https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20758/Ingenierias_2007_Vol_10_No_35_Abril-Junio.pdf 901ebb4761a8da2ce8d6d352252e5e98 PDF Text Text �Contenido Abril-Junio de 2007, Vol. X, No. 35 35 2 Directorio 3 Editorial La Ingeniería y el desarrollo de México Miguel José Yacamán 6 Pronóstico de demanda por medio de redes neuronales artificiales María Angélica Salazar Aguilar, Mauricio Cabrera Ríos 13 Evaluación de un clarificador secundario en una planta de tratamiento de aguas residuales Cheikh Fall, Jimmy Loaiza Navía, Mario Esparza Soto, Laura Martínez García 20 Cálculo de características de motores de CD mediante instrumentación virtual Santiago Neira Rosales, Miguel A. Gutiérrez Zamarripa, Nicolás González Morales 26 Introducción a la arqueología industrial: Una visión desde las humanidades Javier Rojas Sandoval 36 La gestión de procesos y el desempeño competitivo de las PYMES Miguel Ángel Palomo González 42 Aplicación del cálculo fraccional a la reología de materiales poliméricos Felipe R. García Cavazos, Martín E. Reyes Melo, Virgilio A. González González, Carlos Guerrero Salazar, Antonio García Loera 48 Analysis of the unsymmetrical induction motor supplied by unbalanced voltage system Gheorghe Madescu, Marius Biriescu, Marţian Moţ, Valentin Müller 57 Incertidumbre en la evaluación del ahorro de energía por sustitución de motores eléctricos Elías V. De la Rosa Masdueño, Percy Viego Felipe, Ángel Costa Montiel 62 Using Savitzky-Golay filtering method to optimize surface phosphate deposit “disturbances” Saad Bakkali 68 Eventos y reconocimientos 69 Titulados a nivel Doctorado en la FIME-UANL 70 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 73 Acuse de recibo 74 Colaboradores 77 Información para colaboradores Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 1 �INGENIERÍAS es una publicación trimestral arbitrada de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. La opinión expresada en los artículos firmados es responsabilidad del autor. No se responde por originales y colaboraciones no solicitadas. Se autoriza la reproducción total o parcial de los artículos siempre y cuando se solicite formalmente, se cite la fuente y no sea con fines de lucro. La correspondencia deberá dirigirse a: Revista Ingenierías, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL, A.P. 076 “F”, Ciudad Universitaria, C.P. 66450, San Nicolás de los Garza, N.L., México. Tel: (52) (81) 8329-4020 Ext. 5854 Fax: (52) (81) 8332-0904 Correo Electrónico: revistaingenierias@gmail.com fjelizon@mail.uanl.mx jaguilargarib@gmail.com Página en Internet: http://ingenierias.uanl.mx Ingenierías está indizada en: Latindex, Periódica, CREDI, DOAJ. ISSN: 1405-0676 DIRECTOR M.C. Fernando Javier Elizondo Garza EDITOR Dr. Juan Antonio Aguilar Garib COORDINACIÓN EDITORIAL Lic. Julio César Méndez Cavazos Lic. Neydi G. Alfaro Cázares CONSEJO EDITORIAL Dr. Guadalupe Alan Castillo Rodríguez Dr. Moisés Hinojosa Rivera Dr. Boris l. Kharisov M.C. César A. Leal Chapa Dr. Juan Jorge Martínez Vega Dr. Ubaldo Ortiz Méndez Dr. Miguel Ángel Palomo González Dr. Ernesto Vázquez Martínez COMITÉ TÉCNICO Dr. Efraín Alcorta García Dr. Mauricio Cabrera Ríos Dr. Rafael Colás Ortíz Dr. Óscar Leonel Chacón Mondragón Dr. Jesús de León Morales Dr. Virgilio A. González González Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar M.I.A. Roberto Rebolloso Gallardo Dr. Roger Z. Ríos Mercado UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Rector / M.C. José Antonio González Treviño Secretario General / Dr. Jesús Ancer Rodríguez Secretario Académico / Dr. Ubaldo Ortiz Méndez Secretario de Extensión y Cultura / Lic. Rogelio Villarreal E. FACULTAD DE INGENIERíA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Director / M.E.C. Rogelio G. Garza Rivera Sub-Director Académico / Dr. Moisés Hinojosa Rivera Sub-Director Administrativo / M.C. Alejandro Aguilar Meraz Sub-Director de Desarrollo Estudiantil / M.C. Hugo E. Rivas Lozano Sub-Director de Estudios de Posgrado / Dr. Guadalupe A. Castillo R. Sub-Director de Vinculación / M.C. Esteban Báez Villarreal 2 TRADUCTOR DE INGLÉS Lic. José de Jesús Luna Gutiérrez INDIZACIÓN Sergio A. Obregón Alfaro TIPOGRAFÍA Gregoria Torres Garay DISEÑO M.A. José Luis Martínez Mendoza FOTOGRAFíA M.C. Jesús E. Escamilla Isla WEBMASTER Ing. Dagoberto Salas Zendejo IMPRESOR M.C. Mario A. Martínez Romo Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Editorial: La Ingeniería y el desarrollo de México Miguel José Yacamán Department of Chemical Engeneering. The University of Texas at Austin. yacaman@che.utexas.edu En la discusión moderna sobre el desarrollo del país no queda ninguna duda de que hay una relación lineal entre crecimiento económico y capacidad técnica. Ningún país puede alcanzar el desarrollo sin generar tecnología que se traduzca en productos que se coloquen en los mercados internacionales. Ejemplos muy contundentes de esto son casos como el de Corea del Sur, país que tenía en 1970 un nivel tecnológico y un ingreso per cápita menor que México y que en 30 años pudo dar un salto cuantitativo en el nivel de ingresos y en su nivel tecnológico, generando empresas de clase mundial como Samsung, Hyundai, Daewoo y otras que están compitiendo de tú a tú con los gigantes europeos y americanos. Otro caso similar es España y ahora lo son China y la India. En todos estos países el desarrollo tecnológico ha sido paralelo a la mejora en la educación a todos los niveles, pero sobretodo en la educación superior. Además en dichos casos la inversión en educación, ciencia y tecnología ha sido orientada a la generación de personal de alto nivel en áreas científicas y tecnológicas. La India resulta atractiva para las industrias americanas, europeas y japonesas no por su mano de obra barata, sino por el gran número de ingenieros altamente capacitados que la industria requiere para su desarrollo. Si bien es cierto que el nivel de ingresos de los ingenieros indios es menor que el de su homólogo en EUA, esto está cambiando muy rápidamente. Sin negar el papel de otros factores en el desarrollo, es muy claro que la capacidad técnica del país es piedra angular. En el caso de México es muy conocido que la mayor parte de la matrícula de las universidades está en áreas económica administrativa y en leyes. Esto es una deformación del sistema. Una política seria de educación requiere de mayor equilibrio. Un reto del país es la producción masiva de ingenieros. Esto requiere además el cultivar las ciencias básicas al más alto nivel pues estas son la base de la tecnología. Alguien puede argumentar que no hay suficiente empleo para los ingenieros. Sin embargo Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 3 �Editorial: La Ingeniería y el desrrollo de México / Miguel José Yacamán esto es contradicho por lo que pasa en otros países. La industria exitosa requiere ingenieros para desarrollar nuevas tecnologías, sin despreciar el importante papel de la administración; es claro que ésta no genera nuevos productos. La ingeniería, en cambio, es vital para la innovación. A falta de políticas gubernamentales claras, en México han proliferado escuelas que se autodenominan universidades, en cuyo seno no cabe la ingeniería. Es muy claro que si el objetivo de una institución es generar ganancias con el mínimo de inversión, excluir a las ingenierías y a las ciencias es buen camino, pues estas últimas requieren laboratorios y materiales que reducen el margen de ganancia. Afortunadamente no es el caso de todas las universidades privadas pues existen algunas que sí invierten en áreas técnicas, pero son la excepción más que la regla. Existen, por ejemplo, casi 500 escuelas de derecho y en muy pocas se preparan abogados especialistas en temas de propiedad intelectual y patentes, o en derecho de naciones con las cuales tenemos una relación comercial intensa (y también un gran número de problemas legales). Las universidades públicas deben de llevar la bandera en la formación de ingenieros, científicos y técnicos. Tal vez usando el trillado modelo político debemos hacer un “pacto social” para educar a nuestros jóvenes para generar innovación y tecnología. Si la educación no proporciona al país motores para el desarrollo, no está cumpliendo con su obligación: Porciento de producto interno bruto PIB destinado a investigación en diferentes países según la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico. OCDE, Factbook 2006. 4 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Editorial: La Ingeniería y el desrrollo de México / Miguel José Yacamán Es necesario un cambio que a largo plazo nos convierta en generadores de productos con alto valor agregado. Es la obligación de todos lo que trabajamos en la educación superior formar nuevas generaciones que conviertan a nuestro país de proveedor de mano de obra barata a generador de productos de alta tecnología. Para eso requerimos un profundo cambio en nuestras instituciones. No se trata de no cultivar las ciencias sociales y las humanidades, las cuales son fundamentales, sino de convertir a nuestras universidades en motores del desarrollo acelerado. El objetivo a alcanzar sería ponernos al mismo nivel que otros países que han abatido la pobreza. Para eso, sin duda, tenemos también que cambiar la mentalidad empresarial mexicana. Tal vez el mercado global ya lo está haciendo pues comprar tecnología no es tan fácil en un mercado abierto. “Si te doy mi tecnología te vuelves mi competencia” parece ser la idea que está predominando. Ante eso muchas empresas han optado por “alianzas estratégicas” las cuales les permiten acceso a nuevas tecnologías a costa de un precio muy alto (no sólo en dinero). El acuerdo en muchos casos consiste en: “tú haces el producto con mi tecnología y tu mano de obra barata y yo uso mis ganancias para generar nuevas tecnologías”. Esto crea a la larga mayor dependencia. En este “pacto social” las universidades y las empresas deben lanzarse por el camino de la innovación. Para esto requerimos más ingenieros capacitados y competitivos. No veo de que otro modo lo podemos lograr. Parafraseando al presidente de México que pidió a sus colaboradores “menos política y más administración”, tal vez el lema debe ser “más ingeniería y ciencia y menos administración”. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 5 �Pronóstico de demanda por medio de redes neuronales artificiales María Angélica Salazar Aguilar, Mauricio Cabrera Ríos División de Posgrado en Ingeniería de Sistemas, FIME-UANL mcabrera@uanl.mx RESUMEN En este trabajo se describe la utilización de Redes Neuronales Artificiales (RNAs) para pronóstico de demanda. Se propone además un método para definir los parámetros de las RNAs de una manera integrada y repetible y se prueba con una aplicación real. PALABRAS CLAVE Pronóstico de demanda, Redes Neuronales Artificiales, RNAs, optimización. ABSTRACT The use of Artificial Neural Networks (ANNs) for demand forecasting is described in this work. A novel method to define the ANNs parameters in an integrated and repeatable fashion is proposed and demonstrated through a case study in a local company. KEYWORDS Demand forecasting, Artificial Neural Networks, ANNs, optimization. INTRODUCCIÓN En toda industria, la planeación es una necesidad. Un objetivo importante de la planeación es tratar de prever lo que puede suceder en el futuro. En este trabajo, se colaboró con una empresa de telecomunicaciones con necesidad de planear a nivel operacional, estratégico y táctico para mantenerse competitiva ante las fluctuaciones de mercado y cursos de acción de sus competidores. Esta empresa, como la gran mayoría, tiene como objetivo principal generar utilidades y brindar un alto nivel de servicio a sus clientes. El principal recurso de la empresa es una red de transmisión con capacidad finita. Los clientes demandan la utilización de esta red en forma estocástica. Para cumplir con el alto nivel de servicio y maximizar las utilidades, la red de transmisión debe tener capacidad suficiente para satisfacer la demanda de los clientes. Por ello, le corresponde al tomador de decisiones determinar la capacidad de la red. A partir de un pronóstico, el tomador de decisiones puede determinar la capacidad que se requiere en la red de transmisión para satisfacer la demanda, así como determinar con anticipación si es necesaria una expansión de capacidad. Un buen trabajo de pronóstico deberá resultar en una mejor planeación del presupuesto anual, así como un mejor aprovechamiento de los recursos económicos de la empresa. 6 Artículo basado en la tesis “Pronóstico de demanda por medio de redes neuronales artificiales (RNAs) en la industria de telecomunicaciones” galardonada con el Premio a Mejor Tesis de Maestría UANL 2006 en la categoría de Ingeniería y Tecnología. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Pronóstico de demanda por medio de redes neuronales artificiales / María Angélica Salazar Aguilar, et al. Para hacer un pronóstico es común requerir información cuantitativa del comportamiento de la demanda a través del tiempo, es decir, una serie de tiempo, siendo el Análisis de Series de Tiempo la técnica estadística más utilizada para estimar su comportamiento. Por muchos años, este tipo de análisis ha estado dominado por la utilización de métodos estadísticos lineales que se pueden implementar de manera conveniente, sin embargo, la existencia de relaciones no lineales entre los datos pueden limitar la aplicación de estos modelos.1 En la práctica es muy posible encontrar relaciones no lineales en los datos, tal como sucede en este caso de estudio. Por ello es necesaria la utilización de técnicas capaces de reflejar dicho comportamiento. La utilización de Redes Neuronales Artificiales (RNAs) para pronósticos de series de tiempo es relativamente nueva en la literatura, sin embargo, lo positivo de los resultados en las aplicaciones prácticas la convierten en una área prometedora. Para este trabajo, la empresa brindó información histórica de registros mensuales acerca de la utilización de la red de transmisión de los últimos 6 años. Con esta información, se realizó el pronóstico de la demanda para períodos posteriores mediante el uso de RNAs. Al intentar desarrollar el modelo de RNAs para esta aplicación de pronóstico de series de tiempo, se experimentó y se identificó en la literatura que la exactitud del pronóstico de la RNA depende de varias decisiones críticas en cuanto a la definición de los parámetros que intervienen en el modelo así como de la arquitectura de RNA que se esté utilizando.2 Algunas de estas decisiones pueden ser tomadas en el proceso de construcción del modelo, mientras que otras requieren ser especificadas antes de que comience la modelación. Sin embargo, no existe una regla establecida que permita tomar varias de estas decisiones de manera adecuada. Por esta razón, en este trabajo se propone y se comprueba mediante el caso práctico una metodología para la selección adecuada de los parámetros de un modelo de RNAs. Los resultados obtenidos fueron comparados con los que se obtuvieron al analizar las mismas series de tiempo a través de métodos lineales tradicionales, Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 tales como promedios móviles y regresión lineal, entre otros. En los casos analizados el modelo de RNAs construido con la metodología propuesta resultó con mejores resultados, quedando así como una opción viable para la aplicación en la compañía. ANTECEDENTES La idea de utilizar RNAs en pronóstico de series de tiempo fue aplicada por primera vez en 1964 cuando Hu utilizó una RNA lineal adaptable de Widrow para el pronóstico del clima.3 Debido a la ausencia de un algoritmo de entrenamiento para RNA multicapa en el tiempo, la investigación quedó limitada. En 1974 Werbos formuló primero la retropropagación pero no fue conocido por los investigadores en RNAs. A partir de 1986 cuando el algoritmo de retropropagación (del inglés backpropagation) fue introducido por Rumelhart et al.,4 el desarrollo de RNAs para pronóstico de series de tiempo ha ido en incremento.3 Werbos5 reportó que la RNA entrenada por retropropagación superó el desempeño de los métodos estadísticos tradicionales tales como los procedimientos de regresión y BoxJenkins en varios casos. En años recientes, las RNAs han llegado a ser muy populares en el pronóstico de series de tiempo en un gran número de áreas incluyendo finanzas, generación de energía, medicina, recursos del agua y ciencias ambientales, entre otras.6 Estudios recientes acerca de la aplicación de RNAs en problemas de investigación de operaciones y negocios se pueden encontrar en Zhang2 y Smith et al.7 En la mayoría de las aplicaciones realizadas, los autores utilizan RNAs multicapa entrenadas por retropropagación del error para pronósticos a corto plazo y se limitan a utilizar RNAs con una sola neurona en la capa de salida. Sin embargo, en aplicaciones prácticas es común que se desee estimar más de un periodo futuro. Cuando se desea pronosticar múltiples periodos, muchos investigadores,3,8-10 han utilizado como recurso un modelo de RNA con una neurona en la capa de salida. Este tipo de RNA se ha utilizado como base para generar pronósticos de múltiples periodos de la siguiente manera: una vez que se tiene el pronóstico para el primer periodo, se itera el modelo 7 �Pronóstico de demanda por medio de redes neuronales artificiales / María Angélica Salazar Aguilar, et al. considerando a éste como dato real para calcular el pronóstico del segundo periodo, y así sucesivamente hasta alcanzar el horizonte de planeación deseado. Esta técnica obviamente trae consigo la desventaja de propagar el error de cada uno de los pronósticos a lo largo de todos los periodos que le siguen. Esto es, un mal pronóstico generado en los primeros periodos podría afectar de manera adversa los pronósticos de los últimos periodos. Una técnica más de RNAs para el pronóstico de múltiples periodos es crear un sólo modelo que simultáneamente genere los pronósticos de múltiples periodos, es decir, una RNA con múltiples salidas (figura 1). Aunque se espera que conduzca a mejores resultados que las técnicas descritas anteriormente,2 esto aún no ha sido completamente abordado en la literatura. Hay, de hecho, pocas referencias de trabajos desarrollados con la aplicación de esta técnica. La capacidad de aproximación universal de las RNAs para funciones continuas que tienen primera y segunda derivada en todo su dominio ha sido demostrada matemáticamente. Adicionalmente, varios estudios demuestran que las RNAs pueden aproximar con exactitud diversos tipos de relaciones funcionales complejas.11-13 Esta última característica es muy importante para la aplicación que aquí se describe, pues de cualquier modelo de predicción se espera que detecte con exactitud la relación funcional entre la variable a predecir y otros factores o variables relevantes. La combinación de modelación no lineal y aprendizaje a partir de los datos hace que las RNAs Fig. 1. Red Neuronal Multicapa con múltiples salidas entrenada por retropropagación del error. 8 sean herramientas flexibles de modelación general atractivas para su aplicación en la realización de pronósticos. A pesar de que son numerosas las aplicaciones desarrolladas mediante RNAs para pronóstico de series de tiempo y que los resultados han sido satisfactorios, no ha sido posible estandarizar una metodología que garantice la construcción de modelos de RNAs con buen desempeño, entendiendo “desempeño” como la exactitud del pronóstico. Por esta razón, proponemos una metodología con bases de estadística y optimización matemática que permite seleccionar de manera adecuada los parámetros del modelo. Esta metodología se describe a continuación. METODOLOGÍA PROPUESTA La figura 2 representa esquemáticamente la metodología que se propone para seleccionar los parámetros del modelo de RNAs para pronóstico de series de tiempo. La descripción de la metodología es la siguiente: 1) Descripción de la RNA como sistema. • Determinar el tipo de RNA que se utilizará para el análisis. • Identificar los parámetros controlables. • Definir las respuestas de interés (medidas de desempeño del modelo de RNAs). 2) Análisis y diseño de experimentos. • Planear, ejecutar e interpretar un diseño estadístico de experimentos. 3) Metamodelación. • Describir la superficie de cada respuesta mediante un modelo de regresión apropiado. 4) Problema de optimización. • Considerar los metamodelos como funciones objetivo de un problema de optimización. 5) Solución. • Resolver los problemas de optimización definidos en el paso anterior. Utilizar múltiples comienzos para escapar de optimalidad local. Para definir la metodología propuesta, se tomó como base la definición general de “experimento”, que es una prueba planeada donde se introducen cambios controlados en un proceso o un sistema con el objetivo de analizar la variación inducida por Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Pronóstico de demanda por medio de redes neuronales artificiales / María Angélica Salazar Aguilar, et al. Realizado el experimento se lleva a cabo su análisis con el objetivo de caracterizar la variación producida por los parámetros en las medidas de desempeño del modelo de RNAs. Para ello, requerimos hacer un análisis de varianza basado en un modelo de regresión lineal múltiple de segundo orden con interacciones, similar al de la ecuación (1), bajo el supuesto de que los residuos, ε , son independientes e idénticos y normalmente distribuidos con una varianza desconocida pero constante. k k k −1 k i =1 j =i +1 y = β + ∑ β x + ∑ β x + ∑∑ β x x + ε 2 0 i i ii i =1 Fig. 2. Metodología para la selección parámetros de un modelo de RNAs. estos cambios en una medida de desempeño. De esta manera, los factores controlables que intervienen en el experimento corresponden a los parámetros del modelo de RNAs que se desean determinar. Como ejemplos se pueden citar: cantidad de datos de entrada o datos históricos en el caso de series de tiempo; cantidad de neuronas en la capa oculta; algoritmo de entrenamiento; y para el manejo de datos: transformación utilizada y escala de los datos. Así cada corrida experimental indica los valores asignados a los parámetros para construir la RNA correspondiente y bajo los cuales se llevará a cabo el entrenamiento de la misma, y una vez realizado, su validación, para posteriormente cuantificar la calidad de predicción de la RNA a través de las medidas de desempeño seleccionadas para el estudio y su registro como parte del experimento. Generalmente cuando se habla de pronóstico, las medidas de desempeño son medidas de error del pronóstico, por ejemplo el error cuadrado medio o MSE y el error absoluto promedio o MAE. En los parámetros donde sea posible considerar tres o más valores diferentes, es recomendable utilizar al menos tres de esos valores, con el fin de brindarle curvatura al modelo. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 i ij i =1 i j (1) La variable dependiente y representa el valor de la medida de desempeño de la RNA, xi corresponde al valor que toma el parámetro i en cada combinación del experimento, β0 representa la ordenada al origen del plano de regresión, βi corresponde al coeficiente de regresión de xi , βii es el coeficiente de regresión de xi2 y βij es el coeficiente de regresión de la interacción de entre xi y x j ; k es el número de parámetros controlables. Los coeficientes de regresión típicamente se calculan mediante un procedimiento de reducción de errores cuadrados, disponible en la mayoría de paquetes computacionales comerciales de estadística. Una vez calculados los coeficientes de regresión, se realiza un análisis de residuos para verificar los supuestos sobre ε así como la adecuación del modelo (1) para representar la medida de desempeño. Finalmente, se considera el modelo de regresión resultante para cada medida de desempeño como función objetivo de un problema de optimización en el cual se busca encontrar los valores de los parámetros que minimizan el valor de la función objetivo. La formulación P1 muestra la estructura general del problema de optimización. Encontrar ∀i ∈ I x i para k k k −1 k i =1 j =i +1 z = β + ∑ β x + ∑ β x + ∑∑ β x x 2 Minimizar 0 i i =1 i ii i i =1 Sujeto a ij i j (P1) x ≤x ≤ x li i ∀i ∈ I ui x ∈Z + i ∀i ∈ I I = {1,2,..., k} En P1, se busca el valor para el i-ésimo parámetro representado por xi simultáneamente con los valores 9 �Pronóstico de demanda por medio de redes neuronales artificiales / María Angélica Salazar Aguilar, et al. de todos los parámetros definidos en el problema para minimizar la función objetivo z , que representa una medida de desempeño. El problema de optimización resultante es no lineal, la gran mayoría de las veces, y las variables de optimización son enteras, lo cual hace que tal problema sea difícil de resolver. La no convexidad de este problema provoca, además, dificultades para garantizar que la solución encontrada sea una solución óptima global. Por último en la metodología, para encontrar la solución se resuelven los problemas de optimización de manera independiente con algún optimizador disponible. Si la solución final es la misma para todos los problemas, significa que las medidas de desempeño están correlacionadas pues lo que optimiza a una también optimiza a las otras. En caso que las soluciones finales encontradas para cada uno de los problemas de optimización sean diferentes, se deberá utilizar una técnica de optimización multicriterio para ofrecer un abanico de soluciones que representen los mejores compromisos entre las medidas de desempeño de la RNA. A estas soluciones se les llama “eficientes”. De este conjunto de soluciones, el tomador de decisiones elige una que convenga a sus intereses. La solución a la que se llega a través de esta metodología establece los parámetros del modelo de RNAs que habrán de utilizarse para el pronóstico, de tal manera que el desempeño de predicción sea competitivo. Para probar la metodología propuesta se realizó el estudio de un caso práctico en una compañía local, el cual se presenta a continuación. CASO DE ESTUDIO Y RESULTADOS Se analizaron dos series de tiempo, representadas en las figuras 3 y 4, con un horizonte de planeación de doce meses y utilizando un modelo de RNA como el de la figura 1. Se preprocesó la información transformando los datos en la escala de [-1, 1]. El algoritmo de entrenamiento utilizado para la RNA fue el de Levenberg-Marquart con múltiples comienzos. En este caso se consideraron como parámetros controlables la cantidad de datos históricos que se utilizarían para generar el pronóstico (lags) y la 10 cantidad de neuronas y en la capa oculta. Entonces, para efectos de la metodología, x1 representa al parámetro lags y x 2 corresponde al parámetro neuronas. Para crear los conjuntos de entrenamiento y validación se utilizó una distribución uniforme que ayudó a seleccionar aproximadamente el 70% de los patrones disponibles para el entrenamiento y el resto para la validación. El desempeño de la RNA fue cuantificado mediante el Error Cuadrado Medio o MSE, considerando a éste tanto para la fase de entrenamiento (MSE_T) como para la fase de validación (MSE_V) del modelo. Para el entrenamiento del modelo de RNAs consideramos múltiples inicios ya que al hacer la actualización de pesos mediante la retropropagación del error realmente se está minimizando una función de error, que es no lineal y no convexa. Por esta razón, el punto de inicio de la optimización es determinante para los pesos finales que adquieren las conexiones de la RNA una vez que el entrenamiento termina. Fig. 3. Comportamiento de la demanda, Serie 1. Fig. 4. Comportamiento de la demanda, Serie 2. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Pronóstico de demanda por medio de redes neuronales artificiales / María Angélica Salazar Aguilar, et al. Los pesos se fijaron inicialmente todos en -1, -0.5, 0, 0.5 y 1, así como una vez más de manera aleatoria. Por tanto, para cada corrida experimental se crearon seis RNAs diferentes. De éstas se seleccionó el modelo con menor error de validación, para su registro en la tabla experimental. En la experimentación con la Serie 1 se varió lags en el rango [3, 15] y neuronas en el rango [2, 10]. Los valores específicos que se consideraron para cada factor en su nivel correspondiente fueron: lags = {3, 6, 9, 12, 15} y neuronas = {2, 4, 6, 8, 10}. En el experimento se utilizó un diseño factorial que resultó en un total de 25 combinaciones para correr el modelo de RNAs. Cuando se obtuvieron los metamodelos se observó que el porcentaje de variación explicado por los metamodelos era muy bajo, lo que significa que no eran buenas aproximaciones. Con esta información, se decidió enfocar (reducir) el área experimental con el fin de encontrar metamodelos confiables. Gracias a un análisis gráfico se determinó que se podían considerar potencialmente competitivos los modelos de RNAs con los parámetros lags y neuronas dentro de sus tres primeros niveles. Se tomaron entonces las corridas experimentales resultantes de la combinación de lags = {3, 6, 9} y neuronas = {2, 4, 6}. Se realizó nuevamente el análisis de varianza y en esta ocasión los metamodelos resultaron apropiados así que se pasó a la optimización. Al resolver los problemas resultantes y utilizando múltiples soluciones iniciales, ambos metamodelos llevaron a soluciones óptimas que gráficamente se pudieron corroborar como globales respectivamente. Sin embargo, la solución óptima para el MSE_T fue distinta a la que se obtuvo al minimizar el MSE_V. Para el primero, la optimización llevó a un modelo de RNA con 7 datos históricos (lags) y 5 neuronas en la capa oculta; para el segundo, el modelo de RNA con mejor desempeño fue aquél en el que se consideraban 5 datos históricos y 5 neuronas en la capa oculta. Estos resultados indicaron que los objetivos estaban en conflicto. Dada la importancia de obtener modelos de RNA con buena calidad de aproximación y generalización, se decidió darle mayor importancia al MSE_V. Así que la solución final fue (5,5), es decir, 5 datos históricos y 5 neuronas ocultas. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Ya que se tuvo la solución final, es decir, los valores a los cuales debían ser ajustados los parámetros, se construyó el modelo de RNA correspondiente para la realización del pronóstico. Se consideraron nuevamente las seis diferentes inicializaciones de pesos en las conexiones y se seleccionó la RNA con menor valor de MSE_V. En la figura 5 se muestra el pronóstico que se obtuvo con este modelo de RNA, así como los datos reales y el pronóstico obtenido por el método de regresión lineal. Se presenta aquí este último método por reportar el mejor desempeño de pronóstico basado en MSE con esta serie de entre ocho técnicas tradicionales: promedio móvil para n=5, 8 y 10, Arima(0,1,1), suavizado exponencial simple, regresión lineal, Arima(0,2,2) y suavizado exponencial doble. Un proceso similar se realizó en el análisis de la Serie 2, el modelo de RNA con mejor desempeño fue aquél con 5 datos históricos y 3 neuronas en la Fig. 5. Demanda real, pronósticos por RNA y por el método de regresión para la serie 1. Fig. 6. Demanda real, pronósticos por RNA y por el método de suavizado exponencial doble para la serie 2. 11 �Pronóstico de demanda por medio de redes neuronales artificiales / María Angélica Salazar Aguilar, et al. capa oculta. La figura 6 muestra gráficamente la comparación entre los datos reales, el pronóstico obtenido por suavizado exponencial doble, así como por el modelo de RNAs. El suavizado exponencial doble fue el más competitivo de la lista de técnicas tradicionales detallada anteriormente. Como se puede apreciar en ambos casos, las RNAs construidas con el método propuesto reportaron mejor desempeño de pronóstico. CONCLUSIONES En este trabajo se propuso una metodología de selección de parámetros de un modelo de RNAs que utiliza técnicas establecidas y confiables y hace entendible la interrelación entre los varios parámetros de la RNA. Se demostró el funcionamiento de la metodología a través de un caso práctico, en el que se utilizaron modelos de RNA con múltiples salidas. Los resultados de este trabajo apoyan la utilización de las RNAs como técnicas confiables de pronóstico y apuntan a la factibilidad de su instauración en la industria. Como extensiones de este trabajo se plantea comparar el método propuesto con más técnicas tradicionales de pronóstico, así como otros métodos de construcción de RNAs. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al CONACYT, la FIME y la UANL por las becas recibidas para los estudiantes involucrados en este trabajo. Agradecen también las aportaciones de Ma. Guadalupe Villarreal Marroquín, apoyada por el proyecto UANL-PAICYT CA 1069-05. REFERENCIAS 1. Makridakis S., Anderson A., Carbone R., Fildes R., Hibbon M., Lewandowski R., Newton J., Parsen E., and Winkley R., “The accuracy of extrapolation (time series) methods: Results of a forecasting competition”, Journal of Forecasting, 1982,Vol. 1, pag. 111-153. 2. Zhang G. P., Neural Networks in Business Forecasting, Idea Group Publishing, Georgia State University, EUA, 2004. 12 3. Zhang G., Patuwo E., and Hu Y. 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Cybenko G., “Approximation by superpositions of sigmoidal function”, Mathematical Control Signals Systems, 1989, Num. 2, pag. 303-314. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Evaluación de un clarificador secundario en una planta de tratamiento de aguas residuales Cheikh Fall,A Jimmy Loaiza Navía,B Mario Esparza Soto,A Laura Martínez GarcíaB A Centro Interamericano de Recursos del Agua, UAEMex. Toluca, México Servicios de Agua y Drenaje de Monterrey (SADM) cfall@uaemex.mx, jloaizan@prodigy.net.mx B RESUMEN Se presenta la evaluación de un clarificador secundario con alimentación periférica recientemente implementado en una planta de tratamiento de aguas residuales en Monterrey, México. El objetivo fue evaluar su desempeño y obtener los parámetros del modelo de Vesilind. Se realizó el análisis del flujo de sólidos mediante la técnica del punto de estado. Los parámetros del modelo de Vesilind fueron (Vo=11.5 m/h y n=0.38 m3/kg). Se mostró que el lodo está perfectamente floculado y debería sedimentar bien en cualquier clarificador. Estos datos son básicos para la modelación de la planta y así poder anticipar su comportamiento bajo diferentes condiciones de operación. PALABRAS CLAVE Sedimentación, lodos activados, punto de estado, Vesilind. ABSTRACT The evaluation of a secondary clarifier with peripherical feed recently implemented in a wastewater treatment plant (WWTP) is presented in this paper. The objective was to evaluate the performance and to obtain the parameters of the Vesilind model. The analysis of solids flux was accomplished by the technique of the State Point. The parameters of the Vesilind model were (Vo=11.5 m/h and n=0.38 m3/kg). It was shown that the activated sludge is perfectly flocculated and it should settle well in any clarifier. These data are basic for the modelling of the plant and the prediction of its behaivor under diferent operation conditions. KEYWORK Sedimentation, activated sludge, state point, Vesilind INTRODUCCIÓN La eficiencia del proceso de lodos activados, en el tratamiento de aguas reciduales, está determinada por el desempeño adecuado de los clarificadores, los cuales deben producir un efluente con baja concentración de sólidos suspendidos y un lodo suficientemente espeso para su retorno al reactor.1 De acuerdo con Wanner,2 la biomasa que escapa por los clarificadores contribuye del 50 al 80% de la demanda biológica de oxígeno, DBO, del efluente. Por otro lado, la capacidad Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 13 �Evaluación de un clarificador secundario en una planta de tratamiento... / Cheikh Fall, et al. para concentrar el lodo de retorno está relacionada con la eficiencia del clarificador. El diseño tradicional de clarificadores secundarios, se basa en los criterios de carga hidráulica superficial, tiempo de detención y profundidad (para asegurar cierta capacidad de almacenamiento). Su evaluación se hace a partir del índice volumétrico de lodos (IVL). Sin embargo, en la mayoría de los casos, la limitación es la capacidad de espesamiento, descrito con base en la teoría del flujo de sólidos.3 La hidrodinámica y las propiedades de floculaciónsedimentación definen el desempeño del clarificador. Algunos índices cualitativos y cuantitativos son: la velocidad de sedimentación zonal (Vs), la calidad del lodo y la presencia de organismos filamentosos. Wilén y colaboradores1 mostraron que el cambio de la comunidad microbiana no siempre es la causa de un mal desempeño, algunas características del agua residual pueden modificar, en corto plazo, la consistencia de los flóculos y repercutir en el éxito de la separación sólido-líquido. Por esta razón su eficiencia se determina sólo hasta que está en operación (caracterización del influente, perfil diurno de variación de flujo, relación F/M, OD, tiempo de retención de sólidos, carga de sólidos, etc). Los datos básicos para realizar un análisis se obtienen a partir de una serie de pruebas de sedimentación tipo batch, midiendo las velocidades de sedimentación zonal a diferentes concentraciones. El procedimiento y los equipos utilizados están descritos en varias referencias: APHA,4 Vanrolleghem et al.,5 Vanderhasselt y Vanrolleghem,6 y Kazmi y Furumai.7 El modelo más utilizado que relaciona la concentración del lodo (X en mg/L) con velocidad de sedimentación zonal (Vs en m/h), es el de Vesilind: Vs=Vo e -nX (1) Donde Vo es velocidad máxima de sedimentación, (m/h), n es el parámetro de Vesilind (m 3/kg). Vanderhasselt y Vanrolleghem,6 consideran que pueden presentarse problemas de dependencia entre los parámetros, por lo cual no es suficiente hallar los valores de las constantes y será necesario evaluar su identificabilidad práctica. Una vez que se tiene un modelo de Vs en función de X, se pueden hacer dos tipos de análisis: 14 1. Evaluar la capacidad del clarificador a determinadas condiciones operativas utilizando la teoría del flujo de sólidos. Este análisis se puede hacer en su forma tradicional (Dick8 y Metcalf y Eddy3) o en su forma más reciente, el análisis del punto de estado.1,9 2. Modelar el clarificador con las ecuaciones de continuidad, como parte de una modelación integral del proceso de lodos activados.10,11 La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Noreste es una de las tres plantas del Área Metropolitana de Monterrey (figura 1), desde su arranque (1995), ha experimentado dos ampliaciones, pasando su capacidad de 500 L/s a 750 L/s en 2001, Fig. 1. Vista aérea de la Planta Noreste, año 2000, sin el clarificador “C”. y luego a 1250 L/s en 2004. Durante la última ampliación destaca la implementación de un tercer clarificador (Clarificador “C”), con una tecnología diferente: alimentación periférica y cabezales de succión. (figura 2). Por lo cual, el objetivo de la presente investigación es doble: • Evaluar el desempeño y los límites de capacidad del nuevo clarificador instalado en la planta Noreste, vía análisis del punto de estado. • Obtener los parámetros básicos del modelo de Vesilind para un proyecto ulterior de modelación del proceso de lodos activados de la planta bajo estudio. La figura 2 muestra el esquema del clarificador “C” recientemente implementado en la Planta Noreste. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Evaluación de un clarificador secundario en una planta de tratamiento... / Cheikh Fall, et al. Fig. 2. Esquema del clarificador “C” (Envirex-USFilter)12, donde: a. Canal Influente, b. Orificios en el fondo del canal influente, c. Removedor de espuma (influente), d. Mampara de natas y vertedor perimetral, e. Canal del efluente, f. Brazo desnatador de la superficie, g. Muro compartido entre ambos canales, h. Bafle deflector en orificios de influente, i. Bafle tipo faldón perimetral, j. Extensa zona de entrada, k. Cabezal de succión de lodos, l. Dren del tanque. MATERIALES Y MÉTODOS Se realizaron las pruebas de sedimentabilidad en columna con el fin de producir suficientes datos cuantificables en diversos escenarios de concentración de licor mezclado, predecir el mejor efluente teórico en que podría trabajar y diagnosticar deficiencias hidráulicas y/o de floculación. Prueba de sedimentación en columna Se tomaron muestras de licor mezclado, lodo de retorno y efluente sin clorar y se realizaron las pruebas de sedimentación a diferentes concentraciones en una columna de 1.52 m de altura y 7 cm de diámetro, equipado con un agitador lento (figura 3). La tabla I muestra las proporciones en que fueron combinadas diferentes muestras de licor mezclado (MLSS), lodo de retorno (RAS) y agua tratada (Efl) para producir mezclas de diferentes concentraciones de sólidos (M1 a M6) para las pruebas de sedimentación. Para cada una de las pruebas, se registró cada 2 minutos la variación de la altura de la interfase sólido-líquido; estos datos sirvieron para calcular Tabla I. Preparación de mezclas a varias concentraciones. Mezcla MLSS Efl Conc.(mg/L) M1 45% RAS 55% 1876 M2 60% 40% 2498 M3 100% 0% 4155 M4 70% 30% 6058 M5 50% 50% 7327 M6 0% 100% 10498 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Fig. 3. Columna de sedimentación. la velocidad de sedimentación zonal (Vs) para cada concentración inicial de sólidos, de modo que se dispone de la información necesaria para construir la curva de flujo de sólidos, base del análisis del punto de estado y hallar los parámetros del modelo de Vesilind. El flujo de sólidos (F, kg/m2-h) para cada concentración (X) se calcula con la siguiente ecuación (2): F= Vs*X (2) Medición suplementaria de índices de sedimentabilidad del lodo Se determinó el índice volumétrico de lodo (IVL) y las diferentes fracciones de sólidos que lo componen (SSF/SSD/SSE) para caracterizar la sedimentabilidad desde el punto de vista de la estructura y nivel de dispersión de los flóculos. Las muestras analizadas provienen de tres puntos: 1) Efluente de licor mezclado del reactor. 2) Influente al clarificador. 3) Efluente del clarificador. Sólidos suspendidos floculados (SSF): La muestra se pone en un agitador de laboratorio, se añade un floculante a su dosis óptima, seguido por una mezcla lenta de 30 minutos y una sedimentación de 30 min. Luego se analiza el sobrenadante para determinar sólidos suspendidos totales (SST), representando los SSF. Esto representa el mejor desempeño de 15 �Evaluación de un clarificador secundario en una planta de tratamiento... / Cheikh Fall, et al. sedimentación teóricamente posible para el licor mezclado dado. Sólidos suspendidos dispersos (SSD): Se colecta la muestra utilizando un dispositivo especial para minimizar cualquier perturbación en la estructura del floc del licor mezclado. Luego se permite sedimentar durante 30 minutos y se toma una muestra del sobrenadante y se analiza para SST; esto representa el posible mejor desempeño de sedimentación sin flocular para el licor mezclado dado. Sólidos suspendidos del efluente (SSE): Se toma una muestra del efluente del clarificador y se analiza para (SST) sin ninguna sedimentación adicional. Esto es representativo de desempeño del clarificador actual. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Velocidades de sedimentación zonal La figura 4 muestra los perfiles de variación de la altura de la interfase sólido-líquido para las seis corridas. La leyenda identifica las concentraciones iniciales correspondientes (en mg/L). Se observó una tardancia (latencia) al inicio de todas las corridas, como fue también notado por otros autores. Por lo que, los datos que se consideran para calcular la velocidad de sedimentación son los puntos después de esta primera zona, donde la pendiente ya es lineal (velocidad zonal), excluyéndose la ultima zona de compactación, pues el modelo está en función de la velocidad zonal. En la tabla II se presentan los resultados de las regresiones lineales, para obtener las pendientes que proporcionan Vs. Se obtuvieron, para todos los casos, coeficientes de correlación (R2) cercanos a la unidad, lo que indica que las mediciones se realizaron adecuadamente.13 En un inicio se utilizó el método de regresión exponencial para hallar los parámetros del modelo de Vesilind, (ver tabla III), se puede ver su precisión al ser capaz de describir adecuadamente los datos con un R2 > 99 %. Como se ha mencionado, se requiere validar estos datos evaluando su identificabilidad, es decir, determinar si contienen la suficiente información que permita afirmar que los parámetros hallados constituyen una solución única. Para responder esta pregunta, fue necesario desarrollar un algoritmo para resolver el sistema de ecuaciones diferenciales. En este caso particular, se pudo efectuar una simplificación al observar que la forma de la ecuación es similar a la que resulta del balance de masa de una reacción de primer orden en un reactor batch; la variable X semejaría al tiempo (t), n correspondería a la constante cinética de primer orden (k), mientras que Vs y Vo serían respectivamente la concentración variable (C) y su valor inicial (Co). Se identificó el “proceso químico” en batch que equivaldría a la expresión de Vesilind, con sustituir Vs, Vo, n y X por C, Co, k y t. Se utilizó el programa Aquasim14 que tiene gran habilidad para evaluar la identificabilidad de los parámetros en reacciones bioquímicas. Con esto se pudo verificar la estimación de los parámetros Tabla II. Vs = f(X). X (kmg/L) Vs, (m/h) R2 1.88 5.5245 0.9949 2.50 4.2291 0.9995 4.16 2.3146 0.9993 6.06 1.2954 0.9940 7.33 0.7239 0.9810 10.50 0.1619 0.9897 Tabla III. Parámetros del modelo de Vesilind. Fig 4. Altura de interfase en función del tiempo (las leyendas son las concentraciones en mg/L)). 16 Parámetros Unidades Valor σ R2 Vo m/h 11.5 0.5 99.7% n m3/kg 0.38 0.02 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Evaluación de un clarificador secundario en una planta de tratamiento... / Cheikh Fall, et al. y realizar el análisis de sensibilidad (figura 5). La estimación de los parámetros del modelo de Vesilind con Aquasim dio los mismos valores obtenidos (Vo= 11.5 m/h y n=0.38 m3/kg), dando un excelente ajuste de los datos (figura 5a). En cuanto al análisis de sensibilidad (figura 5b), se observó que los máximos para las curvas de sensibilidad de n y Vo están ubicados en abcisas (X) muy diferentes, además de presentar valores absolutos muy elevados de la función sensAR comparados al cero. Lo que significa que tanto n, como Vo, son identificables de forma única. Por tanto, los valores obtenidos podrán ser usados tanto para elaborar la curva de flujo de sólidos, como para la modelación ulterior del proceso de lodos activados. En general, valores grandes para Vo y pequeños para n corresponden a mejor sedimentabilidad.10 Valores obtenidos por Vanderhasselt y Vanrolleghem6 para diversos lodos estuvieron entre 0.19<n<0.64 y 5.5<Vo<10.3. Wilén et al.1 reportaron valores de 0.38<n<0.54 y 7.75<Vo<14.18 para un lodo a diferentes periodos, cuyo IVL era entre 62 y 86 mL/g. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS LODOS EN LA PLANTA Se procedió a determinar el índice volumétrico de lodos (IVL) para diferentes mezclas de licor y retorno de lodos (tabla IV), mismas que fueron preparadas para las pruebas de sedimentabilidad en la columna. Los valores obtenidos variaron entre 73 y 105 mL/g, estando dentro de los intervalos considerados (De Clercq et al.11 como bueno y aceptable (50-100 y 100-200, respectivamente). De acuerdo a estos datos, el lodo de la planta se prestaría a una buena sedimentación. La tabla V muestra los resultados de las pruebas de sólidos (SSF, SSD y SSE) según la metodología descrita. La floculación anterior a la prueba de SSF se realizó con polímero catiónico (mismo que se utiliza para desaguado), se determinó previamente que la dosis óptima era de 4 mg/L, misma que fue añadida durante la prueba de SSF. Los valores casi idénticos de SSF, SSD y SSE (9 a 10 mg/L) indican que el lodo de la planta está perfectamente floculado (comparable con lo que hubiera dado un proceso con ayuda de un coagulante) mientras que el clarificador estaría dando el desempeño ideal esperable de tales unidades (< 10 mg/L, Wahlberg).9 5a Tabla IV. Índice volumétrico de lodos (IVL). 5b Fig. 5. Estimación de los parámetros de Vesilind y análisis de sensibilidad por Aquasim. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Conc. SST (mg/L) 1876 2498 4155 IVL (mL/g) 73.3 76.7 104.3 102.5 100.7 6058 7327 10498 73.3 Tabla V. Resultados de sólidos suspendidos (sobrenadantes), mg/L. Licor mezclado (tanque de aeración), pretratado con polímero (SSF) 10 Influente del clarificador (SSD) sin pretratamiento 10 Efluente del clarificador (SSE) sin pretratamiento 9 17 �Evaluación de un clarificador secundario en una planta de tratamiento... / Cheikh Fall, et al. ANÁLISIS DEL PUNTO DE ESTADO Y CAPACIDAD DEL CLARIFICADOR Para determinar el comportamiento del clarificador con el método de análisis del punto de estado, se necesitan sobreponer los datos de operación con la curva del flujo de sólidos, a partir de los datos mostrados en la tabla IV, (detallado en Wahlberg).9 El modelo de Vesilind (Vo 11.5 m/h y n 0.38 m3/kg), permite extrapolar y hallar velocidades de sedimentación para un mayor rango de concentraciones (0 a 15,000 mg/L), ver figura 6. Es importante mencionar que el diseño del clarificador C (50 m Ø) es para 500 LPS con una tasa de retorno hasta del 100%, aunque normalmente opera con una tasa fija del 70% respecto al flujo nominal. El día de la pruebas se tenían 4,155 mg/L de SSLM y la tasa de retorno 70% (350 LPS). Para este escenario se presenta el análisis del punto de estado que se sitúa en A (figura 6) cuyas coordenadas son: Absisa = concentración del licor mezclado MLSS (4,155 mg/L); Ordenada = carga superficial de sólidos Q*X/A (5.33 kg/m2-h). La pendiente de este punto con el origen resulta ser la carga hidráulica superficial, Q/A. El segundo punto se localiza sobre el eje de las absisas (Concentración = 0), y considera el flujo total de sólidos, incluyendo el retorno de lodos (Q+Qr)*X/Área (9.07 kg/m2-h). Para considerar que la unidad opera en buenas condiciones, la línea de retorno que une ambos puntos debería quedar debajo de la rama descendente de la curva de flujo de sólidos. Fig. 6. Análisis del punto de estado (las leyendas corresponden al flujo, concentración y tasa de retorno). 18 PREDICCIÓN PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD MÁXIMA El flujo nominal del nuevo clarificador es 500 LPS, y opera con una tasa de retorno de 70% (350 LPS), con una concentración de SSLM de 4,155 mg/L. El lodo sedimenta con una velocidad zonal (Vo) de 11.5 m/h y con n = 0.38 m3/kg (ver tabla VI). Si el flujo se incrementara a unos 780 LPS y la tasa del retorno no cambia (350 LPS) la proporción Qr/Q baja a 45%, por lo que se agrega un segundo juego de líneas a la gráfica (figura 7) para mostrar los efectos del flujo adicional. Esta gráfica muestra algo interesante que puede pasar. El incremento del flujo causa la inclinación de la línea de sobreflujo (gruesa) que la sitúa tangente a la línea de flujo de sólidos, en el límite de colapso. En el supuesto de que la concentración del licor mezclado se mantuviera en 4,155 mg/L, el nuevo punto de estado para el sobreflujo permanecería en la misma absisa. Dado que el flujo de retorno es el mismo, la línea es paralela a la original. El punto donde la línea de Tabla VI. Datos del clarificador C. Q 500.00 Qr/Q l/s 0.70 SSLM (ordenada del punto de estado) Absisa del punto de estado Pendiente Q/A Absisa segundo punto 4,155.00 m2 3.81 mg/L 0.0009 Kg/m2/h 6.48 Fig. 7. Condición de incremento de flujo (las leyendas corresponden al flujo, concentración y tasa de retorno). Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Evaluación de un clarificador secundario en una planta de tratamiento... / Cheikh Fall, et al. la tasa de retorno cruza el eje del flujo de sólidos cambia de 6.48 kg/m2-d a 8.61 kg/m2-d. Por lo anterior, son dos las variables que el operador debe controlar para obtener un buen desempeño del clarificador: la tasa de retorno y la concentración del licor mezclado vía purga. Sin embargo influye también el aspecto tecnológico del mecanismo del clarificador, como la disipación de energía en la entrada, la recolección rápida del lodo hacia el retorno, que evita condiciones anóxicas y el control de corrientes parásitas. CONCLUSIONES El estudio permitió hallar los parámetros del modelo de Vesilind (Vo 11.5 m/h y n 0.38 m3/kg), y comprobar que son identificables a partir de los datos experimentales. Los parámetros de Vesilind, conjuntamente con los índices medidos (70<IVL<105; SSF, SSD, SSE 10 mg/L), mostraron que el lodo de la planta Noreste está perfectamente floculado, por lo cual sedimenta bien. Estos datos serán básicos para el proyecto posterior de modelación de la planta bajo estudio, cuando se opte por simular el clarificador con capas múltiples o representarlo como punto ideal de separación sólido-liquido. Dicha modelación podrá anticipar el comportamiento para diversos escenarios como incremento de flujo, cambios en la tasa de retorno y consistencia del licor mezclado. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Wilén B.M., Lumley D. And Nordqvist A. (2004). Dynamics in maximal settling capacity in an activated sludge treatment plant with highly loaded secundary settlers. Water Sci. 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Reichert P., (1998). AQUASIM 2.0, Computer program for the identification and simulation of aquatic systems, Swiss Federal Institute for Environmental Science and Technology (EAWAG), Switzerland. 19 �Cálculo de características de motores de CD mediante instrumentación virtual Santiago Neira Rosales, Miguel A. Gutiérrez Zamarripa, Nicolás González Morales FIME-UANL. sneira2003@yahoo.com.mx, miguel_zamarripa68@yahoo.com, nglz@gama.fime.uanl.mx RESUMEN En este trabajo se desarrolla un instrumento virtual de código abierto para la estimación, en línea, del par, las potencias de entrada (eléctrica) y de salida (mecánica), así como la eficiencia del motor eléctrico de corriente directa, CD. El instrumento fue implementado físicamente y una de sus principales ventajas es que se tiene acceso al código fuente y con esto, se le puede agregar mayor funcionalidad ya sea probando nuevos algoritmos para estimación o agregando nuevos cálculos. PALABRAS CLAVE Sensor, máquinas eléctricas, devanado de campo, devanado de armadura. ABSTRACT An open code virtual instrument, VI, for the on line estimation of the torque, the electrical power consuption, the mechanical output, as well as the efficiency of the direct current motor was developed in this work. The instrument was physically implemented and its main advantage is the access to the source code and, consequently, greater functionality can be added for proving new estimation algorithms and to adding new calculations. KEYWORDS Sensor, electrical machines, winding of field, winding of armor. INTRODUCCIÓN La facilidad con la que se convierte la energía eléctrica en mecánica por medio de motores eléctricos, hace que esta máquina se encuentre presente en prácticamente cualquier tipo de industria. Particularmente en el sector metal mecánico gran parte del consumo de energía está relacionado con estos motores, de manera que en cualquier plan de ahorro suelen ser los primeros en ser observados. Conocer su eficiencia y desempeño es entonces de gran importancia y para ello se deben de hacer mediciones de voltaje, corriente y potencia, algunas veces esto se puede hacer directamente y en otras se estima el desempeño general a partir del voltaje y la corriente solamente, y de hecho si se hace en línea es posible monitorearlos bajo diferentes condiciones. 20 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Cálculo de características de motores de CD mediante instrumentación virtual / Santiago Neira Rosales, et al. La medición de las variables mencionadas anteriormente puede ser realizada mediante equipo comercial. Uno de ellos es el Power Logic1 cuyo funcionamiento requiere de un software, 4 transformadores de corriente (TC) y un procesador. Además, la arquitectura de estos equipos es cerrada y sólo se puede aprovechar lo que previamente se establece por el equipo y no se pueden automatizar otros cálculos. El desarrollo de sensores virtuales no es un tema nuevo, de hecho, existen trabajos sobre el tema reportados en congresos internacionales, como por ejemplo Anzurez et al. (2001)2 que utiliza el sensor virtual para el cálculo de energía de uso doméstico, en tanto el presente trabajo está orientado más a máquinas eléctricas de posible uso industrial. El instrumento virtual desarrollado automatiza las mediciones y los cálculos de características de motores eléctricos de corriente directa, CD. Las variables consideradas son: voltaje de armadura, medido de manera indirecta utilizando un divisor de voltaje, y corriente de armadura, medida mediante la caída de voltaje que se produce por el paso de la corriente a través de una resistencia de muy bajo valor; a partir de estas mediciones se estiman el par, la potencia de entrada y salida, el voltaje inducido en la armadura y la eficiencia. Tanto el voltaje como la corriente de campo también se prepararon para ser medidas, sin embargo, debido a que el motor está controlado por armadura, estos valores permanecen constantes. El sistema desarrollado permite realizar las mediciones y cálculos preestablecidos, además es posible contar con la información para otras posibles aplicaciones, como por ejemplo para hacer control o para diagnóstico de fallas. La arquitectura de este instrumento virtual es abierta y puede ser expandida sin problema. corriente en la armadura del motor, utilizando una computadora personal equipada con tarjeta de adquisición de datos. Se considera el alcance sujeto a los siguientes puntos: a) Solo se consideran motores de CD con conexión shunt. b) El desarrollo se realiza utilizando sólo componentes comerciales económicos. INSTRUMENTO VIRTUAL El trabajo fue dividido en 4 partes principales: a) Conceptos sobre máquinas eléctricas. b) Acondicionamiento de señales. c) Adquisición de datos. d) Interfase gráfica. Enseguida se presentan los detalles relacionados con cada uno de los pasos establecidos en el desarrollo del instrumento virtual. Conceptos sobre máquinas eléctricas Se parte de que un motor de CD consta de 4 partes fundamentales: devanado de campo, devanado de armadura, conmutador y escobillas. Luego se considera la medición de las variables involucradas con los dos devanados del motor. La información relacionada con el motor se puede revisar en la literatura.3,4,5,6 Básicamente el instrumento virtual está basado en la medición física de los voltajes y corrientes de armadura VA e IA respectivamente. Las demás variables son estimadas utilizando las ecuaciones del modelo del motor y se requiere medir algunos de sus valores característicos como son: El producto del flujo φ y la constante K del E motor (K φ ), así como el producto de la constante E de par K por el flujo del motor (K φ ).7 T DEFINICIÓN DEL PROBLEMA El objetivo principal es desarrollar un sistema de arquitectura abierta para medición de características de máquinas eléctricas de CD. El problema consiste en la implementación de un insrumento virtual que permita observar gráficamente la evolución de variables. Para esto se considera la posibilidad de medir voltaje y Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 T La determinación de KE φ se hace utilizando la relación del voltaje contraelectromotriz inducido EA con la velocidad angular n, en revoluciones por minuto: E = Kφnó A E E = Kφ n A E Para el caso de un motor shunt de CD E =V –I R –2V A A A A 21 �Cálculo de características de motores de CD mediante instrumentación virtual / Santiago Neira Rosales, et al. Donde: V = Voltaje de alimentación de la armadura. A I = Corriente de armadura. A R = Resistencia de armadura. A 2V = caída de voltaje por efecto de escobillas en el conmutador. La estimación del valor de la constante K E φ se hizo experimentalmente tomando el promedio de 10 mediciones. En el caso K φ se utiliza la ecuación que T relaciona el par con la corriente de armadura. τ = K ⋅φ ⋅ I T Así como la relación T E 30 π Que se deduce considerando el modelado físico: K E K T pz 60 a pz = 2π a = p = Número de polos z = Total de conductores a = Número de enlaces en paralelo φ = φ = Constante. Sh Entonces se puede construir la relación K K K K E T E T n≈ E 30 φ K I ; τ= φK π A E pz φ φ 60 a φ= pz φ 2π a φ 2π φ = 60 Kφ π = K φ 30 30 K φ= K φ π A E PotEnt = V ⋅ I + V I donde: V e I son voltaje y corriente de campo. A f A f f f PotSal = tω , donde ω es la velocidad angular en radianes por segundo y por tanto: % Eficiencia = A K φ = K φ⋅ como de la estimación de par y velocidad. De forma explícita resulta. PotSal x100 PotEnt Acondicionamiento de señales Para medir señales de voltaje, corriente, y velocidad se diseñó un tablero (figura 1) en donde se instalaron resistencias comerciales que actuaran como divisores de voltaje de manera que el voltaje que se mida esté en el rango de 0 a 10 v. Para la medición de voltaje inducido de la armadura se usó una resistencia Ry de 360 ohms y para la medición de corriente de armadura se utilizó una resistencia Rz de 4.5 ohms. Se utilizó un divisor de voltaje y se efectuó un muestreo de donde finalmente se dedujo el valor real del voltaje de armadura. Para hacer que la medición afecte lo menos posible al proceso se utilizaron resistencias cuyo valor es muy alto para que el divisor no represente una carga muy grande.8,9 En la medición del voltaje y corriente de campo se usaron resistencias R1 de 820 ohms y R3 de 5.6 ohms respectivamente. En las mediciones de corriente se utilizó un elemento de baja resistencia con la finalidad de no limitar demasiado el funcionamiento. E T T E Que permite obtener un valor para KT φ y con esto calcular el par. Las potencias de entrada y de salida así como la eficiencia, pueden entonces ser estimadas de las mediciones de voltaje y corriente en armadura así 22 Fig. 1. Esquema de medición. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Cálculo de características de motores de CD mediante instrumentación virtual / Santiago Neira Rosales, et al. Adquisición de datos Una vez preparado el tablero se instaló la tarjeta DAQ6024E de National Instruments10 mediante la cual se adquirieron las señales de voltaje. Se utilizó un aislador de la marca Action Pak que se conecta entre la salida del tablero (motor) y la entrada de la tarjeta para protegerla de una posible diferencia de potencial en las tierras (tierra de la tarjeta con tierra del equipo), este aislador tiene una salida exactamente igual que la de entrada y si hay una variación se puede ajustar. Interfase gráfica Se realizó un programa VI (Instrumento Virtual) en Labview10 para recolectar los datos que recibe la tarjeta DAQ6024E y mediante este programa se controla el muestreo y se calcula su desviación estándar y la media de este conjunto de muestras. La media sirve como dato representativo de lo que se está midiendo (Vy, Vz). También se añadió la gráfica de la muestra tomada (voltaje contra tiempo) y un botón de paro del ciclo que envía los últimos datos muestreados a un block de notas. También se creó un programa VI que calcula algunos parámetros del motor como son: voltaje inducido de armadura, corriente de armadura, velocidad angular del motor (en revoluciones por minuto), el par inducido del motor, potencia de salida, potencia de entrada y la eficiencia del motor. CASO DE ESTUDIO El motor utilizado (figura 2) es un motor shunt marca Bodine Electric Company con la siguiente placa de datos: 115 VDC, 1.2 Amperes, velocidad de 1725 rpm con un reductor de 10:1. El tablero (figuras 1 y 3) consta de 6 resistencias comerciales, con los siguientes valores: R = 6.8 K Ω, R = 360Ω, R = 4.5Ω, x y z R = 820, R = 10 K Ω, R = 5.6Ω 1 2 3 También consta de 2 tablillas de conexiones, una para la entrada del drive del motor y otra para la salida que va a la tarjeta DAQ6024E. Para el control del motor se utiliza una tarjeta marca Minarik (figura 4) cuya función es variar el voltaje de armadura del motor y así controlar su velocidad. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Fig. 2 Motor de CD utilizado en el estudio. Fig. 3. Tablero construido para el experimento. Los cables de salida del tablero se conectaron a un aislador marca Action Pak, de ahí a la tablilla de conexiones de 68 pines de la tarjeta DAQ6024E que está instalada en la PC. (figura 5). Para medir Vz y Vy se utilizó el VI de la figura 6. Como se puede ver en el diagrama de bloque se utiliza el canal 0 de la tablilla de conexiones de la tarjeta DAQ6024E y el VI “AI Acquire Waveform” localizado en la tabla de funciones en “Data Acquisition, Analog Input” el cual muestrea el voltaje con la rapidez (muestras/seg) que se le proporciona en el panel frontal, si acaso ocurre un error aparece una ventana de diálogo dando la opción de parar o continuar. También se tiene en el panel frontal una pantalla donde aparece la gráfica de cada conjunto de muestras, además de la media y la desviación estándar del conjunto de muestras. 23 �Cálculo de características de motores de CD mediante instrumentación virtual / Santiago Neira Rosales, et al. Fig. 4. Circuito utilizado para alimentar el motor. Fig. 5. Amplificador de aislamiento y tablilla de conexiones. Fig. 6. Panel frontal y diagrama de bloque del instrumento virtual para medir Vz y Vy. Fig. 7. Cálculo de las variables del motor en el instrumento virtual. Para calcular todos los parámetros del motor se utilizó el VI “Cálculo de parámetros Vi”. Sólo se escriben los resultados de las mediciones de Vz y Vy y se despliega la información. (figura 7). RESULTADOS Para efecto del cálculo de los parámetros se tomaron 20 muestras de voltaje y se tomó la media como dato representativo de Vz y Vy, en la figura 8 está el valor de Vz y el gráfico de la muestra, cabe aclarar que se consideró el valor de Vz cuando la desviación estándar era menor para obtener mejores resultados. Estos valores de Vz y Vy se transfirieron a otro VI para calcular todos los parámetros que se mencionaron antes (figura 7). La selección del periodo de muestreo se realizó de manera experimental utilizando un osciloscopio para verificar si las señales estaban siendo muestreadas con la suficiente rapidez. Sin embargo, formalmente se requiere utilizar el teorema del muestreo así como considerar el ancho de banda del motor. 24 Fig. 8. Media=Vz, desviación estándar y gráfico de un muestreo. CONCLUSIÓN Con esta propuesta se puede optimizar el tiempo de análisis de motorres de CD y observar gráficamente sus parámetros en tiempo real para monitorear su desempeño. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Cálculo de características de motores de CD mediante instrumentación virtual / Santiago Neira Rosales, et al. De acuerdo a los resultados obtenidos se puede extender este proyecto hacia los laboratorios e industrias en donde se utilizan instrumentos de medición reales para sustituirlos por instrumentos virtuales, lo cual repercute en un sustancial ahorro económico. AGRADECIMIENTOS Agradecemos la ayuda prestada para la elaboración de este artículo a las siguientes personas: Dr. Efraín Alcorta García Ing. Luis Francisco Casanova Mancilla M.C. Francisco Ramírez Cruz catedráticos del CIDESI en Querétaro. BIBLIOGRAFÍA 1. Power Logic, Circuito monitor, serie 2000, Bolletin N.3020IM9301R4/95, septiembre 1995, Smyrna, TN, USA. 2. Anzurez Marín Juan, González Ruiz Víctor, “Memoria electro 2001”, XXIII Congreso Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Internacional de Ingeniería y Electrónica, Chihuahua, 22 a 26 de octubre de 2001. 3. Bhag S. Guru, Huseyin R. Hiziroglu, “Máquinas eléctricas y transformadores”, Oxford, tercera edición, 2003. 4. W. Bolton, “Mecatrónica”, Alfaomega, segunda edición. 5. Stephen J. Chapman, “Máquinas eléctricas”, Mc Graw Hill, tercera edición. 6. Irving L. Kosow, “Máquinas eléctricas y transformadores”, Prentice hall, segunda edición. 7. Donald V. Richardson, Arthur J. Caisse, Jr.,Máquinas eléctricas rotativas y transformadores, Prentice Hall, cuarta edición. 8. Raymond A. Serway, John W. Jewett, Jr., “Física I y II” Thomson, tercera edicion, 2004. 9. Robert L. Boylestad, “Análisis introductorio de circuitos”, Pearson. 10. Manual del Usuario Labview v.6.0, Nacional Instruments 2000. 25 �Introducción a la arqueología industrial: Una visión desde las humanidades Javier Rojas Sandoval División de Estudios Superiores, Facultad de Filosofía y Letras, UANL. javierrojas@monterreyculturaindustrial.com RESUMEN La arqueología industrial es una nueva área multidisciplinaria, que ha despertado interés en los medios académicos y gubernamentales de los países de alto desarrollo industrial. Su importancia proviene del interés por conservar y estudiar los restos de plantas industriales que han entrado en desuso como consecuencia de los avances tecnológicos y la competencia. En el presente trabajo se expone una introducción al tema, iniciando con una explicación teórica de la arqueología clásica; enseguida los significados y usos del concepto “industria”, y sus definiciones económicas y humanísticas. Por último se discute su importacia para la sociedad y las ingenierías. PALABRAS CLAVE Arqueología industrial, industria, tecnología, manufactura, cultura. ABSTRACT Industrial archaeology is a new multidisciplinary area, that has waked up interest in the academic and governmental dependencies of the countries with high industrial development. Its importance comes from the interest to preserve and to study the rest of industrial plants that have entered disuse as a result of the technological advances and the competition. In the present work an introduction to the subject is exposed, initiating with a theoretical explanation of classic archaeology; followed by the meaning and uses of the concept “industry”, and its economic and humanistic definitions. The last section is focused on the exhibition of its importance for the society and engineerings. KEYWORDS Industrial archaeology, industry, technology, manufacture, culture. TEORÍA DE LA ARQUEOLOGÍA Una forma de abordar el estudio de la arqueología como disciplina académica es comenzar por entender, en términos teóricos, que el objeto de estudio de la arqueología es la cultura material producida por el ser humano, lo cual le permite adaptar el medio ambiente a sus necesidades y deseos, dado que la relación del ser humano con la naturaleza es de poder y control mediante el conocimiento científico y la tecnología basada en la ciencia. Esta relación implica la responsabilidad ética del ser humano de cuidar la naturaleza. 26 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Introducción a la arqueología industrial: Una visión desde las humanidades / Javier Rojas Sandoval La idea anteriormente expuesta puede considerarse como una variante de la versión clásica de arqueología propuesta por el arqueólogo, historiador y antropólogo australiano, Vere Gordon Childe, quien escribió a mediados del siglo XX que el ser humano ante la carencia de un equipo propio como los otros seres animales, ha sobrevivido y se ha impuesto al medio natural, fabricando herramientas y acumulando conocimiento, el que almacena en su experiencia socializada en la educación, y el que representa una base siempre disponible para nuevos desarrollos. Gordon Childe lo escribió con los siguientes términos: “El equipo del hombre… difiere significativamente del de los demás animales. Estos llevan su equipo en sí mismos, formando parte de su cuerpo… El hombre tiene muy pocos accesorios de esta clase… Los ha reemplazado por herramientas, órganos extracorporales que él hace, usa y abandona a voluntad: fabrica picos para cavar, armas para cazar y matar animales, azuelas y hachas para cortar madera, ropa para abrigarse en invierno, casas de madera, ladrillo o piedra para proporcionarse abrigo…” 1 Esa es la base teórica conceptual para entender la arqueología como el estudio histórico de la cultura material, la cual va unida a la cultura inmaterial, conformada por los elementos intangibles y abstractos como los conocimientos, los valores, las creencias, las costumbres y las tradiciones producidas y trasmitidas por las instituciones sociales. El origen de la arqueología se ubica en la concurrencia de dos enfoques que operaron de manera separada, por una parte, el coleccionismo y los estudios históricos de las obras de arte de las culturas antiguas. El otro enfoque fue el resultado de las investigaciones de la arqueología de las herramientas y los productos fabricados por los habitantes de las culturas prehistóricas.2 Como resultado de la evolución del conocimiento la arqueología presenta nuevas especialidades,3 como la etnoarqueología, que combina los estudios de restos materiales con la reconstrucción de las estructuras culturales de los pueblos y civilizaciones de tiempos pasados, la arqueología subacuática, la bioarqueología, la arqueología industrial, entre otras. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Un aspecto importante a considerar es que la cultura material no es estática, no permanece siempre en un mismo estado, por el contrario, es dinámica, es decir evoluciona y cambia a través del tiempo histórico. Muchos de los objetos materiales que hoy se pueden observar, tarde o temprano envejecen, se deterioran y algunos terminan por desaparecer; los que logran mantenerse físicamente a través del tiempo, se denominan “restos materiales” de tiempos históricos pasados, que son la materia prima de los estudios de la arqueología. Partiendo de la anterior argumentación se puede introducir la definición de arqueología que proporciona el Diccionario de la Real Academia Española: “Arqueología. (Del gr. αρχαιολογiα). Ciencia que estudia lo que se refiere a las artes, a los monumentos de la antigüedad, especialmente a través de sus restos.” 4 En términos más amplios la arqueología es la ciencia que estudia las sociedades que han existido históricamente, a través del estudio de sus restos materiales, como el arte, los monumentos, o cualquier otro objeto creado por el hombre y el impacto de la acción humana sobre su medio ambiente. Es importante detenerse a destacar que la definición contiene dos conceptos que permiten comprender con mayor claridad el contenido de los estudios arqueológicos: su objetivo consiste en estudiar los objetos que se conservan como “restos” de un pasado “antiguo”, es decir, objetos físicos que fueron creados en tiempos pasados y que se conservan en el presente. A partir de dicha argumentación se entiende mejor la razón de por qué la arqueología clásica se ocupa fundamentalmente de los restos prehistóricos y el estudio de todo tipo de civilizaciones pasadas. Conviene subrayar que el estudio exclusivo de los objetos materiales no proporciona información suficiente para el conocimiento de las civilizaciones pasadas, para ello es necesario estudiar el ambiente social, cultural y el contexto histórico. Por ello la arqueología necesita de la historia documental para completar su análisis. Lo anterior explica que desde el punto de vista teórico, la arqueología representa un puente físico entre el pasado y el presente. Los restos materiales de civilizaciones antiguas que se conservan 27 �Introducción a la arqueología industrial: Una visión desde las humanidades / Javier Rojas Sandoval físicamente en el presente, son los testimonios vivos del puente entre el pasado y el presente. Como bien lo expone el arqueólogo Barceló: “Ese debiera ser el auténtico propósito de la historia y la arqueología: el estudio del pasado, buscando qué continuidad existe entre pasado y presente…”.5 Lo que es posible mediante el estudio del puente natural entre pasado y presente: los restos físicos de la cultura material o, del estudio de los restos arqueológicos que son, sin lugar a dudas, las expresiones naturales de la cultura material. TEORÍA DE LA INDUSTRIA Como se dejó anotado anteriormente la arqueología es la disciplina que estudia los restos materiales de las antiguas culturas, y en los tiempos modernos, la industria es la actividad que transforma los frutos de la naturaleza en productos fabricados por el ser humano. Es decir, en términos modernos, la industria fabrica los restos de la cultura material que estudia la arqueología. Si bien la anterior formulación resulta bastante clara, no obstante, es necesario profundizar en el tema de la industria. En primer lugar, conviene considerar que el concepto de industria es utilizado por diversas disciplinas académicas como las ingenierías, la economía, la arquitectura y el urbanismo; así como el diseño industrial, la psicología industrial, la sociología industrial, entre otras. Al mismo tiempo es importante puntualizar que industria también es un concepto que forma parte del lenguaje de las humanidades: la filosofía, la antropología, la arqueología y la historia. La Real Academia de la Lengua Española,6 da una definición moderna de industria con los siguientes términos: Industria: “Conjunto de operaciones materiales ejecutadas para la obtención, transformación o transporte de uno o varios productos naturales.” Sin embargo, es importante considerar que no obstante la definición anterior, es posible observar otros usos del término industria, lo que indica su ambigüedad. Desde el punto de vista lingüístico el concepto de industria abunda en sinónimos: fabricación, producción, elaboración, obtención, producto, construcción, confección, proceso, montaje, ejecución, hechura, creación, preparación, transformación, manipulación, extracción, fábrica, taller, factoría, instalación, obraje, empresa, firma, sociedad, planta. De lo anterior se infiere que el concepto de industria se asocia con otros conceptos muy próximos y por tanto muy utilizados. Tales son los conceptos de fábrica y fabricar. La fábrica es el lugar donde se fabrican o producen los bienes de consumo. El concepto fabricar según el Diccionario de la Real Academia, se define con los siguientes términos: Fabricar: “Producir objetos en serie, generalmente por medios mecánicos. Construir un edificio, un dique, un muro o cosa análoga”.6 Desde el enfoque histórico el concepto de industria ha estado sujeto a cambios. La Real Academia Española de la Lengua,7 en su Diccionario de Autoridades del año 1734, definía el término industria como “Destreza o habilidad en cualquier arte”, “ingenio y sutileza, maña o artificio”. Cabe aclarar que en 1734 aún no se había producido la revolución industrial en Gran Bretaña. A partir de lo dicho anteriormente, se pueden considerar dos grupos de definiciones del concepto de industria: definiciones económicas y técnicas; definiciones humanísticas, las cuales se expondrán a continuación. Definiciones económicas y técnicas En el campo de la economía el concepto de industria es utilizado para definir la producción industrial; 28 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Introducción a la arqueología industrial: Una visión desde las humanidades / Javier Rojas Sandoval como la actividad productiva que transforma, con medios mecánicos o no, las materias primas, de origen vegetal, animal o mineral en productos para el consumo, ya sea intermedios o finales. Así mismo el concepto de industria se utiliza en economía para definir los tipos de industrias. Se distinguen tres tipos:8 • La industria pesada, dedicada a la fabricación de productos semielaborados, como la siderurgia. • La industria de equipo que utiliza los productos de la industria pesada para fabricar maquinaria y equipo, como la metalurgia y la metal-mecánica. • La industria ligera, dedicada a producir bienes de consumo final. Otra forma de identificar y ordenar la actividad industrial es estudiándola según el esquema de los sectores económicos.9 • Sector primario. Comprende las actividades relacionadas con la explotación de los recursos naturales, como la minería, la agricultura, la silvicultura, la pesca y la ganadería. • Sector secundario. Incluye los procesos de transformación, tanto de materias primas como de productos semielaborados. En este sector es donde se localizan las manufacturas. Comprende industrias como la siderurgia, la química, la mecánica, las textiles y las de la alimentación. Se agregan las industrias modernas como la electrónica y la biotecnología. • Sector terciario. Comprende principalmente los servicios, el transporte, la comunicación, la salud, la educación, los servicios bancarios y financieros. Los sistemas estadísticos de clasificación industrial empleados por las organizaciones internacionales y nacionales, ayudan a una mejor comprensión del término. En tal sentido es importante considerar en primer lugar la Clasificación Industrial Internacional Uniforme de todas las actividades económicas (CIIU), elaborada por las Naciones Unidas.10 La CIIU fue aprobada en 1948 por el Consejo Económico y Social de la ONU. La CIIU se ha convertido en el patrón de referencia para la elaboración de los sistemas estadísticos de las Naciones Unidas, la Organización Internacional del Trabajo (OIT), la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO). Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 En México, a partir del año de 1997 se constituyó el Sistema de Clasificación Industrial de América del Norte (SCIAN),11 resultado del trabajo conjunto entre las instituciones encargadas de elaborar los sistemas estadísticos de Canadá, Estados Unidos y México. El SCIAN es congruente con la CIIU. La edición del año 2002 del SCIAN, clasifica los sectores económicos según la tabla I. Sobre este ordenamiento hay que decir que muchas de las actividades primarias operan con sistemas industriales maquinizados, como la agricultura y la actividad forestal. Las nuevas tecnologías han dado como resultado la aparición de otras unidades de producción que se ubican más allá del esquema tradicional de la clasificación industrial, como es el caso de las industrias creativas, término introducido por la UNESCO, para definir las actividades culturales de carácter intelectual. La institución internacional las define con los siguientes argumentos: “El término industria creativa supone un conjunto más amplio de actividades que incluye a las industrias culturales más toda producción artística o cultural, ya sean espectáculos o bienes producidos individualmente. Las industrias creativas son aquellas en las que el producto o servicio contiene un elemento artístico o creativo substancial e incluye sectores como la arquitectura y publicidad…” 12 El uso técnico del concepto industria, tiene como punto de referencia el vínculo entre la ciencia y la técnica. La industria mecanizada fue, desde sus inicios, un arte que tuvo su desarrollo gracias a la aplicación del conocimiento científico. ¿Cómo 29 �Introducción a la arqueología industrial: Una visión desde las humanidades / Javier Rojas Sandoval Tabla I. Clasificación de SCIAN abreviada con datos de los sectores económicos. (2002). AGRUPACIÓN TRADICIONAL. CARACTERÍSTICA GENERAL DE LOS SECTORES. SECTOR. CRITERIOS DE ORDEN. A c t i v i d a d e s E x p l o t a c i ó n Agricultura, ganadería, forestal, Las actividades primarias se sitúan en primer primarias. d e r e c u r s o s pesca y caza. término porque aprovechan los recursos naturales. de la naturaleza que no han sufrido una transformación previa. A c t i v i d a d e s Transformación Minería. secundarias. de bienes. Electricidad, agua y suministro de gas. Construcción. Industrias manufactureras. Los insumos de este grupo de actividades pueden provenir de las actividades primarias, o de este mismo grupo, y sus productos se destinan a todos los sectores. Tradicionalmente, estos cuatro sectores se han llamado “la industria” (en contraposición al “comercio”, “los servicios” y “las actividades primarias”). Actividades Comercio terciarias. servicios. Estos sectores efectúan las actividades de distribución de los bienes que se produjeron en los grupos de actividades primarias y secundarias (así como el traslado de personas). En particular, el comercio se sitúa inmediatamente después de las manufacturas por la directa e intensa interacción entre ellos. y Servicios financieros y de seguros. Servicios inmobiliarios y de alquiler de bienes muebles e intangibles Información en medios masivos. Comercio al por mayor. Comercio al por menor. Transportes, correos y almacenamiento. Fuente: INEGI, México, 2002. www. inegi.ob.mx. Nota: Es un extracto de la versión de SCIAN 2002. explicar la cultura de la industria mecanizada, sin las aportaciones de Galileo, Newton, Clausius, Kelvin, Bell, Boltzmann, Boyle, Carnot, Celsius, Coulumb, Edison, y muchos otros científicos? Puede afirmarse que la historia de la industria moderna, desde los tiempos de la revolución industrial británica, ha sido posible gracias a la ciencia. En tal sentido la ingeniería industrial es la disciplina que representa el puente entre la ciencia, la tecnología y la industria; tanto en el campo de las máquinas y las herramientas, el diseño de los productos, como la organización técnica de los procesos de producción como de la organización del trabajo; sin embargo conviene aclarar que la ingeniería industrial identifica el concepto de industria con los procesos de manufactura y de fabricación. Uno de los teóricos pioneros de la ingeniería industrial, el químico escocés, Andrew Ure (17781857), definía la industria fabril con las siguientes palabras: “…El término sistema fabril, en tecnología, designa la operación combinada de muchos órdenes de trabajadores, adultos y niños, 30 que dedican una atención constante a una serie de máquinas productoras, impulsadas continuamente por una fuerza central. Esta definición abarca organizaciones como las fábricas de tejidos de algodón, tejidos de lino, de seda, de lana, y ciertas obras ingenieriles… Pero entiendo que este título, en su más estricto sentido, implica la idea de un gran autómata compuesto por varios órganos mecánicos e intelectuales, que trabaja en concierto ininterrumpido para la producción de un objeto común, estando todos los dichos órganos subordinados a una fuerza motriz auto-regulada…” 13 La conclusión que salta a la vista de estos argumentos es que en el contexto histórico de la revolución industrial británica, el concepto de industria elaborado por los ingenieros y los industriales pioneros, estaba asociado al “sistema fabril”, o sistema de fábrica. Con F. W. Taylor14 la función de la ingeniería industrial asumió un papel más orientado al desarrollo de métodos para la administración de los recursos técnicos y la fuerza de trabajo, con el propósito principal de mejorar la productividad; sin embargo Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Introducción a la arqueología industrial: Una visión desde las humanidades / Javier Rojas Sandoval el uso de conceptos científicos y técnicos siempre estuvo presente en la mentalidad taylorista, como el uso del cálculo matemático para medir los tiempos de producción. Por su parte H. Ford, generalizó el concepto de industria de masas, basado en la producción estandarizada con su sistema de producción en cadena y en serie. El fordismo fue el punto de referencia para la introducción del concepto de sociedad industrial, como sociedad de masas y sociedad de consumo masivo. Por lo que se ha venido argumentando se puede concluir que en los tiempos actuales del siglo XXI, el concepto de industria en el campo tecnológico, predomina su uso para definir los procesos de producción o procesos de manufactura. La industria como “…La actividad o labor productiva que transforma materias, es decir, que modifica las propiedades de éstas de manera tal que las hace aptas para el consumo, bajo una forma distinta que tenía antes de entrar en el proceso de producción…” 15 Por ello resulta un poco forzado utilizar el concepto de industria en otras áreas que poco tienen que ver con la producción y transformación. Tal es el caso, por ejemplo, de las formulaciones “Industria de los seguros”, o “La industria de fondos mutualistas”.16 Conceptos cuyo significado asociado al concepto de industria, resultan comprensibles sólo como metáforas. Definiciones humanísticas En el campo de las humanidades, el concepto de industria tiene diversos usos. Es muy amplia la gama de especialidades académicas vinculadas, directa o indirectamente, con la industria: las ciencias de la salud, la arquitectura, el derecho, la literatura, la antropología, la sociología, la psicología, la historia, la filosofía, entre otras. En términos de la antropología filosófica, la industria no solamente es un sistema de producción, tecnología, máquinas y herramientas, es al mismo tiempo, productora de valores, creencias, costumbres, tradiciones, conocimientos y mentalidades; por el lado que se le considere: por la producción o por el consumo. Ya que la industria crea, conserva y cambia costumbres y tradiciones. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Desde otro ángulo, se puede decir que la industria es producto del conocimiento y productora de conocimiento. Es una síntesis del ingenio y un producto del esfuerzo humano. La industria también es organización y concurso de esfuerzos y recursos humanos, de ahí la industria como empresa. La industria es un producto humano, como lo escribía el difunto Marx en el siglo XIX: “La naturaleza no construye máquinas, ni locomotoras, ferrocarriles, telégrafos…. etc. Son éstos, productos de la industria humana: material natural, transformado en órganos de la voluntad humana sobre la naturaleza o de su actuación en la naturaleza. Son órganos del cerebro humano creados por la mano humana; fuerza objetivada del conocimiento.” 17 El filósofo alemán J.G.F. Hegel, reflexionaba, en el mismo siglo mencionado, acerca de que la industria era una actividad cuyo fin y propósito era civilizar y humanizar a la sociedad; orientada a que los seres humanos se ocuparan de sí mismos, de su bienestar y su mejoramiento cultural, aplicando el esfuerzo productivo en el trabajo y el uso intensivo de su inteligencia. Para el filósofo de Stuttgart, la industria era: “Lo que llamamos en sentido propio industria, recoge el material bruto para elaborarlo y encuentra su subsistencia en los productos de la inteligencia, de la reflexión, de la destreza…” 18 Otro filósofo alemán que ha reflexionado sobre la industria, desde la técnica, es Martin Heidegger, quien ubica los productos de la técnica -los productos industriales- como medios para lograr fines. Dice Heidegger: “La central eléctrica con sus turbinas y generadores es también un medio preparado para un fin puesto por el hombre. También el avión a reacción y la máquina de alta frecuencia, son medios para estos fines.” 19 A partir de la revolución industrial británica, se generaron diversas y encontradas ideas sobre la industria; tal es el caso del “industrialismo”, concebido como un sistema social basado en la organización industrial. Desde entonces la industria se asoció con las ideas de progreso y civilización. En términos tecnológicos, con el transcurrir del tiempo, las plantas industriales así como las 31 �Introducción a la arqueología industrial: Una visión desde las humanidades / Javier Rojas Sandoval máquinas y herramientas sufrieron el proceso de envejecimiento, con lo cual muchas de ellas dejaron de operar. El tiempo histórico habría de convertir en piezas de museo muchas de las obras de la industria y las mismas unidades de producción industrial, con lo que se abrió la puerta de la arqueología industrial, concepto que fue introducido y desarrollado por Michael Rix en la década de los años cincuenta del siglo XX. LA ARQUEOLOGÍA INDUSTRIAL Como se expuso en los dos puntos anteriores, la expresión más acabada de la cultura material se representa por la actividad industrial y sus productos, ello significa que la industria produce cultura material y la arqueología industrial es la disciplina que sistematiza el estudio de la cultura material, incluyendo a la propia industria como sistema de producción: edificios, máquinas y herramientas. Este es uno de los puentes que conecta la arqueología con la industria. El segundo puente es la historia, por cuanto la industria, en sus diversas expresiones, está sujeta al dominio de la dinámica de la temporalidad y la duración. Todo tipo de manufactura industrial instalaciones, tecnología y productos- cambian con el tiempo. La obsolescencia es el fantasma que el desarrollo de la tecnología y la competencia acechan a la industria, terminando por hacer viejas las más modernas plantas industriales, para hacerlas pasar a formar parte de los museos de la historia industrial y tecnológica. Como se mencionó en párrafos anteriores, fue en la década de los cincuenta que se comenzó a crear conciencia de la importancia de la conservación de los restos de la cultura industrial. El británico Michael Riux en su artículo publicado a finales del año 1995, expuso los conceptos básicos que identifican la arqueología industrial. Textualmente Riux, escribió: “Gran Bretaña, como el lugar de nacimiento de la Revolución Industrial, está llena de monumentos, restos de esta notable serie de eventos. Cualquier otro país ya hubiera establecido el mecanismo para el inventario y la preservación de estos memoriales que simbolizan el movimiento que esta cambiando la faz de la tierra, pero nosotros somos tan descuidados de nuestro patrimonio 32 nacional que, fuera de unos cuantos objetos de museo, la mayoría de estos marcadores se descuidan o se destruyen por inconciencia. Los distintos aspectos de la Revolución Industrial incluyen la producción de grandes cantidades de hierro en una escala sin precedentes y su uso para propósitos nuevos en máquinas, motores y edificios. En segunda instancia, las fábricas y las máquinas que son el símbolo del nuevo movimiento. En tercer lugar las máquinas de vapor y las locomotoras que hicieron posible el abastecimiento de energía y en cuarto, los canales y ferrocarriles sin los cuales los bienes producidos en masa nunca hubieran sido distribuidos. Estos distintos aspectos representan un campo fascinante de estudio del cual secciones enteras están todavía sin explorar.” 20 A partir de esa referencia histórica, se ha desarrollado en el mundo un creciente interés por preservar los restos materiales de la cultura industrial, declarando dichos restos históricos como bienes patrimoniales dignos de ser conservados y protegidos. La relevancia del hecho ha dado lugar a la formación de organismos internacionales que promueven la conservación y el estudio del patrimonio industrial, como el TICCIH (The International Committee for the Conservation of Industrial Heritage), constituido el año de 1978. Fue en la reunión del TICCIH celebrada en Nizhny Tagil, Rusia, el 17 de julio de 2003, que se Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Introducción a la arqueología industrial: Una visión desde las humanidades / Javier Rojas Sandoval firmó la carta conocida como Declaración de Nizhny Tagil, en la cual se expone la siguiente definición de Arqueología Industrial: “La arqueología industrial es un método interdisciplinario para el estudio de toda evidencia, material o inmaterial, de documentos, artefactos, estratigrafía y estructuras, asentamientos humanos y terrenos naturales y urbanos, creados por procesos industriales o para ellos. La arqueología industrial hace uso de los métodos de investigación más adecuados para hacer entender mejor el pasado y el presente industrial. El período histórico de principal interés se extiende desde el principio de la Revolución Industrial, la segunda mitad del siglo XVIII, hasta la actualidad, incluida. Si bien también se estudian sus raíces preindustriales y protoindustriales anteriores. Además, se recurre al estudio del trabajo y las técnicas laborales rodeadas de historia y tecnología.”. 21 Para aclarar conceptos resulta importante puntualizar que el patrimonio industrial está constituido por los bienes materiales que hacen posible la industria en sus diversas expresiones. La arqueología industrial es la disciplina académica especializada en la investigación y estudio del patrimonio industrial. Cabe subrayar que la arqueología industrial no se dedica al estudio exclusivo de las plantas industriales, también se interesa por el estudio del entorno de las fábricas, que son producto de la actividad industrial, como el urbanismo. Desde el punto de vista de la arquitectura y la ingeniería civil la industria está asociada con el urbanismo y el medio ambiente. Lo que ha sido producto de la conformación de las ciudades industriales, que tienen características peculiares. En tal sentido es interesante citar a Lewis Mumford, uno de los primeros sociólogos del urbanismo industrial. Munford escribió a mediados del siglo XX, que uno de los efectos inmediatos de la industrialización del siglo XIX fue el “…aumento enorme de la población”,22 lo que dio lugar a la aparición de los barrios obreros construidos alrededor de la fábrica, los que Mumford llamaba el “Slum” (tugurio, barrio bajo). Por ello la arqueología industrial estudia las fábricas y su entorno: barrios, colonias habitacionales; puentes, calles, escuelas creadas para servicio de la industria. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Otra expresión de la arqueología industrial es la historia de la sociedad industrial y la vida cotidiana. Es decir, la historia de las máquinas, los equipos y la energía doméstica, como el gas, la electricidad, el agua, el alcantarillado; los servicios telefónicos, el cable de TV, el refrigerador, la estufa, la planchadora, la lavadora y los demás aparatos de uso doméstico, que le dieron el marco tecnológico a la formación de la familia moderna.23 Utilizando una metáfora se puede afirmar que la industria es la madre de la sociedad moderna; los usos y costumbres de los seres humanos del siglo XX fueron marcados por la industrialización de las necesidades y los deseos; no sólo porque la industria hizo realidad los deseos sino porque estandarizó y popularizó los deseos convertidos en objetos. La fábrica industrializó los símbolos religiosos más sagrados; los convirtió en objetos de consumo masivo. Lo mismo hizo con el arte. El cine – la fábrica de sueños y pesadillas- se convirtió en industria no sólo por su forma de producción material sino porque además hizo posible el consumo de masas de los sentimientos convertidos en imágenes. La fábrica manufacturera de los siglos XIX y XX fue el laboratorio y el centro de producción que marcó la formación de la cultura industrial. Arquitectónicamente las fábricas son los espacios naturales para ser estudiados por la arqueología industrial. La fábrica no fue solamente un edificio que imitaba los castillos medievales, también fue un centro lleno de símbolos: relaciones jerárquicas, los infaltables relojes que marcaban el tiempo de entrada y salida del trabajo. La fábrica que alojaba a la máquina, el autómata de múltiples tornillos, remaches, engranes y alambres. La arqueología industrial no solamente es una teoría, también es una disciplina que posee una metodología. Como lo expone Gigliola Carozzi: “Una de las finalidades de la investigación acerca de la arqueología industrial, es también la de proporcionar la documentación pertinente, ofrecer elementos cognitivos que permitan fomentar la curiosidad, la sensibilidad, la información y una mayor concientización sobre la situación de la actual degradación en que se encuentran la mayoría de los bienes de la arqueología industrial.” 24 33 �Introducción a la arqueología industrial: Una visión desde las humanidades / Javier Rojas Sandoval En términos metodológicos, la arqueología industrial estudia y analiza sus objetos mediante esquemas conceptuales ordenados, como se ilustra en la tabla II. Tabla II. Esquema básico metodológico para los estudios de arqueología industrial. PASO ACTIVIDAD 1 Elaborar proyecto de investigación donde se incluyan: a) el objeto a estudiar; b) la localización del objeto; c) revisión de los estudios realizados con antelación sobre el tema; d) la viabilidad de la realización del proyecto de investigación. e) evaluar la importancia social del tema. 2 Buscar la documentación relativa a los bienes por estudiar. Catalogación previa. Rastreo de documentos en archivos públicos y particulares. 3 Trabajo de campo. Localización geográfica; descripción física; levantamiento planimétrico (medición de territorio); fotografía de las instalaciones, clasificación de la maquinaria y las herramientas. 4 Trabajo de gabinete. Tratamiento de la información obtenida; realización de planos; obtención de copias. 5 Elaborar informe de investigación. Elaboración del autor. útiles -máquinas, herramientas, enseres, etc.- y materiales relacionados con la producción en las industrias tradicionales, que tras su cierre han dejado fuera de uso una serie de testimonios directos, como los ferrocarriles, centrales eléctricas, instalaciones industriales del acero, textil ó carbón que forman parte de nuestra historia más reciente y que las nuevas tecnologías, la utilización de nuevos materiales–plásticos, por ejemplo- y modernas actividades han dejado en desuso y, en muchos casos, olvidadas..” 25 A partir de dicha preocupación se reconoce la importancia social de la arqueología industrial, la cual trata de investigar, analizar, registrar y preservar los restos de cualquier actividad industrial, dándole valor a los materiales abandonados de la industria, promoviendo que la sociedad tome conciencia del valor que tienen los objetos de la tecnología industrial. Para las ingenierías dedicadas a la aplicación del conocimiento al campo de la industria, es importante la arqueología industrial, en primer lugar porque los personajes pioneros creadores de la industria han sido ingenieros. En segundo lugar, muchos de los adelantos de la ciencia y la tecnología han sido posibles gracias a los aportes, la mejora constante y el perfeccionamiento de máquinas y aparatos diseñados y construidos por ingenieros que laboran en la industria. UTILIDAD DE LA ARQUEOLOGÍA INDUSTRIAL PARA LA SOCIEDAD Y LAS INGENIERÍAS La arqueología industrial permite a la sociedad tener un conocimiento de su historia tecnológica y de sus unidades de producción. En otras palabras, la arqueología industrial permite ampliar la memoria histórica de la sociedad y la importancia de ello reside en crear una cultura de conservación de la memoria, ya que cuando la sociedad no logra conservar los testimonios de su experiencia pasada corre el riesgo de repetir sus errores o, de olvidar sus metas. Por otra parte, aplicando una visión de futuro, las investigaciones especializadas en arqueología industrial afirman que: “Existe a escala internacional un alto nivel de preocupación por conseguir preservar para las generaciones futuras todos aquellos 34 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Introducción a la arqueología industrial: Una visión desde las humanidades / Javier Rojas Sandoval ¿Cuántos nombres de ingenieros han quedado en el olvido a pesar de que fueron ellos con sus esfuerzos y conocimientos quienes han producido importantes innovaciones tecnológicas, que han posibilitado el avance de la industria y por ende de la sociedad? REFERENCIAS 1. 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Grupo de Hidrogeología y Medio Ambiente. Escuela Politécnica Superior. Campus de La Rábida. Universidad de Huelva., España. http://200.20.105.7/imaac/Publications/ Proceedings/Cierre_de_Minas/Patrimonio%20M inero%20y%20Cierre%20Minas.doc. 35 �La gestión de procesos y el desempeño competitivo de las PYMES Miguel A. Palomo González Facultad de Ciencias Químicas, UANL mpalomo@fcq.uanl.mx RESUMEN En este artículo se analizan los factores internos de las Pequeñas y Medianas empresas, PYMES, del sector manufactura, con el enfoque hacia la gestión del proceso operativo, el cual es determinante en la competitividad de las empresas. Los principales problemas de las PYMES en Monterrey, México son: una integración pobre de los conceptos de gestión; la falta de una visión estratégica en el negocio; un dominio parcial de la gestión de su proceso operativo y, dentro de sus procesos críticos, la falta de interés por un liderazgo en tecnología de proceso/producto. PALABRAS CLAVE Competitividad, empresas medianas, empresas pequeñas, gestión, procesos, PYMES. ABSTRACT This paper analyses the internal factors of Small and Medium Size Enterprises, SMSE´s, of the manufacturing sector focused towards the management of the operative process, which is determinant on the company competitiveness. The main problems of SMSE´s in Monterrey, Mexico are: poor integration in management concepts, lack of business strategic vision, a partial domain of the management and the operative process, and within the critical process, the lack of interest for leadership and process/product technology. KEYWORDS Competitiveness, management, medium companies, SMSE, small companies, process. INTRODUCCIÓN Las publicaciones sobre la problemática de las pequeñas y medianas empresas (PYMES), en comparación a las grandes, son escasas y el enfoque se limita a la propuesta de soluciones para los “problemas externos” a la empresa, por ejemplo mediante programas de apoyo a la industria, o a simples especulaciones empíricas sobre sus “problemas internos” de gestión; en ambos casos sin la validación cuantitativa o estadística.1 Por otro lado, se generalizan los resultados de los reportes sobre las PYMES, sin tomar en cuenta la cultura empresarial, dependiendo de los polos de desarrollo por zona geográfica, y sin delimitar 36 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �La gestión de procesos y el desempeño competitivo de las PYMES / Miguel A. Palomo González los problemas a su contexto socio-económico, por ejemplo: zona de explotación de recursos naturales, agropecuaria, manufacturas, o turismo. Este estudio se enfoca al análisis de los “problemas internos” que determinan el crecimiento y desarrollo de las PYMES del sector manufactura, en la zona Metropolitana de la ciudad de Monterrey (ZMM). Una pregunta inicial es: ¿Qué tan buena es la gestion en las PYMES? Y la tendencia sería responder que depende del nivel de profesionalización o integración de los temas de gestión en las empresas. Sin embargo las primeras observaciones que se extraen de la literatura2 son en el sentido de que no hay diferencia en la integración de los temas de gestión en las PYMES. En ambos casos, pequeña y mediana, el nivel de integración equivale a un 46% (igual a 2.3 en una escala de 1 a 5, donde 1 equivale a un nivel mínimo y 5 a un nivel máximo de integración), lejos del nivel ideal del 100%, pudiéndose decir que el desconocimiento o falta de integración de los temas de gestión es una limitante para su crecimiento.2 Cuando se analiza el nivel de dominio de la gestión de procesos del negocio (empirismo, documentación, sistema de información, sistema de decisión y proceso de planeación) se encuentra que sí hay diferencia: en el caso de la mediana empresa el sistema de información es el más alto con un 30.6% de nivel de dominio (=1.53), mientras que en la pequeña existe más empirismo con un 35.4% de nivel de dominio (=1.77). Algo importante es que en las empresas pequeña y mediana el dominio es pobre, ya que los sistemas de documentación e información se sitúan por debajo de un 32% del nivel de dominio (=1.6) y en el caso del sistema de decisión y del proceso de planeación, la integración es prácticamente nula. Lo anterior indica que los principales problemas internos que limitan el desarrollo de las PYMES, se caracterizan por la falta de dominio de la gestión de sus procesos y una falta de visión a largo plazo en el negocio. procesos, la idea es analizar y tratar de contestar ¿qué tan competitivas son las PYMES? En una encuesta realizada a los ejecutivos de empresas, para conocer las estrategias sobre cómo reforzar la posición competitiva de sus empresas. La mayoría de ellos le dan más importancia a los “enfoques internos” del negocio, formados por el triángulo calidad-productividad-innovación, más que a los “enfoques externos” de política industrial.3 El estudio deja claro que la respuesta a la competitividad de las empresas es responsabilidad de los ejecutivos de las mismas, los cuales deben encontrar soluciones a los problemas que están bajo su control. El estudio refleja el interés sobre los aspectos estratégicos dentro de las empresas, considerándose una muestra de 601, dentro de las cuales se incluyeron 298 empresas grandes y 303 pequeñas y medianas. Por otra parte, en la literatura con enfoque hacia la gestión de procesos, se encuentra que los objetivos de la re-ingeniería de procesos y el benchmarking son: costo, calidad, servicio y velocidad de respuesta.4, 5 Una gestión de procesos exitosa tiende a estandarizar las actividades, las que se vuelven prácticas exitosas, que impactan en la competitividad del negocio a nivel de calidad, productividad, liderazgo en costos y tiempos de entrega. De una manera más específica, la gestión de procesos del negocio tiene entre sus objetivos la evaluación de sus procesos para proporcionar una plataforma para la mejora, con beneficios tales como: ANÁLISIS DEL DESEMPEÑO COMPETITIVO DE LAS PYMES Los análisis anteriores se pueden asociar al estudio del dominio de las funciones de gestión en las PYMES. Mientras que ahora, con la gestión de Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 37 �La gestión de procesos y el desempeño competitivo de las PYMES / Miguel A. Palomo González • Reforzar los estándares, políticas y procedimientos de trabajo. • Monitorear la situación de los procesos con relación a los estándares, políticas y procedimientos. • Automatizar las actividades y eliminar las actividades redundantes. • Automatizar los procesos para facilitar su operación y los cambios. • Aumentar la productividad por el análisis de costos y el tiempo que se consume durante las actividades del proceso. • Reaccionar rápido a los cambios del mercado. • Lograr objetivos estratégicos. Esta plataforma debe llevar a: reducir el tiempo de salida al mercado, mejorar el ingreso, bajar costos, y lograr una ventaja competitiva del negocio.6 De una manera más específica, la evaluación de la gestión de procesos tiene como fin medir y evaluar los procesos del negocio y, al mismo tiempo, se deben definir los indicadores de medición apropiados. Los indicadores de medición deben permitir a la organización entender su desempeño operativo, con relación a comparaciones en la industria, y evaluar su evolución. Es importante alinear los indicadores de medición a la mejora de los procesos, con el fin de identificar los factores internos como: prácticas de gestión, sistemas y estructura de la organización, que son responsables de las limitantes en el desempeño. La mayoría de las mediciones de interés ocurren a nivel del proceso operativo, puesto que ahí es donde ocurre la transformación de los insumos (aplicación de recursos) a resultados (bienes y servicios). Las cuatro principales categorías de indicadores de medición, para evaluar el desempeño del negocio a nivel del proceso operativo, son: 1. Efectividad en costo. 2. Productividad del personal. 3. Eficiencia del proceso. 4. Tiempo del ciclo. Los indicadores de efectividad en costo nos dicen que tan bien gestiona la compañía el costo operativo. Los indicadores de productividad del personal miden cuánto se genera de resultados por hora pagada por empleado. Los indicadores 38 de eficiencia del proceso nos indican que tan bien, los procedimientos y sistemas, están soportando la operación. Los indicadores del tiempo del ciclo miden la duración de la actividad completa, incluye el tiempo de procesamiento y el tiempo para resolver los problemas del cliente. Estas categorías constituyen una familia estructurada de indicadores y permite una evaluación bastante completa de la gestión del proceso operativo del negocio.7 PARAMETRIZACIÓN DE LOS FACTORES PARA EL ANÁLISIS Para el análisis de los factores de competitividad, en las PYMES, se parte de la premisa de que existe interés en la medición y mejora de la gestión de procesos, siendo el candidato principal la gestión del proceso operativo. Se desea identificar las diferencias en su desempeño, identificar las mejores prácticas e implantar la mejora de procesos en el negocio. Se debe evitar atribuir los problemas de competitividad de las PYMES a factores de tipo externo, sabiendo que la integración de conceptos de gestión es parcial en las PYMES, y que usualmente limita la visión en el negocio al corto plazo. Para calificar el nivel de dominio/desempeño del proceso operativo del negocio, se toman en cuenta los siguientes aspectos:8 1. Empirismo: la actividad se realiza en base a la experiencia. 2. Documentación: la actividad se documenta. 3. S i s t e m a s d e i n f o r m a c i ó n : s e r e a l i z a sistemáticamente la medición y control de los puntos críticos de la actividad. 4. Sistemas de decisión: hay análisis, seguimiento y comparaciones de la actividad. 5. Proceso de planeación: la planeación y programas de las actividades se realizan sistemáticamente. Las categorías de factores y las variables, que tienen impacto en el desempeño competitivo del proceso operativo, se definieron tratando de cubrir los conceptos que se mencionan en la literatura2 (calidad, productividad, innovación, precio/costo, servicio al cliente, velocidad de respuesta, y eficiencia del proceso), quedando de la siguiente manera: Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �La gestión de procesos y el desempeño competitivo de las PMES / Miguel A. Palomo González • Liderazgo en precio/costo (6 variables). • Flexibilidad en el proceso operativo (8 variables). • Calidad en proceso operativo (6 variables). • Tiempos de entrega (5 variables). • Liderazgo en tecnología de proceso/producto (6 variables). Así las condiciones de la dinámica competitiva de los negocios son: • Un buen sistema de calidad que refleje un menor desperdicio en proceso y una mayor aceptación del producto por el cliente, lo cual implica pasar de la inspección visual hasta el control estadístico del proceso. • Un costo y precio competitivo como resultantes de la productividad, por medio de una mejor utilización de los activos de la empresa y la incorporación de mejoras incrementales en la elaboración el producto y en el proceso de producción en sí. • La flexibilidad en el proceso para amortiguar los cambios repentinos en la demanda y en los requisitos del cliente, ya que afectan el programa de producción. Un sistema flexible permite tener mayor oferta de productos y servir un mayor número de clientes. A su vez la calidad, productividad y flexibilidad en el proceso permite un tiempo de entrega apropiado al cliente, pudiendose lograr hasta un sistema del tipo “justo a tiempo”. El liderazgo en tecnología de procesos es la resultante de la incorporación de las mejoras incrementales (propias de la empresa) generadas por el desarrollo tecnológico. Implica la actualización constante de la tecnología de materiales, de equipos, de nuevos productos y procesos, con impacto en calidad, costo/precio, flexibilidad, tiempos de entrega y, finalmente, una mejora en la competitividad del negocio. ANÁLISIS DE RESULTADOS La figura 1 presenta los valores de desempeño del proceso operativo de las PYMES en la zona metropolitana de Monterrey, México. Se observa que la mediana empresa tiene una marcada diferencia Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 (52% =2.60 en promedio) con relación a la pequeña (45.6% =2.28 en promedio). En ambos casos el factor calidad en el proceso registra la puntuación más alta, con relación a los otros factores. Para la mediana empresa el liderazgo en precio está en segundo lugar, seguido por el tiempo de entrega y la flexibilidad en el proceso en el tercer lugar. Para la pequeña el liderazgo en precio y el tiempo de entrega aparecen en segundo lugar, mientras que la flexibilidad en el proceso aparecen en tercer lugar. En ambos casos, el dominio de la gestión del proceso de liderazgo en tecnología de proceso/ producto se presenta como la menor puntuación, pero en el caso de la pequeña empresa presenta un rezago más evidente (37.4% =1.87) Con relación al conjunto de factores. Las gráficas 2, 3 y 4 ilustran el desarrollo y la tendencia de la gestión del proceso operativo, donde se ve que, en el caso de la pequeña empresa, el Fig. 1. PYMES ZMM: Sector manufactura. Desempeño competitivo del proceso de operación. Fig. 2. PYMES ZMM Sector manufacturas (n=44). Nivel de desempeño competitivo del proceso operativo 39 �La gestión de procesos y el desempeño competitivo de las PYMES / Miguel A. Palomo González Tabla I. Datos obtenidos por el CIPI.9 1 de cada 6 empresas capacita su personal en aspectos de organización. 1 de cada 4 empresas tiene Control Estadístico de Proceso. 1 de cada 10 empresas tiene Justo a Tiempo. 1 de cada 4 empresas consideran que el precio de los competidores es inferior al de la empresa. 1 de cada 23 empresas tiene maquinaria de punta. 1 de cada 5 empresas considera como fuente de información a su personal interno Fig. 3. Pequeñas empresas ZMM: Sector manufacturas (n=10). Nivel de desempeño competitivo del proceso operativo 1 de cada 9 empresas considera como fuente de información a la consultoría. 1 de cada 17 empresas considera que la tecnología de los competidores es inferior a la de la empresa. 1 de cada 3 empresas tiene licencias tecnológicas o patentes. 1 de cada 3 empresas sondea las preferencias del cliente. 1 de cada 3 empresas tiene estrategias de diversificación y de nuevos mercados. Fig. 4. Medianas empresas ZMM: Sector manufacturas (n=26). Nivel de desempeño competitivo del proceso operativo. liderazgo en tecnología de proceso registra la menor puntuación. Para complementar nuestras observaciones, se listan en la tabla I una serie de resultados extraidos de un estudio realizado por el CIPI.9 CONCLUSIONES En un primer enfoque se encuentra que los dos tipos de empresa se administran y limitan su crecimiento en forma similar, y que la integración de los temas de gestión presenta un nivel del 46%; lo cual indica que, en ambos casos, su visión del mercado es limitada y sus acciones son de corto plazo. 40 En un segundo enfoque, sobre el dominio de su gestión de procesos, se encontró que sí hay una diferencia entre pequeñas y medianas; en las pequeñas empresas el empirismo es superior a los otros niveles de gestión de procesos y, en el caso de la mediana, el sistema de información es el más alto; sin embargo, en ambos casos, pequeñas y medianas, el sistema de decisión y el proceso de planeación se muestran casi nulos o nulos. Además, ambos tipos de empresas muestran un nivel de dominio pobre de la gestión de procesos (inferior al 32%) apoyando los análisis previos.1 y 2 En un tercer enfoque, para identificar la problemática de las PYMES, se midió el dominio/ desempeño competitivo de su proceso operativo, independientemente del nivel de dominio de la gestión de procesos en la empresa. De una manera global, la mediana empresa domina mejor la gestión de su proceso operativo, con relación a la pequeña y, en consecuencia, se puede decir que la mediana empresa es más competitiva, sin embargo su característica, en el sector manufactura, es que su nivel de dominio/desempeño del 52% apenas Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �La gestión de procesos y el desempeño competitivo de las PYMES / Miguel A. Palomo González rebasa el 50% del ideal en gestión del proceso operativo. En ambas empresas la prioridad es la gestión del proceso de calidad, pero en el caso de la mediana empresa su nivel de dominio es mayor, ligeramente arriba del 60%, mientras que en la pequeña es de un 55%. La empresa mediana domina al mismo nivel la gestión de sus procesos de liderazgo en precio, tiempo de entrega y flexibilidad en el proceso, es decir alrededor del 50%. En el caso de la pequeña empresa los niveles de dominio son: en los procesos de tiempo de entrega de 46.0%, en liderazgo en precio de 45.6%, y en flexibilidad en el proceso de 43.5%. La falta de profesionalización de las PYMES las lleva a trabajar a prueba y error, sin buscar la estandarización de las actividades y la integración de las mejores prácticas. Esto impacta negativamente en el desarrollo de la visión a largo plazo, en el dominio de la gestión de los procesos y en la competitividad del negocio. COMENTARIO FINAL En la medida en que se dificulte el acceso a los mercados y disminuya la rentabilidad del negocio, por un mayor número de competidores y por empresas más competitivas, se espera que los ejecutivos de las PYMES reaccionen e implementen los programas para dominar la gestión de su proceso operativo en su conjunto, sin olvidar el liderazgo en tecnologías de proceso/producto, que incluye el desarrollo de tecnología propia y la mejora continua en el negocio. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Nota técnica sobre el análisis de datos El estudio comprende una muestra de 44 empresas manufactureras de la zona metropolitana de la ciudad de Monterrey (México). En el caso de la gestión del proceso operativo, se definieron 5 factores y cada uno se compone de 5-8 variables, las cuales se midieron en 5 niveles de dominio. En total se procesaron 1,390 datos aproximadamente. Los datos se normalizaron para analizarlos en base a las siguientes técnicas: frecuencias, frecuencias ponderadas y promedios. Sólo se presentan las gráficas más representativas. REFERENCIAS 1. Palomo, Miguel A. Los procesos de gestión y la problemática de las PYMES. Ingenierías, jul-sept 2005, vol. VIII, n. 28, Pp. 25-31. 2. Palomo Miguel A. La integración de los temas de gestión en las PYMES. Ingenierías, julio-sept. 2006, Vol. IX, no. 32, Pp- 52-58. 3. Shetty, y. K. Strategies for U.S. Competitiveness: a survey of business leaders. Business horizons, nov-dec. 1991, 7 P. 4. Champy, James and Hammer, Michael. Reengineering the corporation. New york: Harper Business, 1993. 5. Camp, Robert C. Benchmarking. Quality Pressasqc, 1989. 6. Leavitt, Paige. What is business process management?, Apqc, august, 2004, 3p. [On line: www.Apqc.Org , 5 feb. 2005. 7. Skogstad, Emma. Using benchmarking metrics to uncover best practices.Apqc, jun., 2003, 3P. [On line: www.Apqc.Org , 5 feb. 2005. 8. CONACYT. Programa de modernización tecnológica. México, 1998 9. CIPI. Encuesta 2000-2001: resultados del sector manufacturero. Secretaría de Economía, sept. 2003. 41 �Aplicación del cálculo fraccional a la reología de materiales poliméricos Felipe R. García Cavazos, Martín E. Reyes Melo, Virgilio A. González González, Carlos A. Guerrero Salazar, Antonio García Loera Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales, FIME-UANL mreyes@gama.fime.uanl.mx RESUMEN En el presente trabajo se propone un modelo reológico a base de elementos mecánicos fraccionarios denominados “spring-pots”. El modelo propuesto es un Modelo de Zener Fraccional Extendido, MZFE, que describe el comportamiento reológico de materiales poliméricos amorfos en un amplio intervalo de frecuencias que abarcan desde el estado vítreo hasta la frecuencia donde el polímero presenta propiedades de flujo. A partir del MZFE se construyen diagramas teóricos de la parte real (E’) y de la parte imaginaria (E’’) del módulo complejo, E* = E’ + iE’’, así como también de tan(δ) = E’’/E’. Los diagramas teóricos son validados comparándolos con datos experimentales de un polímero amorfo (poliestireno). Lo anterior nos permitió aportar algunas ideas acerca de la movilidad molecular que se asocia a la variación que presentan E’ y tan(δ) en función de la frecuencia. PALABRAS CLAVE Polímeros, reología, transición vítrea, flujo, modelación, cálculo fraccional. ABSTRACT In this work we propose a rheological model using mechanical fractional elements named “spring-pots”. The proposed model is an Extended Fractional Zener Model, EFZM, which describes the behaviour of amorphous polymeric materials in a very large frequency range, from sub-vitreous behaviour to a frequency in which the polymer reaches the flowing properties. From EFZM we computed theoretical spectra of the real (E’) and imaginary (E”) parts of complex modulus, E* = E’ + iE’’, in addition tan(δ) = E’’/E’ was also computed. To validate the EFZM the theoretical results were compared with experimental data of an amorphous polymer. We have associated the frequency dependence of both E’ and tan(δ) to molecular mobility of polymer chains. KEYWORDS Polymers, rheology, glass transition, flow, modelling, fractional calculus. INTRODUCCIÓN Los materiales poliméricos tienen características estructurales complejas que presentan fenómenos de relajación asociados a diferentes tipos de movimientos 42 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Aplicación del cálculo fraccional a la reología de materiales poliméricos /Felipe R. García Cavazos, et al. moleculares. Esto se traduce en una difícil descripción de sus propiedades reológicas. Para el estudio de la reología de polímeros, una alternativa es el análisis de una propiedad macroscópica, como el módulo elástico, sea en función del tiempo (frecuencia) y/o de la temperatura. Para interpretar estos resultados experimentales es necesario apoyarse en algún modelo matemático que relacione las propiedades reológicas con la naturaleza del polímero, sin embargo, este es un problema aún sin resolver. Tradicionalmente se utilizan modelos mecánicos análogos, desarrollados a partir de resortes y amortiguadores para modelar la reología de los polímeros.1 Sin embargo, estos modelos están limitados a la descripción de fenómenos de relajación que en la mayoría de los casos no corresponden al comportamiento reológico de los polímero, entre otras razones, porque los modelos clásicos se fundamentan en el cálculo tradicional (operadores diferenciales y/o integrales de orden entero). Entre estos modelos reológicos clásicos se encuentran el de Maxwell, el de Voigt-Kelvin y el de Zener; este último es el que comúnmente se utiliza como una primera aproximación para describir la reología de los polímeros a temperaturas alrededor de la temperatura de transición vítrea (Tg). Por otra parte por medio del cálculo fraccional2-8 ha sido posible definir un nuevo elemento reológico: el “spring-pot”, el cual puede ser representado como un arreglo jerarquizado de tipo fractal de un número infinito de resortes y amortiguadores. El “springpot” tiene características reológicas intermedias entre las de un resorte y las de un amortiguador,9 sin embargo por si solo no describe la reología de los polímeros.10 Utilizando el “spring-pot” se ha propuesto el Modelo de Zener Fracional (MZF), mediante el cual es posible describir con mejor precisión la manifestación mecánica de la relajación principal (transición vítrea) de los polímeros.11 El MZF describe el comportamiento reológico en un amplio intervalo de frecuencias (temperatura constante) pero no puede describir el comportamiento reológico alrededor del punto de fusión (lo que equivale a valores de frecuencias muy pequeñas) para el caso de los polímeros semicristalinos.11 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Fig. 1. Modelo clásico de Zener (MZ). En este trabajo se propone extender el MZF de tal manera que sea posible estudiar la reología de los polímeros desde frecuencias por debajo de la frecuencia donde se presenta la transición vítrea, hasta frecuencias donde el polímero presenta características de flujo. EL MODELO CLÁSICO DE ZENER El modelo clásico de Zener, MZ, consta de tres elementos reológicos, como se muestra en la figura 1. La ecuación diferencial del MZ presenta operadores diferenciales y/o integrales de orden entero (0 y 1): E D γ +Eτ 0 u t o −1 0 D γ = D σ +τ −1 0 t t −1 D σ (1) −1 0 t El parámetro τ es el tiempo de respuesta del MZ. Aplicando la transformación de Fourier a la ecuación del MZ se obtiene el módulo complejo: E (i, ω ) = E ' (ω )+ iE ′′ (ω ) = ∗ E + E (iωτ ) −1 u o 1 + (iωτ ) −1 (2) Donde ω = 2πf , f es la frecuencia en Hz y ω es la frecuencia angular en rad/s. A partir de la ecuación Fig. 2. E’(f) y E’’(f) del módulo complejo y tan(δ) vs f del MZ. 43 �Aplicación del cálculo fraccional a la reología de materiales poliméricos /Felipe R. García Cavazos, et al. 2 se obtienen los diagramas teóricos del modelo que corresponden a un ensayo dinámico en función de la frecuencia (fig. 2). Los parámetros τ , Eu y Eo se escogieron de manera arbitraria, con la finalidad de obtener las gráficas descriptivas de la figura 2. En la figura 2, en el gráfico de E’(f), a alta frecuencia el MZ presenta una respuesta elástica, (módulo independiente de la frecuencia), esta parte se asocia al comportamiento elástico del estado vítreo del polímero. A baja frecuencia, el modelo describe otra respuesta elástica asociada al comportamiento elástico de un polímero en su estado cauchótico. Los comportamientos elásticos corresponden a una disminución de tan(δ) (fig.2). La zona intermedia entre estos dos comportamientos corresponde a un valor máximo de la tan(δ), el cual está asociado a la respuesta viscoelástica del MZ, que se puede relacionar como una primera aproximación, con la manifestación mecánica de la transición vítrea de un polímero que no presenta relajaciones secundarias (figura 2). Para obtener una mejor aproximación de la descripción de la reología de polímeros, el cálculo fraccional ha mostrado ser una potente herramienta. CÁLCULO FRACCIONAL EN LA DEFINICIÓN DE ELEMENTO REOLÓGICO VISCOELÁSTICO: La definición de Reimann-Liouville para la integral y derivada de orden fraccionario es una generalización de la formula de Cauchy (integración múltiple) para valores no enteros: (t − y ) f y dy D f (t ) = ∫ () Γ (a ) (t − y ) f y dy D f (t ) = D ∫ () Γ (1 − a ) Fig. 3. “Spring-pot”. diagramas como los mostrados en la figura 2, sin embargo si se utiliza en conjunto con resortes y amortiguadores se puede obtener una respuesta similar a las curvas mostradas en la figura 2, que se aproxima mejor al comportamiento real de ciertos polímeros. El comportamiento real de los polímeros, produce gráficos similares a los presentados en la figura 2, pero con cierta disimetría.13 Para obtener una mejor aproximación de dicho comportamiento el MZ se modifica intercambiando el amortiguador por 2 “spring-pots”,14-16 ver figura 4. A partir de la ecuación del MZF: Euγ + Eoτ a− a 0 Dt− aγ + Eoτ b− b 0 Dt− bγ = (5) σ + τ a− a 0 Dt− aσ + τ b− b 0 Dt− bσ a −1 t −a 0 t 0 t a 1 t t 0 (3) −a Fig. 4. Modelo de Zener Fracional con dos “springpots”. (4) donde a ∈ (0,1) El orden fraccionario de una integral está asociado a la cuantificación de la disipación o almacenamiento parcial de energía, y el de una derivada se relaciona con la tasa de disipación de energía.12 Estas características hacen posible la modelación de sistemas con almacenamiento y disipación parcial de energía como los polímeros, y definen la ecuación constitutiva del “spring-pot” (figura 3), a partir del cual no es posible obtener 44 Fig. 5. E’(f) del módulo complejo y tan(δ) vs f del MZF con dos “spring-pots”. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Aplicación del cálculo fraccional a la reología de materiales poliméricos /Felipe R. García Cavazos, et al. aplicando la transformada de Fourier, se obtiene el módulo complejo: E (i, ω ) = ∗ E +Eτ u o (iω ) + E τ (iω ) (iω ) + τ (iω ) −a −a a −b −b o −a (6) b −b 1+ τ el cual genera curvas disimétricas, ver figura 5. El grado de disimetría depende de los valores de los órdenes fraccionarios a y b. Con la finalidad de describir el estado fundido, el MZF es extendido adicionándole 1 “spring-pot” en serie, para obtener el Modelo de Zener Fracional Extendido (MZFE) el cual se presenta en la siguiente sección. −a a −b b Fig. 7. Modelo de Zener Fracional Extendido (MZFE). Aplicando la transformación de Fourier a la ecuación del MZFE, ecuación 7, se obtiene el módulo complejo: E (i, ω ) = ∗ MODELO DE ZENER FRACIONAL EXTENDIDO (MZFE) A temperaturas superiores a la de Tg o región de bajas frecuencias, se manifiesta el estado fundido o de flujo como una caída de E’ cuando la frecuencia disminuye, esto corresponde a una tendencia a incrementarse los valores de tan(δ), como se muestra en los datos experimentales de la figura 6, los cuales fueron tomados de Ferry.17 El modelo propuesto (MZFE) debe ser capaz de describir los gráficos presentados en la figura 6. En la figura 7 se presenta el MZFE. La relación del esfuerzo con la deformación, la cual presenta operadores de orden no entero, tiene la forma: Eγ +Eτ a σ +τ −a −b t b u o −a a 0 −a D γ +Eτ −a 0 t D σ +τ o −b b (iω ) E +Eτ u +τ −b b o (iω ) + (E −b u −a a (iω ) −a E )τ o −c c +Eτ (iω ) o −c −b b (iω ) −b +τ τ −a −c a c (iω ) − a −c +τ τ −b −c b c (iω ) − b−c (8) A partir de la ecuación 8 se obtienen las curvas teóricas del MZFE, ver figura 8, las cuales son similares a los datos experimentales presentados en la figura 6. D γ= t D σ + (E E )τ t a −a −b 0 −b 0 1+ τ −a u o −c c 0 D σ +τ τ −c −a −c t a c 0 D σ +τ τ − a −c −b −c t b c D σ − b−c 0 t (7) Fig. 8. E’(f) del módulo complejo y tan( δ ) vs f del MZFE. Fig 6. E’(f) y tan(δ) típicas de un polímero que manifiesta la transición vitrea y el flujo. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 El “spring pot” c define la zona de frecuencia que corresponde al flujo y cuando c toma el valor de 1 este representa a un amortiguador. A medida que c se aleja de 1, la componente elástica del flujo se hace más importante y su comportamiento se asemeja más al de un “líquido elástico”, en este caso tan(δ) tiende a un valor límite. Con la finalidad de validar el MZFE comparamos las curvas experimentales de la figura 6, con las curvas teóricas obtenidas a partir del MZFE (figura 9). En la tabla I se presentan los valores utilizados de los parámetros del MZFE para obtener las curvas teóricas de la figura 9. 45 �Aplicación del cálculo fraccional a la reología de materiales poliméricos /Felipe R. García Cavazos, et al. Desde un punto de vista de la movilidad molecular estos valores fraccionarios pueden considerarse como una medida relativa de los movimientos moleculares asociados al comportamiento en frecuencia del módulo complejo. Cuando el valor del orden fraccionario disminuye los movimientos moleculares son más localizados. Fig. 9. Comparación de las curvas teóricas del MZFE con datos experimentales. Tabla I. Parámetros utilizados en el MZFE en la comparación con las curvas experimentales. C o m p o r t a m i e n t o Parámetros del MZFE reológico Transición vítrea Flujo a 0.33 b 0.915 Eu Eo 1x1010 Pa τa τb 5x10-9 s 2x106 Pa 7x10-9 s c 0.98 τc 3x10-1 s A partir de la figura 9 y de la tabla I, podemos establecer que el MZFE puede describir tanto la transición vítrea como el flujo de los polímeros amorfos, por otra parte se observa que los órdenes fraccionarios de los “spring-pots” se incrementan conforme disminuye la frecuencia, a y b describen principalmente la transición vítrea. El orden del “spring-pot” a con un valor de 0.33 describe la transición vítrea a altas frecuencias e indica una respuesta más elástica y menor disipación de energía, mientras que el orden del “spring-pot” b que modela la transición vítrea a baja frecuencia tiene un valor de 0.915 e indica una respuesta más cercana a un amortiguador (mayor disipación de energía), ambos parámetros a y b definen el pico de la transición vítrea. El orden del “spring-pot” c asociado al flujo tiene un valor cercano a 1. 46 CONCLUSIONES Por medio del cálculo fraccional ha sido posible extender el MZF para desarrollar un modelo matemático denominado MZFE con el cual es posible estudiar las propiedades reológicas de materiales poliméricos amorfos en un intervalo de frecuencia que abarca la transición vítrea y el flujo del material. Los resultados teóricos del MZFE son consistentes con datos experimentales. AGRADECIMIENTO Los autores agradecemos al CONACYT (Beca No. 195203) y a la UANL (Proyecto PAICYT CA1264-06) por el apoyo proporcionado para el desarrollo del presente trabajo. REFERENCIAS 1. M. Ward; Mechanical properties of solid polimers. Wiley, 1993. 2. Heymans N; Podlubny I Rheol Acta.2006, 45, 765. 3. Carpinteri A; Chiaia B; Cornetti P Z. Angew. Math. Mech. 2004, 84, 128. 4. Debnath L IJMMS. 2003, 54, 3413. 5. Hilfer R Fractals. 2003, 11, 251. 6. Podlubny I Fractional Calculus and Applied Analysis. 2002, 5. 7. Schmit A; Lothar G Nonlinear Dynamics. 2002, 29, 37. 8. Novikov V; Wojciechowski K. J Phys. Conden. Matter. 2000, 12, 4869. 9. Schiessel H; Metzler R; Blumen A; Nonnenmacher T Phys: A. Math. Gen. 1995, 28, 6567. 10. Heymans N Signal processing. 2003, 83, 2345. 11. Reyes M; Martinez J; Guerrero C; Ortiz U. Journal of Applied Science. 2006, 102, 3354. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Aplicación del cálculo fraccional a la reología de materiales poliméricos /Felipe R. García Cavazos, et al. 12.Moshrefi M; Hammond J J. Franklin Inst. 1998, 335B, 1077. 13.Matsuoka S J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 1997, 102, 213. 14. Alcoutlabi M; Martínez J Polymer. 2003, 44, 7199. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 15. Alcoutlabi M; Martínez J Polymer. 1998, 25, 6269. 16. Reyes M; Martínez J; Guerrero C; Ortiz. U. Journal of Applied Polymer Science, 2004, 94, 657. 17.D Ferry, Viscoelastic Properties of Solid Polymers, John Wiley & Sons, 1980. 47 �Analysis of the unsymmetrical induction motor supplied by unbalanced voltage system Gheorghe Madescu, Marius Biriescu, Marţian Moţ, Valentin Müller Romanian Academy, Timişoara Branch gmadescu@d109lin.utt.ro , martian@d109lin.utt.ro ABSTRACT An induction motor with unsymmetrical stator windings fed by three-phase unbalanced voltages is analyzed. It is a highly generalized case, where the method of the symmetrical components is applied. The symmetrical components of voltages and currents were determined, as well as the expressions of motor’s positive, negative and zero sequence impedances. The obtained results allow the steady-state analysis of three-phase induction motors built with distinct types or values of stator windings asymmetry. KEYWORDS Unsymmetrical induction motor, symmetrical components. RESUMEN El trabajo analiza el motor de inducción trifásico con embobinados de estator no simétricos, alimentados por un sistema trifásico con voltajes desequilibrados. Se trata de un caso de un alto grado de generalización en que se aplica el método de los componentes simétricos. Se han determinado los componentes simétricos de las tensiones y corrientes así como las impedancias para secuencia positiva, negativa y cero. Los resultados obtenidos permiten el análisis, en régimen estacionario, de los motores de inducción trifásicos fabricados con distintos tipos o grados de asimetría en los embobinados del estator. PALABRAS CLAVE Motor de inducción no simétrico, componentes simétricos. INTRODUCTION Indisputably, one of the most powerful method for the analysis of the electrical machines under conditions of unbalanced voltage supply is the method of symmetrical components, invented by C.L. Fortescue.1,2 This method is widely used in the analysis of unbalanced static networks, but it is most appropriate for the analysis of symmetrical machines during unbalanced operations. Fortescue’s method has been extended by different authors,3,4,5,6 to cover certain types of single-phase motors. The basis of the symmetrical component method is to split the single system of unbalanced voltages into two or more independent 48 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Analysis of the unsymmetrical induction motor supplied... /Gheorghe Madescu, et al. systems of balanced voltages.7 According to this approach, the three-phase system of unbalanced voltages can be split into three symmetrical components namely: positive, negative and zero sequence components. This paper presents an application of the method of symmetrical components in a more general case than in those presented in technical literature. This application brings up the issue of a three-phase induction motor with unsymmetrical stator phases, supplied by a three-phase system of unbalanced voltages. The paper includes the calculation of the symmetrical components of positive, negative and zero sequence current and voltages, and the determination of the “symmetrical components” of motor impedances. THE MAGNETIC FIELD IN THE AIR GAP It is considered a three-phase induction motor with unsymmetrical phases (figure 1). It is presumed that stator windings are distributed sinusoidally in space. The phase windings A, B and C have wA, wB and respectively wC turns. It is considered that γ B ≠ γ C ≠ 0 . Stator windings are supplied in steady-state sinusoidal conditions by a threephase unbalanced voltage system: uA, uB, uC . Phase currents: i = 2 I cos ω t A A 1 B 1 B i = 2 I cos(ω t − ϕ ) , C C 1 C I = I ⋅e −j0 I = I ⋅e − j ϕB I = I ⋅e − j ϕC A (1) A B B . (2) For each phase it is considered a sinusoidal variation of the magnetic field in the air gap along the pole pitch. The magnetic fields have maximum values in pole axes and for effective value of the magnetizing force there are considered expressions: C C 4 w ⋅ k A ⋅i π 4 θ = w ⋅ k B ⋅i π 4 θ = w ⋅ k C ⋅i π , θ = A A w A B B w B C C w C (3) where k wA , k wB , k wC represents the winding factors of the three phases. Under complex form: θ = 4 2 w ⋅k A ⋅I π θ = 4 2 w ⋅k B ⋅I π θ = 4 2 w ⋅k C ⋅I . π A B C i = 2 I cos(ω t − ϕ ) B flowing in stator windings are expressed in the complex plane as: A w B w C A B (4) C w If the effects of the three phase fields are added in the air gap, then a space vector of the magnetizing force is obtained under the following expression: G θ = θ +θ ⋅e jγB +θ ⋅e C . jγ (5) The space vector defined by relation (5) includes also the variation in time of the units for each phase and the variation in space of their resulting sum. This vector is a complex quantity from a complex plane perpendicular to the motor axis. The orthogonal components of this space vector are: A B C G θ = θ + jθ , d (6) q to which it is added the zero component: θ = 0 Fig. 1. Schematic representation of the unsymmetrical three-phase induction motor; the rotor has a symmetrical cage. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 1 (θ + θ + θ ). 3 A B C (7) In the analysis below the method of symmetrical components shall be used. It is known that a 49 �Analysis of the unsymmetrical induction motor supplied... /Gheorghe Madescu, et al. sinusoidal time function may be expressed as a sum of two conjugated complex quantities. As a result the following may be stated: 1 (θ + θ 2 1 θ = (θ + θ 2 1 θ = (θ + θ 2 θ = A A B B C C * A * B * C ) (8) ) ) jγ B c -j γ B THE SYMMETRICAL COMPONENTS OF CURRENTS We shall obtain in this paragraph the relations to calculate each current component, when the values of the currents ( I A , I B , I C ) through the motor phases are known. The three-phase current system of positive sequence ( I A+ , I B+ , I C+ ) has to produce in the G air gap only one space vector of positive sequence ( θ + ). The G negative sequence field ( θ − ) and the zero sequence field ( θ 0 ) have to be zero. As a result, following conditions are obtained from relations (7) and (9): 1 3 θ + + θ + ⋅ e B + θ + ⋅ e C )= θ + ( 2 2 1 θ + + θ + ⋅ e B + θ + ⋅ e C )= 0 ( 2 1 (θ + θ + + θ + )= 0 3 + C 50 A C (10) ≠ 0, w w ⋅k A I + + k I + ⋅e + k I + ⋅e B B + k I + ⋅e B B (11) wA -j γ B B B C -j γ C C C =0 jγC C C =0 (12) =0 C+ This system of linear equations is homogenous and allows determination of fictitious currents of positive sequence. In order for a solution to exists, the determinant of the equations system must be zero. If this condition is fulfilled, from (12) the following solutions are obtained in the end: I B+ 1 I ⋅a ; I k + = 2 A C+ = B 1 I ⋅a , k + A (13) C where j 2π 3 j 4π 3 a=e ; a =e . (14) Following similar considerations, for the threephase current system of negative sequence ( I A− , I B− , I C− ), we obtain the solutions: I−= B 2 1 I ⋅a ; I k − A 1 I ⋅a . k − = C− 2 A B (15) C The zero component of the magnetizing force produces in the air gap an alternative magnetic field. As a result, it should be imposed the condition that the two fields (positive and negative) have equal magnitudes and in this way, by superposition it should be obtained a single alternative magnetic field, with fixed direction in space. In consequence, the condition is stated as: I 0 + k I 0 ⋅e A B jγB B A B B + k I 0 ⋅e -j γ B jγC C C = I 0 + k I 0 ⋅e + k I 0 ⋅e C C = -j γ C . (16) From this condition the currents are given by: 1 1 I 0; I 0 = I 0. k k A B C C jγB B -j γ -j γ B wA w ⋅k C −2 I + + k I + ⋅ e I0= jγ jγ B C the equation system (10) becomes: c B ≠ 0; k = w w ⋅k A the magnetizing forces of two circular magnetic fields turning in opposite directions, produced by two threephase symmetrical current systems. A B I + +k I + +k I -j γ A w ⋅k B A jγ A B A G 1 θ = (θ + θ ⋅ e B + θ ⋅ e C )+ 2 G G 1 + (θ + θ ⋅ e B + θ ⋅ e C ) = θ + + θ − (9) 2 G θ + is a space vector of positive sequence and where G θ − is a space Gvector of negative sequence. Generally, θ represents the magnetizing G G force of an elliptical rotating magnetic field, θ + and θ − represent A k = A With the expressions (8) and (5) it is obtained in the end: A Using relation (4) and coefficients C A (17) C Using the above relations, at this time the transfer could be made from phase components to the symmetrical ones as well as the reverse transfer. Using the methods of symmetrical components, and the relations (13), (15), (17), we may write: Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Analysis of the unsymmetrical induction motor supplied... /Gheorghe Madescu, et al. I =I + +I − +I 0 1 1 1 I = I +a + I −a + I k k k 1 1 1 I = I +a + I −a + I k k k A A A A 2 B A A B B (18) A0 B 2 C A A C C A0 C Under matricial form system (18) becomes: [I ] = [A][I ], (19) S where have been used notations: ⎡ I = I [ ] ⎢⎢ k I ⎢⎣ k I A B C ⎤ ⎡1 1 1 ⎤ ⎥ ⎢ ⎥ = A ⎥ [ ] ⎢a a 1 ⎥ [I ⎥⎦ ⎢⎣a a 1⎥⎦ ; ; 2 B S 2 C ⎡I ] = ⎢⎢ I ⎢I ⎣ ⎤ ⎥ . (20) − ⎥ ⎥ 0 ⎦ A+ A A THE SYMMETRICAL COMPONENTS OF VOLTAGES Fictitious currents of positive, negative and zero sequence are produced by fictitious voltages of positive, negative and zero sequence. According to the methods of symmetrical components and the conservation criterion of complex powers we may write: A A0 A B B A0 U = k U +a + k U −a + k U 0 . (21) 2 C A C C ' 2σ m + ' ' 2 2σ m ⎛ R ⎞ + jX ⎟ jX ⎜ ⎝2−s ⎠ 1 Z = ⋅ 2 R +j X +X ( ) 2−s ' − 2 A B ' 2 ' 2σ m A U = k U +a + k U −a + k U B ⎛R ⎞ jX ⎜ + jX ⎟ ⎝ s ⎠ 1 Z = ⋅ 2 R +j X +X ( ) s 2 U = U + +U − +U A we obtain also the case of a single-phase motor. It is known that under these conditions, the alternative magnetic field in the air gap may be split in two symmetrical rotating fields, which rotate in opposite directions (of positive sequence and of negative sequence). The positive sequence field induces in the stator winding an e.m.f. of positive sequence (E+) and the negative sequence field induces an e.m.f. of negative sequence (E-). As to these two fields, the singlephase motor winding has two impedances: a positive sequence impedance (Z+) in relation to the positive sequence field and negative sequence impedance (Z-) in relation to the negative sequence, respectively. The equivalent circuit (figure 2) corresponding to the single-phase motor with symmetrical cage-rotor and the values of such impedances are known: A A C ' 2 (24) ' 2σ m Under matricial form the last system becomes: (22) [U ] = [A][U S ], where: ⎡ ⎢ ⎢ U ⎢1 [U ] = ⎢ k U ⎢ ⎢1 ⎢ U ⎣k A B B C C ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ; [U ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ S ⎡U ⎢ ] = ⎢U ⎢U ⎣ ⎤ ⎥ . − ⎥ ⎥ 0 ⎦ A+ A (23) A THE IMPEDANCES OF THE SINGLE-PHASE INDUCTION MOTOR If an induction motor has only one winding in the stator, a single-phase motor is obtained. Considering the three-phase induction motor (figure 1) having only one phase A supplied by a sinusoidal voltage, Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Fig. 2. The equivalent circuit of the single-phase motor. 51 �Analysis of the unsymmetrical induction motor supplied... /Gheorghe Madescu, et al. E A = −Z I ; E A = −Z I R =kR ; X =kX , ' 2 k = t ' 2σ 2 t m (w k 1 1 2 ) ) 2 w1 m (w k 2 t 2 w2 + 2σ 8 (w k = N 1 ) 2 w1 2 where, for single phase motor with symmetrical cage rotor was considered:8,9 m1=2; m2=N2 (rotors bars number); w2=1/2; kw2=1. In the relations further on, the parameters defined above are used. THE IMPEDANCES OF THE THREE-PHASE SYMMETRICAL INDUCTION MOTOR 7,10,11 If the three windings of the motor are symmetrical ( γ B = 2π / 3, γ C = 4π / 3 ), then in the air gap exists only a positive sequence of the magnetic field and in consequence a positive sequence impedance. In this case, the equivalent circuit with parameters previously defined in relations (24) for the single phase motor is presented in figure 3. In the phase equivalent circuit, between two stator phases appears additionally a mutual leakage reactance X11σ. E + − A − = −k Z e B I ; E = −k Z e jγ + AB E + B B − AB = −k Z e I ; E + C C -j γ B = −k Z e − AC I − B jγC + AC A − C (25) B -j γ C I C where Z+ and Z- are the impedances from the relation (24). Due to the mutual leakage inductance, in phase A are also induced following e.m.f. caused by phase B and phase C respectively: E σ AB = − jk X AAσ cos γ I E σ AC = − jk X AAσ cos γ I . B C B B (26) C C As a result, for phase A it is obtained the diagram in figure 4, where: U =Z I +Z I +Z I , A AA A AB B AC (27) C where: Z =R +jX +jX AA Z AB Z AC Aσ A = k (Z e jγB = k (Z e jγC +Z e + B + -j γ B − +Z e + C +Z +Z AAσ -j γ C − − +jX AAσ cos γ B +jX AAσ cos γ C ) (28) ). Similarly, for phases B and C it may be written: U =Z I +Z I +Z I B BA A BB B BC C U =Z I +Z I +Z I , C CA A CB B CC (29) C with impedances: Z = k (Z e BA +Z e -j γ B + B jγB − +jX Z = R + j X + k (j X 2 BB Z Fig. 3. The phase equivalent circuit of the three-phase symmetrical induction motor. THE IMPEDANCES OF THE THREE-PHASE UNSYMMETRICAL INDUCTION MOTOR Let us consider now the three-phase motor from figure 1, supplied by a three-phased unbalanced voltage system. In such condition, in the air gap of the motor are to be found six rotating magnetic fields, two for each motor phase. Three fields rotate in positive direction (forward wave) and other three in reverse direction (backward wave). Each of such fields induces an e.m.f. in stator phases. For phase A, the six e.m.f. have the expressions: 52 BC Bσ B = k k (Z e B AAσ B +j X Z -j (γ C −γ B ) + C AAσ B jγC − Z = k k (Z e CB +Z e -j γ C +jX + Z e (C j γ − cos (γ − γ C B Cσ C AAσ −γ B ) AAσ ) ) B − + cos γ + )) = R + j X + k (j X C + )) 2 CC +Z +Z -j (γ C −γ B ) − C + C AAσ +Z e cos (γ − γ Z = k (Z e CA j (γ C −γ B ) + C +j X B cos γ AAσ ) . +Z +Z + C (30) − ) As matrix, the equations (27) and (29) are written: [U ] = [Z ][I ], (31) where: Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Analysis of the unsymmetrical induction motor supplied... /Gheorghe Madescu, et al. ⎡ ⎢Z ⎢ ⎢1 [Z ] = ⎢ k Z ⎢ ⎢1 ⎢ Z ⎣k 1 Z k AA B B C 1 Z kk 2 BB BC B CA B AC C 1 Z k BA ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ 1 Z ⎥=0 kk ⎥ .(32) ⎥ 1 Z ⎥ k ⎦ 1 Z k AB B CB C C 2 CC C If, according to the relations of transformation in equation (31), symmetrical components are used, we obtain: [A][U S ] = [Z ][A] [I S ] (33) or: ⎡Z A ⎢ + [U S ]= ⎢ 0 ⎢ ⎢⎣ 0 [U S ]= [A] [Z ][A][I S ]. (34) The last equation is written with symmetrical components. In this system the following symmetrical motor impedances are defined: U A+ ; Positive sequence impedance: Z A+ = I A+ Negative sequence impedance: Z A− = Zero sequence impedance: Z A0 = U A0 I A0 U A− I A− ; . As a result, we may write the following equation of voltages as a matrix: Z A− 0 (35) Using (34) and (35), we can write: 0 ⎤ ⎡Z + 0 ⎢ ⎥ ⎢ 0 Z − 0 ⎥ = [A] ⋅ [Z ]⋅ [A] . ⎢ 0 0 Z ⎥ 0 ⎦ ⎣ A −1 A (36) A After an iterative process on the right side of the equation, we obtain in the end: (1 − β )+ hZ = R + j X + j X (1 − β )+ ε Z = R + j X + j X (1 + 2β )+ + (1 + 2β )(Z + Z ) Z + = R+ j X + j X σ AAσ + + εZ − Z σ AAσ + + hZ − A −1 0 ⎤ ⎥ 0 ⎥ ⋅ [I S ]. ⎥ Z A0 ⎥⎦ 0 Z A− A0 σ (37) AAσ + − with notations: ⎞ 1⎛ 1 1 R = ⎜⎜ RA + 2 RB + 2 RC ⎟⎟ 3⎝ kB kC ⎠ ⎞ 1⎛ 1 1 X σ = ⎜⎜ X Aσ + 2 X Bσ + 2 X Cσ ⎟⎟ 3⎝ kB kC ⎠ α= 1 (sin γ B − sin γ C − sin (γ B − γ C )) 3 β= 1 (cos γ B + cos γ C + cos(γ B − γ C )) 3 (38) h = 1 − β + 3α ε = 1 − β − 3α Fig. 4. The equivalent circuit for phase A of the unsymmetrical induction motor. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Impedances Z + and Z − in relation (37) regarding phase A and motor parameters are related to the reference winding turn number, i.e. phase A. According to these results, we may now assert the following: the induction motor with three unsymmetrical phases, supplied by the unbalanced sinusoidal voltages has been split in three fictitious symmetrical motors. The first three-phase fictitious motor has the phase impedance Z A+ and it is supplied by a positive sequence system of symmetrical voltages ( U A+ , U B+ , U C + ). The 53 �Analysis of the unsymmetrical induction motor supplied... /Gheorghe Madescu, et al. second fictitious motor has the phase impedance Z A− and it is supplied by a negative sequence system of symmetrical voltages. Finally, the third fictitious motor has the phase impedance Z A0 with a voltage system of zero sequence. Each sequence has distinct voltages, distinct currents and distinct motors. All of them are only fictitious and are obtained through mathematical computation. Relation (37) suggests a simple equivalent circuit (figure 5) for each of the three fictitious symmetrical motors. For the positive sequence the apparent power in complex form is: * * * S + = U A+ I A+ + U B+ I B+ + U C+ I C+ = ⎛ 1 * ⎞ * = U A+ I A+ + k B U A+ a 2 ⎜⎜ I A+ a ⎟⎟ + ⎝ kB ⎠ ⎛ 1 * ⎞ * + kC U A+ a ⎜⎜ I A+ a 2 ⎟⎟ = 3U A+ I A+ . (39) ⎝ kC ⎠ Last part of this relation confirms the symmetry of the positive sequence fictitious motor represented in figure 6.a. For negative sequence we obtain: * S − = 3U A− I A− (40) and the negative sequence motor is represented in figure 6.b. For the zero sequence: * S 0 = 3U A0 I A0 (41) and the diagram is the one in figure 6.c. Impedances Z A+ , Z A− , Z A0 depend from the phase turn number and from the spatial displacement angle ( γ B and γ C ). In figure 7 and in figure 8 are represented the dependence of h and ε by the electrical displacement angle between phases. DISCUSSIONS • For a three-phase induction motor with following data: γ B = 120°, γ C = 240°, kB = kC = 1 from relation (38) we obtain h = 3, ε = 0, β = -1/2, R=RA, Xσ= XAσ. With these values impedance from (37) becomes: 3 ⎛ ⎞ Z + = R + j ⎜ X + X ⎟ + 3Z . ⎝ ⎠ 2 A A Aσ AAσ + (42) We can see that this is the particular case of a three-phase symmetrical motor, with the equivalent diagram known from figure 3. 54 Fig. 5. The equivalent circuits of the fictitious symmetrical motors. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Analysis of the unsymmetrical induction motor supplied... /Gheorghe Madescu, et al. Fig. 6. Schematic representation of the three fictitious symmetrical motors. • Any deviation from the “three-phase symmetry” leads to value of ε > 0, i.e. to a negative sequence component (for the magnetic field, for the current, for the torque, etc.), while the positive sequence decreases (h < 3). It is found once more that the best three-phase electrical machine is the symmetrical one, where h= 3 and ε = 0. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Fig. 7. Variation curves of coefficient h versus different values of γ C =constant. γ Fig. 8. Variation curves of coefficient ε versus some values of fixed γ C =0. γ B for B for • From figures 7 and 8 we found that for γ C = constant, any curve h = f( γ B ) has a maximum for γ B = γ C /2 and any curve ε = f( γ B ) has a minimum also for γ B = γ C /2. In other words, if the phases A and C are fixed, the best place for phase B is on the bisector of the angle γ C . • From relations (24) and (37) it can be seen that Z A− may be obtained from Z A+ by replacing (s) with (2-s) we may write: Z A− (s )= Z A+ (2 − s ). (43) This means that fictitious motors in figure 6.a. and figure 6.b. are identical (have same constructive 55 �Analysis of the unsymmetrical induction motor supplied... /Gheorghe Madescu, et al. data). However, they have distinct impedances ( Z A+ ≠ Z A− ) related to the positive sequence and negative sequence of the supplied voltage, respectively. CONCLUSIONS The paper analyses the general case of the three-phase induction motor with unsymmetrical stator windings supplied by three-phase unbalanced voltages. The analyzed motor has a symmetrical cage in the rotor. By using the known method of symmetrical components it has been analyzed the unbalanced voltage system. The expressions of the symmetrical components of supplying currents and voltages have been established. Based on these symmetrical components, the expressions of the positive, negative and zero sequence impedances of the motor have been obtained. Such impedances represent three fictitious symmetrical motors supplied with positive, negative and zero sequence currents and voltages. By particularization of the elaborated mathematical expressions, the known cases of formulas and equivalent circuits in steady-state conditions have been finally obtained. Therefore, it is demonstrated that the best three-phase induction machine is the symmetrical one. The obtained results allow the analysis of the influence of certain unsymmetrical stator windings on the squirrel-cage induction motor performances in steady-state conditions. REFERENCES 1. C.L. Fortescue, “Method of Symmetrical Coordinates Applied to the Solution of Polyphase Network”, AIEE Trans., Vol. 37, 1918, pp. 1027-1115. 56 2. J. 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Sudhoff, Analysis of Electric Machinery, IEEE Press, New York, 1995. 8. W. Schuisky, Induktionsmachinen, Wien, Springer-Verlag, 1957. 9. J. Pustola, T. Sliwinski, Kleine EinphasenMotoren, VEB Verlag Technik, Berlin, 1961 10. J. Chatelain, Traté d’électricité. Volume X. Electriques Machines, Presses Polytechniques Romades, Lausanne, 1989. 11. P.L.Alger, Induction Machines, Gordon and Breanch Publishers, Basel, Switzerland, 1995. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Incertidumbre en la evaluación del ahorro de energía por sustitución de motores eléctricos Elías V. De la Rosa Masdueño Universidad de Camagüey. Cuba erosa@em.reduc.edu.cu Percy Viego Felipe Universidad de Cienfuegos. Cuba pviego@fmec.icf.edu.cu Ángel Costa Montiel Centro de Investigaciones y Pruebas Electro Energéticas. Habana, Cuba aacm@electrica.cujae.edu.cu RESUMEN Se analiza la influencia de la incertidumbre de las mediciones y de la especificación de la eficiencia de un motor en la evaluación del potencial de ahorro de energía por la sustitución de motores eléctricos. Se establece que la simple acción de sustituir un motor de baja eficiencia por uno aparentemente más eficiente no garantiza un ahorro real de energía por lo que debe hacerse un análisis de la probabilidad de la dispersión de la eficiencia para la toma de decisión. PALABRAS CLAVES Motor de inducción, eficiencia, incertidumbre, matemática difusa. ABSTRACT The influence of the uncertainty in the measurement and specification of motor efficiency fot the evaluation of potential energy saving by the substitution of electrical motors is analyzed. It is established that the simple action of substituting a low efficiency motor by an apparently greater efficiency one is not a warranty of real energy saving, hence a probability analysis of the efficiency dispersion must be performed for decision making. KEYWORDS Induction motor, efficiency, uncertainty, fuzzy. INTRODUCCIÓN Desde la crisis energética de 1972 hasta los últimos acontecimientos que han llevado y mantenido el precio del petróleo por encima de los 50 USD el barril,1 el tema del ahorro energético se ha convertido en una prioridad en la esfera de los servicios de alta demanda energética como los procesos de fabricación industrial, el turismo y la salud. Los motores eléctricos y en especial los motores de inducción constituyen los principales consumidores de energía en estos sectores de alta importancia Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 57 �Incertidumbre en la evaluación del ahorro de energía por sustitución de... / Elías V. De la Rosa Masdueño, et al. económica. Por otro lado, si antiguamente el precio inicial del motor era un factor determinante, con la elevación del precio de la electricidad en más de 5 veces, el consumo de energía se convierte en el componente principal del costo, sobrepasando el precio inicial del motor en menos de un año.2 En publicaciones recientes3, 4, 5, 6 sobre el tema de sustitución de motores con baja eficiencia o medición de la eficiencia en la industria, existe generalmente un factor que no ha sido tomado en cuenta. Este es que la simple sustitución de un motor cuya eficiencia medida sea inferior que la nominal del posible sustituto, no garantiza el mejoramiento de la eficiencia, ya que existe un rango de valores de eficiencia probable, debido a la incertidumbre en la medición y en la declaración de la eficiencia. El objetivo de este trabajo es analizar la influencia que puede tener esta incertidumbre en la evaluación del potencial de ahorro de energía al sustituir motores eléctricos por otros más eficientes. DESARROLLO Incertidumbre en la declaración de eficiencia Para comprender el significado de la eficiencia nominal de un motor es necesario conocer como se forma este dato de placa.7 El procedimiento puede diferir de un país a otro de acuerdo a su norma nacional, aunque en general los países productores siguen las recomendaciones de la IEC, en específico IEC 60034.8 De acuerdo con esta norma, la declaración de eficiencia debe ajustarse a que las pérdidas se conozcan con una incertidumbre de ± 15% o mejor para motores de menos de 50Kw y de 10% para motores mayores. Entonces los valores nominales de eficiencia están estandarizados para tener en cuenta esta incertidumbre. La norma NEMA MG1 12-8 establece estos valores de eficiencia en los Estados Unidos fijando el valor mínimo que el fabricante debe garantizar. Como ejemplo la tabla I muestra una selección de estos valores.5 Obsérvese que los valores nominales de la eficiencia se separan de tal manera que los mínimos no invadan la siguiente categoría. Para una eficiencia nominal del 93.6% la misma podría estar en los límites de 94.2% a 93.0% si las pérdidas tienen una incertidumbre del 10%. Los llamados valores mínimos, son aquellos 58 Tabla I. Valores nominales y mínimos de eficiencia para motores eléctricos establecidos por la norma NEMA MG1 12-8. Nominal Mínimo Nominal Mínimo 95.0 94.1 90.2 88.5 94.5 93.6 89.5 87.5 94.1 93.0 88.5 86.5 93.6 92.4 87.5 85.5 93.0 91.7 86.5 84.0 92.4 91.0 85.5 82.5 91.7 90.2 84.0 81.5 91.0 89.5 82.5 80.0 en los que la incertidumbre está aproximadamente multiplicada por un factor de seguridad de k=2, por tanto para este caso sería 92.4%. Los fabricantes toman una muestra de los motores que fabrican y los someten a ensayos para determinar entre otras características la eficiencia a carga nominal. Si han ensayado diez motores, estos pueden tener valores de eficiencia cuya dispersión debe estar dentro de la incertidumbre establecida en las normas o de lo contrario existen problemas en el proceso de manufactura. El valor promedio de esta eficiencia se compara con la tabla de valores nominales estandarizados y se toma el valor más próximo inferior. O sea si la eficiencia de un grupo de motores tuvo una media de 90.4%, se selecciona 90.2% que es el valor inferior más próximo en la tabla I. Esta eficiencia a su vez puede ser determinada por distintos métodos o variantes de ellos, por ejemplo el diagrama circular o el del dinamómetro, y a su vez de acuerdo a la norma nacional seguida se tienen consideraciones distintas en el tratamiento de las pérdidas como en el caso de la norma japonesa JEC-379 que desprecia las pérdidas adicionales y la IEEE 11210 las considera de varias formas dependiendo del método o los datos iniciales. Así la eficiencia determinada por una norma puede ser distinta de la determinada por otra. Esto significa que un mismo motor al que se le aplica la norma norteamericana tiene una eficiencia menor que si se le aplica la norma japonesa, pudiendo alcanzar valores nominales diferentes, como se demuestra en estudios comparativos.11 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Incertidumbre en la evaluación del ahorro de energía por sustitución de... / Elías V. De la Rosa Masdueño, et al. Así se puede admitir que la eficiencia nominal de un motor está dada por una dispersión de carácter aleatorio de valores que comprenden desde el valor central más o menos una desviación que puede interpretarse como una desviación estándar para los efectos estadísticos. Esta desviación puede ser tomada como la dispersión de eficiencia obtenida por la incertidumbre con que se garantizan las pérdidas. Si en vez de ello se tomaran los valores de eficiencia mínima, se tendría un valor exagerado de esta dispersión. Este valor mínimo no es más que una garantía que ofrece el fabricante. Incertidumbre en la determinación de la eficiencia en la industria La incertidumbre en la determinación de la eficiencia en condiciones industriales depende de varios factores como: la precisión de los instrumentos, el método utilizado, y la estabilidad de la carga. Normalmente esta determinación se realiza siguiendo el método de segregación de pérdidas o una mezcla de métodos con segregación de pérdidas y que con los instrumentos digitales actuales permiten obtener incertidumbres en la medición que están dentro del rango que establece IEC 60034-2.8, 11, 12, 13 Por ejemplo, para un grupo de tres motores cuyos datos aparecen en la tabla II se obtuvieron valores de eficiencia e incertidumbres expandidas que se muestran en la tabla III, con un grado de confianza del 95% (k=2).12 Estos resultados se pueden ver mejor en el gráfico de la figura 1. Pudiera pensarse que el motor número tres cuya eficiencia medida es de 86% puede ser sustituido por otro nuevo cuya eficiencia es 89.5%, pero esta decisión puede ser errónea si no analiza la incertidumbre de ambos valores. Considerando que la dispersión sigue una distribución normal, entonces se puede analizar en un gráfico donde ambas eficiencias estén representadas con su distribución lo que aproximadamente aparece en la figura 2. Del gráfico se puede observar como los rangos de eficiencia que para el motor probado van desde 82.8% hasta 89.2% y del motor nuevo que van desde 90.6% hasta 88.5%, se interceptan, pudiendo decirse que en una primera aproximación el motor sustituto no garantiza un ahorro de energía, pero esta intercepción cubre un área que representa una pequeña probabilidad para el motor instalado y menos de la mitad para el motor nuevo, y la probabilidad de que ambos eventos ocurran simultáneamente sería Fig. 1. Dispersión de la eficiencia. Tabla II. Datos de chapa. Motor Pn (w) I (a) V (v) rpm 1 3000 13 220 1750 2 2050 5,5 220 1750 3 5500 20,1 220 1750 Tabla III. Eficiencia e incertidumbres. Motor Eficiencia Eficiencia Eficiencia min max 1 0.757 ± 2×0.0083 0.740 0.774 2 0.772 ± 2×0.0080 0.756 0.788 3 0.860 ± 2×0.0160 0.828 0.892 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Fig. 2. Intersección entre las probabilidades de los valores de eficiencia. 59 �Incertidumbre en la evaluación del ahorro de energía por sustitución de... / Elías V. De la Rosa Masdueño, et al. el producto de ambas probabilidades, por lo que puede apreciarse que todavía este motor sustituto puede mejorar la eficiencia con una probabilidad que supera el 80%. Un análisis similar se puede realizar cuando se tienen dos motores cuyas eficiencias han sido medidas en planta. ANÁLISIS CON TÉCNICAS DE NÚMEROS DIFUSOS Un enfoque atractivo para simplificar el análisis consiste en la “fuzzificación” del problema, lo que es una consecuencia de la naturaleza de la medición en general y de la eficiencia en particular, que no constituye un número definido, sino una dispersión de valores probables con distinta probabilidad.14 A cada valor de la eficiencia con su dispersión asociada se le trata como un número difuso con una incertidumbre igual a la incertidumbre expandida ya conocida. X = X i ± Ui (1) Al número difuso X se le asigna el valor Xi con una incertidumbre Ui. En este caso se tendrán dos números difusos que representan las eficiencias a comparar del motor instalado X1 y su sustituto X2. Para el análisis con técnicas de números difusos se debe primero realizar un cambio de probabilidad a posibilidad que es el concepto usado en la matemática difusa y asignarle una forma de distribución del peso adecuada. Considerando el carácter gaussiano de la dispersión de valores en la medición, se desprecian distribuciones asimétricas del peso de la posibilidad tales como el trapecio asimétrico o el triángulo asimétrico, tampoco es atractiva una curva de campana que sería reproducir la de probabilidad sin simplificar y una forma rectangular no reproduciría adecuadamente el efecto de distinta posibilidad para valores alejados del centro, por lo que se seleccionó sustituir la curva de probabilidad gaussiana por una curva triangular de posibilidad cuyos valores extremos son de cero posibilidad para una desviación del valor central igual a la incertidumbre expandida 15,16 Ui. Esto simplifica considerablemente el problema como se aprecia en la figura 3. La comparación de ambos valores se puede realizar de varias formas, una es determinando si 60 Fig. 3. Representación difusa. X2 pertenece a X1. y la otra si X2 no pertenece a X1, ambas operaciones difusas son complementarias por lo que se tomará la segunda o sea que los números son diferentes La no pertenencia de X2 a X1 se determina por medio de una regla estricta de comparación a través de la expresión: Poss = 1 − μ max (2) O sea que la posibilidad es uno menos el valor máximo de la intersección, para este caso el resultado es 0.8, por lo que se pudiera asegurar que la eficiencia del motor 2 es distinta de la del motor 1 y por tanto su sustitución mejorará la eficiencia. La operación difusa anterior puede implementarse en las computadoras actuales e incluso pueden realizarse gráficas manuales, lo que facilita la comparación. El valor admisible de la pertenencia se puede determinar por varias técnicas entre ellas criterios de expertos. CONCLUSIONES • Es necesario el análisis de la incertidumbre con que se conocen las eficiencias de los motores eléctricos al tomar la decisión de cambiar un motor por otro de mayor eficiencia nominal o de trabajo. Despreciar el análisis de incertidumbre puede dar lugar a una falsa declaración de mejora de eficiencia. • No sólo es necesario conocer la dispersión de valores de eficiencia, sino que también es necesario llevar a cabo un análisis de la probabilidad de la dispersión de la eficiencia para la evaluación del potencial de ahorro de energía y la toma de decisión. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Incertidumbre en la evaluación del ahorro de energía por sustitución de... / Elías V. De la Rosa Masdueño, et al. REFERENCIAS 1. Unión Cubapetróleo, Grupo de Gestión del Conocimiento. OPEP Regirá Crudo del ALBA. Infomundi. No 11. Semana del 23 al 29 de Enero del 2007. p.6 2. Dale M. Brethauer, Richard L. Doughty and Robert J. Puchett,. 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An imaged 2D resistivity map of a mining zone in Morocco was built, showing anomalies that correspond to disturbances in phosphate deposits. The Savitzky-Golay filtering method was used as a tool for denoising the data allowing an improved geophysical map and an easier decision making under field conditions. KEYWORDS Resistivity, phosphate, Savitzky-Golay, filtering, Morocco. RESUMEN Uno de los métodos actualmente en uso para optimizar los bordes y los contornos de mapas geofísicos es el método de filtrado de Savitzky-Golay, el cual se ha aplicado con éxito al análisis de datos constantes. Se elaboró un mapa de la resistividad en 2D de una zona minera en Marruecos, mostrando anomalías que corresponden a perturbaciones en depósitos de fosfato. El método de SavitzkyGolay fue utilizado como una herramienta para eliminar ruido en los datos permitiendo un mapa geofísico mejorado y facilitando la toma de decisiones bajo condiciones del campo. PALABRAS CLAVE Resistividad, fosfato, Savitzky-Golay, filtrado, Marruecos. INTRODUCTION Resistivity is an excellent parameter for distinguishing between different types and degrees of alteration of rocks. Resistivity surveys procedures are well established1 and they have been long and successfully used by geophysicists and engineering geologists. The studied area is the Oulad Abdoun (Morocco) phosphate basin which contains the Sidi Chennane, which is a sedimentary deposit that contains several distinct phosphate-bearing layers. These layers are found in contact with alternating layers of calcareous and argillaceous hardpan. Therefore, a new deposit contains many inclusions or lenses of extremely tough hardpan locally known as 62 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Using Savitzky-Golay filtering method to optimize surface phosphate deposit “disturbances” / Saad Bakkali “derangements” or “disturbances” (figure 1), found throughout the phosphate-bearing sequence. The hardpan pockets are normally detected only at the time of drilling. Direct exploration methods such as well logging or surface geology are not particularly effective for estimating phosphate reserves. They interfere with field operations and introduce severe bias in the estimation of phosphate reserves2, 3 (figure 2). The studied area was selected for its representativity, and the apparent resistivity profiles4 were designed to contain both disturbed and enriched areas (figure 3). The sections were also calibrated by using vertical electrical soundings5 (figure 4). High values of apparent resistivity were encountered due to the presence of near-vertical faulting between areas of contrasting resistivity, and fault zones which may contain more or less highly conducting fault gouge. The gouge may contain gravel pockets or alluvial material in a clay matrix.6,7 Such anomalous sections are also classified as disturbances. Local apparent resistivity values � .m. The apparent in these profiles exceeded 200 Ω resistivity map (figure 5) obtained from the survey is actually a map of discrete potentials on the free surface, and any major singularity in the apparent resistivities due to the presence of a perturbation will be due to the crossing from a “normal” into a “perturbed” area or vice versa. Hence, the apparent resistivity map might be considered a map of scalar potential differences assumed to be harmonic everywhere except over the perturbed areas. Fig. 1. Example of “disturbance” affecting the phosphate strates. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Fig. 2. (A) Location of the studied area in the sedimentary basin of Ouled Abdoun. (B) Section showing the disruption of the exploitation caused by disturbances. (C) Stratigraphical log of the phosphatic series of Sidi Chennane: (1) Hercynian massif; (2) phosphatic areas; (3) marls; (4) phosphatic; marls; (5) phosphatic layer; (6) limestones; (7) phosphatic limestone; (8) discontinuous silex bed; (9) silex nodule; (10) “disturbance” formed exclusively of silicified limestone; (11) “disturbance” constituted of a blend of limestone blocks, marls and clays; (12) “disturbance” limit; (13) roads. Fig. 3. (A) Geological section of the T7 exploitation trench showing a “disturbance” and position plan of the soundings tests. Apparent resistivity profiles positions while passing from the deranged zone to a normal phosphatic series (B): (1) phosphatic marls; (2) limestones; (3) phosphatic layer; (4) marls; (5) “disturbance” ; (6) Quaternary cover; (7) borehole crossing a normal phosphatic series; (8) borehole crossing a “disturbance”; (9) measures loop number 10 ; (10) “disturbance” limit. 63 �Using Savitzky-Golay filtering method to optimize surface phosphate deposit “disturbances” / Saad Bakkali Fig. 5. A map of resistivity anomalies for AB=120 m. Fig. 6. A map of the disturbed phosphate zones corresponding to figure 5 Fig. 4. A synthetic apparent resistivity traverse over three disturbances (A) and the Syscal resistivity meter used in the study (B). Information regarding the position and composition of a target mineral body in the ground was obtained from interpretation of resistivity anomalies. In the present case, the targets were essentially the inclusions called perturbations. The amplitude of an anomaly may be assumed to be proportional to the volume of a target body and to the resistivity contrast with the mother lode. If the body has the same resistivity as the mother lode no anomaly will be detected. Indeed, a first approach is that the resistivity anomalies would be representative of the local density contrast between the disturbances and the mother lode. Level disturbance of the anomalous zones is proportionnal to resistivity intensity8,9 (figure 6). Collected resistivity data is often contaminated with noise and artifacts coming from various sources. Noise in data resistivity distorts the characteristics of the geophysical signal, resulting in poor quality 64 of any subsequent processing. Consequently, the first step in any processing of such geophysical data is the “cleaning up” of the noise in a way that preserves the signal sharp variations. The SavitzkyGolay filtering method10,11 has become a powerful signal and image processing tool which has found applications in many scientific areas. This method is a widely used technique that is applicable to the filtering geophysical data.12 The present paper deals with analyzing resistivity data map using the Savitzky-Golay filtering to denoise anomalous zones map of phosphate deposit disturbances. The results show a significant suppression of the noise and a very good recovery of the resistivity anomalies signal. So, the SavitzkyGolay processing is thought to be a good method to geophysical anomaly filtering. THE SAVITZKY-GOLAY FILTER The Savitzky-Golay filter was introduced for smoothing data and for computing the numerical Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Using Savitzky-Golay filtering method to optimize surface phosphate deposit “disturbances” / Saad Bakkali derivatives. The smoothing points are found by replacing each data point with the value of its fitted polynomial. The process consists of finding the coefficients of the polynomial which are linear with respect to the data values for fictitious data and applying this linear filter over the complete data. The size of the smoothing window is odd, and the polynomial function is defined as: ρ (x , y ) = a + a x + a y + a x i i 00 10 i 01 i 20 + a x y + a y + ........ + a y 2 11 i i 02 i 0k 2 i k (1) i where xi and yi represent the east and north coordinates of a gidded point of the resistivity map. Then the polynomy of type in Eq.(1) is fitted to the data with coefficients found by least squares method. The process started with the general equation, A x a = ρ where a is the vector of polynomial coefficients T a = (a00 a01 a10 ....a0 k ) and ρ the corresponding apparent resistivity data vector. Then the coefficient matrix is (AT x A)x a = (AT x ρ ) , which in least −1 squares can be written as a = (AT x A) x (AT x ρ ) where AT is the transposed matrix of A . Due to the linear-square fitting of the resistivity data, the coefficients can be independent and the general −1 coefficient matrix becomes C = (AT x A) x AT . The general coefficient matrix can be reassembled back into a traditional looking filter that achieves the reconstruction of the filtered geophysical signal corresponding to resitivity data. The advantage of the Savitzky-Golay filter has the ability to preserve higher moments in the resistivity data and thus reduce smoothing on peak heights. It is a powerfful tool particulary suitable for denoising, filtering and analyzing problems and potential singularities.11 Moreover this property is crucial for performing an efficient linear data denoising resistivity anomaly map of phosphate deposit “disturbances”. METHODOLOGY AND PROCEDURE The resistivity data base is a compilation of 51 traverses spaced at 20 m. There were 101 stations at 5 m between them for every traverse, which makes 5151 stations all together in the resistivity survey. Savitzky-Golay filtered signal output was calculated using AutoSignal 13 routine for each resistivity traverse (figure 7), and all the results were used Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Fig. 7. Example of real resistivity traverse data of the survey (A) and the corresponding Savitzky-Golay output filtering (B). for building a regular map which represents indeed Savitzky-Golay filtering and denoising map of the phosphate deposit “disturbances” (figure 7). RESULTS AND DISCUSSION The figure 8 represents an indicator of the level of variation of the contrast of density between the disturbances and the normal phosphate-bearing rock. The Savitzky-Golay filtering output map correponding to surface modeling of resistivity anomalies is obtained by AutoSignal routine. This procedure enables us to define the surface phosphate disturbed zones. The Savitzky-Golay filtering analysis surface of phosphate deposit disturbance zones as obtained by the above procedure in the study area provided a direct image for an interpretation of the resistivity survey. 65 �Using Savitzky-Golay filtering method to optimize surface phosphate deposit “disturbances” / Saad Bakkali to analyze the anomalies of a specific problem in the phosphate mining industry. Data processing procedures as the Savitzky-Golay filtering technique shown to denoise resistivity data map was found to be consistently useful and the corresponding map may be used as an auxiliary tool for decision making under field conditions. Fig. 8. Savitzky-Golay filtering output of the phosphate deposit “disturbances” map given in figure 6. This method allowed to identify the anomalies area which turned out to be strongly correlated with the disturbances. This figure represents an effective indicator of the intensity level of “disturbance”. The use of the Savitzky-Golay filtering method represents an effective filtering method which makes possible to attenuate considerably the noise represented by the minor dispersed and random “disturbances”. The overall effect is that scanning and denoising the anomalous bodies was achieved. CONCLUSION Compared to classical approaches used in filtering and denoising geophysical data maps, the advantage of the Savitzky-Golay filtering method is that it does not introduce significant distorsion to the shape of the original resistivity signal. The Savitzky-Golay filtering output of the apparent resistivity map which corresponds to the Savitzky-Golay filtering output of the anomalous phoshate deposit map obtained from such a technical tool represents the crossing dominate area from a “normal” into a “perturbed” area or vice versa. Moreover, the level of disturbance is clearly shown. The proposed filtering and denoising method using Savitzky-Golay filtering tends to give a real estimation of the surface of the phosphate deposit “disturbances” zones with a significant suppression of the noise. The level disturbance resulting from such method is also more defined in all the disturbed zones. We have described a singular procedure 66 REFERENCES 1. Kchikach, A., Jaffal, M., Aifa, T. and Bahi, L., 2002. Cartographie de corps stériles sous couverture quaternaire par méthode de résistivités électriques dans le gisement phosphaté de Sidi Chennane (Maroc). Comptes Rendus. Geosciences, 334, 379-386. 2. Bakkali, S., 2005. Analysis of phosphate deposit “disturbances” using the horizontal-gradient responses of resistivity data (Oulad Abdoun, Morocco), Earth Sci. Res. J. Vol.9, N°2, 123131. 3. Bakkali, S. and M. Amrani, 2005. Optimización de procesamiento de imágenes de data de resistividad de 2D para modelado de zonas anómalas de fosfatos “disturbados”, Revista del Instituto de Investigación FIGMMG, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Vol. 8, N.° 16, 68-75. 4. Tabbagh A., 1995. Méthodes électriques et électromagnétiques appliquées à l’archéologie et à l’étude de l’environnement, Revista Fisica de la Tierra, Vol.7, 161-192. 5. Molano, C.E, Salamanca, M., Van Overmeeren, R.A., 1990. Numerical modelling of standard and continuous vertical electrical soundings, Geophysical Prospecting 38 (7), 705–718. 6. Bakkali, S. and L. Bahi, 2006. Cartographie des « dérangements » de séries phosphatées par mesures de résistivités électriques, Journal des Sciences Pour l’Ingénieur, J.S.P.I., 6, 1-10. 7. Bakkali, S., 2006. A resistivity survey of phosphate deposits containing hardpan pockets in Oulad Abdoun, Morocco, Geofisica Internacional, 45 (1), 73-82. 8. Bakkali, S., 2006. Optimización de anomalias en un depósito de fosfatos de Marruecos mediante el método del sombreado”, Studia Geologica Salmanticensia., 42, 21-32. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Using Savitzky-Golay filtering method to optimize surface phosphate deposit “disturbances” / Saad Bakkali 9. Bakkali, S., 2006. Application du filtrage spatial à l’analyse des contours des zones anomales de « dérangements » des séries phosphatées de Sidi Chennane (Maroc), Revue Afrique Science, Revue Internationale des Sciences et Technologie, Vol.2, (1), 116-130. 10. Savitzky, A. and M.J.E. Golay, 1964. Smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedures. Analytical Chemistry, 36, 1627–1639. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 11. Madden, H., 1978. Comments on smoothing and differentiation of data by simplified least square procedure, Analytical Chemistry, 50,13831386. 12. Ridsdill-Smith, T.A., 1998. Separation filtering of aeromagnetic data using filter-banks’, Expl. Geophys., 29 , 3-4, 577–583. 13. Systat 2002. About AutoSignal V1.6 software, Copyrignt 2002 AISN Software Inc. 67 �Eventos y reconocimientos PROGRAMA DE PROFESORES VISITANTES EN ACÚSTICA Y VIBRACIONES 2007 Por tercer año consecutivo el Cuerpo Académico de Acústica y Vibraciones de la FIME-UANL en el contexto de su Programa de Profesores Visitantes, invitó a un reconocido especialista a nivel internacional para ofrecer un curso especializado sobre la materia de estudio de este grupo académico. En esta ocasión se contó con la presencia del Profesor Michael Brennan PhD, Jefe del Grupo de Investigación en Dinámica del Institute of Sound and Vibration Research de la University of Southampton, en el Reino Unido, quien ofreció el “Course on the Active Control of Sound and Vibration”. Realizado del 22 al 24 de enero de 2007, en los laboratorios de la FIME-UANL, durante el curso se presentó una panorámica sobre el estado del arte del “control activo”, estrategia para disminuir los sonidos, ruidos y vibraciones problemáticos en base a oponerles sonidos o vibraciones en contrafase para, por medio de interferencia destructiva, atenuarlos. CURSO SOBRE SIMULACIÓN DINÁMICA DE FLUIDOS Del 15 al 19 de enero se llevó a cabo un curso básico sobre el cálculo computacional de la dinámica de fluidos (CFD), organizado por el Cuerpo Académico de Procesos Termofluidodinámicos y Sistemas Energéticos, el cual fue impartido por el Dr. Fausto A. Sánchez Cruz. El objetivo principal fue familiarizar a los participantes en el uso y aplicación de la CFD, (Computational Fluid Dynamics), la cual se utiliza para simular fenómenos de transporte asociados a los diversos procesos térmicos e hidrodinámicos. Entre las aplicaciones se puede destacar el diseño de motores de combustión interna, análisis en áreas de la aeronáutica, diseño de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), biomedicina, generadores de vapor, turbomáquinas, hidrología y oceanografía. Las técnicas de simulación abordadas en este curso son de gran utilidad en la docencia, pues facilitan a los alumnos visualizar los fenómenos físicos. El Dr. Mike Brennan (al frente centro) y asistentes al curso sobre control activo organizado por el Cuerpo Académico de Acústica y Vibraciones de la FIME-UANL. 68 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Titulados a nivel Doctorado en la FIME-UANL Enero-Diciembre 2006 Manuel Guadalupe Rodríguez Rodríguez, Doctor en Ingeniería de Materiales, “Síntesis y caraterización de geles precursores de carburo de boro obtenidos mediante sol-gel y microondas”, 27 de enero de 2006. Jurado: Dr. Ubaldo Ortiz Méndez (asesor), Dr. Juan Antonio Aguilar Garib, Dr. Moisés Hinojosa Rivera, Dra. Oxana Kharissova, Dr. Juan Manuel Barbarín Castillo. Javier Rodrigo González López, Doctor en Ingeniería de Materiales, “Fatiga Mecánica en componentes automotrices vaciados con una aleación de aluminio tipo A319”, 3 de marzo de 2006. Jurado: Dr. Rafael Colás Ortíz (asesor), Dr. Rafael David Mercado Solís, Dra. Dora Irma Martínez Delgado, Dr. Salvador Valtierra Gallardo, Dr. José Talamantes Silva. Eduardo Rodríguez de Anda, Doctor en Ingeniería de Materiales, “Desgaste erosivo en aleaciones para cajas de corazones”, 3 de marzo de 2006. Jurado: Alberto J. Pérez Unzueta (asesor), Dr. Rafael D. Mercado Solís, Dr. Rafael Colás Ortíz, Dr. Salvador Valtierra Gallardo, Dr. Abraham Velasco Téllez. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Juan Guillermo Martínez Colunga, Doctor en Ingeniería de Materiales, “Compatibilización de una mezcla de multicomponentes plásticos”, 3 de abril de 2006. Jurado: Dr. Carlos A. Guerrero Salazar (asesor), Dr. Roberto Benavides Cantú, Dr. Virgilio Ángel González González, Dr. Tomás Lozano Ramírez, Dr. Saúl Sánchez Valdez. Raúl Rodríguez Miranda, Doctor en Ingeniería de Materiales, “Origen cuántico del fenómeno de fractura en los materiales”, 4 de agosto de 2006. Jurado: Dr. Moisés Hinojosa Rivera (asesor), Dr. Ubaldo Ortiz Méndez, Dr. Virgilio Ángel González González, Dr. Salvador García Lumbreras, Dr. Javier Arjona Baez. Jorge Carlos Ramírez Contreras, Doctorado en Ingeniería de Motores “Desarrollo de latices de poliestireno (PST) con alto contenido de sólidos y baja viscosidad”, 13 de septiembre de 2006.Jurado: Dr. Virgilio A. González González (asesor), Dr. Jorge Herrera Ordoñez, Dr. Martín Edgar Reyes Melo, Dr. Antonio Francisco García Loera, Dr. Javier Rivera de la Rosa. 69 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Diciembre 2006-Febrero 2007 José Luis Gojon Espinoza, Maestro en Ciencias de la Administración con especialidad en Relaciones Industriales, “El sistema de franquicias como opción de expansión para la micro, pequeña y mediana empresa”, 4 de diciembre de 2006. Clara Mayela Arenas García, Maestro en Ciencias de la Ingeniería de sistemas, “Expansión de capacidad de una red de telecomunicaciones”, 12 de diciembre de 2006. Oscar Salvador Salas Peña, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad en Control, “Diseño de observaciones no lineales para el motor de inducción sin sensores mecánicos”, 4 de diciembre de 2006. Yara Nilsa Bautosta Méndez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Los factores que influyen en la permanencia de un empleado no sindicalizado en la empresa” (Proyecto corto), 13 de diciembre de 2006. Sergio David Madrigal Espinoza, Maestro en Ciencias de la Ingeniería en Sistemas, “Modelos de espacio de estado subyacentes al método multiplicativo de holt-winters con múltiple estacionalidad”, 4 de diciembre de 2006. Pablo Guajardo Hernández, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Penetración de aluminio en los moldes de arena silica unidos por un sistemas de cold box”, 15 de diciembre de 2006. Arturo Hernández Rosales, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 7 de diciembre de 2006. Virginia Rodríguez León, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, “Importación de equipo de lavabo entre Italia y México”, 15 de diciembre de 2006. Edgar Abdiel González Martínez, Maestro en Administración Industrial y de negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 8 de diciembre de 2006. Víctor Hugo Ríos Leyva, Maestro en Ciencias de la Administración con especialidad en Producción y Calidad “Apertura de nuevos mercados para deportes extremos”, 11 de diciembre de 2006. Aristóteles Alberto Olivares Hernández, Maestro en Ciencias de la Ingeniería de Sistemas, “Modelos de caminata aleatoria para predicción a mediano y largo plazo”, 12 de diciembre de 2006. 70 Alberto Samuel Villegas, Maestro en Ciencias de la Administración con especialidad en Finanzas, “Importancia del adecuado encadenamiento de una cadena de valor y suministro en la empresa de acero recubierto”, 15 de diciembre de 2006. Juan Gallegos Escamilla, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Aceros convencionales y aceros con intersticios libres (if) para esmaltado laminado en frío”, 18 de diciembre de 2006. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Irma Marcela León Garza, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 19 de diciembre de 2006. Mauro Jesús Maldonado Chan, Maestro en Ciencias en la Ingeniería de Sistemas, “Sistema automático de conteo y clasificación de flujo vehicular basado en secuencias de video y redes neuronales artificiales”, 20 de diciembre del 2006. Samuel David Pacheco Leal, Maestro en Ciencias en la Ingeniería de Sistemas, “Optimización de inventarios en sistemas de producción”, 21 de diciembre del 2006. Yumei Mata Hi, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales. “Habilidades que influyen en el ámbito laboral” (Proyecto corto), 15 de enero de 2007. José Guadalupe Saldierna Hernández, Maestro en Ciencias de la Ingeniería de Manufactura con especialidad en Diseño y Producción, “Diseño y construcción de un troquel”, 19 de enero de 2007. Jorge Arturo Lozano Leal, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 19 de enero de 2007. Francisco Jesús Barrera Cortinas, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 19 de enero de 2007. Alejandro Torres Muñoz, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad en Sistemas Eléctricos de Potencia, “Estimación fasorial bajo oscilaciones de potencia aplicando el método chanks”, 19 de enero de 2007. German Villa Gómez, Maestro en Ciencias de la Ingeniería con especialidad en Telecomunicaciones, “Estrategias de diseño de sistemas de comunicación móvil de tercera generación”, 22 de enero de 2007. Galo Marcel Guerrero Martínez, Maestro en Ciencias de la Administración con especialidad en Finanzas, “Análisis financiero-operativo por unidades de negocios”, 23 de enero de 2007. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Guillermo Gutiérrez Martínez, Maestro en Ciencias de la Ingeniería de Manufactura con especialidad en Automatización, “Selección e implementación de un sistema de visión”, 26 de enero de 2007. Luis Roberto Márquez Ibarra, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Motivación y liderazgo: su rol dentro de una empresa” (Proyecto corto), 26 de enero de 2007. Vanesa Dalid Ku Martínez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, “Modelo de reclutamiento y selección de personal” (Proyecto corto), 1 de febrero de 2007. Alicia Marisol Ramírez Castillo, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con especialidad en Potencia, “Aplicación de una componente principal en la detección de fallas en transformadores”, 2 de febrero de 2007. Agustín Guadiana Coronado, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por Materias), 6 de febrero de 2007. Silvia Herrera Morales, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por Materias), 8 de febrero de 2007. Jair Vicencio Lagos, Maestro en Ingeniería con orientación en telecomunicaciones, (Examen por Materias), 12 de febrero de 2007. Ramón González Hinojosa, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Diseño Mecánico, “Alternativas en automatización en el diseño de maquinaria”, 12 de febrero de 2007. Eusebio Roberto Morales Urrutia, Maestro en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, “Sistemas de enlace por computadora” (Proyecto corto), 15 de febrero de 2007. Raul Alejandro Elizondo Salinas, Maestro en Ingeniería con orientación en Mecánica, (Examen por Materias), 23 de febrero de 2007. 71 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Cuauhtemoc Muñoz Rellano, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por Materias), 26 de febrero de 2007. Martín Ramírez Martínez, Maestro en Ciencias de la Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por Materias), 28 de febrero de 2007. http://www.uanl.mx/publicaciones/ciencia-uanl/ rciencia@mail.uanl.mx Tel. 01 (81) 8329 4000 Ext. 6622, Fax 6623 72 Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Acuse de recibo GACETA COFETEL MICROEMPRESA MEXICANA Esta publicación, pulcramente editada e impresa bimestralmente, órgano interno de difusión de la Comisión Federal de Telecomunicaciones (COFETEL), presenta a través de artículos cortos de divulgación una visión de la actualidad en cuanto a las tecnologías, productos, estrategias, políticas y eventos relacionadas con las telecomunicaciones a nivel nacional e internacional. En su número 25, correspondiente a noviembrediciembre de 2006, en su editorial describe las 4 acciones sobre telecomunicaciones que se planteó el Presidente de la República, Felipe Calderón, en sus “100 acciones para los primeros 100 días de gobierno”. Además presenta artículos sobre convergencia digital, banda ancha en economías emergentes, portabilidad, “el que llama paga”, además de incluir estadísticas sobre las telecomunicaciones en México. La gaceta cofetel es distribuida por la COFETEL (www.cft.gob.mx) y puede ser consultada en Internet en la dirección: http://www.cft.gob.mx/wb2/COFETEL/COFE_ Articulo_Gaceta_CFT_ Con subtítulo “La revista de las PyMEs” esta revista mensual, publicada en México por Mipyme Editores, tiene como misión: Contribuir al desarrollo de las micro, pequeñas y medianas empresas, a través de la divulgación de información que genere mejoras en la administración y dirección de este segmento de empresas, así como fomentar la creación de nuevas PYMES. Impresa totalmente a color, esta publicación presenta artículos de interés al medio de las micro, pequeñas y medianas empresas sobre: recursos humanos, mercadotecnia, tecnología, asesoría fiscal, finanzas, administración, políticas gubernamentales, oportunidades, etc. Como ejemplo de contenidos, en el número 36, de febrero de 2007, presenta entre otros los siguientes artículos: Mercadotecnia de bajo costo, La nueva mentalidad del empresario, Elabora tu directorio de clientes y prospectos, etc. Además presenta estadísticas sobre las PYMES en México e información sobre congresos y cursos. Para mayor información consulta la página en Internet: www.microempresamexicana.com.mx (FJEG) (FJEG) Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 73 �Colaboradores Bakkali, Saad Ingeniero en Geofísica por el Institut de Physique du Globe de Strasbourg, de la Universidad Louis Pasteur de Estrasbourgo, Francia (1989), donde también realizó una Maestría en Geofísica y Geoquímica Fundamental y Aplicada. Fue profesor en la Escuela Mohammadia de Ingenieros, en Rabat (Marruecos) y actualmente es profesor de geofísica aplicada y procesamiento de señales en la Facultad de las Ciencias y Técnicas de Tánger. Biriescu, Marius Ingeniero con especialización en electromecánica (1972) y Doctor Ingeniero en Máquinas Eléctricas, 1983, por la Universidad Politécnica de Timişoara. Desde el año 1999 es profesor en la Facultad de Electrotecnia de la Universidad Politécnica de Timişoara, Miembro de la Sociedad de Instalaciones y Automatización de Rumania. Cabrera Ríos, Mauricio Ingeniero Industrial y de Sistemas por el ITESM-Campus Monterrey (1996), y los grados de Maestría y Doctorado en la misma disciplina en The Ohio State University (1999, 2002). Actualmente es profesor de tiempo completo en el Programa de Posgrado en Ingeniería de Sistemas de la FIME-UANL. Miembro del SNI, Nivel 1. Costa Montiel, Ángel Ingeniero Electricista, Doctor en Ciencias Técnicas. Profesor Titular en el Centro de Investigaciones y Pruebas Electro Energéticas, Habana, Cuba. 74 De la Rosa Masdueño, Elías Valentín Ingeniero Electricista (1979) y M.Sc. en Ingeniería Eléctrica (1998) por la Universidad de Camagüey, Cuba. Profesor en la Universidad de Camagüey desde 1988, Profesor invitado Universidad de Jimma, Etiopía 2002-2004. Es miembro de la UNAICC y CUBASOLAR. Esparza Soto, Mario Doctorado en Ciencias. Investigador del Centro Interamericano de Recursos del Agua. Fall, Cheikh Licenciatura en Ingeniería Mecánica (1987) (Ing. de Concepción École Polytechnique de Thies, Senegal). Maestría (M.Sc.A) en Biotecnología (ambiental) (1991) y Doctorado (Ph.D.) en Ingeniería Química (especialidad de Ingeniería Ambiental) (1995) por la École Polytechnique de Montreal, Canadá. Profesor Investigador del Centro Interamericano de Recursos del Agua. Líder del Cuerpo Académico de Tratamiento de Aguas y Control de la Contaminación. García Cavazos, Felipe Raymundo Ingeniero Mecánico Electricista por la FIME-UANL (2004). Estudia una Maestría con especialidad en Materiales en la FIME UANL. García Loera, Antonio Ingeniero Mecánico Administrador y Maestro en Ciencias de la Ingeniería de los Materiales por la FIME-UANL. Doctorado en Materiales Compósitos y Poliméricos por el Institut Nacional des Sciences Appliquées de Lyon Francia. Actualmente es profesor investigador de la FIME-UANL. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Colaboradores González González, Virgilio Ángel Químico Industrial con Maestría en Química Orgánica por la FCQ-UANL y Doctorado en Ingeniería de Materiales por la FIME-UANL. Ha sido investigador en el campo de los polímeros desde 1975. Es miembro del SNI nivel II. Es profesor de tiempo completo de la FIME desde 1998. Madescu, Gheorghe Es graduado de Licenciatura (1979) y de Doctorado (1996) en Máquinas Eléctricas por la University Politechnica, Timişoara Romania, Actualmente está a cargo del Laboratorio de Investigación en Máquinas Eléctricas de la Romanian Academy – Timişoara Branch. González Morales, Nicolás Ingeniero Eléctrico por el Tecnológico de Veracruz. Maestría en Ingeniería Eléctrica con especialidad en Sistemas Eléctricos de Potencia por la FIME-UANL Es maestro de tiempo completo del departamento de Máquinas Eléctricas de la FIME-UANL. Martínez García, Laura Licenciada en Química Industrial por la UANL (1994). Premio mejor tesis de Licenciatura UANL 1995. Pasante de Maestría en Ingeniería Ambiental de la UANL. Guerrero Salazar, Carlos Alberto Doctor en Ingeniería Química por la École Polytechnique de Montreal, Canadá en 1986 y desde 1991 profesor de tiempo completo del posgrado de la FIME. Actualmente es Director General de Estudios de Posgrado de la UANL. Miembro del SNI, nivel 1, y de la Academia Mexicana de Ciencias. Ganador en 4 ocasiones del Premio de Investigación UANL y en 2 ocasiones del Premio a la Mejor Tesis de Maestría UANL en calidad de asesor. Galardonado con el Reconocimiento al Mérito a la Investigación, por la FIME-UANL en 2004. Gutiérrez Zamarripa, Miguel Ángel Ingeniero Electricista e Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones por la FIME-UANL. Maestría en Ingeniería Eléctrica con especialidad en Electrónica por la UANL. Actualmente es maestro de tiempo completo en la FIME-UANL. Loaiza Navía, Jimmy Ingeniero Civil (1983) por la Universidad Autónoma Tomás Frías de Potosí, Bolivia. Maestría con especialidad en Ingeniería Ambiental (1987) y Maestría con especialidad en Ingeniería en Salud Pública (1988) por la UANL. Actualmente estudia un Doctorado en Ingeniería con énfasis en Ciencias del Agua en el Centro Interamericano de Recursos del Agua, de la Universidad Autónoma del Estado de México. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 Moţ, Marţian Graduado por la Politehnica University Timişoara (1986) en donde está trabajando en su doctorado en Ingeniería Eléctrica. Actualmente es investigador de tiempo completo en el Laboratorio de Investigación en Máquinas Eléctricas de la Romanian Academy – Timişoara Branch. Müller, Valentin Especialista en Máquinas Eléctricas (1991) de la Electrotechnic Faculty of Technic University, Timisoara. Actualmente es investigador asociado en el Laboratorio de Investigación en Máquinas Eléctricas de la Romanian Academy – Timişoara Branch. Neira Rosales, Santiago Licenciado en Matemáticas por la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, de la UANL. Maestría en Ciencias de la Administración con especialidad en Investigación de Operaciones en la UANL. Actualmente es catedratico y Jefe del Departamento de Matemáticas de la FIME-UANL. Palomo González, Miguel Ángel Profesor en la Jefatura de Ingeniería Industrial de la FCQ de la UANL. Tiene estudios de Doctorado en “Estrategia Internacional de la Empresa” (I.A.E., Grenoble, Francia) y especialidad en “Administración de Tecnología” en el Battelle Memorial Institute, Columbus, Ohio, E.U.A. 75 �Colaboradores Reyes Melo, Martín Edgar Ingeniero en Industrias Alimentarias por la Facultad de Agronomía de la UANL. Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales en la FIME UANL. Doctorado en Ingeniería de Materiales en la Université Paul Sabatier de Toulouse, Francia, en el 2004. Ganador de la Mejor Tesis de Maestría UANL 1999 y del Premio de Investigación UANL 1999 y 2004. Es catedrático investigador en la FIMEUANL. Rojas Sandoval, Javier Licenciado en Historia y Maestría en Metodología de la Ciencia por la UANL. Estudios de doctorado en la Universidad Iberoamericana. Profesor e investigador de la UANL. Director de la página: www.monterreyculturaindustrial.org Miembro de The International Commitee for the Conservation of the Industrial Heritage (TICCIH) y el Comité Mexicano para la Conservación del Patrimonio Industrial. (CMCPI). Salazar Aguilar, María Angélica Ingeniero en Sistemas Computacionales por el Instituto Tecnológico de Querétaro y grado de M.C. en la UANL. Durante el 2006 trabajó como profesora en el departamento de Computación y Sistemas del ITQ. 76 Viego Felipe, Percy Ingeniero Electricista, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Titular del Centro de Estudios de Energía y Medio Ambiente, Universidad de Cienfuegos, Cuba. Yacamán, Miguel José Licenciatura, maestría y doctorado (1973) en Física en la Facultad de Ciencias de la UNAM, Posdoctorados en la Universidad de Oxford y en el Centro de Investigación Ames de la NASA. Ha recibido la Beca Guggenheim (1988); el Premio de la Academia de la Investigación Científica (1982); la presea del Estado de México “Antonio Alzate” en Ciencias Exactas (1987); el Premio Nacional de Ciencias y Artes en el área de ciencias exactas y naturales (1991) y The Mehl Award and Distinguish Lecturer of The Metals Society TMS (USA) en 1996. Es miembro del SNI nivel III y titular de la Cátedra Patrimonial de Excelencia Nivel I otorgada por CONACYT. Ha ocupado diversos cargos académicos y administrativos entre los que destacan: Director del Instituto de Física de la UNAM; Full Professor University of West Virginia; Secretario Ejecutivo del Sistema Nacional de Investigadores; Director General del Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares y actualmente imparte la cátedra Reese Endowed en el Departamento de Química de la Universidad de Texas en Austin. Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 �Información para colaboradores Se invita a profesores e investigadores 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 y convocatorias. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Se aceptarán trabajos en inglés solamente de personas cuyo primer idioma no sea el español. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo inapelable el veredicto. 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. CRITERIOS EDITORIALES En el caso de los trabajos de revisión el autor debe demostrar que ha trabajado y publicado en el tema del artículo, debe ofrecer una panorámica clara del campo temático, debe separar las dimensiones del tema y evitar romper la línea de tiempo y considerar la experiencia nacional y local, si la hubiera. No se aceptan reportes que muestren solamente mediciones. Los artículos deben contener la presentación de resultados de medición acompañados de su análisis detallado, un desarrollo metodológico original, una manipulación nueva de la materia o ser de gran impacto y novedad social. Sólo se aceptan modelos matemáticos si son validados experimentalmente por el autor. No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen mediciones y se efectúe Ingenierías, Abril-Junio 2007, Vol. X, No. 35 un análisis de correlación para su validación. No se aceptan trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntas. LINEAMIENTOS EDITORIALES Para su consideración editorial es requisito enviar: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, en CD o por E-mail a la dirección: revistaingenierias@gmail.com El título del artículo no debe exceder de 80 carácteres. El número máximo de autores por 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 deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, 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 en formato .tif o .eps. 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 77 �� 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 2007 Volumen Volumen de la revista 10 Número Número de la revista 35 Mes de publicación Mes cuando se publicó Abril-Junio Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2007, Vol 10, No 35, Abril-Junio Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Elizondo Garza, Fernando J., 1954-, Director Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Méndez Cavazos, Julio César, Coordinador Editorial Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/04/2007 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 2020798 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 Arqueología industrial Artificial Neural Networks Motor de inducción Polímeros PYMES Sedimentación