodología de solución basada en programación dinámica no secuencial y búsqueda tabú para la operación eficiente de sistemas de trasporte de gas natural en estado estable”, 27 de agosto de 2004. Jacinto Javier Rodríguez Domínguez, M.C. Administración con especialidad en Finanzas, “Estimación de las tasas efectivas de impuesto sobre la renta e impuesto al valor agregado por sectores de la economía”, 30 de agosto de 2004. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Acuse de recibo Revista UNIVERSIDADES La Unión de Universidades de América Latina (UDUAL) edita semestralmente la publicación Universidades (ISSN-0041-89351), especializada en asuntos de educación superior, en la que se analizan la dinámica, situación y perspectivas de este sector sirviendo además como tribuna plural para el pensamiento universitario en general, y particularmente para sus instituciones afiliadas. Sobre su contenido, llama la atención una inusual combinación de aspectos puramente educativos, política internacional, tecnología y arte pictórico y poético, integrados en un documento impreso estético y de calidad. En la edición Enero-Junio del 2004, se presentan entre otros un par de interesantes artículos, uno sobre “Evaluación académica del posgrado: Un estudio de los procedimientos de gestión aplicados en el ámbito latinoamericano” y otro sobre un “Programa de cómputo para el desarrollo de la lectura estratégica a nivel universitario”, por cierto se puede tener acceso a este programa a través de la red. Para mayor información proporcionan la siguiente dirección electrónica, udual1@servidor.unam.mx (C.A.L.Ch.) Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 Revista INTERFACES Interfaces es una revista que se publica cada dos meses y está dirigida a personas interesadas en las áreas de Investigación de Operaciones (IO) y Ciencias de la Administración (MS). Los objetivos de esta revista son mejorar el intercambio de información entre los administradores y los profesionistas en IO y MS así como divulgar entre la comunidad académica la aplicación de métodos y técnicas de estas importantes áreas del conocimento. La mayoría de sus artículos son descripciones de la práctica de IO y MS en las diferentes áreas como son el comercio, industria, educación y gobierno . En esta publicación también se encuentran artículos que discuten problemas operacionales que aún no cuentan con resultados cuantificables, además de tutoriales, revisiones del estado del arte y otros tipos de información original enfocada a la práctica de IO y MS. Para mayores informes puede visitar la página de la revista en la dirección: http://interfaces.pubs.informs. org (Yanet Villalobos Morales) 69 �Colaboradores Alvarado Escamilla, Raúl Maestro en Ciencias en Ingeniería de las Telecomunicaciones por la UANL, México, en 1999. Desde 1984 hasta la fecha es maestro de tiempo completo de la FIME–UANL. En 1999 se incorporó como maestro del Posgrado donde participa actualmente impartiendo las catedras de Procesamiento Digital de Señales y de Comunicaciones Digitales. Cantú Gutiérrez, Paz Vicente Ingeniero Electricista (1977) y Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad en Potencia (1993) por la FIME-UANL, México, donde es profesor desde 1974 y Coordinador del Departamento de Potencia Eléctrica. Sus áreas de investigación son la protección de sistemas eléctricos de potencia, y calidad de la energía. Conde Enríquez, Arturo Ingeniero Mecánico Electricista por la Universidad Veracruzana (1993), Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica por la UANL (1996) y Doctorado en Ingeniería Eléctrica (2002) en la misma institución. Actualmente es profesor de tiempo completo en el Doctorado en Ingeniería Eléctrica de la UANL, y responsable del Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia y protecciones. Es candidato a investigador por parte del SNI. Díaz Altamirano, Jaime Ingeniero en electrónica egresado del Instituto Tecnológico de Oaxaca y actualmente cursa la Maestría en Ciencias en Electrónica y Computación con especialidad en Sistemas Distribuidos en la Universidad Tecnológica de la Mixteca. 70 Díaz López, Mario Alberto Biólogo por la Facultad de Ciencias Biológicas, UANL. Maestro en Ciencias con especialidad en Ingeniería en Salud Pública por la Facultad de Ingeniería Civil, UANL. Doctorado en Ciencias Biológicas con especialidad en Ecología por la Facultad de Ciencias Biológicas, UANL. Actualmente colabora con el Departamento de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad Regiomontana. Diego Nava, Fidel Ingeniero Mecánico y Maestro en Ciencias en Ingeniería Mecánica por la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del IPN. Actualmente trabaja en el Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional Unidad Oaxaca del IPN. Su líneas de investigación son interacción de las herramientas de labranza con el suelo y el diseño de aperos de tracción animal. Elizondo Garza, Fernando Javier Ingeniero Mecánico Electricista por la FIMEUANL. Diplomado en Administración de Tecnología en el CINVESTAV del IPN. Maestría en Ingeniería Ambiental por la Facultad de Ingeniería Civil de la UANL. Actualmente es catedrático y consultor de la FIME. Director de la revista Ingenierías. España Lozano, Graciela L. Licenciada en Letras y Maestría en Educación Superior por la Universidad Regiomontana. Miembro del consejo editorial del ICUCULT y de la revista Papeles de la Mancuspia. Ha sido maestra de literatura en las Universidades: UR., ITESM, UDEM, UANL. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �Colaboradores González González, Virgilio Químico Industrial con Maestría en Química Orgánica por la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL y Doctorado en Ingeniería de Materiales otorgado por la FIME-UANL. Ha sido investigador en el campo de los polímeros desde 1975, tiene en su haber más de 40 publicaciones técnico-científicas y de difusión. Es miembro del SNI nivel I. Es profesor de tiempo completo de la FIME desde 1998. Hinojosa Rivera, Moisés IMA (1988), Maestría (1991) y Doctorado (1996) en Ingeniería de Materiales por la FIME-UANL, Postdoctorado en ONERA (Chatillôn, Francia, 1997-1998), Investigador Nacional Nivel I y Miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Profesor-Investigador de la FIME-UANL desde 1998. Actualmente es Coordinador de la División de Ingeniería Mecánica de la FIME-UANL. Martínez y Cárdenas, José Rodolfo Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica egresado de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del IPN y actualmente cursa el doctorado en Ciencias en Electrónica y Computación en la Universidad Tecnológica de la Mixteca. Profesor titular C del CIIDIR Unidad Oaxaca del IPN. Sus líneas de investigación son la instrumentación para agricultura y conversión de imágenes a patrones acústicos. Martínez Negrete, Marco Antonio Profesor de tiempo completo del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de la UNAM. Doctor en Ciencias por la misma facultad. Temas de investigación y docencia: termodinámica, energéticos, fundamentos y docencia de la física. Ortiz Méndez, Ubaldo Egresado de la Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas de la UANL, obtuvo su DEA en Ciencias 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 FIME-UANL, y miembro del SNI nivel I. Actualmente es Secretario Académico de la UANL. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 Ríos Mercado, Roger Z. Recibió sus títulos de Doctor y Maestro en Ciencias en Investigación de Operaciones e Ingeniería Industrial de la Universidad de Texas en Austin, y su título de Licenciado en Matemáticas de la UANL. Actualmente es Profesor de Tiempo Completo en la División de Posgrado en Ingeniería de Sistemas de la FIME-UANL. Sus áreas de interés son investigación de operaciones, desarrollo de heurísticas y optimización estocástica, con aplicación a problemas de toma de decisiones. http://yalma. fime.uanl.mx/~roger/ Sánchez Cárdenas, Jonathan Es IME egresado de la FIME-UNAL (2001) y cursó la maestría en Ingeniería de Materiales en esta institución y labora en la empresa DENSO. Valenzuela Luna, Mireya Lisset Ingeniería en Sistemas Computacionales por el Instituto Tecnológico de Tepic (2004). Fue becada en el verano del 2003 por el Programa de Verano de la investigación Científica del Pacifico (DELFIN), donde llevó a cabo una estancia de investigación en en la División de Posgrado en Ing. de Sistemas (yalma. fime.uanl.mx/~pisis) de la FIME en la UANL. Vázquez Martínez, Ernesto Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones (1988), Maestría (1991) y Doctorado en Ingeniería Eléctrica (1994) por la UANL, México. Desde 1996 es Profesor Investigador del Programa Doctoral en Ingeniería Eléctrica de la UANL, México, donde actualmente es el Coordinador de la División de Estudios de Postgrado en Ingeniería Eléctrica. Investigador Nacional, SNI Nivel I. Sus áreas de investigación son la protección de sistemas eléctricos de potencia, y la aplicación de técnicas de inteligencia artificial en sistemas eléctricos de potencia. Zaid, Gabriel Ingeniero Mecánico Administrador por el ITESM, Monterrey (1955). Fue miembro del consejo de la revista Vuelta (1976-1992). Ingresó en El Colegio Nacional el 26 de septiembre de 1984. Miembro de la Academia Mexicana de la Lengua (desde 1986). Ha recibido el premio Xavier Villaurrutia (1972) y el premio Magda Donato. Poeta y analista político. 71 �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, convocatorias, etc. Es requisito indispensable que las colaboraciones estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. No deberán estar redactadas en primera persona. Solamente se aceptarán trabajos en inglés de personas cuyo primer idioma no sea el español. 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. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la FIME-UANL LINEAMIENTOS EDITORIALES Para su consideración editorial es requisito enviar: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras y carta de cesión de derechos, en formato electrónico .doc de Word, en disquete, CD o por E-mail a las direcciones: fjelizon@ccr.dsi.uanl.mx hinojosa@gama.fime.uanl.mx El título del artículo no debe exceder de 80 caracteres. El número máximo de autores por 72 artículo es cuatro. La extensión de los artículos no deberá exceder de 8 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como inglés. Las referencias irán numeradas en el orden que fueron citadas en el texto. 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. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, en formato jpg, con 300 dpi y con al menos 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales. Para cualquier comentario o duda estamos a disposición de los interesados en: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, 1er. piso, ala norte. Tel.: 8329-4020 Ext. 5854 Fax: 8332-0904 E-mail: fjelizon@ccr.dsi.uanl.mx Ingenierías, Octubre-Diciembre 2004, Vol. VII, No. 25 �� 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 2004 Volumen Volumen de la revista 7 Número Número de la revista 25 Mes de publicación Mes cuando se publicó Octubre-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2004, Vol 7, No 25, Octubre-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Elizondo Garza, Fernando J., 1954-, Director 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 01/10/2004 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 2020788 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 Aritmética Comunicaciones digitales Fractura de nylon Métodos heurísticos Relevador digital