https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20753/Ingenierias_2006_Vol_9_No_30_Enero-Marzo.pdf b972eb81f00a2e4f845a74ae5f13d6c5 PDF Text Text �30 Contenido Enero-Marzo de 2006, Vol.IX, No. 30 2 3 Directorio Editorial La Universidad y las redes de investigación Sergio Mejía Rosales 7 Protección de sistemas eléctricos mediante reconocimiento de patrones de onda viajera Ernesto Vázquez Martínez, Jorge Castruita Ávila, Óscar Leonel Chacón Mondragón 18 La vinculación universitaria y sus interpretaciones Guillermo Campos Ríos, Germán Sánchez Daza 26 Nanopartículas de CdS obtenidas por microondas Samuel Martínez Ortíz, Thelma Elizabeth Serrano Quezada, Moisés Hinojosa Rivera, Maria Idalia Gómez de la Fuente 32 Caracterización de CaZr03 sintetizado vía sol-gel Lenia Lucía Cardona Hernández, Juan Antonio Aguilar Garib 40 Evaluación de un curso de física en ingeniería según los alumnos Gabriel Fernando Martínez, José Ángel Mendoza Salas, Juan Antonio Herrera Almaguer, Rogelio Guillermo Garza Rivera 47 Clasiﬁcación lineal mediante algoritmo de perceptrón difuso Valeria Paola González Duéñez, Óscar Leonel Chacón Mondragón 54 Acústica en salones de clase Un recurso para crear ambientes de aprendizaje con condiciones de audición deseables. Parte I. Acoustical Society of America 63 Electroquímica de los monofosfatos de tungsteno (PO2)4 (WO3)2m(m=4 y 6) ante la inserción de litio Francisco E. Longoria Rodríguez, Azael Martínez de la Cruz 71 Microwave impedance matching strategies of an applicator supplied by a bi-directional magnetron waveguide launcher Georges Roussy, Nils Kongmark 76 Eventos y reconocimientos 79 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 81 Acuse de Recibo 82 Colaboradores 84 Información para Colaboradores Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 1 �Editorial: La universidad y las redes de investigación Sergio Mejía Rosales Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, UANL smejia@fcfm.uanl.mx LA INVESTIGACIÓN COMO ACTIVIDAD COLECTIVA Aún antes de que en el viejo mundo se diera el salto sociopolítico producido por la revolución industrial, los ﬁlósofos naturales ingleses del siglo XVII comprendieron la conveniencia de crear estructuras que permitieran el intercambio de ideas y la colaboración entre especialistas de distintas áreas. Con la venia del rey Carlos II fundaron lo que primero se llamó “La Real Sociedad de Londres para Mejorar el Conocimiento Natural”, que promovía la discusión ﬁlosóﬁca y cientíﬁca, y que es con seguridad el primer caso organizado de creación de una red de profesionales dedicados a la generación y aplicación del conocimiento. La idea de crear la Royal Society, seguida luego por numerosas organizaciones cientíﬁcas a lo largo del mundo, surgió entonces de manera natural como resultado de las interacciones ya existentes entre cientíﬁcos, aunque el organigrama en las universidades y la administración de recursos permaneció en general sin alteraciones durante siglos. Así, a pesar del reconocimiento y apoyo de los gobiernos a las organizaciones cientíﬁcas, la creación de conocimiento, junto con la necesaria asignación de apoyos económicos para la investigación, siguió siendo actividad más bien tendiente a lo individualista. Esta visión incompleta del rol de la investigación mantuvo a la ciencia en la periferia del entorno social, aún a pesar de sus indudables contribuciones al bienestar de la humanidad. John Ziman reconoce en esta visión el modelo de descubrimiento de la ciencia, en el que los investigadores son los protagonistas principales y que se concentra en los mecanismos de generación y validación del conocimiento. La contraparte sería el modelo instrumental de la ciencia, que ve a la actividad cientíﬁca bajo el cristal de los ﬁnes prácticos que permiten explotar el conocimiento. Las dos visiones, que aparentemente se contraponen, son producto del carácter inherentemente dual de la ciencia, que tiene tanto la misión de crear conocimiento como la de producir beneﬁcios a la sociedad que la sustenta. El modelo de descubrimiento le otorga libertad al investigador para dirigir sus esfuerzos profesionales en la dirección en la que él se considera más capaz de contribuir, pero diluye el impacto social de la ciencia. El modelo instrumental acerca a la ciencia al centro del entorno social, pero, al asumir que las investigaciones están orientadas a objetivos determinados por factores externos, mide el desempeño de los investigadores en función del impacto de las investigaciones en la misión impuesta desde el exterior. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 3 �Editorial / Sergio Mejía Rosales LA INVESTIGACIÓN EN MÉXICO Y EL MODELO DE DESCUBRIMIENTO En México, la manera en la que las universidades públicas se gestaron y se desarrollaron no requirió de una deﬁnición formal en las políticas cientíﬁcas, y durante años la dualidad descubrimiento/instrumento de la ciencia no generó mayores controversias, principalmente porque la investigación cientíﬁca era considerada más bien un efecto secundario de las labores universitarias. Cuando las universidades consiguieron su autonomía, varios sectores de la comunidad cientíﬁca lograron colocar a algunos de sus miembros en sitios importantes del tablero político mexicano, lo que entre otras cosas permitió la creación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, y con ello, el establecimiento de una suerte de política cientíﬁca nacional. Esta especie de política estaba principalmente dominada por el modelo de descubrimiento, lo que es natural si se considera que fueron directamente los investigadores quienes diseñaron las propuestas y organizaron los esquemas. Las instituciones, gubernamentales y universitarias por igual, no se encontraban preparadas para abogar por el modelo instrumental de la ciencia, por lo que la labor cientíﬁca en México se mantuvo de manera individual, aunque ya con organizaciones que permitían ubicarla en el esquema social universitario. La situación se mantuvo con relativa estabilidad desde los inicios del CONACYT, hasta el principio del sexenio del presidente Zedillo en 1994. LAS REDES DE INVESTIGACIÓN Y EL MODELO INSTRUMENTAL Con el cambio del modelo económico, vino también la reestructuración de la ciencia en México. En un país donde el pulso político puede medirse por las palabras clave que pueblan los discursos, fue cada vez más común leer de redes de investigadores, de convenios con la industria, y de los tecnólogos, novel especie de profesionistas dedicados a la aplicación del conocimiento en productos con aprovechamiento inmediato. El modelo instrumental hacía presencia, y las universidades serían de aquí en adelante caliﬁcadas y apoyadas en base a su grado de respuesta a este modelo. En un principio la respuesta de la comunidad universitaria fue más bien tibia, intentando cumplir con las directrices de CONACYT sin tener que reformular en realidad sus propias estructuras. En esto ayudó el entramado natural de colaboraciones académicas, que existe independientemente de los planes institucionales. Pero estas redes no lo son tanto en el sentido que CONACYT maneja: de colaboración inter-sectorial e inter-regional que impacten positivamente el sistema nacional de innovación, el desarrollo social y el posicionamiento estratégico en nichos de oportunidad cientíﬁca y tecnológica, sino que en muchas ocasiones funcionan como grupos de investigación individuales con colaboraciones esporádicas. No todas las colaboraciones generan redes. Y tampoco todas las redes en realidad generan colaboraciones. Todo depende de bajo qué términos se genera la red. REDES Y GRUPOS DE INVESTIGACIÓN EN LA PRÁCTICA La resistencia al cambio no es exclusiva de los investigadores, pues la administración universitaria no siempre sabe cómo responder a las nuevas demandas de establecimiento de redes de grupos de investigación. Esta falta de 4 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Editorial / Sergio Mejía Rosales conocimiento no es necesariamente general dentro del organigrama universitario, pero cuando se da, se rompe la cadena de eventos que se requiere para que el esquema de las redes de investigación funcione apropiadamente. Para establecer redes de grupos de investigación se requiere contar primero con los grupos de investigadores; estos grupos existen en las facultades, de manera que son las facultades las que requieren de un buen grado de coordinación con las autoridades, institucionales primero, y gubernamentales después, para adoptar el sistema de redes, y organizar y fortalecer los grupos de investigación existentes en concordancia con este sistema. De otra manera, los esfuerzos institucionales para la creación de redes tendrá sólo el alcance que la postura de las facultades permita para el desarrollo de sus grupos de investigadores. Relacionado con todo esto está el mecanismo para cuantiﬁcar la labor de los grupos que forman las redes. La cuantiﬁcación de la productividad cientíﬁca es un problema para el que no existe una solución deﬁnitiva. Parámetros como el número de artículos arbitrados, de estudiantes graduados, de congresos organizados, tienen todos ellos problemas intrínsecos analizados ampliamente por años, y son constante motivo de discusión entre investigadores y evaluadores (que son, a ﬁn de cuentas, las mismas personas con sombreros distintos en situaciones distintas). Las administraciones universitarias no siempre están al tanto de los puntos ﬁnos involucrados en la evaluación del trabajo de investigación, y los investigadores en muchas ocasiones aprovechan, conscientemente o no, este desconocimiento. La infame fórmula de publicar o perecer es producto de esta actitud acomodaticia. Las redes de investigación, y los mecanismos institucionales para apoyar el establecimiento de estas redes, y para evaluar su funcionamiento, están expuestos al riesgo de caer en un estado similar. Aunque no hay solución completa en puerta para este problema, encontrar una solución parcial adecuada es labor que deberá caer por partes iguales en los investigadores y en las dirigencias de las universidades, o, más precisamente, en el trabajo conjunto entre ambos grupos. Los esfuerzos institucionales a nivel gobierno se justiﬁcan por la necesidad de crear las condiciones para que la investigación cientíﬁca cumpla con la misión dual de creación y aprovechamiento del conocimiento. Las sociedades enfrentan una verdadera necesidad de establecer lo que en la comunidad cientíﬁca norteamericana se conoce como networking; los temas críticos, los que son relativamente independientes de las barreras políticas, económicas y culturales –cambio climático, modiﬁcación genética, energía– requieren de interacción real y fuerte entre especialistas, en múltiples disciplinas. La llamada ciencia de alto impacto, que requiere de aparatos costosos y laboratorios bien equipados y mantenidos, sólo podrá ser atendida en función del grado de optimización de recursos económicos, lo que implica evitar la duplicación de apoyos a través de la promoción del establecimiento de colaboraciones. Por ejemplo, Alejandro Díaz, que hasta hace unos meses fungía como director del Centro Nacional de Supercómputo en San Luis Potosí, aboga por la centralización del equipo de cómputo de alto rendimiento: En vez de que los investigadores gasten un gran porcentaje de sus presupuestos de investigación en equipo, pueden convertirse en usuarios de un centro de supercómputo que dé servicio a la comunidad en base a la calidad y cualidades de los proyectos de los investigadores. El ejemplo es pertinente en más de una forma, pues, con todo y que la premisa fundamental es Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 5 �Editorial / Sergio Mejía Rosales esencialmente correcta (la eﬁciencia en el uso de recursos), algunas consecuencias merecen discusión cuidadosa (los criterios para la evaluación de las prioridades de los proyectos, por mencionar alguna). La generación de redes de grupos de investigación, además de necesaria, es en cierta medida inevitable. Aunque pudiera parecer en un primer acercamiento que es la globalización la que hace necesario el establecimiento de estas redes, en realidad es el devenir mismo del conocimiento cientíﬁco el que ha determinado tanto su necesidad como su inevitabilidad. Las fronteras de las distintas disciplinas cientíﬁcas son artiﬁciales, y considerar literalmente estas fronteras limita el alcance de las investigaciones; el apoyo a la formación de redes y programas educativos que permitan la colaboración interdisciplinaria permitirá atacar problemas prioritarios de manera más completa. Aúnque no es posible predecir el funcionamiento de estas redes en el mediano y largo plazo, gran parte de la labor de las instituciones para posibilitar estas colaboraciones deberá centrarse en el fortalecimiento de sus grupos de investigación, la distribución adecuada de responsabilidades y el aprovechamiento inteligente de recursos materiales y humanos, lo que permitirá en última instancia, un mayor impacto de las investigaciones. El éxito de las redes depende de tal fortalecimiento, el cual es un compromiso que las universdidades deben asumir, sin perder de vista que la creación y la aplicación del conocimiento, como visiones de la investigación cientíﬁca, están incompletas si se toman por separado. REFERENCIAS John Gribbin, The Fellowship, Allen Lane Science S., 2005. John Ziman, Of One Mind: The Collectivization of Science, American Institute of Physics, 1995. Documento: Redes y Consorcios, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, 2005. 6 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Protección de sistemas eléctricos mediante reconocimiento de patrones de onda viajera Ernesto Vázquez Martínez, Jorge Castruita Ávila Doctorado en Ingeniería Eléctrica, FIME-UANL evazquez@gama.ﬁme.uanl.mx Óscar Leonel Chacón Mondragón Doctorado en Ingeniería de Sistemas, FIME-UANL ochacon@mail.uanl.mx RESUMEN En este artículo se presenta un nuevo algoritmo de protección de líneas de transmisión basado en ondas viajeras. El algoritmo usa el primer frente de onda generado por el colapso de voltaje en el punto de aparición de falla para determinar si se encuentra dentro o fuera de la línea protegida. Se propone usar técnicas de reconocimiento de patrones basadas en análisis de componente principal para procesar las señales transitorias de voltaje y corriente, eliminar la redundancia de información y realzar los patrones característicos de fallas internas y externas. Se analizó el desempeño del algoritmo mediante casos de simulación en dos sistemas de potencia de prueba, considerando fallas críticas de detectar, y en todos los casos, el algoritmo discriminó correctamente entre fallas internas y externas. PALABRAS CLAVE Ondas viajeras, reconocimiento de patrones, análisis de componente principal. ABSTRACT This article describes a new algorithm for transmission line protection based on traveling waves. The algorithm uses the ﬁrst wave source caused by voltage collapse during a fault in the power system, in order to discriminate between internal and external faults. A pattern recognition technique using main Este artículo esta basado en el proyecto galardonado component analysis are proposed to process the voltage and current traveling con el Premio a la Mejor waves, to reduce redundancies in the transient information and highlight the Tesis de Maestría UANL characteristic behavior for internal and external faults. The new algorithm was 2004 en la categoría de tested through simulation cases using two power system with typical conﬁguration, Ingeniería, Tecnología y Arquitectura, el cual fue including critical faults to detect. In all cases, the algorithm discriminates between otorgado en ceremonia internal and external faults correctly. celebrada el 28 de KEYWORDS Septiembre de 2005 en la Traveling waves, pattern recognition, principal component analysis. UANL. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 7 �Protección de sistemas eléctricos mediante... / Ernesto Vázquez Martínez, et al INTRODUCCIÓN La creciente tendencia a operar las líneas de transmisión con voltajes cada vez mayores trae consigo nuevos y complicados problemas para el área de protecciones; uno de ellos es la necesidad de reducir el tiempo de detección de las fallas que aparecen en las líneas con el propósito de evitar daños a equipos adyacentes y aumentar la estabilidad transitoria del sistema de potencia.1 Actualmente los esquemas de protección de líneas de transmisión utilizan los cambios en las señales de voltaje y corriente a frecuencia fundamental para detectar la presencia de alguna falla en la línea protegida,2 esto implica la necesidad del uso de ﬁltros digitales los cuales introducen un retardo de tiempo al detectar un cortocircuito. Con el propósito de reducir los tiempos de detección de fallas, algunos investigadores han propuesto el uso de las señales transitorias de alta frecuencia generadas en el punto de aparición de la falla, ya que esas señales contienen toda la información de las características de la falla. Los algoritmos propuestos en3,4,5 han demostrado que es posible detectar y localizar fallas usando esquemas basados en ondas viajeras (OV); sin embargo estos algoritmos tienen problemas para detectar fallas de alta impedancia o fallas que ocurren cerca del cruce por cero. El algoritmo aquí propuesto discrimina entre una falla interna o externa a partir del reconocimiento de patrones del contorno del primer frente de onda que arriva a la ubicación de la protección; el problema de reconocimiento se simpliﬁca preprocesando la información con la técnica de análisis de componente principal, usada en análisis multivariable, que en base a la entropía de los datos elimina información redundante y realza patrones de comportamiento característicos de fallas internas y externas. De esta forma, el reconocimiento de patrones se realiza en un subespacio de 2 dimensiones sin la necesidad de un algoritmo de clasiﬁcación. El tiempo de operación del algoritmo es de 25x10-6 seg. Se analizó el desempeño del algoritmo propuesto mediante casos de simulación en dos sistemas de potencia de prueba considerando las condiciones de falla más comunes, y las más críticas de detectar, como son los cortocircuitos cercanos a la ubicación de la protección, cortocircuitos en el extremo de la 8 línea protegida, cortocircuitos que ocurren cerca del cruce por cero de la onda de voltaje y cortocircuitos que ocurren a través de una alta impedancia. En todos los casos el algoritmo discriminó correctamente entre cortocircuitos internos y externos a la línea protegida. Los resultados ponen de maniﬁesto que el algoritmo desarrollado satisface los requerimientos de conﬁabilidad, selectividad, sensibilidad y tiempo de operación impuestos para la protección de líneas de transmisión de alto voltaje, y representa la base para implementar un esquema de protección de líneas de transmisión de alta velocidad basado en ondas viajeras. PRINCIPIO DE DETECCIÓN DE FALLAS USANDO ONDAS VIAJERAS Ondas viajeras en una línea de transmisión La solución de D’Alembert3 de las ecuaciones de onda de voltaje, v(x,t) y de corriente, i(x,t), en una línea de transmisión monofásica con parámetros distribuidos y sin pérdidas, está expresada como: v( x, t ) = F1 ( x − ut ) + F2 ( x + ut ) i ( x, t ) = [F1 ( x − ut ) + F2 ( x + ut )]/ Z 0 (1) donde x es la posición a lo largo de la línea, t es el tiempo, u es la velocidad de propagación y Z0 es la impedancia característica de la línea. Si L y C representan la inductancia serie y la capacitancia paralelo por unidad de longitud respectivamente, entonces: u= L 1 ; Z0 = C LC (2) Las funciones F1 y F2 dependen de las condiciones de frontera del caso que se esté analizando. En general, F1 representa una onda que se desplaza en la dirección positiva de x a una velocidad c (onda directa), mientras que F2 es una onda que se desplaza en la dirección negativa de x a una velocidad c (onda inversa); la relación entre el voltaje y la corriente en F1 es Z0 y en F2 es -Z0. Esta caracterización corresponde a una corriente positiva, representada como una carga positiva, circulando en la dirección positiva de x. Si el voltaje y la corriente son medidos en una localización x, es posible identificar la onda directa F1 e inversa F2, formando las señales denominadas S1 y S2: Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Protección de sistemas eléctricos mediante... / Ernesto Vázquez Martínez, et al S1 = v( x, t ) + Z 0 i ( x, t ) = 2 F1 ( x − ut ) S 2 = v( x, t ) − Z 0 i ( x, t ) = 2 F2 ( x + ut ) (3) Si la medición del voltaje y la corriente se realizan en la ubicación del relevador (x = 0), entonces las señales S1 y S2 son: S1 = 2 F1 (−ut ) = v(0, t ) + Z 0 i (0, t ) S 2 = 2 F2 (ut ) = v(0, t ) − Z 0 i (0, t ) (4) donde S1 representa el cambio de señal en la ubicación del relevador debido a la onda directa y S2 representa el cambio de señal en la ubicación del relevador debido a la onda inversa. Así, las señales S1 y S2 muestran en forma clara la diferencia entre las ondas viajeras directas (dirección positiva de x) e inversas (dirección negativa de x) en la ubicación del relevador. El análisis anterior es válido para un sistema de potencia monofásico. En líneas de transmisión trifásicas los acoplamientos mutuos entre conductores diﬁcultan el análisis del fenómeno de OV en el dominio de fases. Para simplificar los cálculos es necesario descomponer las señales de fase en sus correspondientes modos de propagación, obteniéndose 2 modos aéreos y uno de tierra, cada uno con su propia atenuación y velocidad de propagación. En el caso de líneas transpuestas los modos aéreos tienen la misma impedancia característica y velocidad de propagación. La transformación modal puede expresarse por: se propagan por las líneas hasta que llegan a una discontinuidad (elementos en una subestación, unión de varias líneas, etc); en ese punto las ondas se dividen en una onda reﬂejada y una onda transmitida (ver ﬁgura 1), donde la magnitud de cada una de esas ondas está dada por los coeﬁcientes de reﬂexión (kR) y refracción (kT) los cuales son de la forma: Z − Za kR = b Za + Zb kT = 2Z b Za + Zb (6) siendo Za y Zb a las impedancias características de cada una de las líneas respectivamente. Los frentes de ondas viajeras propagándose por una línea de transmisión experimentan una modiﬁcación en su contorno al atravesar una discontinuidad provocada por un cambio de impedancia. En la ﬁgura 1 una onda incidente Vi propagándose por la línea 2 con impedancia característica Zb alcanza la discontinuidad y continúa a través de la línea 1 con una impedancia Za como una onda refractada experimentando una modiﬁcación en el contorno de Vi a kTVi. ∆v m (t ) = S −1 ∆v f (t ) ∆im (t ) = Q −1 ∆i f (t ) (5) , son los voltajes y corrientes donde , son sus incrementales de fase y correspondientes voltajes y corrientes modales. S y Q son las matrices de transformación, siendo las más comunes las de componentes simétricas, Karrenbauer y Wedephol.6 La descomposición modal permite analizar un sistema trifásico en función de tres modos de propagación tratándolos como 3 sistemas monofásicos. Efecto de coeficientes de reflexión y refracción en los frentes de ondas viajeras Las ondas viajeras que se generan ante la aparición de un disturbio en la línea de transmisión Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 Fig. 1. Comportamiento de OV al alcanzar una discontinuidad en una red eléctrica. En el caso de que ambas líneas sean idénticas (Za = Zb), el contorno de la onda viajera no se ve afectado, y no existe onda reﬂejada. Esta situación, Z a = Z b es difícil que se presente en sistemas eléctricos de potencia reales. Así mismo las ondas viajeras que se propagan a través de una línea de transmisión homogénea se ven mínimamente afectadas en su contorno aún considerando pérdidas por atenuación.5 9 �Protección de sistemas eléctricos mediante... / Ernesto Vázquez Martínez, et al Por tanto, un frente de onda originado por una falla externa experimenta una modificación en su contorno al pasar por la discontinuidad que representa el cambio de la impedancia característica entre las líneas de transmisión (Zb a Za en la ﬁgura 1). A diferencia de esto, un frente de onda originado por una falla interna sólo es afectado por la atenuación propia de la línea.6 Ésta es la base conceptual del nuevo algoritmo que se describe en este artículo. REPRESENTACIÓN DE FRENTES DE ONDAS VIAJERAS CON ACP Análisis de componente principal El ACP es una técnica estadística de análisis multivariable ampliamente usada para encontrar patrones en datos de alta dimensión. Fue inicialmente estudiada por H. Hotelling7 y se describe a continuación: Para un grupo de vectores p-dimensionales {tn}, n {1, …, N}, los q ejes principales wj, j {1, …, q} son aquellos ejes ortonormales en los cuales la máxima varianza es retenida por proyección. Se puede demostrar que los ejes wj corresponden a los q eigenvectores dominantes en: Sw j = λ j w j (7) asociados a los eigenvalores más grandes de la matriz de covarianza S formada por: ∑ (t S= n 1 n − t)( t n − t) n −1 (8) donde es la media de la muestra. La nueva representación vectorial es: x n = W T ( t n − t) (9) donde W = [w1 w2 ….. wq] y xn corresponde a la representación reducida q-dimensional de los vectores {tn}. La ventaja de análisis de componente principal es que permite una reducción en dimensiones del problema realzando similitudes y diferencias entre los datos bajo estudio y simpliﬁcando el proceso de clasiﬁcación entre clases. Este concepto se muestra gráﬁcamente en la ﬁgura 2 para un grupo de datos; el eje OA es la dirección de la primera componente principal y el eje OB es la segunda componente 10 Fig. 2. Representación gráﬁca del ACP. principal. Se puede apreciar que la proyección de los datos sobre OA da mayor información de la estructura de los datos que la proyección sobre OB. Por tanto, la identiﬁcación de distintos tipos de datos se puede hacer con la proyección de los datos originales sobre un eje cuya dirección maximice la variancia entre los datos, OA en este caso. En este ejemplo simple, se tiene una reducción de dimensiones de 2D a 1D. ACP aplicado a discriminación de fallas en líneas de transmisión La idea es aplicar ACP con el propósito de identiﬁcar rasgos distintivos de los frentes de onda que permita identiﬁcar si son debidos a una falla interna o externa. El algoritmo propuesto utiliza el primer frente de onda de la señal incremental ∆S1 usando el modo aéreo 1 bajo la matriz de transformación modal de Wedephol. Se asume que los transductores no degradan la forma del frente de onda generado por la falla. Cuando ocurre una falla la señal ∆S1 se maniﬁesta indicando un cortocircuito, de tal forma que: ∆S1 = 0 Estado estable ∆S1 > ε Cortocircuito (10) Un valor aceptable de ε es un incremento en magnitud de 0.1 p.u. tomando como base el voltaje de operación de la línea de transmisión. La selección de la ventana de datos se hizo en forma empírica y se forma con 25 muestras de la señal ∆S1 con un intervalo de 1x10-6 seg. entre muestras, lo que representa una frecuencia de muestreo de 1 MHz. La primera muestra de la ventana de datos corresponde al primer valor de ∆S1 que supera el umbral ε como lo indica la ﬁgura 3. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Protección de sistemas eléctricos mediante... / Ernesto Vázquez Martínez, et al (correspondientes a los frentes de onda medidos en la ubicación del relevador) para que estén entre 0 y 1; con el propósito de no modiﬁcar el contorno de los frentes de onda, estos se escalaron de la forma: ⎧ ∆ S1 ⎪⎪ max ( ∆S ) t = ⎨ ∆S 1 1 ⎪ ⎩⎪ min ( ∆S1 ) ⎫ si max ( ∆S1 ) > min ( ∆S1 ) ⎪ ⎪ ⎬ si max ( ∆S1 ) < min ( ∆S1 ) ⎪ ⎪⎭ (11) En las ﬁguras 4 y 5, se describe la conﬁguración física de los conductores de las líneas de transmisión en el sistema de potencia de prueba que se muestra en la ﬁgura 6. Se puede apreciar como las conﬁguraciones son virtualmente las mismas, con la diferencia Fig. 3. Umbral de operación y ventana de datos usada por el algoritmo. Determinación de las componentes principales Las condiciones de fallas elegidas como patrones de prueba se muestran en la tabla I, considerando el sistema de prueba mostrado en la ﬁgura 4, que fue simulado en el programa EMTDC/PSCAD.8 Los frentes de onda generados por las fallas correspondientes al modo 1 (modo aéreo) fueron representados como vectores p-dimensionales de la forma ∆S1 = [ x1 x2 ….. xp ], cuyos valores corresponden al primer frente de onda que alcanza la ubicación del relevador. Con el propósito de que el algoritmo funcione en cualquier sistema de potencia, independientemente de su conﬁguración y voltaje de operación, se normalizaron las señales ∆S1 Z0 = 391.77 ohms, τ = 0.341 ms Fig. 4. Conﬁguración de línea A en los sistemas de prueba. Tabla I. Casos de simulación para determinar las CP. Tipo de falla Resistencia de falla Fallas AG RF = 0 Fallas AG RF = 50 Fallas ABC RF = 0 Línea 1 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 90, 95 y 99% Línea 2 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 y 90% Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 Instante de inserción de falla POW (ms) Cada 1 ms en un ciclo de la onda de voltaje Z0 = 313.15 ohms, τ = 0.338 ms Fig. 5. Conﬁguración de línea B en los sistemas de prueba. Fig. 6. Sistema de potencia de prueba 1. 11 �Protección de sistemas eléctricos mediante... / Ernesto Vázquez Martínez, et al de que en una de las líneas se consideran dos conductores por fase. Esto hace que las impedancias características y tiempos de propagación de ambas líneas sean extremadamente similares, con lo cual se pretende evaluar la sensibilidad del algoritmo ante el caso crítico en que ambas líneas sean casi idénticas. Los vectores t corresponden a las versiones normalizadas de los frentes de onda usados como patrones de prueba. La ventaja del uso de la ecuación 11 es que facilita el proceso de clasiﬁcación para discriminar entre fallas internas y externas, al mismo tiempo resuelve el problema de signo en la rotación de los ejes que representan las componentes principales.9 Los vectores t se pueden acomodar de la forma: ⎡ t (11 , ) � t (1, p) ⎤ ⎥ ⎢ T = ⎢⎢ � � ⎥ ⎢⎣ t (n,1) � t (n, p) ⎥⎦ (12) El vector renglón conteniendo la media de cada columna de T es de la forma: ⎡ ∑ t ( k ,1) k =1 t=⎢ ⎢ n ⎣ n ∑ n k =1 t ( k ,2) � n ∑ n k =1 t ( k ,p ) ⎤ ⎥ ⎥ n ⎦ (13) y la matriz de covarianza de T es de la forma: ⎡ cov (s 1 , s 1 ) cov ( s1 , s 2 ) ⎢ cov (s 2 , s 1 ) cov (s 2 , s 2 ) S=⎢ � � ⎢ ⎢ ⎣cov (s p , s 1 ) cov (s p , s 2 ) � cov ( s , s ) ⎤ 1 p � cov (s , s ) ⎥ 2 p ⎥ � � ⎥ � cov (s , s ) ⎥ p p ⎦ (14) donde sp es el p-ésimo vector columna de la matriz T. A partir de S en (14) se obtienen los eigenvectores V y los eigenvalores D. [ V = eig 1 [ eig 2 � eig p D = diag λ1 λ2 � λp [ ] [ T CP12 = eig1 eig2 ⋅ t − t ] T (16) donde t corresponde al vector columna con las medias de cada dimensión de los datos de prueba y CP12 son las proyecciones de los vectores t en el subespacio de los dos primeros componentes principales. Con el propósito de eliminar el efecto del instante de inserción de falla3 se repitió el ACP para tiempos de inserción de 1 a 16 ms con paso de 1 ms en la onda de voltaje, obteniéndose al ﬁnal 16 pares de componentes principales, correspondiéndole un par de CP a cada instante de inserción. Por tanto, antes de determinar la ubicación de una falla, se debe determinar en que instante de tiempo ocurrió; este problema se resuelve con el uso de un detector, que se describe en la siguiente sección. ALGORITMO Detección y discriminación de fallas Al aparecer una falla la señal ∆S1 supera el valor umbral ε indicando su existencia, a partir de ese instante la señal ∆S1, correspondiente al modo aéreo 1, es almacenada durante 25x10-6 seg. La señal ∆S1 será representada en el sub-espacio de las dos primeras CP con el objetivo de determinar la ubicación de la falla. Para ello debe conocerse previamente el instante de inserción, y esta información puede obtenerse a partir de un detector. Este detector consiste en un contador que reinicia cada vez que se detecta un cruce por cero (ver ﬁgura 7);10 cuando aparece una falla las señales incrementales obtenidas ] ] (15) Con el propósito de visualizar la relación entre los diferentes frentes, es deseable hacer una proyección a un subespacio de menor dimensión. Para ello se escogieron los eigenvectores dominantes (asociados a los eigenvalores más grandes) de la matriz de covarianza S, que por lo general corresponden a los dos primeros eigenvectores dominantes. 12 Los eigenvectores dominantes, los nuevos ejes sobre los que se van a proyectar los frentes de onda, se establecen a partir de la transformación: Fig. 7. Diagrama del detector del instante de inserción de falla. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Protección de sistemas eléctricos mediante... / Ernesto Vázquez Martínez, et al por medio de un ﬁltro delta11 detienen el contador, el cual dependiendo del semi-ciclo en el que ocurrió la falla indican el instante de inserción de la misma. La señal redondeada es usada por el algoritmo para elegir el par de vectores de transformación, de los 16 disponibles. En las ﬁguras 8 y 10 se muestra el contorno de la señal ∆S1 para las fallas A-G (con RF = 50 ohms) y ABC (sólidas, RF = 0 ohms) en las líneas L1 y en L2 (todas con un ángulo de inserción de 90o); las tablas II y III describen las situaciones en que se simuló cada cortocircuito. Así mismo, las ﬁguras 9 y 11 muestran sus correspondientes proyecciones en el subespacio de los dos primeros componentes principales. Tabla II. Fallas A-G con RF = 50 ohms, con instante de inserción a 90o. Fig. 8. Frentes de onda de fallas A-G con POW=90o y RF = 50 ohms. Fig. 10. Frentes de onda de fallas ABC sólidas con POW=90o. Fig. 9. Proyección de fallas A-G con POW=90o y RF = 50 ohms. Fig. 11. Proyección de fallas ABC sólidas con POW=90o. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 Fallas en línea L1 (distancia en %) 10, 20, 30, 40, 50, 60 ,70, 80, 90, 95 y 99% Fallas en línea L2 (distancia en %) 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60 ,70, 80, 90% Tabla III. Fallas ABC con RF=0 ohms, con instante de inserción a 90o. Fallas en la línea L1 (distancia en %) 10, 20, 30, 40, 50, 60 ,70, 80, 90, 95 y 99% Fallas en la línea L2 (distancia en %) 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60 ,70, 80, 90% 13 �Protección de sistemas eléctricos mediante... / Ernesto Vázquez Martínez, et al Diagrama de ﬂujo En la ﬁgura 12 se muestra el diagrama de ﬂujo del algoritmo; se observa como las señales de voltajes y corriente de fase se obtienen por medición en un extremo de la línea protegida a través de los transductores ópticos de corriente y potencial, posteriormente esas señales son desacopladas por medio de la transformación de Wedephol, y se obtiene la señal incremental ∆S1 correspondiente al modo de propagación aéreo 1. Cuando una falla ocurre en la línea el frente de onda es almacenado durante 25x10-6 seg, y una vez que se calcula el ángulo de inserción de falla y se han elegido el par de vectores de transformación adecuado, el vector que contiene la señal ∆S1 es proyectado en el subespacio de sus CP. En el caso de que la falla se detecte en un instante de tiempo que no coincida con los 16 utilizados para la obtención de las CP, el algoritmo considera que la falla ocurrió en el instante de tiempo inmediato superior, y utiliza las CP para ese tiempo. Así, cuando ocurre una falla interna (la proyección aparece en el semi-plano izquierdo de CP) se genera una señal de disparo al interruptor; el bloque detector de señales de falla tiene como función detectar las señales de disparo en caso de un análisis multi-modal. El algoritmo cuenta con un detector direccional el cual no se aborda en este trabajo, que genera una señal de bloqueo para fallas que ocurren detrás de la línea protegida.5 RESULTADOS Simulaciones en el sistema de prueba 1 Las tablas IV y V muestran casos de fallas monofásicas y trifásicas a los que se sometió el algoritmo para el sistema de prueba 1 (ver ﬁgura 4); sus correspondientes proyecciones se muestran en las ﬁguras 13 y 14; se aprecia como el algoritmo discrimina correctamente entre fallas internas (semiplano izquierdo) y fallas externas (semi-plano derecho). A diferencia de las pruebas anteriores, estas fallas son simuladas en instantes de tiempo distintos a los utilizados para el cálculo de las CP; por ejemplo, para la primera falla en la tabla IV, el POW es de 10.48 ms, lo que signiﬁca que el algoritmo utilizará el par de CP correspondientes a un POW de 11 ms. Tabla IV. Fallas ABC sólidas, sistema de prueba 1. Tipo de falla Distancia (km) POW (ms) ABC (interna) 81.80 10.48 ABC (interna) 122.18 5.94 ABC (interna) 62.85 9.51 ABC (interna) 35.00 11.46 ABC (interna) 9.19 12.42 ABC (interna) 193.21 2.97 ABC (externa) 8.28 11.21 ABC (externa) 80.36 4.82 ABC (externa) 82.31 3.18 ABC (externa) 78.82 1.05 ABC (externa) 144.39 6.80 ABC (externa) 22.43 13.40 Tabla V. Fallas A-G con RF > 0, sistema de prueba 1. Tipo de falla Fig. 12. Diagrama de ﬂujo del algoritmo propuesto. 14 Dist. (km) POW (ms) RF (ohms) AG (interna) 61.24 9.10 74.6 AG (interna) 10.60 10.10 20.0 AG (interna) 57.18 3.75 22.8 AG (interna) 61.53 8.78 71.5 AG (interna) 68.35 14.90 60.4 AG (interna) 188.46 3.90 5.36 AG (externa) 22.43 11.48 36.40 AG (externa) 144.39 6.27 15.7 AG (externa) 78.82 8.03 67.81 AG (externa) 82.31 1.18 56.14 AG (externa) 80.36 6.35 75.26 AG (externa) 108.28 4.61 10.47 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Protección de sistemas eléctricos mediante... / Ernesto Vázquez Martínez, et al Tabla VI. Fallas trifásicas sólidas, sistema de prueba 2. Fig. 13. Proyección de fallas ABC sólidas simuladas en el sistema de prueba 1. Tipo de falla POW (ms) Distancia (km) ABC(interna) 14 8 ABC(interna) 7 88 ABC(interna) 6 70 ABC(interna) 13.4 24 ABC(interna) 9.0 190 ABC(interna) 5.9 143 ABC(externa) 9.9 30 ABC(externa) 14.3 135 ABC(externa) 13.1 192 ABC(externa) 12 6 ABC(externa) 11 95 ABC(externa) 4 110 Tabla VII. Fallas monofásicas con resistencia de falla, sistema de prueba 2. Fig. 14. Proyección de fallas A-G simuladas en el sistema de prueba 1. Simulaciones en el sistema de prueba 2 Se realizaron pruebas en el sistema de prueba 2 (ver ﬁgura 15) con la ﬁnalidad de demostrar que el algoritmo puede detectar fallas en la línea protegida independientemente de la topología del sistema de potencia, esto es posible ya que las señales de entrada son normalizadas antes de ser procesadas. Fig. 15. Sistema de potencia de prueba 2. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 Tipo de falla POW (ms) Distancia (km) RF (ohms) A-G(interna) 9 90 20 A-G(interna) 4 88 40 A-G(interna) 3 70 60 A-G(interna) 10.9 24 20 A-G(interna) 4.8 190 40 A-G(interna) 8.6 143 60 A-G(externa) 2.4 30 20 A-G(externa) 11.1 135 40 A-G(externa) 6.0 139 60 A-G(externa) 13 145 20 A-G(externa) 9 95 40 A-G(externa) 3 195 60 Las simulaciones de falla se hicieron en un sistema de prueba más complejo usando las componentes principales generadas para el sistema de prueba 1, los casos de falla simulados se muestran en las tablas VI y VII, las ﬁguras 16 y 17 muestran sus proyecciones en el subespacio de las dos primeras CP; se aprecia como el algoritmo discrimina correctamente entre fallas internas (semi-plano izquierdo) y fallas externas (semiplano derecho). El algoritmo no tuvo problemas para clasiﬁcar las fallas independientemente del semi-ciclo en el que ocurren, su ubicación, la resistencia de falla 15 �Protección de sistemas eléctricos mediante... / Ernesto Vázquez Martínez, et al la ubicación del relevador reﬂejándose continuamente entre el bus y el punto de falla. Estas reﬂexiones sucesivas provocan distorsiones en el frente de onda originalmente generado por la falla. La distancia mínima a la que el frente de onda no es afectado es x = uTv donde u es la velocidad de propagación de la onda viajera y Tv es el tamaño de la ventana de datos; si u=300,000 km/s, y Tv = 25x10-6 segundos entonces x = 7.5 km. Fig. 16. Proyección de fallas ABC simuladas en el sistema de prueba 2 (Tabla VI). Fig. 17. Proyección de fallas A-G simuladas en el sistema de prueba 2 (Tabla VII). o el instante de inserción; incluso, el algoritmo resuelve el problema de clasiﬁcación, por lo que no es necesario utilizar ninguna otra técnica de clasificación de información. Esto es posible ya que para cada falla se calcula el instante de inserción, lo que permite elegir el par de vectores de transformación adecuados. Esto incrementa la conﬁabilidad del algoritmo para una discriminación correcta de la ubicación de la falla. El uso de la ventana de datos impone restricciones al detectar y discriminar fallas que ocurren cerca del bus local. Esto se debe a que una onda viajera generada por una falla cercana, llegará rápidamente a 16 CONCLUSIONES El algoritmo de protección propuesto usa la técnica de ACP con el propósito de obtener una representación en un subespacio de 2 dimensiones de los frentes de onda originados por un cortocircuito; esto permite simpliﬁcar el proceso de discriminación de la ubicación del cortocircuito ya que no se requiere el uso de técnicas de clasiﬁcación. La dependencia en el instante de inserción de fallas se eliminó obteniendo 16 pares de componentes principales, correspondiéndole un par para cada ángulo de inserción en un ciclo de 60 Hertz; para fallas que ocurran entre esos instantes se redondea al inmediato superior, esto permite que cualquier falla pueda ser clasiﬁcada sin importar el instante en que ocurrió ni su ubicación. Los resultados obtenidos en las pruebas muestran la capacidad del algoritmo propuesto para distinguir entre fallas internas y externas usando solamente el primer frente de onda, independientemente de la conﬁguración de la red eléctrica. Esto implica una disminución considerable en el tiempo de detección y liberación de fallas en líneas de transmisión, que tiene como consecuencia una reducción de los tiempos de interrupción del servicio eléctrico a los consumidores. REFERENCIAS 1. Stanley H. Horowitz, Power System Relaying, Second edition, Research Studies Press LTD. John Wiley and Sons inc. 1995 2. J. Lewis Blackburn, Protective Relaying, principles and applications, Marcel Dekker Inc., Bothell, Washington 1987. 3. Ernesto Vázquez Martínez, Application of Pattern Recognition with Principal Component Analysis Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Protección de sistemas eléctricos mediante... / Ernesto Vázquez Martínez, et al 4. 5. 6. 7. for Travelling Wave Protection, http://www. ipst.org/TechPapers/2001/IPST01Paper105.pdf, IPST ’01 - Rio de Janeiro, Brazil, June 24-28, 2001. P. A. Crossley and P. G. McLaren, “Distance protection based on travelling waves,” IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-102, no. 9, September 1983, pp. 29712983. A. T. Johns and S. K. Salman, Digital Protection for Power Systems. Peter Peregrinus LTD, England, 1995. Iván de Jesús Rivas Cambero, Tesis: análisis y evaluación de dos métodos de protección modal de distancia, CINVESTAV Guadalajara, Jalisco, Mayo 2002. Stefan Van Aelst, Principal Component Analysis, Ghent University, Faculty of Sciences, Department of Applied Mathematics and Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 Computer Science,Krijgslaan 281, S9 B-9000 Gent Belgium. 8. PSCAD/EMTDC - Tool for power system simulation, Manitoba Hydro, The Manitoba HVDC Research Centre, website www.pscad. com, Canada. 9. Christopher Chatﬁeld and Alexander J. Collins, Introduction to Multivariate Analysis, School of Mathematics, Bath University, Chapman and Hall, London-New York 1980. 10. E. H. Shehab-Eldin, P. G. McLaren, Travelling wave distance protection problem areas and solution, University Engineering Department, Trumpington Street, Cambridge, U.K. July 1988. 11. Gabriel Benmouy, Jeff Roberts, Superimposed Quantities: Their true nature and application in relays, Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Pullman, WA USA, SEL USA 1999. 17 �La vinculación universitaria y sus interpretaciones Guillermo Campos Ríos Germán Sánchez Daza Facultad de Economía, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. gcampos@siu.buap.mx sdaza@siu.buap.mx RESUMEN Este artículo hace un recorrido sobre las reﬂexiones existentes en México acerca del tema de la vinculación entre las Instituciones de Educación Superior (IES) y la Sociedad. El saldo de la relación entre universidades y sector productivo es de muy bajos resultados. Se ha consolidado un discurso en el que se hace explícito el deseo de avanzar en el acortamiento de distancias entre sociedad y escuela, pero no se corresponde con los resultados. En este artículo se aﬁrma que uno de los obstáculos más importantes para el avance de la vinculación es su manejo simplista, que no reconoce la existencia de una teoría especíﬁca sobre el tema y se sustituye por lo que aconseja el sentido común. No se cuenta con una deﬁnición de vinculación y está predominando un enfoque economicista. Una de las propuestas de este artículo es reconocer la vinculación como una función sustantiva adicional en las IES. PALABRAS CLAVE Programas de vinculación, universidad, sociedad, industria. ABSTRACT This article offers a revision of existing studies focused on the relationship between higher education institutions and society. The outcome of the relationship between Universities and Industry is certainly poor; an approach with the purpose of shortening the distance between schools and society has been given, however, the results are not as good as expected. This work states that the largest obstacles in the mentioned binding are the lack of a speciﬁc theory on the issue, the lack of a proper deﬁnition for this kind of relationship, and the ﬁnancial approach that is given to such matter. One of the proposals made in this article is giving the binding between society and institutions its deserved recognition as a main aspect to be considered by higher education institutions. KEYWORDS Relationship, university, society, industry. 18 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �La vinculación universitaria y sus interpretaciones / Guillermo Campos Ríos, Germán Sánchez Daza INTRODUCCIÓN En los dos últimos lustros la vinculación con la sociedad, especíﬁcamente con el sector productivo, ha sido uno de los objetivos más claramente buscados por todas las Instituciones de Educación Superior (IES) en México, aunque hay evidencias de que es un objetivo perseguido por la universidad latinoamericana en su conjunto. En nuestro país la solución se ha formalizado a través de la ﬁrma de convenios entre universidades y empresas; pero el problema no se ha resuelto; se han celebrado cientos, si no es que miles, de convenios de colaboración, se han creado amplias y costosas estructuras administrativas encargadas de esta función, realizado foros, debates, seminarios, y el balance –a la fecha– es negativo. Son mínimos los resultados. El supuesto básico de este artículo es que las IES mexicanas han emprendido “acercamientos” con la planta productiva o con la sociedad, a partir de un desconocimiento, especialmente teórico, de la función de vinculación, esta es una de las razones del fracaso de esta actividad, pues ante la carencia de una perspectiva teórica, se utiliza el sentido común como orientador de las acciones de acercamiento y, por los resultados obtenidos, esta no ha sido la mejor manera de atender dicho asunto. Es muy reciente el reconocimiento dentro de las propias universidades, de que ésta es una función que implica profesionalización. Se han gastado lustros en la recurrente formación de cuadros encargados de esta gestión para que, al cabo de un periodo rectoral –o antes– sean sustituidos por los nuevos administradores que, a su vez, reiniciarán el proceso cíclico de capacitación. Por otro lado, administrativamente las oﬁcinas de gestión de la vinculación están ubicadas en estructuras de tercer o cuarto nivel y, en muchas ocasiones, dependen de áreas cuya función no tiene nada qué ver con esta actividad, como ocurre en el frecuente caso de que estén dependiendo de las áreas de extensión universitaria, donde casi inevitablemente se confundirá la vinculación con la extensión. Existe una gestión universitaria que diﬁculta –de entrada– el desarrollo de la actividad de vinculación; sin embargo, no es la única restricción Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 y, por cierto, no es en la que nos detendremos en esta ocasión; nos ocuparemos, en cambio, en la que sirve de premisa a este artículo: la carencia de una teoría de la vinculación y, por ende, su confusión con otras actividades, básicamente las de extensión y las de prestación de servicios. El fracaso de la vinculación de la educación superior no es un problema exclusivo de México, el mismo proceso o el mismo comportamiento se encuentra al menos en los países de América Latina. Al respecto Arocena y Sutz1 muestran los resultados detectados en varias regiones: En Brasil, 8.3% de las empresas encuestadas declararon que la vinculación con la universidad fue importante para el desarrollo y logro de innovaciones; […] en México, los acuerdos de cooperación para proyectos innovadores solo alcanzaron el 6% de las empresas encuestadas[…] A su vez, en Venezuela, las vinculaciones con universidades son (del orden de) 3.5%...mientras en Chile, 25% de las empresas declara haber realizado contratos con universidades. Es claro que la vinculación entre la universidad latinoamericana y sus respectivos entornos productivos es una tarea pendiente. Existen evidencias sólidas de que se inicia, pero no tiene la amplitud que desearían aquellos que sólo manejan el modelo norteamericano, en el que algunas universidades operan con altos presupuestos derivados de la vinculación con empresas o fundaciones. EL CONCEPTO… O, ¿LOS CONCEPTOS? DE VINCULACIÓN Hoy por hoy no existe una única deﬁnición sobre la función de vinculación en las IES, cuando se la ha intentado deﬁnir se hace en términos sumamente generales e, incluso, en algunas ocasiones se considera como una categoría indeﬁnible “...tarea difícil resulta establecer una deﬁnición de la categoría vinculación, debido a que está constituida por un conjunto de acciones complejas 19 �La vinculación universitaria y sus interpretaciones / Guillermo Campos Ríos, Germán Sánchez Daza que se establecen entre instituciones de educación superior, institutos y centros de investigación con el sector productivo...”2 Sin embargo, en todos los escritos sobre el tema hay un aspecto compartido: considerar a la vinculación como axiológicamente positiva, como una función deseable o un elemento de “virtud” en las instituciones de educación superior. Sobre el momento en que surge esta actividad tampoco hay un total acuerdo, se tienen dos visiones: una, la más tradicional, considera que la vinculación existe desde que la actual universidad surgió. Lo cual se avala con la experiencia de ciertos países – europeos y norteamericanos- donde algunos sectores empresariales han jugado un papel fundamental en el origen y sostenimiento de IES. Desde este punto de vista, la vinculación es totalmente natural e incluso le conﬁeren características constantes a lo largo del tiempo y del espacio. Así pues, la vinculación sería un concepto homogéneo y válido para cualquier universidad y en cualquier tiempo, y los problemas de su instrumentación consistirían en hacer tan sólo algunas adecuaciones que exigieran las condiciones concretas. La otra posición considera que la vinculación debe entenderse como un proceso histórico deﬁnido por las condiciones sociales de cada momento. De esa manera, sería de esperar que hubiera diversos modelos, deﬁnidos en cada caso tanto por el momento histórico, como por las circunstancias concretas de cada institución. Existe una gran cantidad de artículos y libros que reseñan la experiencia de vinculación en las universidades norteamericana o europeas; sin embargo, sus procesos son tan radicalmente diferentes a lo ocurrido en México que no parece sensato tomar estas experiencias como modelos a seguir en relación con las estrategias de vinculación que se pudieran pensar para nuestro país. No obstante, es frecuente escuchar planteamientos que orientan las actividades de vinculación al seguimiento del modelo norteamericano. Para efecto de no incrementar la confusión sobre lo que podría entenderse por vinculación en un país como México y en unas circunstancias de profundo cambio en las universidades, nos restringiremos a los textos elaborados por investigadores mexicanos 20 que han abordado de manera sistemática este tema. Giacomo Gould Bei plantea que la vinculación ha formado parte del terreno de la educación superior por más de un siglo, aunque en muchos países –dice este autor– las antiguas universidades clasistas se resistieron durante mucho tiempo a la creación de “enlaces”. El origen de la universidad contemporánea y, por ende de la vinculación, sería a ﬁnales del siglo XIX.3 En la Universidad Autónoma de Puebla también se han hecho declaraciones en torno al momento en que se considera la génesis de la actividad de vinculación y se corresponde con la etapa señalada por Gould Bei: Cuando Justo Sierra, en 1910, introdujo la idea de que la actividad académica de la educación no debería permanecer ajena a las necesidades sociales y a la problemática del país, la extensión de la enseñanza superior y de la investigación hacia la sociedad quedó establecida como uno de los principios básicos de la Universidad. A partir de entonces, el que hacer de las instituciones de educación superior adquirió uno de sus compromisos más relevantes: contribuir con sus medios al desarrollo nacional.4 Existe otra corriente de investigadores que enfatizan el sentido socio-histórico de la vinculación y en ocasiones se maniﬁestan por la existencia de fases históricas en las que se deﬁne esta función. Entre dichos investigadores podemos señalar a Rebeca de Gortari,5 quien sostiene la existencia de Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �La vinculación universitaria y sus interpretaciones / Guillermo Campos Ríos, Germán Sánchez Daza dos revoluciones organizacionales que han dado origen a dos modelos diferentes de vinculación:5 Para abordarlo desde la perspectiva institucional, la propuesta de Etzkowitz y Webster6 establece la distinción de dos momentos clave en la relación entre universidad y sociedad: el de la primera revolución, que tuvo lugar en el siglo XIX, cuando se integró la investigación a las universidades como otra de sus tareas sustanciales, y el de la segunda, que se vive actualmente, que implica que las universidades asuman nuevas responsabilidades económicas con la sociedad, además de las anteriores de ofrecer educación y realizar investigación. Esta forma de abordar la vinculación permite centrarse en los cambios que se han dado en las estructuras organizacionales universitarias y en los valores de los diferentes actores involucrados [...] De allí que para asumir este nuevo papel, las instituciones de educación superior hayan iniciado desde la década de los setenta y especialmente en la de los ochenta, una etapa de formulación de políticas y estrategias que les permitía establecer una interacción distinta con el sector productivo.5 Sobre la propuesta de la existencia de periodos históricos que determinan la vinculación encontramos también a Carlos Payán,7 ex director de la Asociación Nacional de Universidades e Instituciones de Educación Superior (ANUIES), quien sitúa el origen de la vinculación en México en los años setenta del siglo XX, junto con el inicio de una política de investigación en las universidades de nuestro país. Él asocia la posibilidad de inicio de la vinculación sólo en la medida que exista un mínimo nivel de desarrollo de la investigación. Dicho de otro modo, no puede haber una vinculación real si no existe materia prima de intercambio que, en este caso, serían precisamente los resultados de la investigación; pero además, estos resultados deberían de poseer un cierto grado de desarrollo y aplicabilidad. Esta es una consideración bastante sugerente, pues Payán concluyó que sería hasta la década de 1990 cuando esta posibilidad de relación entre la planta productiva y la universidad se convertiría en una función verdaderamente viable. De modo que antes de esta fecha la vinculación podía deﬁnirse como prácticamente inexistente o como una actividad que estaba en proceso de Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 conformación. Para este autor la vinculación es un proceso que en ese momento vivía una fase más de su construcción. La actual sería una etapa que surge apenas como una nueva necesidad para las instituciones de educación superior, sería una especie de función adicional muy novedosa. En este orden de ideas, Rosalba Casas y Matilde Luna8 consideran que la vinculación ha pasado por tres etapas y se encuentra en el umbral de una cuarta etapa. Históricamente la primera etapa, de predominio académico termina hacia la década de los sesenta. La segunda etapa, en la que predomina un modelo de coordinación de políticas basadas en la autoridad estatal, ocurre en la década de los ochenta, caracterizada por acercarse a la oferta y demanda de conocimientos a través de los centros de investigación cientíﬁca, las IES y las empresas productivas. En esta etapa se iniciaron los mecanismos de ﬁnanciación e incentivos a la vinculación y, la tercera etapa, es la de la conformación de un modelo “neoestructural” que se haya estrechamente ligado a las políticas de integración al mercado.9 Estas investigadoras consideran que con el modelo neoestructural de la vinculación el sector privado aparece como un elemento racionalizador del sistema educativo y como factor de modernización. Se modiﬁcan los ﬁnes de la investigación, los cuales ya no son vistos exclusivamente en razón de su contribución al avance del conocimiento, sino que se amplían en función de objetivos prácticos más concretos que son deﬁnidos por las necesidades de las empresas, esta etapa inicia en los noventa. Por otro lado, existe una corriente de investigadores que han sembrado la inquietud de que la vinculación es realmente una nueva función de la universidad moderna y no una sub-función derivada de las actividades sustantivas tradicionales. Dichos académicos se han aglutinado en torno a Leonel Corona y un grupo de investigadores del Doctorado en Economía de la Tecnología, de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).10 Ellos sostienen entre otras cosas que: Debido a la creciente convergencia entre investigación cientíﬁca y el desarrollo tecnológico, una de las funciones de las universidades, la de producir conocimiento, tiene que tomar signiﬁcados 21 �La vinculación universitaria y sus interpretaciones / Guillermo Campos Ríos, Germán Sánchez Daza también nuevos (...) En realidad se requiere de un esfuerzo que incluya acciones gubernamentales, de agentes y actores de los sectores productivos y del llamado sistema de ciencia y tecnología. Aunque el mismo proceso de vinculación es deseable, no es fácil de deﬁnir ni de implantar.10 La carencia de una deﬁnición clara y operable de la vinculación ha llevado a visiones diferentes entre las que encontramos las siguientes: • Considerar que la vinculación tiene un contenido básicamente económico. • Considerar que la vinculación se resuelve exclusivamente mediante un acercamiento físico con la sociedad (visión ﬁsicalista, que también está fuertemente asociada a una visión asistencial). • Considerar que la vinculación es una nueva función sustantiva de las universidades. LA VISIÓN ECONOMICISTA En esta perspectiva encontramos aquellas visiones que conciben que a través de la venta de productos y servicios universitarios se obtendrán “jugosas” cifras de recursos económicos para las universidades. No ha sido posible hasta la fecha encontrar un documento oﬁcial que presente, de manera totalmente clara, esta posición; sin embargo, de manera directa los funcionarios y administradores de las instituciones universitarias, en general, la sostienen. Esta propuesta está altamente difundida aunque poco formalizada y documentada. Se fortalece en esta época de recortes presupuestales, pues crea la esperanza de usarla como una palanca de apoyo para sacar de la crisis ﬁnanciera a las universidades. La vinculación se ve básicamente como venta de servicios. Esta es una visión un tanto idílica, ya que las evidencias empíricas señalan que, aún en los casos de las universidades más desarrolladas de nuestro país como la UNAM o la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, con una base de investigación altamente consolidada, en las cuales la vinculación con el sector industrial y público ha cristalizado importantes convenios y contratos de asesoría, los recursos que aporta representan aún cantidades porcentualmente pequeñas respecto a sus presupuestos totales. 22 En ese sentido Matilde Luna señala:8 Dado que desde el punto de vista del posible ﬁnanciamiento derivable de la vinculación no se resuelve, de manera importante, la problemática económica de las universidades, (...) el principal móvil de la vinculación se centra en las diferentes ﬁnalidades y dinámicas (de empresas y universidades), así como de los cambios en la política económica y la necesidad de las universidades públicas de legitimar su existencia y demostrar su relevancia en la sociedad. Según se desprende de la cita anterior, la perspectiva economicista sería tan sólo una parte de lo que realmente signiﬁca la vinculación. Sin negar esta alternativa, es evidente que debe complementarse con otro tipo de ﬁnalidades. En este mismo esquema de conceptualización se puede incorporar la propuesta que el Equipo de Estudios Industriales de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla ha manejado bajo el nombre de “vertiente productivista”,11 pero que en esencia es una modalidad de la visión economicista enﬁlada estrictamente hacia la actividad productiva. Esta perspectiva –también muy extendida, aunque no totalmente reconocida– entiende a la vinculación como válida, sólo si la realiza el sector productivo de la economía y más especíﬁcamente la estructura industrial. Esta es la perspectiva más polémica, ya que se asocia a una práctica muy común en las universidades. Podemos notar que la llamada vinculación en el contexto de la educación y la producción se ha utilizado para identiﬁcar de manera estricta un conjunto de actividades y servicios que las instituciones de investigación y educación superior realizan para atender problemas tecnológicos del sector productivo. En este sentido la vinculación señala un proceso de transferencia de tecnologías que puede implicar el establecimiento de puentes entre la investigación cientíﬁca y el desarrollo tecnológico para atender problemas del entorno.9 Es importante notar que el nivel de desarrollo de la investigación será el “cuello de botella” fundamental para emprender una estrategia de vinculación de tipo productivista. Para hacer viable la vinculación no sólo se necesita tener investigación en el laboratorio universitario; se requiere que los Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �La vinculación universitaria y sus interpretaciones / Guillermo Campos Ríos, Germán Sánchez Daza resultados de la investigación estén en posibilidades de ser transferidos como tecnología. LA VISIÓN FISICALISTA Esta modalidad considera que la vinculación se veriﬁca, casi de manera exclusiva, en la medida en que se acortan las distancias materiales (físicas), entre universidad y sociedad, de modo que desde este punto de vista, casi cualquier cosa es susceptible de ser reconocida como vinculación: desde la instalación de un consultorio dental en alguna colonia pobre, hasta la presentación de una obra de teatro, o la elaboración de programas de educación a distancia, o la capacitación de recursos humanos en fábricas, o la transferencia de tecnología. Esta perspectiva hace casi imposible diferenciar las actividades que realmente podrían caer, en este momento, dentro de una moderna deﬁnición de vinculación. Esta visión prosperó sobre todo en la década de 1970, cuando la reivindicación del carácter popular de la educación fortaleció las orientaciones que se apoyaban en un fuerte asistencialismo a sectores desprotegidos económica y socialmente. En la mayoría de sus expresiones se llegó a confundir la extensión universitaria con la vinculación y además se les ligó de manera ineludible con propuestas de tipo asistencial. LA VINCULACIÓN COMO NUEVA FUNCIÓN ACADÉMICA EN LAS UNIVERSIDADES Hasta ahora se plantea que las universidades tienen tres funciones sustantivas: la docencia, la investigación y la extensión. Sin embargo, Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 cada vez es más necesario ampliar este horizonte de funciones hacia la vinculación. Fue desde el Informe de labores de 1984 de la UNAM cuando se planteó la posibilidad de entender la vinculación como una nueva función y no como parte de la extensión universitaria. A partir de entonces, este concepto pareció adquirir más amplitud. Ahora se le considera un eje estructurador de la planeación académica, esto es, que las funciones de docencia e investigación universitarias encuentran mecanismos y formas de articulación de manera más estrecha y efectiva con la sociedad y la economía, salvando el carácter asistencial que hasta antes prevalecía. Este cambio signiﬁca además el establecimiento de un nuevo contrato social entre la academia y la sociedad, el cual requiere de un amplio y fuerte apoyo gubernamental, de acuerdo con el papel que se le ha asignado a la investigación en el nuevo modelo económico. La adopción de este nuevo contrato y su traducción e instrumentación variará, obviamente, de una institución a otra y dependerá en gran medida de la respuesta y el sostén de las políticas nacionales e internacionales. La vinculación es una función que permite a las universidades realinear sus objetivos y visiones a futuro, sin dejar de tener los pies sobre la tierra ni de reconocerse como una parte más de la sociedad. Ayuda a las universidades a identiﬁcarse como instituciones interesadas en participar en la solución de las problemáticas que enfrentan los ciudadanos de las regiones en las cuales están localizadas o de la sociedad en general. Al igual que el resto de las funciones universitarias, ésta debe integrarse a la cotidianidad académica y ser resuelta de manera colectiva. Las oﬁcinas de vinculación sólo asumen el papel de “facilitadoras” de esta actividad que día a día cultivan y consolidan los académicos e investigadores de cada facultad o centro de investigación. Esta nueva propuesta incluye también aspectos fundamentales como: a) La inclusión de la evaluación de la propia vinculación y b) La vinculación sobre todo, al interior de la propia universidad. Es imprescindible fomentar la vinculación interna como fase de arranque en los proyectos 23 �La vinculación universitaria y sus interpretaciones / Guillermo Campos Ríos, Germán Sánchez Daza globales de vinculación con el exterior. El área de vinculación deberá ganar un liderazgo académico y generar conﬁanza moral entre los universitarios, de modo tal que le permita impulsar nuevas formas de comunicación entre ellos y la academia, entre facultades, entre centros de investigación, así como entre unos y otros. En este sentido, las instancias de vinculación no deben constituirse como entes por encima o sustituyendo a otras dependencias existentes en las IES, por el contrario, deberían de ser funcionales con estas –que han surgido por las circunstancias especíﬁcas de cada centro o dependencia y que han permitido avanzar en tales actividades. La vinculación se debe considerar como una actividad que obliga a una constante retroalimentación de conocimiento y aprendizaje entre las diversas funciones e instancias intrauniversitarias y con el conjunto de la sociedad. CONCLUSIONES No contar con una teoría uniﬁcada sobre la vinculación se ha traducido en restricciones al avance de este tipo de actividad en las universidades mexicanas. La vinculación se puede entender como una nueva función sustantiva de las universidades. Con ella, éstas se ven obligadas a construir “redes de acción” que están más allá de la propia universidad; es decir, incluyen un programa fuertemente relacionado con otros agentes, como el gobierno, las entidades productoras, el sistema educativo en su conjunto y sobre todo los centros de investigación del nivel superior, e incluso, sectores de la sociedad que puedan colaborar –en una estructura realmente operativa– en la construcción de los marcos más generales de la vinculación. Esto, por supuesto, no implica subordinar la acción de vinculación universitaria a los probables acuerdos emanados de una estructura tan amplia como la descrita. Existe la posibilidad de crear una estrategia de vinculación que, para hacerla más efectiva, adopte –al menos inicialmente– un perﬁl deﬁnido por su carácter regional y por su orientación sectorial. La adopción de la vinculación como una más de las funciones sustantivas de las universidades 24 implica construir un marco de evaluación claro y pertinente de sus resultados. El desarrollo de la vinculación estará en función de los avances en las actividades de investigación, especialmente en cuanto a contar con productos que permitan ser transferidos exitosamente a la sociedad o al sector productivo. Finalmente, vale la pena destacar que la vinculación como función de las IES tampoco puede resolver los problemas productivos del país y/o de la región, en particular el desarrollo de la tecnología, es decir que no puede sustituir la responsabilidad del sector empresarial para invertir y efectuar actividades de innovación, las IES pueden contribuir, y de manera sustancial, a ellas. REFERENCIAS 1. Arocena, R. y Sutz, J. (2001). La universidad latinoamericana del futuro. Buenos Aires: UDUAL. 2. López Leyva, S. (1997). La vinculación de la ciencia y la tecnología en el sector productivo: su perﬁl económico”. Ed. UAS. México 3. Gould, G. (1997). Vinculación universidad-sector productivo. Una reﬂexión sobre la planeación y operación de programas de vinculación. México: Asociación Nacional de Universidades e Instituciones de Educación SuperiorUniversidad Autónoma de Baja California. 4. Moreno, R. (1998, agosto). Pasado, presente y futuro del servicio social en la BUAP. Revista Gaceta Universidad, 9 [Nueva época], pp. 22-28. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �La vinculación universitaria y sus interpretaciones / Guillermo Campos Ríos, Germán Sánchez Daza 5. De Gortari, R. (1994). La vinculación, parte de las políticas universitarias. En M. Á. Campos y L. Corona (Coords.), Universidad y vinculación: Nuevos retos y viejos problemas (pp. 3144). México: Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y en Sistemas, Universidad Nacional Autónoma de México. 6. Etzkpwitz H., Webster A. (1991) Academic an industry relations. The second academic revolution? London Science Policy Support Group. London UK. 7. Payán, C. (1978). Bases para la administración de la educación superior en América Latina. El caso de México. México: INAP. 8. Luna, M. (1997). Panorama de la vinculación en la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM). En R. Casas y M. Luna (Coords.), Gobierno, academia y empresas en México. Hacia una nueva conﬁguración de relaciones (pp. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 229-246). México: Plaza y Valdés-Universidad Nacional Autónoma de México. 9. Casas, R. y De Gortari, R. (1997). La vinculación en la UNAM: hacia una nueva cultura académica basada en la empresarialidad. En R. Casas y M. Luna (Coords.), Gobierno, academia y empresas en México. Hacia una nueva conﬁguración de relaciones (pp. 163-227) México: Plaza y ValdésUniversidad Nacional Autónoma de México. 10. Corona, L. (1994). La universidad ante la innovación tecnológica. En M. Á. Campos y L. Corona (Coords.), Universidad y vinculación. Nuevos retos y viejos problemas (pp. 123-138). México: UNAM. 11. Campos, M. Á. y Sánchez Daza, G. (1999). La vinculación, tarea incumplida por las universidades. (Documento mimeograﬁado). Puebla: Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Facultad de Economía. México. 25 �Nanopartículas de CdS obtenidas por microondas Samuel Martínez Ortíz, Thelma Elizabeth Serrano Quezada, María Idalia Gómez de la Fuente Facultad de Ciencias Químicas, UANL. mgomez@fcq.uanl.mx Moisés Hinojosa Rivera FIME-UANL hinojosa@gama.ﬁme.uanl.mx RESUMEN En este trabajo se presentan los resultados de la síntesis de nanopartículas de CdS por medio de microondas. En el proceso se usaron Tioacetamida (TAA), CdCl2 y una solución para variar el pH a valores de 8, 9 ó 10. El calentamiento se llevó a cabo por medio de microondas a 1000 W, durante 60 s. Los productos obtenidos se caracterizaron mediante espectroscopía UV-Vis, análisis textural a partir de isotermas de adsorción de N2 utilizando el método BET, microscopía de fuerza atómica (MFA) y difracción de rayos X (DRX) en polvos. Los resultados del análisis textural muestran un área superﬁcial de hasta 106.4 m2/g. Se conﬁrmó que el producto consiste en realidad de nanopartículas de CdS y que su tamaño depende del pH. PALABRAS CLAVE Microondas, síntesis, CdS, nanopartículas. ABSTRACT The results of the synthesis of nanoparticles of CdS are presented in this article. Thioacetamide (TAA), CdCl2 and a solution for varying the pH value to 8, 9 or 10 were employed in the process. Heating was carried out by means of microwaves at 1000W during 60 s. The obtained product were characterized by means of UV-Vis spectroscopy, textural analysis from adsorption isotherms with N2 using the BET method, atomic force microscopy (AFM) and X rays diffraction (XRD) of powders. The textural analysis shows a surface area up to 106.4 m2/g. It was conﬁrmed that the product consists indeed of CdS nanoparticles, and that their size depends of the pH. KEYWORDS Microwaves, synthesis, CdS, nanoparticles. 26 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Nanopartículas de CdS obtenidas por microondas / Samuel Martínez, et al INTRODUCCIÓN En la época actual, la necesidad de nuevos materiales que satisfagan las características que los avances tecnológicos requieren, ha encauzado a la investigación a virar el rumbo del esfuerzo cientíﬁco a una nueva era en el estudio de la ciencia de los materiales, aportando como resultado, el desarrollo de una naciente pero interesante rama del conocimiento, la nanociencia. Las propiedades de los sólidos cristalinos son generalmente caracterizadas sin tomar como referencia su tamaño ya que éste generalmente solo tiene inﬂuencia cuando se trabaja con sistemas de tamaños menores a 10 nm.1 El desarrollo de materiales y la síntesis de cristales inorgánicos de una manera controlable ha sido la meta de muchas investigaciones en la actualidad, cuyo principal interés es el control del tamaño.2-7 En los últimos años se ha suscitado un especial interés en semiconductores a escala nanométrica, en especial en los sulfuros de los metales de transición, semiconductores que tienen aplicación como sensores, ﬁltros ópticos, celdas solares, sistemas fotocatalíticos, entre otras.6-8 Los nanocristales de los semiconductores están siendo estudiados extensivamente debido a sus propiedades ópticas, las cuales son altamente dependientes del tamaño y morfología del cristal, ya que las variaciones en las características fundamentales que se muestran en la fase de transición a la conductividad eléctrica, pueden inducirse controlando el tamaño del cristal.9-11 Usando estos nuevos conocimientos, se pretende mejorar los materiales ya existentes para un uso más efectivo, tal es el caso de lo que se intenta efectuar con la síntesis de nanopartículas semiconductoras de CdS, ya que éste tiene propiedades ópticas que no se observan normalmente en otra clase de materiales semiconductores. Dichas propiedades se modiﬁcan particularmente al disminuir el tamaño de la partícula, además, éstas son diferenciadas cuando la estructura cristalina de la nanopartícula cambia.12-13 El material semiconductor CdS, puede presentar dos arreglos cristalinos, uno de ellos es una estructura cúbica tipo blenda de zinc y la otra es una estructura cristalina hexagonal tipo wurtzita. Los semiconductores representan una clase de bloques Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 construidos a nanoescala y que han sido utilizados para construir estructuras electrónicas incluyendo los diodos emisores de luz, fotodetectores, láseres altamente eﬁcientes y sistemas fotocatalíticos. El buen funcionamiento de un semiconductor está ligado a propiedades importantes como su cristalinidad y el tamaño de las nanopartículas. Una de las preguntas más interesantes es cómo las propiedades moleculares son muy remarcadas cuando el tamaño de las nanopartículas de los semiconductores decrece.14-17 En las transformaciones del estado sólido no se puede olvidar la inﬂuencia que ejercen las interacciones entre los átomos en la superﬁcie del nanocristal, ya que éstas pueden alterar la energía relativa de la superﬁcie de alguna de las dos fases, por lo que el tamaño debe controlarse mediante la terminación o el truncamiento del crecimiento. Para detener el proceso de crecimiento,10,11,18 se ha recurrido al acoplamiento de compuestos orgánicos en la superﬁcie del nanocompuesto. Ahora bien, en la época de los años 40 se comienza a utilizar microondas como una efectiva herramienta de calentamiento, principalmente en la industria alimenticia. Fue hasta la década de los años 80 que esta técnica fue introducida a estudios meramente cientíﬁcos y su aplicación se extendió a la síntesis de materiales en altas temperaturas sin el peligro de la exposición a ellas, además, mejoró considerablemente los tiempos de proceso. Esta técnica fue utilizada principalmente en la síntesis de compuestos orgánicos, investigaciones de las cuales se encuentran numerosos trabajos publicados.19-21 La aplicación de esta técnica en materiales inorgánicos ha avanzado más lentamente debido a que el calentamiento con microondas puede provocar una ligera variación en las propiedades mecánicas del compuesto sintetizado.20 Por otra parte, se sabe que la eﬁcacia de esta metodología se debe principalmente a las interacciones del momento bipolar de las moléculas presentes con la frecuencia de radiación, por lo tanto se puede deducir que el agua es un excelente solvente para las reacciones que involucren microondas por su alto momento bipolar. Esta ruta de síntesis se ha utilizado para producir componentes inorgánicos desde 1986.22-25 Comparada con otros 27 �Nanopartículas de CdS obtenidas por microondas / Samuel Martínez, et al PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Reactivos Se utilizó CdCl2 como precursor del catión [Spectrum Quality Products, Inc; Assay 95.0%], Tioacetamida (CH3CSNH2) como precursor del anión [MERCK Gehalt 99.0%], KOH, Metanol y Agua Destilada. Síntesis Se preparó una solución con 0.1125g de Tioacetamida y una segunda solución con 0.1374g de CdCl2, a un volumen de 50 ml. Una tercera solución se preparó para controlar el pH de la reacción, la cual se realizó con 1.5 g de KOH a un volumen de 40 ml. Posteriormente se mezclaron las tres soluciones y se sometieron a un tratamiento térmico en un horno de microondas de 2.45 GHz a 1000 W de potencia máxima durante 60 segundos. Se controló el pH en tres niveles: 8, 9 y 10. Los sólidos obtenidos se pasaron a tubos de ensayo, se agregó metanol como agente de lavado y posteriormente se trataron por ultrasonido en agua por 10 minutos para eliminar los subproductos, centrifugando y dejando secar las muestras a temperatura ambiente por un lapso de 24 horas en la oscuridad. Caracterización Los sólidos obtenidos se caracterizaron mediante análisis de espectroscopía de UV-Vis con reﬂectancia difusa, Análisis Textural, Microscopía de Fuerza Atómica y Difracción de Rayos X. El análisis por UV-Vis se realizó en un aparato Perkin Elmer de UVVis Lambda 12 con esfera de integración Labsphere. Las pruebas texturales se realizaron en un aparato Quantachrome Autosorb Automated Gas Sorption. La difracción de rayos X, se llevó a cabo en un 28 Difractómetro Siemens D5000 utilizando radiación Cu Kα (λ=1.5418 ). La intensidad fue medida en el rango entre 10º y 85º con un paso de 0.05º RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se obtuvieron sólidos de color anaranjado en diferentes intensidades de tono, estando éste en función del pH utilizado. Dichos espectros de absorción del análisis por UVVis del nanocompuesto CdS obtenido por microondas a valores de pH: 8, 9 y 10 se muestran en la ﬁgura 1, los espectros fueron barridos de 300 a 700 nm. Los espectros mostraron pruebas del efecto de conﬁnamiento cuántico que indica la formación de partículas de tamaño nanométrico. Trabajos teóricos muestran que el umbral de absorción de la longitud de onda del espectro de absorción del UV-Vis proporciona una estimación razonable del tamaño de partícula,7 en función de la posición y espaciamiento de estos, teniendo una relación de energía de banda prohibida inversamente proporcional al cuadrado del radio, Eg 1/r2. Los cambios del espectro de absorción del sulfuro de cadmio cambian con el tamaño de partícula, esto demuestra que variando el pH de la reacción se pueden obtener diferentes tamaños de partículas y que esta disminución del tamaño afecta las propiedades físicas del CdS. Las partículas más grandes, que son aproximadamente de 10 nm comienzan a absorber cerca de 600 nm. Cuando el tamaño del nanocristal disminuye el compuesto empieza a absorber a longitudes de onda más cortas (520 nm), tal es el caso del espectro de absorción de la muestra que se obtuvo controlando la reacción a pH 8, lo cual indica que al disminuir 1.6 1.4 1.2 Absorbancia métodos convencionales, la síntesis por microondas tiene como ventaja que es una reacción que se realiza en poco tiempo y produce pequeñas partículas con una estrecha distribución de tamaño y alta pureza. El objetivo planteado en este trabajo es el de sintetizar nanopartículas de sulfuro de cadmio (CdS) bajo un campo de microondas de 2.45 GHz provocando así un truncamiento en el crecimiento de las mismas. pH 10 1.0 0.8 pH 9 0.6 0.4 pH 8 0.2 0.0 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 Longitud de onda (nm) Fig. 1. Espectros UV-Vis de CdS sintetizado a diferentes valores de pH. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Nanopartículas de CdS obtenidas por microondas / Samuel Martínez, et al Tabla I. Área Superﬁcial y Energía de banda prohibida del CdS Sintetizado. pH Área Superﬁcial (m2/g) Eg (eV) 8 106.40 2.29 9 56.66 2.20 10 47.59 2.08 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 Para calcular el área superﬁcial del producto se usó el método de Brunauer-Emmett-Teller, (BET), que se basa en la adsorción física de un gas en la superﬁcie sólida. Generalmente se utiliza nitrógeno como adsorbato y se determina la cantidad de gas adsorbido en el equilibrio a su punto de ebullición normal (-195.8 ºC) en un intervalo de presiones inferiores a una atmósfera. Los datos obtenidos son los volúmenes de gas adsorbido a una serie de presiones en la cámara de adsorción. La ﬁgura 2 muestra las isotermas de adsorción de nitrógeno por el compuesto obtenido a los diferentes valores de pH utilizados. 250 pH 8 200 Volumen (cc/g) el valor de pH en la reacción se obtienen menores tamaños de partícula. En el espectro de absorción de la muestra que se obtuvo cuando la reacción se controló a un valor de pH 10 se puede observar claramente que se tienen partículas mayores. Con la reducción del tamaño de partícula, el ancho de banda del semiconductor se hace mayor y hay un fenómeno observable de traslación en los espectros de emisión de la ﬁgura 1, esto es, el movimiento de la curva de absorción hacia longitudes de onda menores. A esto se le llama el efecto del tamaño cuántico de la partícula del semiconductor.2, 3, 5, 26 Los valores de la banda de energía prohibida del sólido fueron calculados a partir de la ecuación α(hv) = A(hν-Eg)m/2, donde α es el coeﬁciente de absorción, hν es la energía del fotón y m =1 para una transición directa entre las bandas de valencia y de conducción. A partir de estos espectros de UV-Vis, la Eg fue calculada por extrapolación de una línea recta a partir de la curva de absorción hacia el eje de la abscisa. Cuando α es igual a cero, entonces Eg = hν. La longitud de onda en nanómetros correspondiente a dicha extrapolación se convierte en unidades de energía en electrón volts (eV). Para el compuesto obtenido en los diferentes niveles de pH la extrapolación corresponde a los valores mostrados en la tabla I. En estos resultados se puede apreciar un aumento en la energía de banda prohibida en función de la disminución de tamaño de partícula, sin embargo cabe mencionar que el valor de energía de banda prohibida reportada para este compuesto es de 2.42 eV,27 por lo que los valores encontrados demuestran el efecto del tamaño del nanocristal en la estructura de bandas de este compuesto, lo cual resulta de la disminución en el deslizamiento molecular del orbital con disminución en las dimensiones atómicas del arreglo, por lo que la longitud de onda de absorción presenta un corrimiento hacia el azul.28 pH 9 150 pH 10 100 50 0 0.00E+00 1.00E-01 2.00E-01 3.00E-01 4.00E-01 5.00E-01 6.00E-01 7.00E-01 8.00E-01 9.00E-01 1.00E+00 1.10E+00 Presión relativa P/Po Fig. 2. Isotermas de Adsorción para el nanocompuesto CdS. Los valores calculados del área superﬁcial del CdS sintetizado, se muestran en la tabla I. En estos resultados puede apreciarse que se obtuvo una mayor área superﬁcial a un menor pH. El área superﬁcial de las nanopartículas está íntimamente relacionada con el tamaño de éstas, por lo que se observa que existe una relación entre los resultados del área superﬁcial con los datos obtenidos del análisis por UV-Vis. A mayor área superﬁcial se obtiene un tamaño de partícula mucho menor y una menor absorción de longitud de onda a medida que el tamaño de la partícula decrece, en estos resultados se puede observar que en el experimento a pH 8 se obtiene un área superﬁcial muy grande con tan solo disminuir una unidad el valor del pH de la síntesis. Debido a la alta dispersión de las nanopartículas obtenidas a pH 8, solo fue posible preparar muestras de sólidos obtenidos a pH 10, en la ﬁgura 3 se muestra una imagen de microscopía de fuerza atómica de una de las muestras del CdS sintetizado a este pH, la imagen se obtuvo de un análisis 29 �Nanopartículas de CdS obtenidas por microondas / Samuel Martínez, et al CONCLUSIONES Se sintetizaron nanopartículas de CdS mediante el truncamiento de crecimiento por efecto de microondas. Existe una relación directa entre el pH de síntesis y el tamaño de nanopartícula de CdS, pero en relación inversa con el área superﬁcial y energía de banda prohibida, obteniéndose menor tamaño de partícula a un pH de 8, con un área superﬁcial de hasta 106.4m2/g y energía de banda prohibida de 2.29 eV. Fig. 3. Imagen de Microscopía de Fuerza Atómica del CdS sintetizado a pH 10. del CdS sintetizado, el cual fue depositado vía precipitación de una suspensión preparada. En esta micrografía se pueden observar partículas esféricas de CdS con tamaños que van de 50 a 100nm, así como aglomerados los cuales se formaron debido a la preparación de la muestra para su análisis por esta técnica, ya que su alta área superﬁcial y el tiempo implicado en ello favoreció la coalescencia de partículas. El análisis mineralógico del compuesto obtenido se realizó por difracción de rayos X en polvos. En la ﬁgura 4 se presenta el espectro de difracción obtenido para una muestra sintetizada a pH 10, en donde se aprecia que éste coincide con las difracciones reportadas para el compuesto CdS con estructura de wurtzita, ésta fue determinada mediante análisis del monocristal (80-0019 JCPDS), lo cual permite asegurar que el nanocompuesto sintetizado es CdS. Así también se puede apreciar el bajo número de conteos (intensidad) lo cual es indicativo de materiales nanométricos, cuyos espectros tienden a mostrar un comportamiento tipo amorfo.29 Fig. 4. Difractograma del compuesto de CdS sintetizado a pH 10. 30 AGRADECIMIENTOS A los laboratorios de Vía Húmeda y Sol-Gel, así como también al laboratorio de Cerámica Tradicional ambos de la Facultad de Ciencias Químicas. Al laboratorio del programa doctoral en Ingeniería de Materiales de la FIME. A la dirección de la Facultad de Ciencias Químicas y al Programa PAICYT por el apoyo económico para el desarrollo de esta línea de investigación. BIBLIOGRAFÍA 1. A.P. Alivisatos. “Perspectives on the Physical Chemistry of Semiconductor Nanocrystals”. J. Phys. Chem. 1996, 100, 13226-13239. 2. Arnim Henglein. “Small-Particle Research: Physicochemical Properties of Extremely Small Colloidal Metal and Semiconductor Particles”. Chem. Rev. 1989, 89, 1861-1873. 3. Cheng Tao; Suping Zheng; Helmuth Möhwald; Junbai Li. “CdS Crystal Growth of Lamellar Morphology within Templates of Polyelectrolyte/ Surfactant Complex”. Langmuir. 2003, 19, 9039-9042. 4. Ch. Barglik-Chory; Ch. Remenyi; H. Strohm; G. Müller. “Adjustment of the Band Gap Energies of Biostabilized CdS Nanoparticles by Application of Statistical Design of Experiments”. J. Phys. Chem. B. 2004, 108, 7637-7640. 5. Manoj E. Wankhede; Santosh K. Haram. “Synthesis and Characterization of Cd-DMSO Complex Capped CdS Nanoparticles”. Chem. Mater. 2003, 15, 1296-1301. 6. Vijay T. John; Gary L. McPherson. “Morphology of CdS Nanocrystals Synthesized in a Mixed Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Nanopartículas de CdS obtenidas por microondas / Samuel Martínez, et al Surfactant System”. Nano Lett. 2002, Vol. 2, No. 4, 263-268. 7. Angela Agostiano. “Synthesis and Characterization of CdS Nanoclusters in a Quaternary Microemulsion: the Role of the Cosurfactant”. J. Phys. Chem. B. 2000, 104, 8391-8397. 8. Nicholas A. Kotov. “CdS Nanoparticles Modiﬁed to Chalcogen Sites: New Supramolecular Complexes, Butterﬂy Bridging, and Related Optical Effects”. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 3980-3992. 9. Chien M. Wai. “Water-in-CO2 Microemulsions as Nanoreactors for Synthesizing CdS and ZnS Nanoparticles in Supercritical CO2”. Nano Lett. 2002, Vol. 2, No. 7, 721-724. 10. A. Paul Alivisatos. “Band Gap Variation of Sizeand Shape-Controlled Colloidal CdSe Quantum Rods”. Nano Lett. 2001, Vol. 1, No. 7, 349-351. 11. Takayuki Hirai. “Stabilization of CdS Nanoparticles Immobilized on Thiol-Modiﬁed Polystyrene Particles by Encapsulation with Polythiourethane”. J. Phys. Chem. B. 2001, 105, 9711-9714. 12. H. Weller. “CdS Nanoclusters: Synthesis, Characterization, Size Dependent Oscillator Strength, Temperature Shift of the Excitonic Transition Energy, and Reversible Absorbance Shift”. J. Phys. Chem. 1994, 98, 7665-7673. 13. Lian Gao. “Synthesis and Characterization of CdS Nanorods via Hydrothermal Microemulsion”. Langmuir. 2003, 19, 208-210. 14. H. S. Zhou. “Coated Semiconductor Nanoparticles: The CdS/PbS System’s Synthesis and Properties”. J. Phys. Chem. 1993, 97, 895-901. 15. M. P. Pileni. “Oil in Water Micellar Solution Used To Synthesize CdS Particles: Structural Study and Photoelectron Transfer Reaction”. Langmuir. 1994, 10, 4446-4450. 16. Mostafa A. El-Sayed. “Picosecond Electronic Relaxation in CdS/HgS/CdS Quantum Dot Quantum Well Semiconductor Particles”. J. Phys. Chem. 1996, 100, 6381-6384. 17. Mingyuan Gao. “Enhancement Effect of Illumination on the Photoluminescence of Water- Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 Soluble CdTe Nanocrystals: Toward Highly Fluorescent CdTe/CdS Core-Shell Structure”. Chem. Matter. 2004, 16, 3853-3859. 18. Guoshong Cao. “Nanostructures and nanomaterials”. Imperial College Press. 2004. 19. C. Ludlow-Palafoz, H. Chase. “Microwaveinduced pyrolysis of plastic wastes”. Ind. Eng. Chem. Res. 40 2001 22 4749–4756. 20. G.M.B. Parkes, P.A. Barnes, G. Bond and E.L. Charsley. “Qualitative and quantitative aspects of microwave thermal analysis”. Thermochimica Acta 356 2000 1-2 85-96. 21. A.C. Metaxas. “Industrial Microwave Heating”. Peter peregrinus Ltd, 1983. 22. Laurel M. Sheppard. “Manufacturing Ceramics with Microwaves: The potential for Economical Production”. Ceramic Bulletin. 67 1988 10 1656-61. 23. Palaith David and Silberglitt Richard. “Microwaves Joining of Ceramics”. Ceram. Bull. 68 1989 9 1600. 24. Idalia Gómez, Maryangel Hernández, Juan Aguilar, Moisés Hinojosa. “Comparative Study of Microwave and Conventional processing of MgAl2O4-based Materials”. J. International Ceramics. 30 2004 6 893-900. 25. G. Vargas, J.C. Pérez, J. Méndez, M. Méndez, P. Pena. “Espumado por microondas de mezclas de silicato de sodio-ortofosfato cálcico dibásico”. Bol. de la Soc. Esp. de Cerámica y Vidrio. 41 2002 5 481-486. 26. M. P. Pileni. “Synthesis of Cadmium Sulﬁde in Situ in Cadmium Bis(ethyl-2-hexyl) Sulfosuccinate Reverse Micelle: Polydispersity and Photochemical Reaction”. Langmuir. 1992, 8, 1049-1053. 27. J. Richard Christman. “Fundamentals of Solid State Physics”. John Wiley & Sons. 1988. 28. Nathan S. Lewis and Mary L. Rosenbluth. “Theory of Semiconductor Materials”, Peter peregrinus Ltd, 1983. 29. A.A.Guzelian et al. “Synthesis of Size-Selected, Surface-Passivated InP Nanocrystals”. J. Phys. Chem. 100 1996 17 7212-19. 31 �Caracterización de CaZrO3 síntetizado vía sol-gel Lenia Lucía Cardona Hernández Facultad de Ciencias Químicas, UANL lenialucia@gmail.com Juan Antonio Aguilar Garib Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL jaguilar@gama.ﬁme.uanl.mx RESUMEN En este artículo se presenta el análisis de un método para obtener una perovskita (CaZrO3) mediante Sol-Gel, considerando variables de acidez de la solución en la preparación de precursores, una rutina de secado y un tratamiento térmico a los geles obtenidos. Se encuentra que el uso de Ácido etilendiaminatetra acético (EDTA) es importante para la producción de zirconato de calcio (CaZrO3) sobre otros compuestos de los mismos elementos. Se concluyó que este método permite la síntesis de CaZrO3, bajo ciertas condiciones, aun sin tratamiento térmico. PALABRAS CLAVE Perovskita, CaZrO3, EDTA, Sol-Gel. ABSTRACT An analysis of a method for obtaining a perovskite (CaZrO3), taking into account variables such as acidity of the solution for producing the precursors, a drying routine and a thermal treatment once that the gels were obtained, is presented in this paper. It was found that Ethylendediaminetetraacetic acid (EDTA) is important for production of calcium zirconate over other compounds made with the same elements. It was concluded that this method of synthesis was successful to obtain CaZrO3 under certain given conditions, even without thermal treatment. KEYWORDS Perovskite, CaZrO3, EDTA, Sol-Gel. INTRODUCCIÓN El desarrollo tecnológico de la humanidad ha hecho que haya cada vez más exigencias para los materiales, y por lo tanto el modo en que se encuentran en la naturaleza ya no satisface los requerimientos actuales. Cada vez es menos frecuente el esquema en el que se relacionan las aplicaciones con los materiales, sin tener gran control sobre las propiedades de éstos. Hoy en día se especiﬁcan las características del material y en muchos casos éste debe ser creado junto con su ingeniería de proceso. 32 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Caracterización de CaZrO3 sintetizado vía sol-gel / Lenia Lucía Cardona Hernández, et al Entre los materiales que tienen gran demanda en la actualidad se encuentran los cerámicos, que por simple convención más que por algún criterio riguroso han sido clasiﬁcados en muchos casos en dos grupos: materiales cerámicos tradicionales y materiales cerámicos avanzados, de uso especíﬁco en ingeniería. Normalmente los materiales cerámicos tradicionales están constituidos por tres componentes minerales básicos: arcilla, sílice y feldespato. Los cerámicos avanzados por el contrario, están constituidos, típicamente, por compuestos puros o casi puros tales como carburo de silicio (SiC) y nitruro de silicio (Si3N4), entre otros.1 En el campo de la ingeniería eléctrica moderna se encuentran los cerámicos dieléctricos que se utilizan en los componentes electrónicos, tales como inductores, circuladores coaxiales y condensadores debido a su capacidad de almacenar, ﬁltrar, y/o transferir energía electromágnetica con pérdida mínima. La miniaturización que no se ha detenido desde los inicios de la era espacial fuerza a la fabricación de dispositivos más pequeños y eﬁcientes, lo que a su vez genera gran interés en desarrollar materiales con una combinación de alta constante dieléctrica y de baja pérdida dieléctrica, además de alta estabilidad térmica. El comportamiento de estos materiales ha estado bajo constante estudio.2 Entre los candidatos se encuentran las perovskitas por sus propiedades ferroeléctricas, piezoeléctricas, de superconducción y magnetoresistividad. También son útiles como conductores protónicos en estado sólido, por citar un ejemplo, además de una gama de usos electroquímicos prometedores, y para la fabricación de elementos sensores que operen a temperaturas elevadas.3 Otros usos están relacionados con requisitos ambientales, cada vez más rigurosos, que están forzando al desarrollo de celdas de combustible que utilizan hidrógeno para producir energía. Estas celdas utilizan cerámicos conductores de protones como electrolito. En este trabajo se sintetiza en particular la perovskita CaZrO3 siguiendo el método Sol-Gel. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 LAS PEROVSKITAS El término “perovskita”, en honor al mineralogista ruso L. A. Perovski, se le dio originalmente al CaTiO3, pero se ha hecho extensivo a otros materiales que exhiben esa misma estructura. Algunos de los cerámicos conductores de protones más comúnmente utilizados son óxidos metálicos mezclados con compuestos de estructura perovskita ABO3, tal como el CaZrO3.4 Los compuestos más importantes que se forman con estos elementos y que se reportan en la base ISCD5 se muestran en la tabla I. Tabla I. Compuestos Ca-Zr-O. Clasiﬁcación ISCD Compuesto 60604 Ca0.134Zr0.866O1.7 60609 Ca0.134Zr0.866O1.866 202847 Ca0.15Zr0.85O1.85 60210 Ca0.27Zr0.73O1.73 29004 Ca0.2Zr0.8O1.8 69118 CaZr4O9 29003 / 37264 CaZrO3 El CaZrO3 se presenta con esta estequiometría en estructura ortorrómbica (a=5.591 Å, b=8.017, c=5.762Å) y la cúbica, que es el objeto de este trabajo (a=4.020Å), por esa razón se reporta aquí con dos clasiﬁcaciones ISCD.5 La ﬁgura 1 muestra la red de esta perovskita con los átomos ubicados según la tabla II. Desde que el CaZrO3 fue sintetizado por primera vez en 1896, a partir de la fusión de sales de Zr por Venable y Clakke,6 ha habido épocas en que este tipo de materiales se han vuelto más atractivos, Fig. 1. Estructura del zirconato de calcio. 33 �Caracterización de CaZrO3 sintetizado vía sol-gel / Lenia Lucía Cardona Hernández, et al Tabla II. Coordenadas reducidas de los átomos del CaZrO3. Elemento Coordenadas reducidas I j k Ca 0 0 0 Zr ½ ½ ½ 0 ½ ½ ½ 0 ½ ½ ½ 0 O como cuando Tanaka7 demostró que el SrCeO3 y otras perovskitas presentaban conductividad protónica en atmósferas húmedas y temperaturas superiores a 800°C. Las aplicaciones más recientes van hacia los conductores de protones en el estado sólido y su uso en celdas de combustible.8 EXPERIMENTACIÓN En este trabajo se busca obtener CaZrO3 mediante Sol-Gel. Este método ya ha sido reportado por Gonenli I. E.9 Para este ﬁn se utilizó un alcóxido de zirconio, carbonato de calcio, EDTA (Ácido etilendiaminatetra acético) como agente complejante, y HNO3 para la hidrólisis del alcóxido. En la ﬁgura 2 se muestra el procedimiento que se siguió en este trabajo. La solución se prepara con EDTA en hidróxido de amonio y butóxido de zirconio. El CaCO3 (Carbonato de calcio) fue incorporado a esta solución, pero se requirió la caracterización del producto para saber que ocurre Fig. 2. Ruta de obtención del gel seco. 34 Tabla III. Condiciones de las pruebas. Clave pH EDTA CAZ1 1 A CAZ2 1 B CAZ3 1 C CAZ4 10 A CAZ5 10 B CAZ6 10 C A.- Sin EDTA B.- EDTA en cantidad estequiométrica C.- EDTA en exceso (50%) con el calcio, ya que la capacidad del EDTA para retenerlo depende también del pH y es por eso que también se considera esta variable. La tabla III muestra las condiciones de acidez y concentración de EDTA utilizados. Después de evaporar la máxima cantidad de disolvente, el gel fue secado y tratado térmicamente a diferentes temperaturas. Posteriormente las muestras obtenidas fueron caracterizadas mediante difracción de rayos X de polvos. Tabla IV. Descripción de los geles obtenidos a diferentes condiciones. Clave Observaciones CAZ1 Gel espeso y translúcido CAZ2 Gel de color amarillo claro CAZ3 Gel de color amarillo intenso CAZ4 CAZ5 CAZ6 Gel de baja viscosidad y de color blanco. Nota: Los geles 4, 5 y 6 eran muy similares en aspecto. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Síntesis Las reacciones por el método sol-gel produjeron geles de distinta consistencia y color, los resultados de cada condición se describen en la tabla IV. Como ejemplo del aspecto que muestran los geles se presentan las ﬁguras 3 y 4. La primera corresponde al gel CAZ1, el cual muestra cierta viscosidad y es translúcido. La segunda corresponde al gel CAZ2 de calor amarillo claro. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Caracterización de CaZrO3 sintetizado vía sol-gel / Lenia Lucía Cardona Hernández, et al Fig. 5. Gel CAZ3 secado a 50°C Fig. 3. Aspecto translúcido del gel CAZ1. Fig. 6. Gel CAZ3 secado a 100°C Fig. 4. Aspecto del gel CAZ2 (generalmente es amarillo). Por otro lado el gel CAZ3 es similar pero de amarillo más intenso, mientras que los geles CAZ4, 5 y 6 eran blancos, de baja viscosidad y prácticamente indistinguibles entre ellos. Secado Se probaron diferentes rutinas de secado en una estufa eléctrica. Inicialmente se sometió a los geles obtenidos a un calentamiento gradual desde temperatura ambiente hasta 200°C, a una rapidez de 100°C/hora. Un ejemplo del aspecto que muestran los geles durante este proceso se muestra en las ﬁguras 5 a 8 para el caso CAZ3. En esta secuencia se observa el oscurecimiento durante el secado y la apariencia ﬁnal cuando en algunos casos al pasar de los 180°C se presenta llama debido a la Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 Fig. 7. Gel CAZ3 secado a 150°C Fig. 8. Gel CAZ3 secado a 200°C 35 �Caracterización de CaZrO3 sintetizado vía sol-gel / Lenia Lucía Cardona Hernández, et al descomposición del EDTA presente (Figura 8). La observación de las muestras tiene el propósito de deﬁnir una ruta de secado. Con base a esta observación se decidió que la rutina de secado de los geles obtenidos consistiera en calentarlos 2 horas a 100°C y luego a 200°C durante 4 h. Durante el calentamiento se observaron mostraron estructuras amorfas, excepto la muestra CAZ2 en la que se observa la formación de CaZrO3 con ZrO2. Esto indica que existen condiciones en las que es posible producir un precursor que ya es en si zirconato de calcio como muestra la ﬁgura 10. Tabla V. Descripción de los geles secos. Clave Observaciones CAZ1 Se obtiene polvo blanco CAZ2 Cuando la temperatura de calentamiento excedió los 180°C se presentó llama debido a la descomposición del EDTA, después del tiempo de secado se obtuvo polvo muy ﬁno color blanco. CAZ3 Después del tratamiento se obtuvo un polvo color naranja oscuro que presentó comportamiento higroscópico. CAZ4 Se obtuvo un polvo blanco después del calentamiento. CAZ5 Se obtuvieron polvos ﬁnos color blanco. CAZ6 Se obtuvieron polvos ﬁnos color blanco. distintos comportamientos. En la tabla V se describen los geles secos que se obtuvieron después del secado siguiendo esta rutina. El aspecto del gel seco sin quemado por EDTA es como el de la ﬁgura 9, el cual corresponde a la muestra CAZ4. Difracción de rayos X Los geles secos, conocidos como geles frescos porque no han sido tratados térmicamente, Fig. 9. Gel CAZ4 totalmente seco. 36 Fig. 10. Difractograma de los geles frescos. La señal del portamuestras fue descartada. Los geles también fueron sometidos a un tratamiento térmico de 6 horas a 200°C, 400°C, 600°C y 800°C. El material presentó estructura amorfa hasta los 400°C; y a partir de 600°C mostró cristalinidad con una mezcla de fases de CaZrO3 y ZrO2, éste último fue disminuyendo conforme aumentaba la temperatura (ﬁgura 11). Fig. 11. Difractograma del gel CAZ1 tratado a diferentes temperaturas. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Caracterización de CaZrO3 sintetizado vía sol-gel / Lenia Lucía Cardona Hernández, et al Como ya se había mencionado, el gel CAZ2 había presentado la estructura del CaZrO3 desde el fresco, y se conﬁrmó que ésta no cambió durante los tratamientos térmicos (ﬁgura 12). Fig. 12. Difractograma del gel CAZ2 tratado a diferentes temperaturas. Por último se muestra el difractograma del gel CAZ3 (ﬁgura 13) que después del tratamiento térmico también presentó la formación de CaZrO3, que se conﬁrmó, como se demuestra posteriormente, que se trataba de la perovskita buscada. El resto de los geles muestran un comportamiento similar después del tratamiento térmico, especialmente arriba de los 600°C. En la tabla VI se señalan las fases encontradas mediante difracción de rayos X en cada uno de los geles. Se encuentra que prácticamente en todos los Tabla VI. Resumen de las fases presentes en los geles tratados. Clave Temp. (°C) CAZ1 600 CAZ1 800 CAZ2 600 CAZ2 800 CAZ3 600 CAZ3 800 CAZ4 600 CAZ4 800 CaCO3 CaZr4O9 ZrO2 CaZrO3 X X X X X X X X X X X X X X X X CAZ5 800 X X CAZ6 600 X X CAZ6 800 X X casos se ha formado el zirconato de calcio (CaZrO3) pero solamente para las muestras identiﬁcadas como CAZ2 y CAZ3, tratadas a 800°C se presenta la fase pura, dentro de la resolución del difractómetro de rayos X, que suele detectar concentraciones mayores del 5% en peso. El compuesto de interés es el CaZrO3 cuyos picos principales calculados según los datos del ICSD, utilizando el programa CaRIne Crystallography10 se muestran en la tabla VII. Ya que el CaZrO3 podría presentarse cúbico (ICSD 29003) u ortorrómbico (ICSD 37264), se Tabla VII. Parámetro de red e intensidades relativas de los picos de difracción de rayos X calculados con λ=1.5406Å del CaZrO3 Fig. 13. Difractograma del gel CAZ3 tratado a diferentes temperaturas. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 ICSD Parámetro de red (Å) 2θ I% hkl 29003 4.02 22.09 31.45 45.07 50.74 55.98 38 100 40 15 34 100 110 200 210 211 37264 a=5.591Å b=8.017Å c=5.762Å 22.14 22.16 31.02 31.52 45.16 45.20 32 15 25 100 28 15 101 020 002 121 202 040 37 �Caracterización de CaZrO3 sintetizado vía sol-gel / Lenia Lucía Cardona Hernández, et al construyen los difractogramas simulados de estas estructuras con los datos del ICSD5 y el CaRIne.10 Luego se comparan con los difractogramas obtenidos de las muestras, en este caso se hace la comparación con CAZ3, que es la que muestra esta fase prácticamente pura (ﬁgura 14). CONCLUSIONES Se ha obtenido CaZrO3 en todas las muestras tratadas a temperaturas de 600°C o mayores, lo cual demuestra una ventaja de utilizar EDTA en el método sol-gel, ya que la temperatura reportada para esta reacción en estado sólido es superior a 1250°C debido, principalmente, al carácter refractario del ZrO2. En las muestras CAZ2 a 800°C y CAZ3 tratadas a 800°C se ha obtenido CaZrO3 con buena pureza, a diferencia de las muestras que se prepararon a la misma temperatura con pH 10. La inﬂuencia del EDTA se ve reﬂejada principalmente en las muestras a pH básico, ya que en su ausencia se ve favorecida la formación de zirconatos de calcio con otra estequiometría. Solamente en los casos con EDTA alto se obtuvo zirconato puro. Fig. 14. Comparación de los difractogramas de la muestra CAZ3 tratada y los simulados. La perovskita tiene un difractograma en que los picos están más deﬁnidos por ser cúbica. Observando los picos de 45°, 50°, 56° y 66° se aprecia la formación de la estructura cúbica, especialmente porque para la ortorrómbica esas mismas señales serían muy débiles. El mismo argumento se siguió para la muestra CAZ2, por lo que se puede aﬁrmar que se produjo la perovskita al menos en esas dos muestras. El pH juega un papel muy importante en las características de los geles formados, ya que en un medio básico la policondensación tiene lugar más rápidamente que la hidrólisis, por lo que se tienen geles con tamaño de partícula menor, pero con la presencia de residuos orgánicos en la muestra por la hidrólisis incompleta, se tiene además presencia de carbonatos en el medio, que al ﬁnal constituyen impurezas en el gel. Como en todos los casos se forma el CaZrO3 se podría cuestionar su papel, pero éste queda claro cuando se observa que se forma CaZr4O9 cuando no se tiene exceso de EDTA, y a pH de 10 además los precursores no reaccionan completamente. El EDTA es un complejante del calcio, aunque es débil y éste se puede liberar y por eso se forma el zirconato. 38 REFERENCIAS 1. Aguilar G., “El hombre y los materiales”, Colección: La ciencia para todos, 2ª edición, Ed. Fondo de cultura económica, México (1997). 2. Workshop on Materials and Measurements for Wireless Communications, J. Res. HIST Vol. 101(6), 797-802 (1996). 3. Islam M.S., Davis R.A. & Gale J.D., “Proton Migration and Defect interactions in the CaZrO3 Orthorhombic Perovskite: A Quantum Mechanical Study”, Chem. Mater., 13, 20492055 (2001). 4. Islam M.S. “How to make an efﬁcient proton conductor”. Synchrotron Radiation Department CLRC Daresbury Laboratory Annual Report 2000-2001 pp. 16-17 (2002) 5. Karlsruhe F.-Inorganic Structure Crystal Database, Gmelin-Institut fur Anorganishe Chemie and Fachinformationszentrum (1995) 6. Venable F.P., Clakke P., “A study of the zirconates” Contributions to the chemistry of zirconium. No.5. 3, 433-444 (1896). 7. Tanaka M., Katahira K., Asakura,Y., Uda T., Iwahara H. y Yamamoto I. “Hydrogen Extraction Using One-end Closed Tube Made of CaZrO3Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �1er CONGRESO DE INGENIERÍAS MECÁNICA, 10. Boudias C., Manceau D. CaRIne Crystallography based Proton-conductingELÉCTRICA, Ceramic for Tritium 3.1 (1998) Recovery System” Journal of Nuclear Science ELECTRÓNICA Y1,MECATRÓNICA and Technology, Vol. 41, No. 61–67 (2004). Caracterización de CaZrO3 sintetizado vía sol-gel / Lenia Lucía Cardona Hernández, et al 8. Norby T. “The promise of protonics” Nature, Vol. 101, 877-888 (2001). 9. Gonenli I. E., Cüneyt T.A. “Chemical Synthesis of Pure and Gd-doped CaZrO3 powders” Journal of The European Ceramic Society, Vol. 19 (1314), 2563-2567 (1999). AGRADECIMIENTOS Se agradece el apoyo otorgado por la UANL a través del PAICYT 769-02, y por el CONACYT a través del Proyecto 38672. Se reconoce también el apoyo de Zarel Valdez Nava y Luis Urueta Hernández. 1er CONGRESO DE INGENIERÍAS MECÁNICA, ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y MECATRÓNICA 26 - 28 de abril del 2006. Dirigido a empresarios, profesionistas, académicos y estudiantes. El objetivo es difundir avances y resultados de desarrollo tecnológico, de investigación básica o aplicada en el campo de las ingenierías: Mecánica, Eléctrica, Electrónica y Mecatrónica. Conferencias magistrales, ponencias, exposición de carteles, productos y servicios. Temas a desarrollar: ·Automatización ·Bioelectrónica ·Biomecánica ·Comunicaciones ·Control ·Diseño ·Docencia ·Hidráulica ·Instrumentación y metrología Mecánica Cuota de recuperación: ·Manufactura Asistentes: $ 100.00 ·Neumática Ponentes: $ 400.00 ·Optoelectrónica Informes e Inscripciones: ·Propiedades mecánicas ·Procesamiento digital de imágenes Depto. De Energía tel: 53189047 ext 101 ·Redes ó en internet. ·Robótica fenix.uam.mx/cimem2006 ·Sistemas eléctricos ·Térmica www.azc.uam.mx Eléctrica Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 Electrónica Mecatrónica 39 �Evaluación de un curso de física en ingeniería según los alumnos Gabriel Fernando Martínez Alonso, José Ángel Mendoza Salas, Juan Antonio Herrera Almaguer, Rogelio Guillermo Garza Rivera gabrilo@hotmail.com, chmendoza_64790@yahoo.com, jherreramx@yahoo.com.mx, rggarza@gama.ﬁme.uanl.mx FIME-UANL RESUMEN Se señalan las características fundamentales de los sistemas de evaluación de la enseñanza así como las recomendaciones para su utilización. Se muestra un ejemplo de sistema de evaluación de un curso de “Temas Selectos de Física” impartido en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL, destacando las características del curso y de la evaluación realizada, a partir de encuestas de opinión a los estudiantes. Se ofrecen los resultados de la evaluación durante 4 semestres y cómo los mismos se utilizan para mejorar la calidad del curso y orientar a los profesores en su trabajo metodológico. PALABRAS CLAVE Enseñanza de la ingeniería, evaluación, calidad, física. ABSTRACT The fundamental characteristics of the systems for the evaluation of teaching are presented as well as the recommendations for their utilization. The course “Selected Topics of Physics”, given in the School of Electrical and Mechanical Engineering of the UANL, was chosen as an example of the evaluation carried out, taken from opinion surveys administered to the students. The results of the evaluation during 4 semesters and the way they are utilized to improve the quality of the course and to orient the teacher’s work, are shown. KEYWORDS Teaching engineering, evaluation, quality, physics. INTRODUCCIÓN En los últimos años se ha extendido la comprensión de la importancia que tiene la evaluación de la enseñanza de los cursos impartidos a los futuros ingenieros para elevar la calidad del proceso de enseñanza aprendizaje y lograr un proceso de acreditación que realmente garantice una educación efectiva. Una muestra de la importancia de este aspecto es el hecho de que los criterios de acreditación de los programas de ingeniería1 del ABET (Accreditacitation Board for Engineering and Technology) establecen, que cada programa debe tener 40 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Evaluación de un curso de física en ingeniería... / Gabriel Fernando Martínez Alonso, et al establecido un proceso de evaluación, con resultados documentados, y que ofrezca evidencia que los resultados de este proceso de evaluación son tenidos en cuenta para desarrollar e implementar el programa. Muchos materiales han sido publicados con referencia a los procesos de evaluación de la enseñanza2 destacando la importancia y metodologías posibles a aplicar. Algunas universidades tienen departamentos dedicados a la evaluación sistemática de los cursos3 donde pueden aplicar diferentes métodos de evaluación así como brindar asesorías para la elevación de la calidad de la enseñanza.4 En este trabajo se parte de la deﬁnición de evaluación de la enseñanza como la valoración sistemática de la implementación y el impacto de un programa determinado.5 Evidentemente la enseñanza es un proceso complejo que es evaluado con mayor objetividad cuando se utilizan múltiples técnicas y criterios bien fundamentados. Teniendo en cuenta esto es difícil establecer criterios universales de la “buena enseñanza” por lo que aparece la necesidad de que cada institución establezca sus propios criterios y métodos de evaluación, aunque se basen en la amplia experiencia internacional que existe sobre este aspecto. En general se distinguen dos tipos de evaluación de la enseñanza: La formativa y la sumativa.6 La formativa generalmente se puede realizar en varios momentos del semestre y está orientada a mejorar el proceso de enseñanza aprendizaje. La sumativa es la que se realiza más frecuentemente al ﬁnal del semestre y está orientada a juzgar la efectividad del instructor, lo cual puede utilizarse con propósitos de promoción o decisiones de cambios de cursos. Se emplean diversos métodos para evaluar la enseñanza,7 entre ellos: las encuestas a los estudiantes, los portafolios del curso, la entrevistas a estudiantes, la revisión por parte de observadores externos e internos, el análisis de videos de clases, la autoevaluación, etc. Evidentemente cada uno de estos métodos tiene sus ventajas y desventajas, por lo cual para aplicar alguno han de tenerse en cuenta las condiciones necesarias para su aplicación, de forma que los resultados obtenidos contengan información útil y real. Según diversos autores8 el método más utilizado para evaluar la enseñanza es la evaluación por parte de los estudiantes a través de diferentes Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 instrumentos. Si bien este método provoca diferentes opiniones en los profesores, la literatura9 presenta más de 1500 estudios que demuestran su efectividad. Los argumentos más signiﬁcativos a favor de este método son la posición única que tiene el estudiante para juzgar acerca de algunos aspectos de la enseñanza como la aceptación del curso, la adquisición de determinadas habilidades y la creación en el aula de una verdadera atmósfera de trabajo colectivo. Algunas limitaciones del método pueden ser la imposibilidad de que el estudiante evalúe aspectos como: los objetivos de aprendizaje, la calidad del material preparado para las clases y los instrumentos utilizados en la evaluación de su propio aprendizaje. Algunas recomendaciones10 que se hacen para la aplicación de este método y que deben ser tenidas en cuenta para lograr la validez de los resultados obtenidos son: 1. Las muestras encuestadas deben ser de al menos 15 estudiantes. 2. En cada grupo la muestra encuestada debe ser mayor de dos tercios del número de estudiantes en el grupo. 3. Es necesario realizar un análisis comparativo de las evaluaciones de los estudiantes para interpretar los resultados obtenidos ya que en ocasiones tienden a valores elevados. Por ejemplo la media en una escala de evaluación de 1 a 5 se sitúa generalmente entre 3.5 y 4.0. 4. El profesor del curso evaluado no debe estar presente en el aula durante la realización de la encuesta. Ésta debe ser aplicada por personal ajeno al grupo para no inﬂuenciar el resultado. 5. El estudiante debe conocer para qué se está realizando la evaluación así como ver que su opinión es tenida en cuenta para mejorar el curso. Esto aumenta su motivación para participar en la misma. Algunas Universidades, sobre todo en Estados Unidos, Inglaterra y Australia, han desarrollado instrumentos de evaluación, aunque siempre es preferible adaptarlos a la institución o el curso que se desea evaluar. En México la aplicación de encuestas de evaluación de cursos a estudiantes se utiliza menos y en muchos casos la información que se obtiene es incompleta y los resultados no se 41 �Evaluación de un curso de física en ingeniería... / Gabriel Fernando Martínez Alonso, et al utilizan eﬁcientemente para mejorar la efectividad de los cursos. Éste es un aspecto a mejorar teniendo en cuenta el señalamiento que el desarrollo de la enseñanza de la ingeniería depende en mucho de la evaluación que se realice de la misma.12 En la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) se está implementando un sistema de evaluación de algunos cursos correspondientes a la División de Ciencias Básicas. Entre ellos se ha aplicado al curso “Temas Selectos de Física”13 impartido como materia optativa a estudiantes del cuarto semestre de las carreras de Ingeniería que se imparten en la Facultad. ANÁLISIS El curso “Temas Selectos de Física” tiene como objetivo general el que: Al terminar el curso el estudiante será capaz de explicar y describir los fundamentos físicos de algunos métodos y técnicas empleados en diversos campos de la ingeniería. El temario del curso: I. Métodos y técnicas de medición. II. La conservación y la transmisión de la información. III. Los materiales. IV.La energía. El curso se imparte utilizando metodologías activas de enseñanza aprendizaje donde el estudiante es un participante activo de las clases, buscando con ello el desarrollo de habilidades más generales como las de trabajo en equipo, comunicación oral y escrita, búsqueda y análisis de información. Debido a que el curso se diseñó partiendo de algunas consideraciones nuevas se presentó la 42 necesidad de evaluar su implementación para lo cual se diseñó un sistema de evaluación consistente en encuestas a los estudiantes al ﬁnal de cada semestre, evaluación por parte de los profesores de los materiales del curso reunidos en forma de portafolio del curso y revisión del trabajo de los profesores por parte del colectivo de la academia. Todos los elementos de la evaluación tienen un carácter formativo, o sea, el objetivo fundamental es aumentar la efectividad del curso y no evaluar el desempeño individual de algún profesor. Como objetivos más concretos de la evaluación se plantearon: • Valorar la aceptación general del curso, por parte de los estudiantes. • Valorar la opinión de los estudiantes de algunos aspectos especíﬁcos del curso. • Detectar aspectos posibles a mejorar, para los siguientes semestres. Se elaboró una encuesta de 8 preguntas, tomando como base algunas encuestas elaboradas y aplicadas en otros centros14 y de probada efectividad, que permitiera obtener datos acerca de: • El contenido del curso. • La metodología utilizada en clases. • La efectividad de cada tema desarrollado. • Una evaluación general del curso. Al ﬁnal de la encuesta se da la posibilidad de expresar alguna otra opinión en forma abierta. Todas las preguntas se caliﬁcan en una escala similar a la de Likert de 1 (más bajo resultado) a 5 (resultado más alto), aunque en la propia encuesta no se muestran valores numéricos sino frases o palabras para aumentar la comprensión por parte de los estudiantes (Por ejemplo: Excelente, Muy Bien, Bien, Regular, Mal). Para evaluar la validez de la encuesta se realizó una prueba con un grupo de estudiantes a los cuales luego de completar la encuesta se les entrevistó individualmente, de forma de comprobar que sus respuestas correspondían con lo que se deseaba medir con las preguntas planteadas. A partir de las entrevistas se realizaron las modiﬁcaciones en la encuesta, redactando así una variante deﬁnitiva. La encuesta se aplica, siguiendo las recomendaciones ya expresadas para este tipo Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Evaluación de un curso de física en ingeniería... / Gabriel Fernando Martínez Alonso, et al 4.00 3.95 3.90 Feb Jun 2003 4.3 4.31 4.31 4.32 4.35 feb jul 2004 ag. Dic. 2004 4.30 4.25 feb jun 2003 ag dic 2003 Semestre 3.90 3.89 3.84 3.89 3.95 3.94 Fig. 2. Evaluación de la utilidad. 3.85 3.80 3.75 feb jun 2003 ag dic 2003 feb jul 2004 ag. Dic. 2004 Cursos Ag Dic 2003 Feb Jul 2004 Curso Fig. 1. Evaluación del contenido. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 Ag. Dic 2004 4.35 Evaluación 4.05 4.01 4.05 4.01 Evaluación 4.15 4.10 4.40 Fig. 3. Evaluación metodología de clases. 4.1 4.20 METODOLOGÍA La metodología activa utilizada en el curso queda evaluada según el gráﬁco mostrado en la ﬁgura 3, de donde puede observarse una evaluación más baja que la otorgada al contenido. Esto puede deberse a varios factores como la falta de entrenamiento de los estudiantes para utilizar estas metodologías en clase, los diferentes estilos de aprendizaje hacen que a algunos estudiantes les resulte más difícil aceptar estas metodologías y además puede deberse a que también para algunos profesores el uso de estas metodologías resulta novedoso y por lo tanto no se encuentran bien preparados para ello. Otra punto a evaluar acerca de la metodología de las clases fue la información que los estudiantes reciben durante el curso, que se muestra en la ﬁgura 4. Como se ve este punto obtiene buena evaluación, lo que demuestra que el estudiante considera adecuada la información recibida para poder desarrollar su trabajo durante el curso. Evaluación CONTENIDO El contenido se evalúa a través de dos preguntas cuyos resultados se muestran en la ﬁgura 1. Recordando que la escala de 1 a 5 signiﬁca que una evaluación de 5 implica que el 100 % de los encuestados seleccionaron el contenido como Excelente. De esta gráﬁca se puede concluir que los estudiantes en su mayoría caliﬁcan el contenido entre Excelente y Muy Bien, lo que signiﬁca que alrededor del 80 % de los estudiantes encuestados selecciona alguna de estas dos categorías. La otra pregunta relacionada con el contenido se refería a la utilidad que reportan al mismo para su futuro desempeño profesional, cuyos resultados se muestran en la ﬁgura 2. Aquí puede observarse que la utilidad reportada es alta, lo cual conﬁrma el carácter que se le dió al curso de partir de problemas de Ingeniería y mostrar sus posibles soluciones a partir de conocimientos de la Física. Evaluación de instrumentos, al ﬁnal del semestre, en forma anónima, antes de que se realice el ejercicio evaluativo de los estudiantes y sin la presencia del profesor del grupo. Personal de la División de Ciencias Básicas aplica la encuesta en cada grupo, solicitando al profesor que abandone el aula para evitar su inﬂuencia en las respuestas obtenidas. Luego de obtenidas todas las encuestas se procesan por grupos y en forma general por semestres. Se realiza un análisis de los resultados con el ﬁn de detectar la información que pueda permitir la toma de decisiones para el mejoramiento del curso en cuestión. La encuesta ha sido aplicada en cada uno de los cuatro semestres en los cuales se ha impartido el curso. Las muestras han sido de más de 300 estudiantes, por semestre, que corresponden al 90% de los participantes en cada curso. 4.30 4.25 4.31 4.32 4.28 4.20 4.20 4.15 4.10 feb jun 2003 ag dic 2003 feb jul 2004 ag. Dic 2004 Cursos Fig. 4. Evaluación de la información recibida. 43 �Evaluación de un curso de física en ingeniería... / Gabriel Fernando Martínez Alonso, et al TEMAS La evaluación de los temas impartidos en el curso se ha realizado durante 3 semestres, utilizando una pregunta donde se pide al estudiante que otorgue una caliﬁcación a cada tema de acuerdo al interés despertado por el mismo y a la forma en que se impartió. Los resultados se muestran en el gráﬁco de la ﬁgura 5, del cual se observa que los temas mejor evaluados corresponden a Fibras Ópticas y a Energía. El tema peor evaluado en promedio resulta el de Efecto Doppler. Este resultado se utiliza para mejorar la impartición de algunos temas y modiﬁcar la distribución del curso. Luego de concluida la primera impartición del curso se notó la baja evaluación del tema de Doppler y se procedió a reunir material para mejorarlo. Se discutió en la academia la mejor forma de impartir este tema, revisando el portafolio del curso y haciendo propuestas de mejorar la impartición del mismo. El trabajo realizado en la academia fue positivo como se observa en el segundo semestre de impartición donde se logró mejorar la evaluación del tema de Doppler de 3.6 a 4.1. Sin embargo en el semestre Agosto Diciembre del 2004, el tema de Doppler coincidió en tiempo con la semana de exámenes de medio semestre, por lo cual disminuyó la calidad de la impartición y de nuevo la evaluación disminuyó a 3.7. Este variación en la evaluación de un tema nos muestra la sensibilidad del instrumento utilizado, ante variables que se presentan durante la impartición del curso. De la misma forma puede observarse que el tema de materiales en el primer semestre tuvo una evaluación baja, de 3.8. En este semestre a este tema se le dedicaba una sesión de clases de 3 horas lectivas. Teniendo en cuenta la baja evaluación se tomó la decisión de quitar una sesión de clases al tema de Medición de Tiempo (con una evaluación de 4.0) y pasarla al tema de Materiales. Del gráﬁco se observa cómo aumentó la evaluación del tema de Materiales pero al mismo tiempo no disminuyó la evaluación del tema de Medición de Tiempo, indicando que el cambio efectuado tuvo resultados positivos en un tema sin perjudicar el otro. La meta que se ha planteado la academia de la asignatura es mantener la evaluación de los temas del curso en 4.0 o más, que se observa casi se ha logrado a partir del segundo semestre de impartición. EVALUACIÓN GENERAL DEL CURSO La evaluación general del curso puede verse en la tabla I, de la cual puede observarse que obtiene buenos resultados, en promedio como Muy Bien (Evaluación de 4) para todos los semestres, con excepción del segundo que se obtuvo una evaluación de 3.94. Estos resultados coinciden con los de la pregunta de recomendación en la cual más del 80 % de los estudiantes responden que recomendarían o recomendarían mucho el curso lo cual otorga a esta categoría una evaluación media de 4.2. Desde el punto de vista de cada grupo y cada profesor los resultados de la encuesta permiten valorar el trabajo de cada uno. Esta elaboración se realiza sin que el que procesa los resultados sepa a Tabla I. Resultados de las evaluaciones generales del curso. Feb. Jun. Ag. Dic. Feb. Jul. Ag. Dic. 2003 2003 2004 2004 Eval. General 4.04 3.94 4.09 3.6 4.22 4.15 3.8 3.99 4.1 4.2 4.3 4.5 4.4 4.3 4.1 4.1 4.0 3.8 4.1 3.6 3.8 3.7 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.1 4.1 4.2 4.3 4.3 Evaluación 4.6 4.4 4.6 4.5 4.8 4.05 te m as er g ía ed ia E n M L m o s F ib M r. at er i Ó p al es ti ca s s Ó p s d o ét o M s d o ét o M ti co co ag né ti D ct o E fe n ió ed ic M s le r o m T ie ta n D is ió n ed ic M p p p o ci as 3.4 Ag Dic 2003 Feb Jul 2004 Ag Dic 2004 Fig. 5. Evaluación de temas. 44 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Evaluación de un curso de física en ingeniería... / Gabriel Fernando Martínez Alonso, et al qué profesor está evaluando, información que solo tiene el jefe de la academia. A cada profesor se le entrega su evaluación personal de cada aspecto del curso y de los temas, además de las evaluaciones promedio del curso. Asi el profesor puede comparar sus resultados personales con los promedios de la academia y conocer qué aspectos están bien evaluados y en cuales debe mejorar su trabajo. Asimismo puede ver cómo evalúan sus estudiantes la forma en que se impartió cada tema y compararlo con el promedio de la academia. El jefe de academia evalúa los resultados y a los profesores que obtienen los mejores en cada tema se les encomienda que, en junta con los demás, compartan sus experiencias de impartición del tema en concreto, de manera que todos los profesores puedan mejorar diferentes aspectos de su trabajo. Un ejemplo de la información que recibe el profesor se muestra en la tabla II, para un hipotético Profesor A: Aqui este Profesor puede valorar que el tema de Materiales se evalúa muy por debajo del promedio del curso, por lo que debe tomar medidas para mejorarlo. Asimismo los temas de Fibras Ópticas y Energía están evaluados un poco por debajo y los demás temas igual al promedio del curso. Este método cumple con las recomendaciones internacionales de comparar los resultados individuales con los promedios de cada institución y curso, para poder obtener conclusiones válidas. Asimismo cada profesor sabe que la comparación se está realizando con sus propios compañeros, que trabajan en iguales condiciones, con grupos similares, por lo que es perfectamente posible mejorar su desempeño para igualar o mejorar sus resultados. Este forma de utilizar los resultados de la evaluación ha permitido mejorar el trabajo de la academia y además se ha establecido una buena atmósfera en el colectivo de profesores donde se intercambia información para mejorar el trabajo de todos. Se puntualiza que la evaluación obtenida no debe utilizarse con ﬁnes de promoción o penalización a los profesores porque fue reunida solo con el objetivo de mejorar el curso. Se realizaron pruebas de la validez del método utilizado, realizando pruebas de correlación entre los resultados obtenidos para grupos del mismo profesor en un semestre. Los coeﬁcientes de correlación para estas muestras en cuanto a la evaluación de aspectos generales del curso estaban entre 0.5 y 0.9. Para las muestras de resultados en cuanto a la evaluación de los temas impartidos por el mismo profesor en diferentes grupos los coeﬁcientes de correlación tienen valores entren 0.6 y 0.7, indicando una correlación buena para este tipo de instrumentos. Algunas fuentes señalan que los coeﬁcientes de correlación para la validación de datos de encuestas de estudiantes son muy aceptables si están entre 0.5 y 0.7, señalando que por encima de 0.7 no son frecuentes en sistemas tan complejos. La misma fuente señala que los datos no serían utilizables si los coeﬁcientes de correlación estuvieran por debajo de 0.3. Por ello puede concluirse que el método utilizado para la toma de datos y los datos obtenidos son conﬁables en el marco del estudio realizado. COMENTARIOS FINALES Se muestra un proceso de evaluación de la enseñanza a partir del ejemplo del curso “Temas Selectos de Física” impartido a las especialidades de Ingeniería de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Tabla. II. Resultados evaluación de temas profesor “A”. Med. Dist. Med. Tiempo Doppler Met. Mag. Met. Opt. Fibr. Opt. Materiales Energía media 4.1 4.0 3.7 4.1 4.3 4.3 3.8 4.4 4.1 Promedio: 4.1 4.0 3.7 4.0 4.3 4.4 4.2 4.5 4.2 Prof. A Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 45 �Evaluación de un curso de física en ingeniería... / Gabriel Fernando Martínez Alonso, et al Los resultados obtenidos permiten realizar un análisis de la efectividad del curso y detectar aspectos que pueden mejorarse en el mismo. Se muestra cómo el procesamiento de los datos obtenidos en la evaluación de diferentes temas del curso, permite hacer recomendaciones en cuanto a la modiﬁcación de la impartición de algunos temas y evaluar los cambios introducidos. El sistema presentado es muy útil para que los profesores puedan informarse acerca de la efectividad de su trabajo, obteniendo información real de cómo los estudiantes valoran sus clases y los temas impartidos. La academia utiliza estos datos para realizar su trabajo metodológico y de orientación a los profesores del curso, mejorando con esto el proceso de enseñanza aprendizaje. El sistema ha mostrado buenos resultados en las pruebas de validez efectuadas a los datos obtenidos, lo cual nos demuestra que el método empleado es adecuado. Asimismo se puede obtener una conclusión de que el instrumento utilizado tiene buena sensibilidad ante cambios que ocurren en el proceso de impartición en el semestre. Esta conclusión debe ser más estudiada en el futuro. En base al sistema de evaluación mostrado en este trabajo se está implementando un sistema para la evaluación del curso Propedéutico impartido en la FIME de la UANL. La experiencia adquirida puede utilizarse por otras academias y escuelas de Ingeniería para mejorar la calidad de su Proceso de enseñanza. BIBLIOGRAFÍA 1. Criteria for accrediting engineering programs, Effective for Evaluations During the 2005-2006 Accreditation Cycle, ABET , from site: http:// www.abet.org, 2004 2. Evaluating and improving undergraduate teaching in science, technology, engineering, and mathematics. M.A. Fox and N. Hackerman, Editors. Center for Education, Division of Behavioral and Social Sciences and Education. Washington, DC: The National Academies Press, 2003. 3. Committee on Teaching and Learning 46 (SCOTL),York University from site: www.yorku.ca/secretariat/senate/committees/scotl/ 4. Teaching and Learning Laboratory, MIT, from site: http://web.mit.edu/tll/about_tll.htm 5. “Program Evaluation: A Primer”, Lee Mizell Consulting, California, 2003 6. Teaching Assessment and Evaluation Guide, Senate Committee on Teaching and Learning (SCOTL),York University, http://www.yorku.ca/ secretariat/senate/committees/scotl/ , January 2002 7. Felder R., Rugarcia A., Stice J.A., The Future Of Engineering Education V. Assessing Teaching Effectiveness And Educational Scholarship, Chem. Engr. Education, 34(3), 198–207 (2000). 8. Wankat P., Oreovicz F., TEACHING ENGINEERING, Purdue University, 2002. 9. Cashin W.E., Student Ratings of teaching, The Research Revisited, IDEA Paper 32, IDEA Center, Kansas State Univ., From site: http:// www.idea.ksu.edu/, 1995. 10. Cashin W., Student Ratings of Teaching: Recommendations for Use, IDEA Paper 22, IDEA Center, Kansas State Univ., From site: http://www.idea.ksu.edu/, 1990. 11. Giesey J., Chen Y., Hoshower L., Motivation of Engineering Students to Participate in Teaching Evaluations, J. Eng. Educ. Vol. 93, No. 3, Oct. 2004. 12. Olds B., Moskal B.M., Miller R.L., Assessment in Engineering Education: Evolution, Approaches and Future Collaborations, J. Eng. Educ., Vol. 94, No. 1, Jan. 2005. 13. Martínez G., Mendoza J.A., Herrera J.A., Garza R., La incorporación de los nuevos campos del conocimiento al currículo de ingenierías: Temas Selectos de Física, Materiales de la XXXII Conferencia Nacional de Ingeniería, Toluca, México, Junio 2005. 14. Course Evaluation Form A, Instructional Assessment System, Ofﬁce of Educational Assessment , Univ. of Washington, From: http:// www.washington,edu/oea/iasforms.htm Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Clasiﬁcación lineal mediante algoritmo de perceptrón difuso Valeria Paola González Duéñez División de Admón. y Sistemas vpaola@ﬁme.uanl.mx Óscar Leonel Chacón Mondragón Programa de Postgrado en Ingeniería de Sistemas FIME-UANL. ochacon@mail.uanl.mx RESUMEN La clasiﬁcación es una de las herramientas necesarias para llevar a cabo un buen reconocimiento de patrones. Las Redes de Neuronas Artiﬁciales (RNA), como una sección del área de Inteligencia Artiﬁcial (IA), dispone del perceptrón que es un método simple y eﬁciente para aprender a través de ejemplos, a realizar clasiﬁcaciones lineales. Sin embargo, éste no es tan ﬂexible cuando existen datos con gran incertidumbre. El Perceptrón Difuso (APD) resuelve este problema de convergencia utilizando la teoría de conjuntos difusos. En estas condiciones el APD presenta sus ventajas sobre los otros métodos. PALABRAS CLAVE Inteligencia artiﬁcial, clasiﬁcación lineal, reconocimiento de patrones, redes neuronales artiﬁciales, perceptrón difuso. ABSTRACT The classiﬁcation is a necessary tool to carry out good Pattern Recognition. The Artiﬁcial Neural Networks, as an Artiﬁcial Intelligence section, has the Perceptron, a simple and efﬁcient method for learning a linear classiﬁer from training examples. Although it is simple, it is non ﬁexible when there are data of high uncertainty. The Fuzzy Perceptron solves convergence problem above using Fuzzy Theory. Under such conditions, the fuzzy perceptron overcomes other methods. KEYWORDS Artiﬁcial Intelligence, Linear Classiﬁcation, Pattem Recognition, Artiﬁcial Neural Networks, Fuzzy Perceptron. INTRODUCCIÓN Actualmente el área de inteligencia artiﬁcial estudia el comportamiento inteligente del ser humano representando y simulando este comportamiento mediante la creación de modelos y algoritmos computacionales a ﬁn de aplicarlo en la solución de problemas y en el caso de la industria1,2 con buen éxito; en sí la industria actualmente se ha apoyado principalmente, para el Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 47 �Clasiﬁcación lineal mediante algoritmo... / Valeria Paola González Duéñez, Óscar Leonel Chacón Mondragón área de toma de decisiones, con sistemas expertos, robótica, redes neuronales artiﬁciales, lógica difusa, reconocimiento de patrones, etc. El presente estudio está relacionado con el área de reconocimiento de patrones. Es importante mencionar que el reconocimiento de un objeto como miembro de una clase o grupo se denomina identiﬁcación. A su vez, la clasiﬁcación es el proceso de aprendizaje de agrupamiento de objetos en clases de acuerdo a su similitud. El área de reconocimiento de patrones incluye ambas: clasiﬁcación e identiﬁcación.3 Para su identiﬁcación el proceso de aprendizaje se lleva de manera implícita; éste se utiliza en aquellos sistemas en los cuales el registro de sus experiencias, dentro de un sistema interno, cambia de acuerdo a su comportamiento. La clasiﬁcación es una forma de aprendizaje que se inicia a partir de los antecedentes que existen de las clases. El razonamiento es un proceso en el que se aplican reglas generales, ecuaciones, relaciones y también una colección inicial de datos o hechos para deducir resultados o tomar decisiones. La lógica difusa utiliza el concepto de incertidumbre y mapeo de rasgos distintivos para la formación de agrupamientos denominándolos difusos.4-7 En el proceso de reconocimiento de patrones, al objeto se le asigna un grado característico o grado de membresía, identiﬁcando -en cada agrupamiento y de forma única- la similitud entre los atributos del objeto y los atributos de los agrupamientos o clases.8 que contiene las características dadas del patrón actúa como entrada al sistema, que el sistema opera sobre dicha entrada para producir una salida, la cual es una identiﬁcación única asociada con la clase del objeto a la cual pertenece. El reconocimiento está basado en la medida de los atributos físicos o mapeo de los mismos. Las N características de una población de objetos pueden considerarse tomadas como dimensiones dentro de un espacio vectorial, según se ilustra en la ﬁgura 1, para el caso de N = 2, con dos clases. Existen diferentes técnicas que pueden utilizarse en el sistema de reconocimiento de patrones, siempre y cuando se tenga deﬁnido un espacio de rasgos distintivos, o características asociadas a una población de objetos. El modo operacional del reconocimiento es un sistema de mapeo, donde cada vector de entrada a través de un proceso, a) Lineal REPRESENTACIÓN DE PATRONES El concepto de patrón puede establecerse como un grupo de datos que contienen rasgos distintivos asociados a una clase, que los hacen únicos e irrepetibles. Un objeto contiene atributos que son medidos para producir un patrón (vector), para asignarle un grado de membresía respecto a las clases en consideración o para deﬁnir un espacio característico que se utilizará para efectuar el proceso de reconocimiento. En general, los atributos de los objetos producen un grupo de características a las cuales se les aplican técnicas de similitud para lograr su reconocimiento.6 Un mecanismo para el reconocimiento de objetos o patrones es un sistema en el cual, el vector 48 b) No lineal Fig. 1. Separación de clases. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Clasiﬁcación lineal mediante algoritmo... / Valeria Paola González Duéñez, Óscar Leonel Chacón Mondragón distingue o asocia los rasgos distintivos en un vector, para cada grupo de objetos. La acción que determina la región de aceptación se conoce como proceso de reconocimiento. En la clasiﬁcación se involucra el proceso de entrenamiento conocido como mecanismo de aprendizaje. Las categorías de un mecanismo de aprendizaje se conocen como: entrenamiento supervisado y entrenamiento no supervisado. En el entrenamiento supervisado cada vector de entrada del sistema se identiﬁca con un vector asociado de salida, el sistema aprende con cada vector presentado al sistema asociándolo a la salida correspondiente. En el aprendizaje no supervisado el sistema incluye ambos procesos entrenamiento y clasiﬁcación para cualquier entrada, asociando un prototipo para cada clase de objetos.3 Este aprendizaje realiza un proceso de agrupamiento donde se deﬁne un vector de rasgos distintivos a partir de las clases llamado “clustering”. Cuando un vector de rasgos distintivos es una entrada en el sistema, se determinan las distancias a los centros de todos los agrupamientos generando una identiﬁcación del grupo al que pertenece, basado en la distancia mínima.8 w T x j + b < 0, si x j ∈ A2 (2) donde w representa transposición del vector w. Por lo tanto, si w y b existen, se puede decir que A1 y A2 son grupos o regiones linealmente separables; w es llamado también vector de separación y es el encargado de separar (identiﬁcar) los datos o elementos pertenecientes a los grupos A1 y A2. T SEPARACIÓN LINEAL DE CLASES DIFUSAS La condición para llevar a cabo la separación de clases difusas es considerar a los grupos A1, A2 como una partición difusa de , el cual es el grupo que contiene la totalidad como de los datos T vectores aumentados y j = [x j 1] . Consideremos así mismo el vector en relación a las ecuaciones (1) y (2). Las clases difusas A1 y A2 serán linealmente separables si existe un vector CLASES LINEALMENTE SEPARABLES Teniendo en cuenta que dentro de un espacio existen características o rasgos distintivos, un sistema clasiﬁcador puede describirse por una función discriminante, la cual identiﬁca de manera única cada grupo. El caso más simple de un mecanismo de entrenamiento es el que utiliza datos linealmente separables. Por ejemplo consideremos a X como un grupo de datos de entrenamiento . A partir de este conjunto se forman dos grupos (conjunto de vectores) A1 y A2, que contienen los datos que serán identiﬁcados de acuerdo a su grado de membresía. Cuando ocurre el proceso de identiﬁcación se deberá obtener un vector que separe linealmente a estos grupos. El resultado de la etapa de aprendizaje está representado en el siguiente planteamiento: encontrar un vector w y un escalar b, tal que, todos los datos xj , satisfagan las siguientes condiciones: w T x j + b > 0, si x j ∈ A1 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 (1) cada , tal que, µ 2 ( y ) > 0.5 ⇔ ν T y > 0 µ 2 ( y ) > 0.5 ⇔ ν y < 0 T donde y , válido para (3) (4) representan una función y se localizan en las equivalente a ecuaciones (8) y (10). Si no se cumplen las condiciones anteriores, A1 y A2 serán considerados grupos difusos no lineales y por lo tanto es necesario aplicar otras herramientas de clasiﬁcación. ALGORITMO DE PERCEPTRÓN DIFUSO Es posible mencionar el modelo más simple de redes neuronales difusas; en este caso, el algoritmo de perceptrón difuso, el cual puede ser entrenado con los agrupamientos difusos A1 y A2. En la ﬁgura 2 se presenta el peso asociado , a la k-ésima conexión de entrada así como el umbral del perceptrón difuso. Para un elemento 49 �Clasiﬁcación lineal mediante algoritmo... / Valeria Paola González Duéñez, Óscar Leonel Chacón Mondragón m v k +1 = v k + µ 1 ( z k ) − µ 2 ( z k ) cz k (7) considerado éste como un entrenamiento clásico ⎛ f (d k 2 − d k 1 ) ⎞ ⎟⎟ − exp(− f ) exp⎜⎜ ⎝ d (u1 , u2 ) ⎠ µ 1 ( z k ) = 0.5 + 2[exp( f ) − exp(− f )] (8) µ 2 (z k ) = 1 − µ1 ( z k ) (9) donde d (u1, u2) es la distancia entre dos vectores y f es una constante positiva. Si zx es la clase 2 tenemos que Fig. 2. Diagrama de perceptrón difuso. ⎛ f (d k 1 − d k 2 ) ⎞ ⎟ − exp(− f ) exp⎜⎜ d (u1 , u2 ) ⎟⎠ ⎝ µ 2 ( z k ) = 0.5 + 2[exp( f ) − exp(− f )] , cada una de las conexiones de entrada se conectan en el perceptrón difuso, etiquetadas con el grado de membresía correspondiente, según el agrupamiento A1 y A2. Considerando la normalización del signo, sea entonces ⎧⎪− y j , si µ 2 ( y j ) > 0.5 zj = ⎨ ⎪⎩ y j , por el contrario (5) el grupo de datos y sea normalizados. Se puede establecer que los agrupamientos difusos A1, A2. son linealmente separables, si existe un vector de separación , tal que ν z j > 0, T j = 1,..., p (6) dados A1, A2 como grupos difusos linealmente separables en un espacio Z. DETERMINACIÓN DE LOS GRADOS DE MEMBRESÍA El APD establece que para un grupo de vectores simples, cada clase difusa se encuentra etiquetada de la clase como clase 1 y clase 2. Los vectores 2, tal como se muestra en la relación (5), están multiplicados por –1. La regla de aprendizaje generaliza el modelo de perceptrón clásico, de la siguiente manera: 50 (10) y µ 1 (zk ) = 1 − µ 2 (zk ) (11) donde la constante f controla el rango en el cual el grado de membresía decrece a 0.5. Si el vector zk es considerado de la clase 1 y es equidistante de los 2 prototipos, dk1 = dk2, entonces el grado de membresía para A1 es; µ1 (z k ) = 0.5 + B (12) y si zk es considerado de la clase 2, el grado de membresía para A2 es (13) µ 2 (z k ) = 0.5 + B en ambos casos 1− e− f B= 2(e f − e − f ) (14) La clasiﬁcación incorrecta de un punto depende de la clase que se desee considerar teniendo en cuenta la siguiente condición: ν kT zk ≤ 0 ∧ ( µ 1 (z k ) ≥ 0 . 5 + B ∨ µ 1 ( z k ) ≤ 0 .5 − B ) (15) Es necesario considerar situaciones en las cuales se requiere eliminar algunos puntos atípicos; en tal caso, la constante B debe ser reemplazada por , donde e es un margen positivo. Bajo esta consideraciones, el APD utiliza la siguiente regla de entrenamiento: Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Clasiﬁcación lineal mediante algoritmo... / Valeria Paola González Duéñez, Óscar Leonel Chacón Mondragón m ν k + c µ1 ( z k ) − µ 2 ( z k ) z k , v k +1 = [ ] si (v k ) T z k ≤ 0 ∧ ( µ1 ( z k ) ≥ 0.5 + β ) ∨ ( µ1 ( z k ) ≥ 0.5 + β ) vk (16) Si las clases son linealmente separables, este procedimiento converge a la separación de los vectores.8 PRUEBA Y RESULTADOS Los datos usados para prueba se obtuvieron por simulación digital de un estudio de estabilidad para una falla trifásica de secuencia positiva realizado con anterioridad. En ellos se representa el comportamiento de las diferentes variables eléctricas, como la resistencia (R), reactancia (X), corriente (I), voltaje (V), impedancia (Z) y ángulo de desfasamiento, según lo muestra la ﬁgura 3. Los datos de la ﬁgura 4 no contienen un preprocesamiento para el ACP. Para esta muestra, se realizó un preprocesamiento de los datos determinándose el subespacio de los dos mayores componentes principales, en donde se encontró el estado de falla y oscilación.9 Después del pre-procesamiento, los datos se encuentran distribuidos en cantidad no proporcional para los 3 estados: pre-falla, falla y oscilación de potencia; de las 2746 observaciones, 80 señalan el estado de pre-falla, 174 el estado de falla y 2491 el estado de oscilación. Después de haber identiﬁcado Fig. 3. Comportamiento de las variables eléctricas. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 los datos según el comportamiento de las variables (I, V y Z), se tomó una muestra proporcional para el estado de falla y de oscilación, descartando la situación de pre-falla. Se seleccionó una muestra de 350 datos, donde 170 pertenecen al estado de falla y 180 al estado de oscilación. Quedando para esta situación el espacio representado por la ﬁgura 5. Para cada caso, ya sea falla u oscilación se obtuvo el centro medio de cada agrupamiento, llamándolos u1 y u2 respectivamente. 1 170 ∑ yk 170 k =1 1 350 u2 = ∑ yk 180 k =171 u1 = (17) (18) Fig. 4. Situación de prefalla, falla y oscilación. Fig. 5. Representación gráﬁca de los estados de falla y oscilación. 51 �Clasiﬁcación lineal mediante algoritmo... / Valeria Paola González Duéñez, Óscar Leonel Chacón Mondragón calculándose las distancias promedio entre los centros medios de cada agrupamiento, los datos de entrenamiento de falla y oscilación la función lineal obtenida es , d u1u2 = (u1 − u2 ) (u1 − u2 ) T (19) Es importante mencionar que la simulación del algoritmo se realizó en Matlab. Se inicializaron los siguientes parámetros: f = 3 de la ecuación (14), e = 0.001 para β en (16), c = 0.1 y m = 3, éstas últimas mencionadas en la relaciones (7) y (16). Para efectuar la clasiﬁcación, se requieren los grados de membresía de cada agrupamiento (falla y oscilación), por lo que es necesario calcular las distancias de los datos con respecto a cada uno de los centros, mediante las siguientes expresiones: la cual se representa donde gráﬁcamente en un período de –2.5 a 2.5 en las ordenadas, en la ﬁgura 6. dk1 = ( y k − u1 ) T ( y k − u1 ) (20) dk 2 = ( y k − u2 )T ( y k − u2 ) (21) Para realizar la clasiﬁcación, se utilizaron los datos de oscilación y falla, identiﬁcándolos previamente según su grado de membresía. Para realizar la clasiﬁcación se tomaron los datos (los cuales son rasgos distintivos para cada situación diferente) y el valor asociado ,+1 o –1, oscilación o falla, respectivamente. Se realiza la normalización del signo para obtener el dato zk de acuerdo con la ecuación (5). Con estos datos se calculan los grados de membresía para las fallas mediante las ecuaciones (7) y (8), y para las oscilaciones mediante las ecuaciones (9) y (10). El proceso iterativo de la regla de aprendizaje del APD (16) requiere de un vector inicial sugiriéndose la siguiente estimación: cd c d donde c d = u1 − u2 cT u + u2 b 0 = d cm cm = 1 cd 2 donde , w0 = (22) (23) Cuando se aplicó el APD al total de los datos (ecuación(6)), éstos fueron plenamente identiﬁcados obteniendo una función lineal de separación. Para 52 Fig. 6. Separación lineal de falla y oscilación. CONCLUSIONES La ﬁnalidad de la aplicación del algoritmo es lograr una clasiﬁcación correcta, o determinar el hiperplano que logre la discriminación de los datos pertenecientes a cada grupo. Cuando se haya encontrado una separación lineal dentro de su fase de aprendizaje, el algoritmo termina generando los parámetros w (gradiente) y b (umbral) del hiperplano de separación logrando así el proceso de clasiﬁcación. Es necesario continuar con el estudio de los grados de membresía para los patrones de entrenamiento, principalmente cuando los datos no tienen muy bien deﬁnido su grado de pertenencia. BIBLIOGRAFIA 1. Elaine Rich, “Artiﬁcial Intelligence,” McGrawHill, 1983. 2. Stuart Russell, Peter Norving, “Inteligencia Artiﬁcial. Un enfoque moderno,” Prentice-Hall 1996. 3. Carl G. Looney, “Pattern Recognition Using Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Clasiﬁcación lineal mediante algoritmo... / Valeria Paola González Duéñez, Óscar Leonel Chacón Mondragón Neural Networks. Theory and Algorithms for Engineers and Scientists,” Oxford University Press 1997. 4. R. R. Yager, R.M. Tong, H. T. Nguyen, S. Ouchinnikov, “Fuzzy Sets and Applications,” John Willey & Sons 1987. 5. Kevin M. Passino, Stephen Yurkovich, “Fuzzy Control,” Addison-Wesley 1998. 6. Tina A. Folger, “Fuzzy Sets, Uncertainty and Information,”Prentice-Hall 1988. 7. Timothy J. Ross, “Fuzzy Logic with Engineering Applications”. McGraw Hill, New York, New York 1995 8. D. Dumitrescu, B. Lazzerini, L. C. Jain, “Fuzzy Sets and Their Application to Clustering and Training,” CRC 2000. 9. V. González. Tesis de maestría “Clasiﬁcación de Fallas y Oscilaciones en un Sistema Eléctrico utilizando el Algoritmo de Perceptrón Difuso”. División de Posgrado, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL 2004. http://www.uanl.mx/publicaciones/ciencia-uanl/ rciencia@mail.uanl.mx Tel. 01 (81) 8329 4000 Ext. 6622, Fax 6623 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 53 �Acústica en salones de clase Un recurso para crear ambientes de aprendizaje con condiciones de audición deseables Parte I Acoustical Society of America asa@aip.org RESUMEN El objetivo de esta publicación es proporcionar un material suplementario para arquitectos, educadores y diseñadores de escuelas para emplearlo en la construcción o renovación de ambientes de aprendizaje. La publicación no pretende reemplazar los servicios de un consultor acústico profesional. Es para emplearse como un auxiliar en la comprensión de los elementos de las condiciones deseables de audición en los salones de clase. PALABRAS CLAVE Acústica, salones, aulas. ABSTRACT The intent of this publication is to create a supplemental resource for architects, educators, and school planners for use with new construction or renovation of learning environments. The publication is not intended to replace the services of a professinal acoustical consultant. It is to be used as an aid in the understanding of the elements of desirable listening conditions in classrooms. KEYWORDS Acoustics, classrooms. NOTA Esta publicación fue preparada por el Comité Técnico de Acústica Arquitectónica de la Sociedad Americana de Acústica (ASA), por Benjamín Seep, Robin Glosemeyer, Emily Hulce, Matt Linn, and Pamela Aytar, quienes durante la preparación de la publicación, eran estudiantes avanzados en el programa de Ingeniería Arquitectónica de la Universidad de Kansas. La supervisión de este proyecto estuvo a cargo de Bob Coffen, FASA, un miembro de la Facultad de Ingeniería Arquitectónica de la Universidad de Kansas. INTRODUCCIÓN Los Estados Unidos se encuentran inmersos en la campaña más grande de la historia de construcción y renovación de escuelas. Con un énfasis primordial en la educación, se debe tomar la oportunidad de terminar con una antigua práctica americana: la construcción de salones de clase con acústica inferior. Este problema invisible tiene implicaciones de largo alcance, pero de fácil solución. Ruido excesivo y reverberación interﬁeren con la inteligibilidad del habla, lo que resulta en comprensión reducida, y con ello, aprendizaje también reducido. 54 Copyright@2000 Acoustical Society of America. All right reserved. Reproducción autorizada por la ASA. Traducido por Sergio Beristáin, Presidente del Instituto Mexicano de Acústica. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Acústica en salones de clase / Acoustical Society of America En muchos salones de clases en los Estados Unidos, la inteligibilidad del habla es de 75 % o menor. Esto signiﬁca que, en pruebas de inteligibilidad, público con audición normal sólo puede entender el 75 % de las palabras leídas de una lista. Imaginen la lectura de un texto en donde una de cada cuatro palabras se pierde, si se supone que el material debe ser comprendido y además examinado. ¿Suena ridículo? Bueno, esa es exactamente la situación que enfrentan los estudiantes todos los días en escuelas de todo el país. Muchos educadores piensan que es importante mejorar las condiciones acústicas de los salones de clase empleados para niños con problemas de audición, pero innecesario para los usados para estudiantes con audición normal. Sin embargo grandes poblaciones estudiantiles con “audición normal”, también se beneficiarán en salones de clase con buena acústica. Incluyendo estudiantes con desórdenes de aprendizaje, los que tienen problemas de proceso auditivo, y aquellos para los que el inglés es su segundo lenguaje. Normalmente estos estudiantes no son ubicados en salones con mejor acústica, sino que se mezclan con otros estudiantes. Otro grupo para el que el aprendizaje es especialmente dependiente de una buena acústica, es el de niños pequeños, ya que están inhabilitados para “predecir a partir del contexto”. Con su vocabulario y experiencia limitados, si pierden unas pocas palabras de la lección del maestro, están incapacitados con respecto a estudiantes mayores, para “completar” las ideas perdidas. A partir de estas consideraciones, queda claro que un amplio sector de estudiantes se beneficiará de salones de clase con acústica mejorada. ¿Porqué los problemas acústicos en los salones de clase deben ser endémicos, si las soluciones no son prohibitivamente costosas?. La razón principal no es falta de fondos, sino falta de reconocer el problema y sus soluciones. En 1998, se invirtió la increíble suma de 7,900 millones de dólares en la construcción de escuelas en todo el país. Por una pequeña fracción de eso, todos esos espacios pudieron haber sido diseñados o renovados para proporcionar buenas condiciones para la audición. Sin embargo para que esto ocurra, es necesario que los arquitectos y diseñadores de escuelas empiecen el Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 proceso de diseño con la acústica del salón de clases en mente. La mejor manera de resolver problemas acústicos es prevenirlos antes de que se presenten, y no corregirlos cuando están presentes. Durante el proceso de diseño, los problemas acústicos pueden evitarse previniendo un arreglo diferente de los mismos materiales de construcción. La renovación de salones mal diseñados es mucho más costosa. Aun así, el costo de la renovación es pequeño comparado con el costo social de la mala acústica de los salones, que se reﬂeja en un aprendizaje deﬁciente de millones de niños. La necesidad de una buena acústica en los salones de clase y los métodos para lograrlo se conocen desde hace décadas, pero esta información no ha estado disponible para los arquitectos, diseñadores, administradores, maestros y, padres de familia. Este trabajo está diseñado para proporcionar un análisis general de los problemas y soluciones relacionados con los salones de clase, tanto para su construcción como renovación. El texto presenta explicaciones prácticas y directas, además de ejemplos; el Apéndice proporciona deﬁniciones cuantitativas y cálculos, y otras fuentes para información más detallada. El diseño de espacios con requisitos acústicos especiales, como teatros o cuartos de música, o espacios con problemas complejos de ruido, es mejor que los atienda un consultor acústico caliﬁcado. LAS BASES Frecuentemente se dice que se desean construir recintos con “buena acústica”, pero esto se ha convertido en un término vago y casi sin sentido. No existe un criterio que abarque todos los aspectos necesarios para obtener una “buena acústica” para recintos en cualquier aplicación. Pequeños salones de clases, grandes aulas, auditorios, cuartos de música, cafeterías y gimnasios, todos tienen diferentes requisitos acústicos. Para entender cómo deben diseñarse estos espacios diferentes, hay que familiarizarse con algunas propiedades básicas del sonido. En el primer siglo A.C. el arquitecto romano Vitruvius, en su famoso tratado de arquitectura en 10 volúmenes De arquitectura, explicó que el sonido se mueve en innumerables ciclos circulares sin ﬁn, 55 �Acústica en salones de clase / Acoustical Society of America como los innumerables círculos crecientes que aparecen en el agua cuando se arroja una piedra... pero mientras en el agua los círculos se desplazan en forma horizontal, en el plano de la superﬁcie, la voz no sólo lo hace en forma horizontal, sino que también asciende en forma vertical en forma regular. Vitruvius no comprendió todo acerca del sonido, pero en este punto tiene razón. En general, el sonido se radia en ondas en todas direcciones a partir de una fuente puntual, hasta que encuentra obstáculos como muros o techos. Dos características de las ondas sonoras son de particular interés en la arquitectura, amplitud y frecuencia. Amplitud es la medición física de una onda sonora, relacionada con la fuerza del sonido o la sonoridad que produce. También se puede medir la frecuencia de una onda sonora, que se percibe como tono. Por ejemplo, en un piano, las teclas de la derecha producen tonos más altos que las de la izquierda. Si un sonido tiene una sola frecuencia, es llamado tono puro, pero la mayoría de los sonidos cotidianos como voz, música y ruido son sonidos complejos formados por una mezcla de diferentes frecuencias. Se observa la importancia de la frecuencia cuando la onda sonora encuentra una superﬁcie: el sonido tiene reacciones diferentes a diferentes frecuencias. La sensibilidad del oído humano también cambia con la frecuencia, y hay mayor probabilidad de lastimarlo con ruidos de frecuencias medias a altas, especialmente con tonos puros. Piensen en el sonido como un haz, como un rayo de luz atravesando el espacio y encontrando objetos. Varias cosas pueden ocurrir cuando el sonido llega a una superﬁcie (Ver ﬁgura 1), incluyendo: • Transmisión- El sonido pasa a través de la superﬁcie al espacio detrás de ella, como luz a través de una ventana. • Absorción- La superﬁcie absorbe sonido como una esponja absorbe agua. • Reﬂexión- El sonido impacta la superﬁcie y cambia de dirección como una pelota rebotando en un muro. Fig.1. Interacción Sonido/Superﬁcie: (a) transmisión, (b) absorción, (c) reﬂexión, (d) difusión. 56 • Difusión- El sonido impacta a la superﬁcie y es reﬂejado en múltiples direcciones, como los pinos golpeados por una bola de boliche. Recuerde que varias de estas acciones pueden ocurrir simultáneamente. Por ejemplo, una onda sonora puede ser reﬂejada y parcialmente absorbida por un muro al mismo tiempo. Como resultado, la onda reflejada no será tan fuerte como la onda original. La frecuencia del sonido también hace una diferencia. Muchas superﬁcies absorben sonidos de alta frecuencia y reﬂejan los de baja frecuencia. El Coeﬁciente de Absorción (α) y el NRC (coeﬁciente de reducción de ruido) se emplean para especiﬁcar la capacidad de los materiales para absorber sonido. Los ecos discretos son un problema especial que resulta de la reﬂexión sonora. Mucha gente está familiarizada con el hecho de que al gritar en una cañada, se escucha la propia voz que responde un segundo después. El eco también puede ocurrir en los salones, pero más rápidamente. Si la voz del maestro produce ecos continuamente hacia una región del salón, cada eco interferirá con la siguiente palabra, con lo que la comprensión de la lección se hace más difícil. El eco también es un problema común en los gimnasios. Otro tipo de eco que interﬁere con la audición, es el eco repetitivo. Cuando dos superﬁcies planas y rígidas están paralelas, el sonido puede rápidamente rebotar entre ellas, creando un efecto resonante. Esto puede ocurrir entre dos paredes o entre el piso y el techo. Los niveles de intensidad y presión sonora pueden medirse en decibeles (dB). En general los sonidos fuertes tienen mayores valores en dB que los sonidos suaves. Ya que la escala de decibeles es logarítmica y no lineal, los decibeles no se pueden sumar de la forma normal. Una medida acústica fundamental se llama Tiempo de Reverberación (RT o RT(60)), se emplea para determinar que tan rápido decae el sonido en un cuarto. El tiempo de reverberación depende del volumen físico y de los materiales superﬁciales del cuarto. Espacios grandes como catedrales y gimnasios, normalmente tienen tiempos de reverberación largos, y suenan ‘vivos’ y algunas veces ‘confusos’. Cuartos pequeños, como recámaras o estudios de grabación, normalmente son menos reverberantes, y suenan ‘secos’ o ‘muertos’. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Acústica en salones de clase / Acoustical Society of America La Reducción de Ruido (NR) de un muro (también expresada en dB), entre dos cuartos, se encuentra al medir el porcentaje del sonido producido en un cuarto que pasa a través del muro hacia el cuarto adyacente. (Ver ﬁgura 2.) El NR se calcula restando el nivel de ruido del segundo cuarto en dB, del nivel de ruido del cuarto donde está la fuente sonora. Relación Señal-a-Ruido (S/N) es una simple comparación que es útil para estimar que tan comprensible es la voz en un recinto. La S/N en dB es igual al nivel sonoro de la voz del maestro, en dB, menos el nivel de ruido de fondo en dB. A mayor S/N, mayor es la inteligibilidad del habla. Si la S/N es negativa (i.e. el ruido de fondo es más fuerte que la voz del maestro), será difícil entender al maestro. Hay que tomar en cuenta que la S/N varía a lo largo del salón, de acuerdo a los cambios de los niveles de señal y ruido. Típicamente la S/N es menor cuando: (1) en la parte posterior del salón de clases, donde el nivel de voz del maestro ha alcanzado su valor mínimo; o (2) cerca de la fuente de ruido, donde el nivel de ruido es máximo, por ejemplo, cerca de una unidad de aire acondicionado. Estudios han demostrado que, en salones de clase con relación señal-a-ruido inferior a +10 dB, la inteligibilidad se degrada en forma signiﬁcativa, para niños con audición normal. Niños con algún problema de audición necesitan cuando menos una S/N de +15 dB. La Inteligibilidad del Habla puede evaluarse en salones existentes, empleando listas de palabras. Se realizan varias pruebas en las que una persona recita palabras de una lista normalizada, y el auditorio escribe lo que escucha. El porcentaje de palabras correctamente escuchadas por el auditorio es una medida de la inteligibilidad de la voz en el cuarto. El Apéndice da más información para aquellos interesados en aprender más acerca de estos temas. Fig. 2. Reducción de Ruido por muro divisorio entre dos espacios. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 GUÍAS ACÚSTICAS PARA SALONES DE CLASE Una vez familiarizados con los fundamentos de acústica, se puede aprender como aplicarlos para obtener condiciones satisfactorias de audición en los salones de clase. Las siguientes recomendaciones se diseñaron para un salón típico para aproximadamente 30 estudiantes, en donde la clase se imparte desde el frente del salón, o los estudiantes trabajan en pequeños grupos. Recomendaciones para gimnasios, cafeterías y auditorios, se presentan más adelante. REVERBERACIÓN Aunque tiempos de reverberación (TR) prolongados son ‘muy comunes’ en los salones de clase con mala acústica, existe una solución. Idealmente los salones de clase deben tener un TR en el rango de 0.4-0.6 seg., sin embargo muchos de los salones existentes tienen TR del orden de 1 segundo o más. En la ﬁgura 3 se indican los tiempos de reverberación apropiados para varios recintos típicos de las instalaciones educativas. Es fácil estimar el tiempo de reverberación, tanto para salones nuevos como para los que ya están construidos, empleando la ecuación de Sabine. Las variables son el volumen físico (m3), las áreas (m2) de los diferentes materiales superﬁciales, y los coeﬁcientes de absorción de esos materiales a ciertas frecuencias. El coeﬁciente de absorción es una medida de cuanta energía de la onda sonora se absorbe en el material. Existen dos formas de reducir el tiempo de reverberación en un cuarto: El volumen debe reducirse, o la absorción sonora incrementarse. Aunque reducir el volumen no es siempre una opción, es una alternativa viable para salones de clase antiguos con techos altos. En esos espacios, agregando un techo suspendido (plafond), a base de paneles absorbentes, puede mejorar la acústica de manera signiﬁcativa al reducir el volumen e incrementar la absorción simultáneamente. Sin embargo agregar un plafón puede requerir cambiar las luminarias y puede afectar ventanales altos. El ejemplo que se presenta más adelante, muestra una solución alternativa para los salones de clase con techos altos. Incrementar la absorción de un salón se consigue agregando materiales ‘suaves’, tal como paneles de ﬁbra de vidrio cubierta con tela, alfombra o plafones 57 �Acústica en salones de clase / Acoustical Society of America Fig. 3. Tiempos de reverberación en segundos adecuados para diferentes recintos típicos de instalaciones educativas. acústicos. Existen muchos productos comerciales para este propósito, y - con planeación - se pueden diseñar salones de clase con TR aceptable empleando materiales de construcción comunes. Los materiales absorbentes funcionan mejor si se distribuyen en todo el cuarto, y no se concentran en un sólo muro, piso o techo. En muchos salones únicamente con falsos plafones se puede reducir el tiempo de reverberación a valores aceptables; sin embargo, con ello no se resuelve el problema de ecos de las paredes. Tampoco los plafones acústicos son iguales. Veriﬁque las especiﬁcaciones y busque plafones con NRC de 0.75 o mayor. Y para absorber tanto altas como bajas frecuencias, es necesario suspender el plafón por debajo del techo estructural. Si sólo se agrega alfombra al piso del salón no habrá una reducción signiﬁcativa del tiempo de reverberación, especialmente a bajas frecuencias, pero esta alfombra sí reducirá el ruido originado por los estudiantes al desplazar sus sillas o mesas en el piso. Para los interesados en calcular el TR de salones existentes o estimar cuanta absorción es necesaria, el Apéndice incluye ejemplos y una tabla de coeﬁcientes de absorción de algunos materiales comunes. REFLEXIONES INDESEABLES Como ya se mencionó, los ecos interﬁeren con la inteligibilidad del habla. Los ecos pueden controlarse empleando absorción y/o difusión. Cuando se coloquen materiales absorbentes para reducir el tiempo de reverberación, considere de que manera contribuirán a reducir también los ecos. Colocando material absorbente en el muro del fondo del salón se evita que la voz del maestro se reﬂeje hacia el frente del salón. Mientras que la absorción es una 58 forma de minimizar la energía reﬂejada en el salón, otro procedimiento emplea difusión. Colocando elementos difusores en el muro del fondo del salón, se distribuye el sonido en múltiples direcciones, de tal manera que el nivel de la reﬂexión en cualquier dirección es reducida. El eco repetitivo es un problema particularmente signiﬁcativo cuando ocurre entre los muros al frente del salón, en donde el maestro habla. Una manera sencilla de veriﬁcar si el eco repetitivo es un problema, consiste en aplaudir una vez en forma impulsiva, colocado cerca del centro del salón, entre paredes paralelas. Si existe el eco repetitivo, se escuchará un sonido resonante despues del aplauso, mientras el sonido rebota continuamente entre las dos paredes. Intente colocarse en diferentes direcciones y aplauda nuevamente para determinar cuales son los muros que producen el eco repetitivo. Para eliminar el eco repetitivo entre dos paredes rígidas y paralelas, cubra una o ambas con paneles de ﬁbra de vidrio cubierta con tela, o un material absorbente de sonido similar. También funciona colocando paneles en paredes opuestas en forma alternada, o sea un panel en frente de un espacio igual de muro sin recubrir. Inclinando un muro con respecto al otro por lo menos ocho grados, también eliminará el eco repetitivo entre ellos. REFLEXIONES ÚTILES Hasta ahora se han discutido los métodos para reducir las reﬂexiones en los salones, pero en algunos casos es deseable reforzar algunas reﬂexiones. Esto es especialmente necesario en salones grandes con tiempos de reverberación cortos. La energía sonora de la voz del maestro puede quedar absorbida por un techo suave, antes de llegar a los alumnos en la parte posterior del salón. La voz del maestro puede difundirse hacia todo el salón con placas reﬂectoras de la forma adecuada colocadas al frente del salón, o haciendo rígida y reﬂejante la parte central del techo. Esta superﬁcie reﬂejará el sonido hacia la parte posterior del salón. Para mantener un tiempo de reverberación corto en salones con superﬁcies reflectoras, puede ser necesario agregar material absorbente en los muros laterales y posterior. La necesidad de reﬂectores depende de los métodos de enseñanza empleados. Por ejemplo, los reﬂectores son útiles en clases, pero no se necesitan en salones empleados para trabajo en pequeños grupos o en laboratorios. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Acústica en salones de clase / Acoustical Society of America RUIDO DE EQUIPO MECÁNICO El ruido ambiental elevado proveniente de equipo mecánico como sistemas de calefacción, ventilación o aire acondicionado (HVAC), es muy común en algunas escuelas. Este es un problema tanto para maestros como estudiantes. Los maestros deben aumentar su nivel de voz para mentener los +10 dB de relación-señal-a-ruido necesaria para una buena comprensión del habla. Ello resulta en que algunos maestros se ven forzados a tomar algunos días al año por enfermedad debida al esfuerzo vocal, lo que representa un gasto del dinero de los impuestos que podría mejor emplearse en sistemas mecánicos más silenciosos. Al mismo tiempo, los estudiantes deben esforzarse por escuchar con claridad o pueden distraerse y no prestar atención a la clase. El ruido mecánico es fundamentalmente el resultado de una mala planeación y puede ser muy difícil o costoso eliminarlo en salones existentes. Sin embargo, el ruido mecánico excesivo puede eliminarse por muy poco o ningún gasto adicional si el sistema se diseña adecuadamente desde el principio. Los ingenieros mecánicos algunas veces no se dan cuenta o son insensibles a este problema, y hay que recordarles que el control de ruido debe establecerse desde las etapas de diseño y adquisición de materiales. Hay muchos métodos para determinar la sonoridad del ruido mecánico. Una buena referencia es que el nivel de ruido en los salones no debe exceder NC 25 a 30. El valor de NC o Criterio de Ruido, se determina midiendo los niveles de ruido a ciertas frecuencias, marcándolos en una gráﬁca y después comparándolos con las curvas establecidas NC (una explicación más detallada se encontrará en el Apéndice). Otra referencia útil es que el nivel de ruido no debe exceder 35 dB (A), este es un valor único del nivel de ruido, fácil de medir y que reduce el ruido de baja frecuencia al simular la sensibilidad del oído. Típicamente el nivel de ruido en dB (A) de un salón es unos 5 a 7 dB mayor que el valor NC (la forma de convertir valores medidos en bandas de frecuencia de octavas a valores en dB (A), también se explicará en el Apéndice). Localizar una fuente de ruido mecánico en un salón, a veces es tan difícil como encontrar la proverbial aguja en un pajar. El ruido puede originarse en una o varias fuentes, y en los casos complejos es Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 mejor dejarlo en las manos de un consultor acústico profesional con las habilidades y el equipo necesario para ubicar y reducir los niveles de ruido de todas las fuentes. Con ello en mente, la ﬁgura 4 presenta una lista de problemas comunes que pueden buscarse en salones existentes con ruido mecánico excesivo que Problemas Comunes por Ruidos Mecánicos Problema: El aire viaja muy rápido en los ductos, generando silbidos, sonidos ásperos o siseantes a su paso por amortiguadores, cambios de dirección y difusores. Identificación: Escuchar el sonido a diferentes velocidades del ventilador, para observar si disminuye a bajas velocidades de aire. Abrir y cerrar amortiguadores, eliminar difusores y escuchar los cambio en el ruido. Soluciones: Emplear bajas velocidades de ventilador, incrementar tamaño de los ductos, reubicar amortiguadores y/o emplear difusores más silenciosos. Problema: Ruido de la manejadora de aire (ventilador) viaja a lo largo de los ductos hacia el cuarto (inyección o retorno) Identiﬁcación: Compare el ruido en el cuarto con el ruido cerca de la manejadora de aire. Busque los sonidos característicos de baja frecuencia y/o rechinidos. Soluciones: Reemplace ductos de lámina simple por ductos recubiertos en su interior con material absorbente de sonido (recordar que esto reduce el área interna del ducto e incrementa la velocidad del aire, así que el ducto recubierto podría necesitarse más grande). Modiﬁcar la ductería para establecer una trayectoria más larga desde la manejadora hasta el salón. Inserte un silenciador de ducto cerca de la manejadora. Reemplace la manejadora con un modelo más silencioso. Problema: Unidades ‘fan and coil’ o cajas de volumen de aire variable (VAV), generan ruido que se transmite al salón a través de los ductos o del plafón. Identiﬁcación: Encienda y apague la unidad y escuche los cambios del ruido. De ser posible, remueva algunas piezas del plafón y observe y escuche las unidades ruidosas. Soluciones: Mueva la unidad lejos del salón (quizá a un corredor adyacente en el caso de las cajas VAV), elimínela o reemplácela por un modelo silencioso. Agregue recubrimiento absorbente o un silenciador después de la unidad, en la trayectoria del sonido. Aísle acústicamente la unidad encerrándola en una caja de tabla-roca u otro material denso, y recubra el interior con material absorbente, previniendo que el sonido se fugue de esta caja o a través del plafón, hacia el salón de clases. Fig. 4. Ruido Mecánico: Problemas y Soluciones. 59 �Acústica en salones de clase / Acoustical Society of America proviene de un sistema central que distribuye aire a los salones a través de ductos. Para los sistemas mecánicos ruidosos, el viejo adagio “más vale prevenir que lamentar” es verdaderamente cierto. Para limitar este tipo de ruido, mantenga en mente las siguientes recomendaciones cuando se diseñen salones de clase nuevos. 1. Ubique el equipo mecánico de los techos o unidades de ventilación pequeñas (fan-coil), lejos de los sitios sensibles como salones. Colocar las unidades sobre los pasillos y colocar ductos hacia los salones es una buena solución. Evite colocar cualquier unidad mecánica grande dentro, encima, debajo o adyacente a los salones. 2. Seleccione manejadoras de aire que produzcan bajos niveles de ruido. 3. Emplee ductos grandes para reducir la velocidad del aire y coloque rejillas con niveles NC por debajo de 20 a 25. 4. Gaste un poco más en ductos más largos. Esto tiene la ventaja de menor ruido mecánico y menor cruce de ruido (transmisión de sonido entre cuartos a través de los ductos). Ver Figura 5 para un ejemplo de una buena y una mala instalación de ductos. 5. Evite usar ventiladores de ventana, unidades fancoil o unidades compartidas en salones. Estas unidades contienen ventiladores y algunas veces compresores que son notoriamente ruidosos y difíciles de tratar debido a su posición en el salón. Fig. 5. Arreglos de ductos. a) mal arreglo - el sonido viaja a través del ducto de un cuarto a otro, en cambio b) buen arreglo - el sonido tiene que recorrer una trayectoria mayor en los ductos recubiertos entre cuartos adyacentes. 60 FUENTES INTERNAS DE RUIDO El ruido de los cuartos adyacentes perturba el proceso de aprendizaje, especialmente en los momentos de lectura silenciosa o presentación de exámenes. Hace unos cincuenta años, cuando los muros de las escuelas, típicamente se hacían de ladrillos pesados o bloques de concreto, esto no era un gran problema. En las últimas décadas, a causa de la necesidad de reducir los costos de construcción, se ha optado por emplear muros delgados y ligeros, con lo que se obtiene poca reducción de ruido. Aún peor, en los años 60 - 70, se construyeron muchos salones en ‘plan abierto’, sin divisiones entre salones. En muchas escuelas, dichos espacios han sido divididos, pero la reducción de ruido puede aún ser insuﬁciente. Cuando no se está seguro si es adecuado el muro divisorio entre dos salones, se puede hacer esta sencilla prueba. Encienda un televisor en uno de los salones, con el volumen a un nivel que sea agradable en el fondo del salón. Después vaya al salón vecino y escuche el sonido que viene del primero. Si el sonido es débil o inaudible, la barrera es suﬁciente. Si el sonido es fuerte, y especíﬁcamente, si se pueden comprender las palabras que se dicen, la división entre estos salones debe mejorarse. La ﬁgura 6 muestra ejemplos de buen y mal montaje en la construcción de muros de tabla-roca. En general, al incrementar la masa de los muros, la reducción de ruido también se incrementa. Sin Fig. 6. Construcción de muros de tabla-roca en orden de menor a mayor aislamiento sonora (a) una capa de tablaroca a cada lado, (b) Dos capas de tabla-roca, aislamiento de ﬁbra de vidrio, y dos capas más de tabla-roca, (c) Dos capas de tabla-roca, dos juegos de soportes, aislamiento de ﬁbra de vidrio, y dos capas de tabla-roca. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Acústica en salones de clase / Acoustical Society of America embargo, un muro grueso y sólido normalmente es costoso, pesado y usa mucho espacio de piso útil. Por lo que, un compromiso adecuado es construir muros con una capa de material pesado, un espacio de aire, y una segunda capa de material pesado. Un ejemplo típico sería un muro hueco que consta de dos capas de tabla-roca de 5/8 de cada lado. Al construir tales muros, asegúrese de traslapar las capas de tablaroca, de tal manera que las uniones de las capas no coincidan y generen una rendija por la que puede pasar el sonido. Agregando aislamiento de ﬁbra de vidrio o lana mineral en la cavidad central, también se contribuye a la atenuación del ruido. En términos de reducción de ruido, un muro es como una cadena, es sólo tan fuerte como el más débil de sus eslabones. (a) POBRE (normalmente no aceptable) (b) MEJOR (bueno entre salones de clases) (c) EL MEJOR (para condiciones críticas) Ventanas, puertas, rendijas, fracturas, rejillas, ventilas, etc. pueden cancelar totalmente la efectividad de un muro. Espacios entre muros y pisos o losas deben sellarse con un sello acústico. Puertas delgadas o huecas con grandes espacios en la parte baja, producen fugas sonoras en muros de buena calidad. Puertas sólidas con holguras pequeñas y marcos sellados son mejores. Su ubicación también cuenta (la ﬁgura 7 muestra arreglos malos y buenos). Por ejemplo, es conveniente no juntar puertas de cuartos adyacentes, ya que se produce una pequeña trayectoria a través de la cual el sonido puede viajar de un cuarto a otro, a través de las puertas. También, las puertas de los salones no deben ubicarse una enfrente de la otra en un pasillo. Alternando las puertas a lo largo de los pasillos se obtienen trayectorias más largas y se reduce el paso del ruido de un cuarto a otro. Para que los muros divisorios sean efectivos, deben extenderse de piso a techo estructural. De otra manera, el sonido de un salón puede pasar fácilmente a través del falso plafón, sobre el muro divisorio y el falso plafón del otro cuarto (ver ﬁgura 8). Esto frecuentemente se pasa por alto cuando se agregan muros en renovaciones, como cuando los salones de plan abierto son divididos. El diseño preventivo puede eliminar frecuentemente la necesidad de muros gruesos y costosos. En la etapa de diseño, considérese qué cuartos serán ruidosos (cuartos mecánicos, gimnasios, cafeterías, salones de música, aulas de diseño industrial, etc.) y utilice áreas muertas (pasillos, bodegas, y sanitarios) para separar estos espacios de las áreas críticas de audición (salones de clase, bibliotecas, áreas de educación especial, y oﬁcinas). Fig. 8. El sonido viaja sobre el muro divisorio, a través de los plafones. Los muros divisorios deben continuar hasta la losa estructural para formar barreras sonoras efectivas. Fig. 7 Arreglos de puertas. Trayectorias (a) y (b) representan arreglos adecuados, ya que el sonido tiene una trayectoria mayor para ir de un salón a otro, las trayectorias (c) y (d) representan malos arreglos, ya que la distancia es muy corta. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 FUENTES EXTERIORES DE RUIDO Es muy importante la reducción de ruido con los muros al exterior, ya que muchas actividades ruidosas o potencialmente molestas pueden realizarse en el exterior de las escuelas. Muchas escuelas tienen 61 �Acústica en salones de clase / Acoustical Society of America muros exteriores de tabique o block de cemento, que son muy buenas barreras sonoras, pero con ventanas inadecuadas que permiten una considerable transmisión sonora. Para obtener reducción de ruido en ventanas, deben estar bien selladas. Ventanas con doble vidrio proporcionan más reducción de ruido que las de un sólo vidrio (además de un mejor aislamiento térmico y costos menores de energía). Otros culpables de las fugas de sonido son las unidades de aire acondicionado de ventana, montadas hacia el exterior. Estas unidades no sólo transmiten ruido desde el exterior, sino que generan su propio ruido: deben evitarse siempre que sea posible. Desde la planeación, considere las fuentes externas de ruido que pueden afectar el aprendizaje e intente ubicar los salones lejos de tales áreas. Fuentes de ruido comunes incluyen: pasos de aviones, calles activas, autobuses escolares funcionando estacionados, áreas de juegos, campos deportivos, equipo mecánico, depósitos de basura al ser cambiados o vaciados, podadoras mecánicas y maquinaria ruidosa en ediﬁcios cercanos. REFUERZO SONORO Los sistemas de refuerzo sonoro, conocidos como “megáfonos” o “megáfonos FM”, frecuentemente se sugieren como soluciones más o menos económicas para salones con señal a ruido pobre. Un sistema típico consiste de un micrófono inalámbrico para el maestro, y uno o más altavoces ubicados al frente del salón, en el plafond, o a lo largo de los muros para distribuir el sonido entre los estudiantes. Al ampliﬁcar la voz del maestro, se 62 incrementa la relación señal-a-ruido, lo que mejora la comprensión y reduce la tensión vocal. Esto puede ser útil en salones con una cantidad moderada de ruido mecánico que pudiera resultar difícil o costoso de atenuar. Sin embargo, estos sistemas también tienen limitaciones. Por ejemplo en un cuarto con mucha reverberación, se provocará una confusión sonora evitando la comprensión. Se empleen o no sistemas de refuerzo sonoro en los salones, es fundamental tratarlos acústicamente para controlar el tiempo de reverberación. Otra limitante de los sistemas de refuerzo sonoro, es que sólo ampliﬁcan la voz del maestro. No hay ampliﬁcación para los estudiantes cuando hacen preguntas o hablan entre ellos al trabajar en grupos. Algunos sistemas proporcionan un micrófono de mano que puede pasarse entre los estudiantes. Sin embargo, esta solución es problemática, ya que interﬁere con las discusiones espontáneas. Además, si el micrófono no está cerca de la persona que habla, captará tanto ruido ambiente como voz, por lo que la relación S/R no mejora. Un problema más es que el sonido ampliﬁcado, será ruido para otros salones. A pesar de estas complicaciones, los sistemas de refuerzo sonoro, pueden constituir mejoras económicas para salones con altos niveles de ruido, y frecuentemente son mejor que nada. En la segunda parte de este artículo, la cual se publicará en el siguiente número de Ingenierías, se presentarán algunos ejemplos y casos de soluciones acústicas para salones de clases, así como los apéndices. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Electroquímica de los monofosfatos de tungsteno (PO2)4(WO3)2m (m= 4 y 6) ante la inserción de litio Francisco E. Longoria Rodríguez, Azael Martínez de la Cruz División de Estudios de Posgrado, FIME-UANL azmartin@gama.ﬁme.uanl.mx RESUMEN En este trabajo se presenta un estudio de los cambios estructurales provocados por la inserción electroquímica de litio en los miembros de la familia de bronces de monofosfato de tungsteno (PO2)4(WO3)2m, donde m = 4 y 6. El estudio electroquímico reveló que la inserción de litio en los monofosfatos procede a través de distintos procesos de reducción. La naturaleza de cada uno de los procesos fue elucidada a través de la cinética de inserción y posteriormente fueron asociados con cambios estructurales mediante la técnica de difracción de rayos-X in-situ al ciclado de la celda electroquímica. PALABRAS CLAVE Bronces de tungsteno, inserción de litio, baterías de litio. ABSTRACT The electrochemical lithium insertion process has been studied in the family of monophosphate tungsten bronzes (PO2)4(WO3)2m, where m=4 and 6. Structural changes in the pristine oxides were followed as lithium insertion proceeded. Through potentiostatic intermittent technique, the different processes which take place in the cathode during the discharge of the cell were analysed. By means of in situ X-ray diffraction experiments we have detected the nature of different phases Lix(PO2)4(WO3)2m formed and we have established a correlation with the reversible/irreversible processes detected during the electrochemical insertion. KEYWORDS Tungsten bronzes, lithium insertion, lithium batteries. INTRODUCCIÓN En años recientes numerosos óxidos de metales de transición han sido estudiados extensamente, dada su aplicación potencial como electrodos en baterías recargables de litio o como materiales activos en diversos dispositivos electroquímicos.1-2 La capacidad de estos materiales viene determinada por su habilidad para reaccionar con litio a través de una reacción de inserción. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 63 �Electroquímica de los monofosfatos de tungsteno... / Francisco E. Longoria Rodríguez, et al En este sentido, varias técnicas electroquímicas han sido desarrolladas con el ﬁn de conocer los mecanismos inherentes a este tipo de reacciones.3-4 Por ejemplo, el diagrama voltaje composición E(x), provee información acerca de la termodinámica de la reacción de inserción: un dominio de solución sólida puede ser identiﬁcado por una variación continua del potencial con respecto a la composición, debido a la tendencia natural a la igualación del potencial químico de los electrodos participantes en la reacción. Por otro lado, la presencia de una meseta de potencial en un intervalo de composición puede ser asociada a una transición de primer orden, donde una fase es formada a expensas de otra. Sin embargo, debido a las características propias de los experimentos de inserción, en la mayoría de las ocasiones no es posible conﬁrmar mediante técnicas de análisis los mecanismos antes mencionados. La técnica de rayos-X in-situ es una herramienta valiosa en el monitoreo de los cambios estructurales que sufre el electrodo de inserción durante el funcionamiento de una celda electroquímica, facilitando así, la validación de los mecanismos propuestos para la reacción de inserción. Los óxidos que se estudiaron en este trabajo pertenecen a la familia de compuestos conocida como bronces de tungsteno.5 La estructura cristalina que presentan los miembros de esta familia de óxidos, como común denominador, está asociada con la estructura tipo ReO3. Así, la presencia de octaedros del tipo WO6 unidos por sus vértices que se repiten a lo largo de los 3 ejes cristalográﬁcos, generan túneles vacíos donde es factible la inserción de un ion para formar lo que se conoce como bronces de tungsteno. La gran adaptabilidad que presenta la estructura de WO3 permite fenómenos como cambios considerables en la estequiometría del óxido, así como la sustitución de unidades WO6 manteniendo en gran medida la estructura base del óxido de partida. Así, mediante la sustitución de unidades WO6 por grupos PO4 se da origen a la formación de una nueva familia de bronces denominada ahora como bronces de fosfato de tungsteno.6-8 Existen tres familias de bronces de fosfato de tungsteno, las cuales se muestran en la tabla I. 64 Tabla I. Familias de bronces de fosfatos de tungsteno. Familia Fórmula General Tipo de Túneles Monofosfatos (PO2)4(WO3)2m de Tungsteno Pentagonales Monofosfatos Ax(PO2)4(WO3)2m de Tungsteno Hexagonales Difosfatos Tungsteno Hexagonales de Ax(P2O4)2(WO3)2m Todas ellas se pueden deﬁnir estructuralmente como octaedros WO6 separados por hileras de tetraedros de grupos fosfato, entre las uniones de los octaedros y tetraedros se forman una diversidad de túneles que da el nombre a cada familia de los fosfatos. Como parte de un estudio sistemático que venimos realizando sobre las posibilidades de los bronces de monofostato de tungsteno como electrodos de inserción, en el presente trabajo se presenta el estudio de los miembros m = 4 y 6 de la familia (PO2)4(WO3)2m con túneles pentagonales MPTBp.9 Como se muestra en la ﬁgura 1, las estructuras de estos bronces están formadas por octaedros tipo WO6 unidos por tetraedros de composición PO4 donde cada tetraedro está unido por las esquinas a los octaedros WO6. También puede describirse como una capa de octaedros de anchura variable conectados por hileras sencillas de unidades PO4, la unión entre los octaedros y los tetraedros forma túneles pentagonales los cuales están vacíos. a) b) m=4 m=6 Fig. 1. Estructuras de los miembros de la familia de bronces de monofosfato de tungsteno (PO2)4(WO3)2m: a) P4W8O32 (m=4) y b) P4W12O44 (m=6). Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Electroquímica de los monofosfatos de tungsteno... / Francisco E. Longoria Rodríguez, et al Los MPTBp muestran propiedades eléctricas dimensionales,10 magnéticas11 e incluso ópticas de mucho interés dadas sus posibles aplicaciones.12 El carácter dimensional de los monofosfatos está estrechamente relacionado con su estructura cristalina, la cual se puede describir eléctricamente como capas de octaedros conductoras de composición WO6 separadas por hileras de tetraedros aislantes PO4. Este trabajo tiene como ﬁnalidad aprovechar las ventajas de la técnica de difracción de rayos-X in-situ, para estudiar la evolución estructural de los MPTBp ante la inserción electroquímica de litio. CONDICIONES EXPERIMENTALES La síntesis de los bronces se llevó a cabo en dos pasos. Primeramente una mezcla estequiométrica de (NH4)2HPO4 y WO3 fue tratada térmicamente a 650° C para descomponer el fosfato de amonio. Posteriormente, al producto de esta descomposición se le agregó una cantidad apropiada de W para alcanzar la estequiometría deseada, se colocó en una ampolleta de cuarzo, se selló al vacío y se trató térmicamente a 1000° C por 9 días. La caracterización estructural de los óxidos de partida, así como de las fases insertadas, fue realizada en un difractómetro de rayos-X SIEMENS D-5000 el cual opera con la radiación de Cu Kα (λ=1.5418 Å). Para el primer caso, los datos fueron tomados entre los ángulos 2θ de 5 a 90º con una velocidad de barrido de 0.05º/2s. Para la caracterización de las fases insertadas, el barrido de radiación fue entre los ángulos de 5 a 60º a una velocidad de 0.01º/8s. La inserción electroquímica de litio fue realizada en una celda tipo Swagelok en la que una pastilla de litio actuó como electrodo negativo. Como electrodo positivo se utilizó una pastilla de 7 mm de diámetro constituida por 89% de material activo, 10% de carbón amorfo conductor y 1% de compactante (EPDT en ciclohexano). Como electrolito, fue utilizada una solución 1 mol dm-3 de LiPF6 en una mezcla 1:1 de carbonato de etileno y de carbonato de dimetilo. Debido a la alta reactividad del litio metálico, todas las operaciones asociadas al ensamblaje de la celda fueron realizadas dentro de una caja seca MBraun cuyo contenido de O2 y vapor de H2O es menor a 1 ppm. Las celdas ensambladas fueron conectadas Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 a un sistema multicanal potenciostato/galvanostato tipo MacPile II, donde fueron descargadas en modo potenciostático con una velocidad de barrido de 10 mV/0.5 h. Una vez alcanzados los valores mínimos de potencial predeterminados vs Li+/Lio, el sentido del barrido fue invertido con el ﬁn de restituir a la celda a su estado inicial de carga. La toma de rayos-X de manera simultánea a la inserción de litio se llevó a cabo en una celda electroquímica especialmente diseñada para este propósito.13 Los experimentos se realizaron aplicando una densidad de corriente de 390 µA/cm2 por 1.5-2 h empleando el mismo periodo de tiempo para la relajación del sistema. Los rayos-X fueron tomados únicamente cuando el sistema estuvo en equilibrio (tomando esta condición como cierta cuando el voltaje de la celda experimentó una variación menor a 20mV/h). Usualmente se utilizó una velocidad de barrido de 0.5°/2s en un rango de 5 a 60º en 2θ. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la ﬁgura 2 se muestra la variación típica del potencial en función de la cantidad de litio insertado de dos celdas de conﬁguración Li/electrolito/ (PO2)4(WO3)2m, donde a) m = 4 y b) m = 6, cuando éstas fueron sometidas a un ciclo de carga-descarga entre los límites de potencial de 3.15 a 0.01 V vs Li+/Li0 bajo condiciones potenciostáticas. La máxima cantidad de litio insertado fue de 52 y 72 Li/fórmula respectivamente, conduciendo a una alta capacidad especíﬁca de las celdas (del orden de 600 Ah/Kg en cada caso). No obstante, cerca de la mitad de la capacidad de las celdas fue perdida luego del primer ciclo de carga-descarga debido a la incapacidad del sistema para remover una gran cantidad de litio durante el correspondiente proceso de carga. La imposibilidad del sistema por mantener una alta capacidad ante subsecuentes ciclos de cargadescarga tiene su origen en los distintos procesos electroquímicos observados durante la descarga de las celdas, mismos que son evidenciados en la ﬁgura 2 como regiones de potencial constante (marcadas con letras), o bien variable (etiquetadas con números romanos), en función de la composición de litio insertado. En primera instancia, una variación 65 �Electroquímica de los monofosfatos de tungsteno... / Francisco E. Longoria Rodríguez, et al 4 m=4 3.5 Carga 3 I 2.5 II 2 1.5 III A 1 Descarga 0.5 0 0 10 20 30 40 50 60 x en LixP4W8O32 b) 3.5 m=6 E/Voltios vs Li+/Li0 3 Carga I 2.5 Para determinar lo anterior, se procedió a limitar el potencial mínimo hasta el cual se realizó la descarga de cada celda. En cada caso, se eligieron como potenciales mínimos de trabajo aquellos asociados con la presencia de los distintos procesos electroquímicos observados en la ﬁgura 2. La ﬁgura 3 muestra un ciclo completo de carga-descarga de cada uno de los bronces estudiados como material activo, limitando en cada caso el potencial mínimo de trabajo hasta donde la inserción de litio ocurre de manera reversible. Así, por una simple comparación de los diagramas E(x) de las ﬁguras 2 y 3, se puede concluir que el proceso de naturaleza irreversible presente en todos los casos es la región de potencial semiconstante marcada como A para el bronce P4W8O32 y B para el monofosfato P4W12O44. Dicha a) II 1.5 B 1 III Descarga 0 0 10 m=4 3 0.5 20 30 40 50 60 70 80 continua de potencial en función de la composición denota la formación gradual de una solución sólida; mientras que una constancia en el valor del potencial para un intervalo de composición dado está asociada con una transición de fase de primer orden. Aunque durante el proceso de descarga se evidenciaron varios procesos electroquímicos en el electrodo de inserción, las correspondientes curvas de carga en cada caso mostraron un comportamiento monótono de la variación del potencial en función de la composición. Lo anterior trae como consecuencia que, al menos, debe existir un proceso de naturaleza irreversible durante la descarga de la celda. Carga 2.6 Descarga 2.4 2.2 1.8 0 b) E/Voltios vs Li+/Li0 Fig. 2. Diagramas voltaje-composición, E(x), para celdas electroquímicas de conﬁguración Li/electrolito/ MPTBp durante el primer ciclo de carga-descarga de la celda hasta 0.01V vs Li+/Li0 bajo condiciones potenciostáticas. 2.8 2 x en LixP4W12O44 66 3.2 A 2 E/Voltios vs Li+/Li0 E/Voltios vs Li+/Li0 a) 0.5 1 1.5 2 2.5 x en LixP4W8O32 3.5 3 3.5 m=6 Carga 3 I 2.5 A 2 II 1.5 Descarga 1 0 5 10 15 x en LixP4W12O44 Fig. 3. Diagramas de Voltaje-Composición para un ciclo de carga-descarga hasta un potencial justo antes del proceso irreversible de celdas de conﬁguración Li// MPTBp bajo condiciones potenciostáticas. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Electroquímica de los monofosfatos de tungsteno... / Francisco E. Longoria Rodríguez, et al región, asociada con una transición de primer orden, aparece a 1.5 V para m = 4 y a 1.0 V vs Li+/Li0 para m = 6. La naturaleza de dicha transformación, elucidada también a través de la cinética de la reacción, será comentada durante el análisis de la difracción de rayos-X in situ más adelante. Para conﬁrmar nuestra primera interpretación del diagrama E(x), se analizó a detalle la relajación de la corriente para cada paso de potencial en experimentos potenciostáticos. El análisis de las curvas de relajación mostró que cuando el sistema atravesó las regiones de potencial variable en función de la composición en la ﬁgura 2, las curvas I-t presentaron un comportamiento homogéneo, típico de la formación de soluciones sólidas. Por otro lado, cuando el sistema atravesó las zonas de potencial semi-constante en función de la composición, las curvas adquirieron un comportamiento heterogéneo, indicativo de una región bifásica donde tiene lugar una transición de primer orden. En la ﬁgura 4a se muestra el diagrama Fig. 4. Regiones del cronoamperograma en las zonas vecinas a las transiciones de fase que experimenta el electrodo a) P4W8O32 y b) P4W12O44 durante la inserción de litio. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 I(t) en la zona vecina a la transición I II observada en el monofosfato m = 4 (marcada con un punto en la ﬁgura 2a). En ésta se observa que la intensidad de corriente decae a cero antes de aplicar un nuevo paso de potencial. De aquí se deduce que la difusión de litio es el mecanismo que gobierna la reacción de inserción en todo el intervalo de composición que incluye a las regiones I y II. Por lo anterior, el proceso detectado entre la solución sólida I y II puede atribuirse a la existencia de una transición continua de fase. Mención especial merece el proceso marcado como II en la ﬁgura 2b (m=6). El análisis de las curvas de relajación I-t, ver ﬁgura 4b, muestra dos mínimos de reducción (indicados como C y D) asociados igualmente a transiciones de primer orden, las cuales separan regiones intermedias de soluciones sólidas. Con el propósito de caracterizar estructuralmente las distintas fases LixP4W8O32 y LixP4W12O44, hemos seguido la evolución del enrejado cristalino a medida que el litio fue insertado mediante la técnica de difracción de rayos-X in situ. Así, durante la descarga de celdas electroquímicas con conﬁguración Li/electrolito/(PO2)4(WO3)2m se fueron tomando datos de difracción de rayosX que nos permitieron establecer una correlación entre el mecanismo de inserción propuesto y los diagramas de difracción obtenidos para cada caso. Como se desprende de la ﬁgura 5, la introducción de los primeros 4 litios en P4W8O32 (m = 4) no produce ningún cambio en el patrón de difracción, observándose sólo un ligero desplazamiento de las reﬂexiones observadas, provocando un cambio en Fig. 5. Diagramas de difracción de rayos-X de LixP4W8O32 tomados durante la inserción electroquímica de litio. 67 �Electroquímica de los monofosfatos de tungsteno... / Francisco E. Longoria Rodríguez, et al los parámetros de celda, comportamiento típico de distintas composiciones dentro de una misma solución sólida LixP4W8O32 (0 < x < 4). En la tabla II, se muestran la evolución de los parámetros de celda a medida que se inserta litio en el bronce P4W8O32, determinados por el método Rietveld. Para composiciones con x > 4, se observa una gradual disminución en las intensidades de las líneas de difracción indicando una incipiente amorﬁzación del material. Tal situación queda de maniﬁesto cuando para una composición de Li14P4W8O32 desaparecen totalmente las reﬂexiones correspondientes al material cristalino. Para el caso de m = 4, recordemos que después de la introducción de los primeros 4 litios aparece la transición de fase de primer orden (A) responsable de la irreversibilidad del sistema. Tal irreversibilidad es ahora justiﬁcada por el hecho de que la entrada de más de 4 litios trae consigo la destrucción del enrejado cristalino del óxido de partida. Esta situación debe ocurrir debido a que el carácter tridimensional de la estructura de P4W8O32 no soporta la cantidad de litio insertada. La ﬁgura 6 muestra una serie de difractogramas obtenidos durante la inserción electroquímica de litio en P4W12O44 (m = 6). En primera instancia, la inserción de litio procedió a través de la formación de una solución sólida de composición LixP4W12O44 (0< x <4). El correspondiente diagrama de difracción para x = 4 muestra que la estructura cristalina del óxido de partida se mantuvo con un ligero cambio en los parámetros de celda, como es de esperar durante la formación de una solución sólida. En la tabla III se muestran en resumen los resultados del análisis estructural de los patrones de difracción por el método de Rietveld de las distintas fases litiadas de interés. Luego de la inserción de los primeros 4 litios, para x = 5 y x = 6, composiciones incluidas dentro de la región de potencial constante marcada como A en la ﬁgura 2, los diagramas de difracción mostraron la presencia de nuevas reﬂexiones propias de la aparición de una nueva fase cristalina de matriz monoclínica (ver tabla III). Tabla II. Evolución de los parámetros de celda LixP4W8O32 en función del litio insertado. x en a/Å LixP4W8O32 b/Å c/Å R-Factor 0 5.283(6) 6.569(0) 17.355(3) 3.09 1 5.283(8) 6.568(9) 17.371(8) 3.23 2 5.283(1) 6.568(7) 17.400(3) 3.65 3 5.283(4) 6.569(2) 17.419(0) 2.89 4 5.283(6) 6.568(7) 17.453(8) 3.99 Fig. 6. Diagramas de difracción de rayos-X de LixP4W12O44 tomados durante la inserción electroquímica de litio. Tabla III. Evolución de los parámetros de celda LixP4W12O44 en función del litio insertado. x en LixP4W12O44 Tipo de celda Grupo espacial Parámetros de Celda a/Å b/Å c/Å β R-Factor 0 Ortorrómbica P212121 5.2929 6.5590 23.5457 90.00 3.02 1 Ortorrómbica P212121 5.2901 6.5578 23.5570 90.00 4.60 2 Ortorrómbica P212121 5.2887 6.55858 23.5641 90.00 3.75 3 Ortorrómbica P212121 5.2888 6.5578 23.5750 90.00 2.91 4 Ortorrómbica P212121 5.2889 6.5600 23.5842 90.00 2.99 8 Monoclínica - 17.5140 9.6772 18.7029 92.78 5.04 12 Monoclínica - 17.3080 4.8136 18.0796 98.26 6.42 14 Monoclínica - 21.2518 3.7894 23.3115 104.11 5.73 68 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Electroquímica de los monofosfatos de tungsteno... / Francisco E. Longoria Rodríguez, et al De acuerdo a nuestra interpretación de los resultados electroquímicos, la región de potencial constante corresponde con una transición de primer orden donde dos fases cristalinas coexisten en equilibrio. Así, las composiciones de x = 5 y x = 6 mostraron, además de la presencia de la fase Li4P4W12O44, la existencia de una nueva fase cristalina cuya composición corresponde con el máximo valor de litio en la región de potencial constante A, esto es, Li 6P4W12O44. La nueva fase formada se observa en su forma pura cuando analizamos el diagrama de difracción cuando x = 8. A partir de esta composición una segunda solución sólida es formada en el intervalo de composición de 8 < x < 9.3 litios. A partir de 9.5 y hasta 10 litios, se detecta una región de transición de fase (región C en la ﬁgura 4), el análisis por Rietveld determinó la formación de una nueva fase de matriz monoclínica que se presenta en estado puro en x = 10. Para composiciones de litio entre 10 y 12 se observa la existencia de una región de solución sólida, como lo denota el diagrama de difracción de rayos-X para x = 12. Para x = 13, la existencia de una nueva transición bifásica es de nuevo maniﬁesta por la presencia de una nueva fase cristalina con un tipo de celda monoclínica, misma que se observa en su forma pura para x = 14 (región D en la ﬁgura 4). A partir de composiciones dentro de la transición de fase marcada con la letra B en la ﬁgura 2 (15< x <30), se observa una pérdida gradual de las reﬂexiones en los patrones de difracción, de tal manera que para cuando x=22, ocurre la desaparición total de las líneas de reﬂexión. Lo anterior indica que se está formando una nueva fase con una estructura amorfa, esta transformación corresponde a la transición de fase irreversible que presenta el bronce. La ausencia de líneas de difracción se mantuvo para composiciones incluidas dentro de la región III, mostrando así la naturaleza amorfa de esta fase. Sobre la base de estos resultados, se puede establecer una total concordancia entre el estudio electroquímico y lo observado a través de los rayos-X in-situ para los bronces estudiados en este trabajo. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 CONCLUSIONES Durante el estudio de la inserción electroquímica de litio en los bronces P4W8O32 y P4W12O44 se detectó la existencia de varias regiones de solución sólida y zonas de transición de fase de primer orden. La transformación de la fase I a II para el caso del monofosfato P4W8O32, ocurrió por un mecanismo que implica una transición continua de fase, como lo mostró un análisis de la cinética del sistema. El estudio por difracción de rayos-X en las fases LixP4W8O32 y LixP4W12O44, con composiciones incluidas en todas las regiones observadas en los diagramas E(x) en ambos casos, mostró una total correlación con los datos obtenidos del estudio electroquímico. AGRADECIMIENTOS Los autores desean agradecer al CONACYT su apoyo a través del proyecto 43800 y a la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) por su aporte mediante los proyectos PAICYT (2004). REFERENCIAS 1. Manthiram A. y Kim J., Chem. Mater. 10 (1998) 2895. 2. Granqvist C.G., Solar Energy Materials & Solar Cells 60 (2000) 201. 3. Weppner W. y Huggins R.A., J. Electrochem. Soc. 124 (1977) 1569. 4. Chabre Y., Prog. Solid State Chem. 23 (1995) 1. 5. Hagenmuller P. en Comprehensive Inorganic Chemistry, vol. 4. Pergamon, Oxford (1973). 6. Greenblatt M., International Journal of Modern Physics B 7 (1993) 3937. 7. Roussel P., Labbé Ph. y Groult D., Acta Cryst. B56 (2000) 377. 8. Roussel P., Pérez O. y Labbé Ph., Acta Cryst. B57 (2001) 603. 9. Roussel P., Groult D., Maignan A. y Labbé Ph., Chem. Mater. 11 (1999) 2049. 10. Mascaraque A., Roca L., Avila J., Drouard S., Guyot H. y Asensio M.C., Phys. Rev. B 66 (2002) 115104-1. 69 �Electroquímica de los monofosfatos de tungsteno... / Francisco E. Longoria Rodríguez, et al 11. Rötger A., Schlenker C., Dumas J., Wang E., Teweldemedhin Z. y Greenlatt M., Synthetic Metals 55 (1993) 2670. 12. Zhu Z.T., Musfeldt J.L., Koo H.J., Whangbo M.H., Teweldemedhin Z.S. y Greenblatt M., Chem. Mater. 14 (2002) 2607. 13. Herrera Sánchez R., Treviño L., Fuentes A.F., Martínez de la Cruz A., Torres Martínez Leticia M., J. Solid State Electrochemistry 4 (2000) 210. XV INTERNATIONAL MATERIALS RESEARCH CONGRESS & V NATIONAL ASSOCIATION OF CORROSION ENGINEERS NACE INTERNATIONAL SECTION MEXICO CONGRESS Cancun, Mexico 20-24 August 2006 The Academia Mexicana de Ciencia de Materiales and the Association of Corrosion Engineers NACE International Section Mexico are pleased to announce the XV INTERNATIONAL MATERIALS RESEARCH CONGRESS 2006 AND THE V NATIONAL ENGINEERS NACE INTERNATIONAL SECTION MEXICO CONGRESS to be held in Cancun, México. Abstracts Deadline, May 15th, 2006. For further information: 29 Oriente # 601-1 Col. Ladrillera de Benítez C. P. 72540, Puebla, México Phone/ Fax +52(222) 2 11 43 93 +52 (222) 2 11 43 94 http://www.imrc2006.buap.mx/ 70 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Microwave impedance matching strategies of an applicator supplied by a bi-directional magnetron waveguide launcher Georges Roussy Laboratorie de Sectroscopie et des Techniques Microondes, Université Henri Poincaré georges. roussy@wanadoo.fr Nils Kongmark RIMM Tecnologies Holding Corp-BVI nils.konmark@usa.net ABSTRACT It is shown that a bi-directional waveguide launcher can be used advantageously for reducing the reﬂection coefﬁcient mismatch of an input impedance of an applicator. In a simple bi-directional waveguide launcher, the magnetron is placed in the waveguide and generates a nominal ﬁeld distribution with signiﬁcant output impedance in both directions of the waveguide. If a standing wave is tolerated in the torus, which connects the launcher and the applicator, the power transfer from the magnetron to the applicator can be optimal, without using special matching devices. It is also possible to match the bi-directional launcher with two inductance stubs near the antenna of the magnetron and use them for supplying a two-input applicator without reﬂection. KEYWORDS Mismatch impedance, input impedance of an applicator, bi-directional magnetron launcher. Este artículo publicado en el Journal of Microwave Power & Electromagnetic Energy, Vol. 38, No. 4, recibió el “Premio al Mejor Artículo” durante el 39th International Microwave Power Symposium en julio de 2005. RESUMEN Se muestra que una guía de onda con salida bidireccional puede ser utilizada ventajosamente para reducir la falta de sintonía en el coeﬁciente de reﬂexión de la impedancia de entrada de un aplicador. El magnetrón genera una distribución de campo nominal con una impedancia de salida signiﬁcativa en ambas direcciones de la guía de onda. La potencia transferida del magnetrón hacia el aplicador puede ser óptima, sin utilizar dispositivos especiales de sintonía, si el arreglo que lo conecta a la entrega de la onda tolera a la onda estacionaria. Es posible también tener sintonía con dos tornillos de inducción cerca de la antena del magnetrón y utilizarlos como suministro para dos entradas sin reﬂexión. PALABRAS CLAVE Sintonía de impedancia, impedancia de entrada en un aplicador, magnetrón de salida bidireccional. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 71 �Microwave impedance matching strategies of... / Georges Roussy, Nils Kongmark INTRODUCTION It is well known that a signiﬁcant amount of power is reﬂected at the surface of any dielectric material when it is irradiated by a microwave source. For a plane wave, at normal incidence and for a material, for which the permittivity is ε, the power introduced in the material is only 4 / ( +1)2. This problem was specially considered in hypothermic techniques.1 Although many solutions have been proposed including coupling circuits and adapting circuits for impedance and other reﬂection wave compensations, the problem is still considerable. In cooking, the penetration of microwave power in foods is also a serious problem because foods have also high permittivity values. Many years ago, Fritz2 and Kongmark published and patented a microwave circuit, now known as the RIMM circuit having a high efﬁciency in heating food. The circuit is a ring in which both the magnetron and the material to be heated are placed as ﬁgure 1 shows. The magnetron and the applicator are connected with two identical half torus waveguides. During twenty years the high efﬁciency of the RIMM circuit has been explained from the possibility of irradiating the material from both sides. It is the main reason but the RIMM circuit also performs a good transfer of power from the magnetron to the material by reducing the mismatch in power, which occurs at the surface of the material, as we will see in this paper. Fig. 1. RIMM circuit incluiding the magnetron, the applicator connected with two half tours wave guides. 72 THEORETICAL ANALYSIS OF THE RIMM CIRCUIT In the RIMM circuit the lengths of the two identical half torus of the ring must be deﬁned with care so that the electromagnetic ﬁeld, emitted by the magnetron in both branches, corresponds to the center point in the Rieke chart of the magnetron. This nominal situation is checked by substituting a probe (available from the manufacturer of the magnetron) for the tube and by verifying with a Vector Network Analyzer that the coaxial branch of the probe presents no reﬂection at the frequency of the magnetron emission. The check circuit is a symmetric three port microwave circuit, which consists of the probe and of a section of the guide in which the probe is placed. The arrangement is a bi-directional magnetron waveguide launcher (see ﬁgure 2). Fig. 2. Bi-directional magnetron waveguide launcher with a probe placed instead of the magnetron. The parameters of its scattering matrix can be evaluated by referencing the input and output waves in P1, P2 and P3 planes deﬁned as follows. The measured plane P1 is the coaxial N-connector of the probe; the planes P2 and P3 are symmetric and located on either side of the symmetrical plane of the circuit at a distance (usually 18.6 mm), at which the magnetron manufacturer speciﬁes to place a short circuit to get a classical TE10 wave guide launcher. The function of the shorting wall is discussed in the book.3 Due to the symmetry, the matrix [S] should be written ⎡α ⎢ t ⎢t ⎣ r t⎤ ⎥ [S ] = ⎢⎢ t β r ⎥⎥ β ⎥⎦ Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Microwave impedance matching strategies of... / Georges Roussy, Nils Kongmark Let us suppose that the circuit with the probe, which simulates the ﬁeld distribution, which the magnetron must see, is a lossless circuit. The three branches of a lossless (and reciprocal) three port can never be simultaneously matched,4 because a 3*3 symmetrical matrix having its three diagonal terms all null cannot be unitary (whereas the 2*2 and 4*4 matrices having their diagonal terms null can be unitary). Determination of the scattering parameter of the simple bi-directional launcher matrix Instead of calculating α, β, r and t from the unitarity conditions of the S-matrix, let us consider the lossless two port obtained when the short circuit is placed (again) in the plane P3. Its 2*2 matrix is also unitary. t 2 =α (β +1) r 2 = β (β + 1) (2) and t (β + 1− r ) = (β + 1)e− j Ψ (3) 2 2 α t + t β + tr = 0 * 2 * 2 * (4) (5) 2 and β + t + r = 1 (6) these equations can be solved. There are two solutions, but only one has a physical meaning. β = 0.577∠ + 150º r = 0.577∠ − 90º Then From the scattering matrix, we can calculate the reﬂection coefﬁcient of two identical loads that we will place in branches 2 and 3 so that branch 1 presents no reﬂection. It is obtained by solving the system of three equations: 0 = α E1′ + y ρ E2′′ + t ρ E3′′ E2′′ = tE1′ + β .ρ E2′′ + r ρ E3′′ E3′′ = tE1′ + r ρ E2′′ + β .ρ E3′′ In which, E’i and E”i (i = 1, 2 and 3) are respectively the input and the output waves in the branches i. The elimination of E’i and E”i leads to α (βρ + r ρ −1) = 2ρt 2 (1) In this equation is the phase angle of the transfer coefﬁcient between 1 and 2 branches. The is deﬁned by the exact location of the phase reference planes in the coaxial and the waveguide branches. If the probe is directly calibrated for measuring the waveguide impedance in the plane of its antenna with a V.N.A connected to the coaxial is the electrical distance between P3 branch, and equals about 38°. plane and the antenna. Taking into account now on the fact that [S] is unitary: α = 1− 2 t ⎡ 0.577∠− 2 Ψ − 90º 0.577∠− Ψ − 30º 0.577∠− Ψ − 30º ⎤ ⎢ ⎥ ⎥ 0.577∠− 90º [S ] = ⎢⎢0.577∠− Ψ − 30º 0.577∠−150º ⎥ ⎢ 0.577∠− Ψ − 30º 0.577∠− 90º 0.577∠−150º ⎥⎦ ⎣ t = 0.577∠ − Ψ − 30º α = 0.577∠ − 2Ψ − 90º Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 or (7) ρ = 1/ (r − β − 2) = 0.577∠−150º Modulus of is not zero because the three port divides the input energy in two parts and because the internal mismatch of the three port combines with the impedance of the applicator that the magnetron sees. When the magnetron requires its nominal characteristics, the reﬂection coefﬁcient of each side of the applicator should have a speciﬁed value (not zero). Determination of the matched bi-directional launcher matrix By placing two inductance stubs in the section of the antenna of the magnetron as ﬁgure 3 shows, the reﬂection coefﬁcient α can be zero and the impedance of the branches 2 and 3 for which branch 1 presents no reﬂection can be shifted to = 0. The bi-directional magnetron launcher is “matched” and its S matrix is then (with other measured planes): ⎡ 0 0.707 0.707⎤ ⎢ ⎥ [S ] = ⎢⎢0.707 0.5 −0.5 ⎥⎥ ⎢ 0.707 −0.5 0.5 ⎥⎦ ⎣ The matching device should be a stub, type inductance, for taking the place of the shorting circuit, which is introduced in the TE10 launcher. 73 �Microwave impedance matching strategies of... / Georges Roussy, Nils Kongmark Any other type of matching devices (screw, other stub, or λg/4 length of reduced width of the waveguide section…) is also suitable, providing it is properly tuned. EXPERIMENTAL RESULTS Measurements of the scattering parameters of the two bi-directional launcher versions have been performed, at 2 450 MHz, with a HP 8714B Vector Network Analyzer, which is calibrated with a N-coaxial standard kit and with a (OC, SC, AL) waveguide kit for respectively coaxial and waveguide measurements. The probe is an E 4430 Toshiba, which is designed for simulating the 2M172 Toshiba magnetron. We used a RG 112 U standard waveguide. a. Direct measurement of the scattering parameters of the simple bi-directional launcher. For the simple bi-directional launcher we got β = 0.534∠ + 130 r = 0.580∠− 87º t = 0.570∠25º α = 0.600∠14º The magnitudes of the measured parameters are near the predicted ones. Phases may be in error because the exact location of the measured planes is difﬁcult to deﬁne, because the VNA cannot be calibrated with mixed coaxial and waveguide standard and, ﬁnally, because the circuit is slightly lossy. The losses appear also when the classical launcher is analyzed, by placing a short circuit in Fig. 3. Matching inductance of a bi-directional waveguide launcher, with inductance stubs. 74 branch 3 and by measuring the coaxial complex reﬂection coefﬁcient when successively an adapted load, a short circuit and an open circuit are connected to the branch 2: al =0.075<143°, sc = 0.891<-67°, oc = 0.887<130°. Because the two last values have not a unitary magnitude, the probe is lossy. That is probably due to the losses in the ceramic, which is used in the manufacturing of the antennas of both the probe and of the magnetron. b. Scattering matrix of the matched bidirectional launcher. After placing two inductance stubs, as explained in the previous section, we measured the S parameters of the matched bi-directional launcher and obtained the following data: |α|=0.027, |β|= 0.498, |r| = 0.508, |t| = 0.701.The phase values and the location of the measured planes are ignored, as is usual in the speciﬁcation of any similar 3db power divider. All the scattering parameters are near the values, which we predicted above. IMPEDANCE MATCHING STRATEGIES There are at least two strategies to optimally transfer the emitted microwave power from the magnetron to the product, which is inside the applicator: a. The ﬁrst strategy consists of using a simple bidirectional launcher and inserting two screws, symmetrically placed, in the two half torus and of adjusting both their positions and their penetrations so that the complex reﬂection coefﬁcient of the applicator (measured in P2 or P3 plane) equals the value given by equation (7). There is then a stationary wave in the torus, with high and low electric ﬁeld locations. The standing wave ratio is about three. The electric square ﬁeld maximum is ten times the electric square ﬁeld minimum. As long as the total power is low, this standing wave can be acceptable without risk of arcing. Many applicators in food treatment or in domestic oven have input impedance, with a reﬂection coefﬁcient, which is near 0.3 in magnitude. In practice when the RIMM circuit Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Microwave impedance matching strategies of... / Georges Roussy, Nils Kongmark is used for supplying these applicators, only the lengths of the two half torus must be adjusted so that the (complex) condition (7) is fully satisﬁed and so that the power emitted by the magnetron is transferred optimally to the applicator. It should also be noted, that the optimal reﬂection coefﬁcient, which is questioned above should take into account both the proper input reﬂection wave of the applicator and the transmitted waves of the applicator from one side to the other side, if the applicator is partially transparent to the waves. That strategy was probably applied in many patents describing the design of dual input port oven.5,6,7 b. The second strategy is to match the launcher with two inductance stubs in the antenna plane (ﬁgure 3) as has been discussed previously. Then the reﬂection of the applicator is tuned to a no-reﬂection load by inserting two identical stubs in front of the applicator. In this strategy there are no standing waves in the torus waveguides but only progressive waves and the lengths of the half torus can be changed without modifying the impedance matching. The described bi-directional launcher and the presented discussion on impedance matching apply advantageously also to many modern domestic microwave ovens, in which the cavity is supplied by two waveguide inputs from one magnetron. Because the impedance matching inductance stubs not heat at high power electromagnetic ﬁeld, the design is working with high stability. It can also avoid the use of a mechanical stirrer in many cases and nevertheless, arrives at a good homogeneity of the ﬁeld distribution. The described matched bi-directional launcher can also be used with magnetron, which has an operating point not in the center of the Rieke chart. The launcher should then be rematched by inserting two other stubs near the antenna, not exactly in the symmetrical plane, for restoring the required working point in the Rieke chart (in magnitude and in phase). Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 CONCLUSION The RIMM circuit’s high efﬁciency in food heating is justiﬁed by two reasons, i.e. ﬁrst, the microwave energy is supplied to the heated material from two opposite sides and, secondly, the RIMM circuit reduces the mismatch of the reﬂection at the surface. REFERENCES 1. Guy, A.W, Lehrmann, J.F, Stonebridge, JB and Sorensen, C.C. 1978. Development of a 915 MHz Direct Contact Applicator for Therapeutic Heating of Tissues. IEEE Transactions on MTT, 26, p. 550-563. 2. Fritz, K. 1990 US Patent 4.952.763. System for Heating Objects with Microwaves. 3. Roussy, G and Pearce, J. 1995. Foundations and Industrial Applications of Microwaves and Radio Frequency Fields. Physical and Chemical Process. John Wiley and Sons. 4. Goudet, G. and Chavance, P. 1955. Ondes Centimétriques: Lignes, Circuits, Antennes, Editions Chiron.Paris. 5. Berg, L.E. and Risman, P.1993. US Patent 5.237.139 Microwave Oven, a Method for Excitation of the Cavity of a Microwave Oven, and a Wave Guide Device for Carrying out the Method. 6. Baron, D.A and Bufﬂer, C.R. 1979.US Patent 4.140.888 Dual-feed Microwave Oven. 7. Thuleen, R.A. 1979. US Patent 4.133.997. Dual Feed, Horizontally Polarized Microwave Oven. 75 �Eventos y reconocimientos I. CURSO IBEROAMERICANO SOBRE ACÚSTICA Y VIBRACIONES En virtud de la importancia que para la industria tienen los problemas de vibraciones y acústica, en el marco del convenio de cooperación entre la Universidad de Castilla la Mancha de España y la Universidad Autónoma de Nuevo León, en México, la FIME-UANL y la EUP de Almaden-UCLM llevaron a cabo el 1er. Curso Iberoamericano de Especialistas en Acústica y Vibraciones. Este curso se efectuó en España de marzo a mayo de 2005 y en México de septiembre a diciembre de 2005, en ambos casos con profesores de dichas instituciones, así como especialistas del ámbito empresarial. El curso se organizó en dos módulos, uno sobre vibraciones y otro sobre acústica, divididos en 10 unidades, las cuales cubrían: conceptos básicos, instrumentación, metrología, identificación de problemas, control de ruido y vibración y casos prácticos. El Director de la FIME-UANL Inaugurando el 1er Curso Iberoamericano de Especialistas en Acústica y Vibraciones en su edición México. 76 II. CURSO DE FUNDAMENTOS DE REFRIGERACIÓN EN LA FIME Durante la semana del 17 al 21 de octubre de 2005, el Capítulo Monterrey de ASHRAE (Sociedad Americana de Ingenieros en Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado) en coordinación con la FIME-UANL, impartió el curso “Fundamentos de Refrigeración” orientado hacia la conservación de alimentos y diseño de cuartos fríos. Los temas fueron tratados con amplitud ya que se contó con la participación de 8 expositores (Enrique Garay, Enrique Villanueva, Felipe Cerda, Félix Rodríguez, Fernando López, Miguel Villalobos, Oscar Ramón y Roberto Sánchez). La inauguración estuvo a cargo del Dr. Moisés Hinojosa, Subdirector Académico y fue clausurado por el propio director de la FIME-UANL el M.E.C. Rogelio Guillermo Garza Rivera Un asistente recibe su diploma al ﬁnalizar el curso de manos del Director de la FIME-UANL, Rogelio G. Garzar Rivera. De izquierda a derecha: Moisés Hinojosa, Subdirector Académico de la FIME; Roberto González, Gobernador del Capítulo Monterrey de ASHRAE y Félix Rodríguez presidente del mismo. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Eventos y reconocimientos III. CONCURSO DE MINIROBÓTICA FIMEBOT El día 4 de noviembre de 2005 se llevó a cabo el Concurso de Minirobótica FIMEBOT organizado por el Club de Robótica FIME, el cual consistió en una carrera en que los robots debían seguir, de forma autónoma, una pista lo más rápido posible. Cada equipo entregó un documento que describía a su robot y su sistema de control, además de realizar una presentación oral al momento de la competencia. Para la caliﬁcación se consideraron, además de la velocidad, el diseño y originalidad, y la ﬁdelidad con que los robots siguieron la trayectoría. Participaron 15 equipos, logrando el primer lugar el equipo integrado por Francisco Botzaeth Rangel Martínez, Erick Daniel Galindo García y Moisés Salvador Figueroa Ibarra de FIME con su robot “Self-Bot”, el segundo lugar el equipo de Roberto Azcárraga Carrazco, Magdalena Hernández González y Renato Sánchez Velázquez de la Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas (UPIITA) del IPN con el robot “Chachacross” y en tercer lugar el robot “RoboBitch” construido por Brenda Galván Suárez, Fernando Lucía Salinas, Alberto Mar Torres y Argeo V. Gutiérrez Sosa de FIME. Algunos de los vehículos robóticos participantes en el FIMEBOT. IV. CONCURSO DE CREATIVIDAD El 27 de octubre del año en curso se realizó el sexto concurso de creatividad organizado por el Departamento de Ingeniería Hidráulica. El concurso consistió en diseñar y construir un dispositivo para impulsar a un cuerpo, en este caso un carrito, a la mayor distancia posible en línea recta. Participaron 30 alumnos de la FIME distribuidos Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 en 12 equipos. Los ganadores del primer lugar fueron Gerardo Edel de la Garza Fernández, Julio César Rodríguez Salcedo y Abel I. de la Garza Ramos con una distancia recorrida de 11.64 m., el segundo lugar lo obtuvieron Antonio Andrés Bordoni Cepeda, Carlos Alberto Naranjo y Eduardo Mata Ruiz con la distancia de 10.31 m y el tercer lugar fue para Homero Salazar Flores, René A. González Sánchez y Luis Carlos Fraga Cantú recorriendo 8.55 m. Uno de los equipos participantes en el Concurso de Creatividad FIME-UANL 2005 V. RECONOCIMIENTO FIME AL MÉRITO 2005 En el contexto de las celebraciones por el 58 Aniversario de la FIME-UANL, el Director de la misma, M.E.C. Rogelio Guillermo Garza Rivera, entregó los reconocimientos al mérito 2005 a los siguientes profesionistas: Mérito a la Docencia: M.C. Juan Ángel Garza Garza Dr. Matías Alfonso Botello Treviño Mérito a la Investigación: Dr. Martín Edgar Reyes Melo Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar Dr. Virgilio Ángel González González Dr. Tushar Kanti Das Roy Mérito al Desarrollo Profesional: Ing. José Hernández Peña Ing. Manuel Coronado Arreaga Ing. Everardo González González Ing. Raúl Mario Montemayor Ing. Gumersindo Montemayor Contreras Dr. Raúl Quintero Flores 77 �Eventos y reconocimientos VI. MÉRITO ACADÉMICO En ceremonia realizada el 27 de octubre de 2005 se entregó el Reconocimiento al Mérito Académico a los alumnos más destacados de la FIME-UANL durante el semestre febrero-julio de 2005. A continuación se listan los alumnos, su carrera y su caliﬁcación promedio. Álan Roberto González Cantú IAS 98.73 Jorge René Lozano Cisneros IME 96.69 Marianela Calderón Pánuco IMA 95.96 Walter Flavio Reta Rivas IEC 95.68 María Elena García de la Garza IEA 95.34 Alpha Eri Ortiz López IMF 96.7 El director de la FIME-UANL, M.E.C. Rogelio G. Garza Rivera, con los alumnos que recibieron el reconocimiento al Mérico Académico. VII. MENCIÓN HONORÍFICA En ceremonia presidida por el Director de la FIME-UANL, el 27 de octubre de 2005, se realizó la tradicional entrega de Menciones Honoríﬁcas a los estudiantes que sobresalen por su desempeño académico en la FIME-UANL. A continuación se listan los alumnos. Ricardo Saucedo Bañuelos IAS 96.54 Sergio Adrián Villarreal Salinas IME 96.07 Félix Carlos Villarreal Solís IME 96 Elda Lizetth García García IAS 95.99 Jesús Ricardo Pérez Saucedo IMA 95.96 Sara Angélica Faz Caballero IAS 95.78 78 Cinthya González Muñoz Lissette Cárdenas Quintanilla Manuel Yamallel Luján Diana Mayra Martínez Guerra Gerardo Zúñiga Guerra Israel Angel Barragán Serna Juan Enrique Elizondo Arreaga Guillermina Ortiz Jasso Ricardo Jesús López Valdez Gustavo Sáenz Cavazos José Arturo Villareal Córdoba Edgardo Aarón Gaona Garza Héctor Omar Portillo Jaramillo Laura Edith Hernández Castro Gerardo Andrés Gómez Treviño Guadalupe Gerardo Ortega Díaz Jacobo Rodríguez Medina Joaquín Huante Hernández Esteban Gerardo Cavazos Reyna Hugo César Agatón Gutiérrez Norma Heidi Chavarría Román Aldo Alejandro Reyes Gómez Jorge Orlando Martínez Lozano Ariadne Isabel Engrande Arévalo Cecilia Georgina Espinoza Díaz Noé Guadalupe Mata Pérez Adrián Alejandro Tamez Salazar José Antonio Leija Gaona Daniel Alejandro Mora Guerrero José Luís Medrano González Luís Enrique Cepeda Reyes IMA IMA IMA IMA IEC IME IEC IAS IME IME IEC IAS IAS IEA IMA IAS IAS IAS IAS IEC IMA IEA IMA IMA IMA IAS IAS IEC IEC IMA IMA 95.77 95.74 95.72 95.63 95.48 95.13 94.81 94.49 94.37 94.3 94.29 94.11 93.96 93.74 93.21 93.03 92.56 92.5 92.35 92.16 92.08 91.78 91.71 91.65 91.64 91.53 91.51 91.23 90.82 90.4 90.43 El Secretario General de la UANL, Dr. Jesús Ancer Rodríguez, el Secretario Académico de la UANL, Dr. Ubaldo Ortiz Méndez y el Director de la FIME-UANL, M.E.C. Rogelio Garza Rivera, con los alumnos que recibieron Mención Honoríﬁca. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Septiembre-Noviembre 2005 Juan Ángel Rodríguez Liñan, M.C. Ingeniería Eléctrica con especialidad en Control, “Esquema de control basado en observación adaptable para caóticos clase p”, 12 de septiembre de 2005. Nicolás González Fonseca, M.C. Ingeniería Eléctrica con especialidad en Control, “Observador y control no lineal de convertidores conmutados de cd - cd”, 12 de septiembre de 2005. Gustavo Valdez Pérez, M.C. Administración con especialidad en Producción y Calidad, “Reingeniería en cableadora para la fabricación de conductores eléctricos”, 15 de septiembre de 2005. Edgar Alberto Pérez Castillo, M.C. Ingeniería Eléctrica con especialidad en Control, “Diseño de un control backstepping para un motor de pasos”, 19 de septiembre de 2005. Jesús Rigoberto Garza Flores, M.C. Administración con especialidad en Relaciones Industriales, “Análisis de la granalla y su impacto en la generación de poros en un proceso de laminación en frío”, 28 de septiembre de 2005. Karla Janeth Hernández Castillo, M.A.N.I. con orientación en Relaciones Industriales, “Importancia de la ética ambiental en la industria y algunas estrategias para la concientización del profesional acerca del desarrollo sustentable”, 21 de octubre de 2005. Sergio Enrique Garduño Guerrero, M.A.N.I. con orientación en Relaciones Industriales, “Antecedentes e importancia del contrato colectivo de trabajo”, 21 de octubre de 2005. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 Ernesto Carlos Maciel, M.C. Administración con Especialidad en Producción y Calidad, “Implementación del sistema de análisis de riesgos y puntos críticos de control HACCP y estándares de aseguramiento de calidad para una empresa de transporte”, 25 de octubre de 2005. Cecilia Mariana Lozano Martínez, M.A.N.I. con orientación en Finanzas, “Consejos para mejorar el servicio al cliente en su empresa”, 28 de octubre de 2005. Camilo A. Baruco Garza, M.C. Administración con especialidad en Relaciones Industriales, “Desarrollo de una propuesta para el mejoramiento de la productividad en base a la administración eﬁcaz de los recursos”, 28 de octubre del 2005. Esther Díaz Ramírez, M.A.N.I. con orientación en Relaciones Industriales, “Modelo de organización de equipo de alto desempeño”, 3 de noviembre de 2005. Uriel Barrera Garza, M.C. Ingeniería Eléctrica con especialidad en Electrónica, “Estudio e implementación de las nuevas herramientas con microprocesadores para la educación”, 10 de noviembre de 2005. Nancy Rocío Garza Padilla, M.C. Ingeniería de Sistemas, “Uso de técnicas de agregación en el diseño de clasiﬁcadores de vectores soporte”, 11 de noviembre de 2005. Israel Cano Robles, M.C. Ingeniería de Sistemas, “Asignación de recursos de transporte: un enfoque práctico”, 15 de noviembre de 2005. 79 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Nidia Puente Sauceda, M.A.N.I. con Orientación en Finanzas, “Proceso de reestructuración en empresas manufactureras”, 17 de noviembre de 2005. Lizbeth Habib Mireles, M.C. Administración con Especialidad en Relaciones Industriales, “Estandarización y sistematización en los procesos de titulación”, 18 de noviembre de 2005. Leticia Gloria Vargas Suárez, M.C. Ingeniería de Sistemas, “Un procedimiento de búsqueda miope, adaptativa y aleatorizada para la deﬁnición de PROGRAMA GENERAL: Conferencias Invitadas. Sesiones Técnicas. Posters. Mesas Redondas. Demostraciones Técnicas de Productos y Servicios. territorios de atención comercial”, 21 de noviembre de 2005. Alejandro Eutimio Loya Cabrera, M.C. Ingeniería con Especialidad en Telecomunicaciones, “Transmisión de la información privada sincronizando osciladores caóticos”, 18 de noviembre del 2005. Raúl Ángel Ramírez Beltrán, M.A.N.I. con Orientación en Producción y Calidad, “Implementación de un sistema de 5S’s en el taller de herrajes ferroviarios del país”, 25 de noviembre del 2005. SESIONES TÉCNICAS SOBRE: Acústica ambiental. Acústica de ediﬁcios. Efectos del ruido. Ruido de maquinaria. Instrumentación y metrología. Psicoacústica. Acústica arquitectónica. Vibro-acústica, Aislamiento de vibraciones y amortiguamiento. Envío de resúmenes vence: 31/marzo/2006. Envío de comunicaciones vence: 30/junio/2006 Mayor información: www.ﬁa2006.cl 80 Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Acuse de recibo Revista POLÍTICA DIGITAL Revista CIENCIA Y DESARROLLO Publicada bimestralmente por la editorial “Nexos, sociedad, ciencia y literatura”, esta publicación con ISSN 1665-1669, presenta en forma pulcra un resumen y análisis de la actualidad y tendencias en el uso de la informática por parte de los gobiernos tanto en México como en el mundo. La revista está organizada por secciones, por ejemplo: en “Bandeja de Entrada” se incluyen cartas, opiniones, eventos y resúmenes de noticias nacionales e internacionales, en “Tema Central” se discuten tendencias y temas de actualidad, en “Experiencias” se presentan casos especíﬁcos de uso de software en oﬁcinas gubernamentales. En el número 26, de octubre-noviembre de 2005, se aborda como tema central las implicantes informáticas de “la transparencia”, mientras que en la sección de Experiencias se abordan casos de Chile y Perú, de los estados de Aguascalientes y Yucatán, así como de la Comisión Federal de Electricidad y de la Secretaría de la Función Pública. Para más información y suscripciones puede consultarse la página de la publicación en la dirección www.politicadigital.com.mx (FJEG) Ciencia y Desarrollo, la revista de divulgación que publica mensualmente el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología cuenta con un gran prestigio y tradición por su calidad y puntualidad. Entre sus secciones se distinguen: Ciencia en México, Ciencia en el Mundo y la Ciencia y sus Rivales. En el número 190 de diciembre de 2005 se aborda como tema central la investigación actual sobre animales y en la sección de “la Ciencia y sus Rivales” se aborda la problemática de registros de investigación que no se documentan con la intención de divulgarlos, utilizándose una escritura críptica que diﬁculta su posterior interpretación, describiéndose como ejemplo el caso del “Manuscrito Voynich” que no ha podido ser descifrado. Ciencia y Desarrollo constituye un gran esfuerzo para comunicar el conocimiento de una manera clara al mayor número de personas, con la intención de que los términos “Ciencia y Tecnología” tomen sentido en nuestra vida diaria. Para más información ir al sitio del CONACYT (www.conacyt.mx), seguir el enlace “Comunicación y Divulgación” y luego el de “Ciencia y Desarrollo”. (JAAG) Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 81 �Colaboradores Aguilar Garib, Juan Antonio Ingeniero Mecánico y Maestro en Ciencias por el Instituto Tecnológico de Saltillo. Doctor en Ingeniería de Materiales de la UANL. Premio de Investigación UANL en 1991, 2001 y 2003, y Premio TECNOS en el 2000. Es miembro del SNI, nivel 1, y Miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Actualmente es profesor del Programa Doctoral de Ingeniería de Materiales de la FIME-UANL. Campos Ríos, Guillermo Doctor en Estudios Sociales por la Universidad Autónoma Metropolitana. Actualmente es profesor investigador de la Facultad de Economía de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, donde es miembro del Equipo de Estudios Industriales. En el año 2004 obtuvo el 2ª lugar en el Premio Nacional de Investigación Laboral que otorga la Secretaría del Trabajo y Previsión Social, México. Cardona Hernández, Lenia Lucía Licenciada en Química Industrial de la FCQ- UANL en 2005. Actualmente es estudiante de Maestría en Ciencias en Ingeniería Cerámica en el Centro de Investigación y Estudios Avanzados, Unidad Saltillo. Castruita Ávila, Jorge Ingeniero en Electrónica Industrial por la Universidad Autónoma de Coahuila, 2001. Maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad en Sistemas Eléctricos de Potencia en la UANL, México. Premio de Tesis de Maestría UANL 2004. Chacón Mondragón, Óscar Leonel Ingeniero Químico (1968) por la UANL. Maestría en la Universidad de Houston (1976) y Doctorado (1987) en la Universidad de Texas 82 en Austin. Actualmente es Profesor Investigador en el Doctorado en Ingeniería de Sistemas de la FIME. Es miembro del IEEE y de INFORMS. Sus áreas son la optimización e inteligencia artificial aplicadas a sistemas eléctricos de potencia. Garza Rivera, Rogelio Guillermo Ingeniero Mecánico Electricista por la FIME, UANL. Obtuvo la Maestría en Enseñanza de las Ciencias, con especialidad en Física. Ha sido Coordinador de Ciencias, Secretario Administrativo, Subdirector y actualmente es Director de la FIME, UANL. Gómez de la Fuente, María Idalia Licenciada en Ciencias Físico-Matemáticas por la UAT. Doctorada en Ingeniería de Materiales en la UANL. Es profesora-investigadora de la FCQUANL. Sus líneas de investigación son: síntesis de materiales cerámicos por estado sólido y por microondas, así como análisis de transformaciones de fases por microscopía óptica y electrónica. Miembro del SNI, nivel 1. González Duéñez, Valeria Paola Ingeniera Administrador de Sistemas (1998) y Maestra en Ciencias con especialidad en Sistemas (2004) por la UANL. Actualmente es catedrática (desde 1999) y Jefa de Academia de Software en la FIME-UANL a la fecha. Herrera Almaguer, Juan Antonio Ingeniero Mecánico Electricista por la FIME, UANL. Maestría en Ciencias de la Administración y Maestría en Enseñanza de las Ciencias, con especialidad en Física. Profesor tiempo completo de la FIME y Coordinador de Acreditación de la Subdirección Académica de la misma. Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �Colaboradores Hinojosa Rivera, Moisés Ingeniero Mecánico Administrador (1988), Maestría (1991) y Doctorado (1996) en Ingeniería de Materiales por la FIME-UANL, Postdoctorado en ONERA (Chatillôn, Francia, 1997-1998), Investigador Nacional Nivel 1 y Miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Profesor-Investigador de la FIME-UANL desde 1998. Actualmente es Subdirector Académico de la FIME-UANL. Kongmark, Nils Suizo, especialista en Criogenia durante 35 años. A mediados de 1980 inventó la plataforma de la tecnología conocida como RIMM (Resonance Interference and Microwave Method) Longoria Rodríguez, Francisco E. Licenciado en Química Industrial y Maestro en Ciencias con especialidad en Ingeniería Cerámica por la UANL. Actualmente es estudiante de doctorado de la UANL. Su línea de investigación son las reacciones de inserción de litio. Martínez Alonso, Gabriel Fernando Licenciatura en Física de la Universidad Estatal de Moscú, “M.V. Lomonosov” en la antigua URSS. Terminó estudios de Maestría en Ciencias Físico - Matemáticas en la misma Universidad. Profesor tiempo completo de la FIME, UANL y Coordinador de Desarrollo Educacional de la misma. Martínez de la Cruz, Azael Licenciado en Química Industrial por la UANL y Doctor en Ciencias Químicas por la Universidad Complutense de Madrid. Actualmente es profesor investigador de FIME-UANL. Ha obtenido 3 premios de investigación UANL y 3 premios Nacionales de Investigación. Es miembro del SNI, nivel 1. Martínez Ortíz, Samuel Estudiante de la carrera de Licenciado en Química Industrial de la FCQ-UANL. Becario del Programa del Verano de la Ciencia UANL 2004. Actualmente es auxiliar del Laboratorio de Vía Húmeda y Sol-Gel de la FCQ-UANL. Mejía Rosales, Sergio Ingeniero Físico Industrial por el ITESM, Campus Monterrey. Maestría y Doctorado en Ciencias (Física) en el Instituto de Física de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Asociado posdoctoral Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 en el Departamento de Química de la Universidad de Houston del 2000 al 2002. Profesor de la FCFMUANL desde 2003. Responsable del laboratorio de Diseño Molecular de la FCFM. Miembro del SNI. Trabaja en simulaciones de sistemas coloidales y nanoestructuras. Mendoza Salas, José Ángel Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones por la FIME, UANL. Maestría en Ciencias de la Administración. Profesor tiempo completo de la FIME. Actualmente es Coordinador de la División de Ciencias Básicas de la Facultad. Roussy, Georges Ingeniero en Electrónica y Física por la Escuela Nacional Superior de Electricidad y Mecánica, Francia, en 1962. Titulado en matemáticas puras de la Universidad de Nancy en 1961. Trabajó en el Centro Nacional de Investigación Cientíﬁca (CNRS, Francia) donde estuvo a cargo del Laboratorio de Espectroscopía y Técnicas de Microondas. Actualmente es accionista y el consultor principal de Pro-Mi-The (Process Microwave Thermal). Sánchez Daza, Germán Candidato a doctor en Economía por la UNAM. Es profesor investigador de la Facultad de Economía de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Además es coordinador del Equipo de Estudios Industriales de la misma facultad. En 2005 fue acreedor de una Beca CLACSO. Serrano Quezada, Thelma Elizabeth Estudiante de la carrera de Licenciado en Química Industrial de la FCQ-UANL. Realizó una estancia anual de intercambio México–Francia 2004-2005. Participó en las Olimpiadas de Química 2002. Actualmente es asistente investigador en el Laboratorio de Vía Húmeda y Sol-Gel de la FCQ-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 Doctorado en Ingeniería Eléctrica de la UANL y es responsable del cuerpo academico de Protección y Supervisión de Redes Eléctricas. Es miembro del SNI, nivel 1, y de la IEEE. Su área de investigación es la protección de sistemas eléctricos de potencia. 83 �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 estarán 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@mail.uanl.mx jaguilar@gama.ﬁme.uanl.mx El título del artículo no debe exceder de 80 caracteres. El número máximo de autores por 84 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 deberan ir 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: revistaingenierias@gmail.com Ingenierías, Enero-Marzo 2006, Vol. IX, No. 30 �� 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 2006 Volumen Volumen de la revista 9 Número Número de la revista 30 Mes de publicación Mes cuando se publicó Enero-Marzo 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, 2006, Vol 9, No 30, Enero-Marzo 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 01/01/2006 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 2020793 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 Acústica Inteligencia artificial Nanopartículas Ondas viajeras Perovskita Programas de vinculación