https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20766/Ingenierias_2009_Vol_12_No_43_Abril-Junio.pdf a92725ad6597b6ca0cf73922541c6d2a PDF Text Text �Contenido Abril-Junio de 2009, Vol. XII, No. 43 43 2 Directorio 3 Editorial Recordando las lecciones que nos dejó Galileo Luis F. Rodríguez Jorge 6 Galileo Galilei José Ernesto Marquina Fábrega 12 Problemas en la formación de científicos en México Pablo Valdez Ramírez 19 Differences in the dimensional perception of subjective and objective innovation Stephan Oertelt, Karl-Heinrich Grote 26 Antena transceptora de volumen para imagenología por resonancia magnética de mano Sergio Enrique Solís Nájera, Dardo Tomasi, Alfredo Odón Rodríguez González 32 Técnica numérica para estimar parámetros de un modelo normal utilizado en hilados texturizados Gabriel Guillén Buendia, Ana María Islas Cortés 42 Síntesis de óxido de manganeso nanoestructurado para capacitores electroquímicos Raúl Lucio Porto, Luis Carlos Torres González 50 Modelación del endurecimiento superficial por láser del acero AISI W112 mediante el método de elementos finitos David Coureaux Mustelier, Roberto Sagaró Zamora, Alberto Juy Aguirre, Calixto Rodríguez Martínez 59 Sinterización isotérmica de bronces reforzados con partículas de alúmina Jessica J. Osorio Ramos, Enrique Rocha Rangel, Francisco Sandoval Pérez, Alejandro Altamirano Torres 66 Eventos y reconocimientos 67 Titulados a nivel Doctorado en la FIME-UANL 68 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 71 Acuse de recibo 72 Colaboradores 74 Información para colaboradores Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 1 �DIRECTOR M.C. Fernando Javier Elizondo Garza Publicación trimestral arbitrada de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, dirigida a profesionistas, profesores, investigadores y estudiantes de las diferentes áreas de la ingeniería. La opinión expresada en los artículos firmados es responsabi­ lidad 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. EDITOR Dr. Juan Antonio Aguilar Garib CONSEJO EDITORIAL Dr. Liviu Sevastian BocÎI Dr. Óscar Leonel Chacón Mondragón Dr. Jesús González Hernández Dr. Moisés Hinojosa Rivera Dr. Boris l. Kharisov Dr. Benjamín Limón Rodríguez La correspondencia deberá dirigirse a: Revista Ingenierías, Facultad de Dr. Juan Jorge Martínez Vega Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL, A.P. 076 “F”, Ciudad Universitaria, Dr. José Rubén Morones Ibarra Dr. Ubaldo Ortiz Méndez C.P. 66450, San Nicolás de los Garza, N.L., México. Dr. Miguel Ángel Palomo González Tel: (52) (81) 8329-4020 Ext. 5854 Fax: (52) (81) 8332-0904 Dr. José Evaristo Ruzzante Correo Electrónico: revistaingenierias@gmail.com Dr. Ernesto Vázquez Martínez fjelizon@mail.uanl.mx Dr. Samir Nagi Yousri Gerges juan.aguilargb@uanl.edu.mx Página en Internet: http://ingenierias.uanl.mx Ingenierías está indizada en: Latindex, Periódica, CREDI, DOAJ, Dialnet, Actualidad Iberoamericana, LivRe. ISSN: 1405-0676 COMITÉ TÉCNICO Dr. Efraín Alcorta García Dr. Mauricio Cabrera Ríos Dr. Rafael Colás Ortíz Dr. Jesús de León Morales Dr. Virgilio A. González González Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar M.C. César A. Leal Chapa M.I.A. Roberto Rebolloso Gallardo Dr. Roger Z. Ríos Mercado REDACCIÓN Lic. Julio César Méndez Cavazos M.A. Neydi G. Alfaro Cázares M.C. Cyntia Ocañas Galván TIPOGRAFÍA Y FORMACIÓN Gregoria Torres Garay Jesús G. Puente Córdova 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. TRADUCTORES CIENTÍFICOS Lic. José de Jesús Luna Gutiérrez Dra. Martha Armida Fabela Cárdenas INDIZACIÓN L.Q.I. Sergio A. Obregón Alfaro DISEÑO M.A. José Luis Martínez Mendoza FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Director / M.C. Esteban Báez Villarreal Sub-Director de Estudios de Posgrado / Dr. Moisés Hinojosa Rivera Sub-Director Académico / M.C. Arnulfo Treviño Cubero Sub-Director Administrativo / M.C. Felipe de J. Díaz Morales Sub-Director de Desarrollo Estudiantil / M.C. Hugo E. Rivas Lozano Sub-Director de Vinculación y Relaciones / M.C. Jaime G. Castillo Elizondo 2 FOTOGRAFíA M.C. Jesús E. Escamilla Isla WEBMASTER Ing. Dagoberto Salas Zendejo IMPRESOR M.C. Mario A. Martínez Romo René de la Fuente Franco Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Editorial: Recordando las lecciones que nos dejó Galileo Luis F. Rodríguez Jorge Centro de Radioastronomía y Astrofísica, Campus Morelia, UNAM l.rodriguez@crya.unam.mx Estamos en el Año Internacional de la Astronomía. La declaración de 2009 como tal la realizó la Organización de las Naciones Unidas, en respuesta a una petición hecha desde el 2003 por la comunidad astronómica internacional, de la cual México forma parte. Así, conmemoramos los 400 años del primer uso astronómico del telescopio por Galileo, y a nivel tanto nacional como internacional se están ya celebrando todo tipo de eventos para el público, que van desde las conferencias a las sesiones de observación del cielo, pasando por exposiciones y concursos. Como objetivo principal, la conmemoración busca lograr que el mayor número posible de personas en el mundo repitan algunas de las experiencias de Galileo al observar por vez primera a través del telescopio los cráteres de la Luna, los satélites de Júpiter, o las fases de Venus. El pasado 31 de enero, con el auspicio de la Alianza Francesa y la colaboración de astrónomos profesionales, astrónomos aficionados y comunicadores de la ciencia se celebró en una veintena de sitios arqueológicos e históricos del país la “Noche de las Estrellas”. El evento fue todo un éxito, con asistencia de miles de personas en todos los sitios. Al lector interesado en participar en las diferentes actividades que se han organizado en nuestro país con motivo de esta celebración, lo invitamos a consultar la página http://www.astronomia2009.org.mx/ Pero la ocasión también se presta para reflexionar sobre algunos aspectos de la actividad astronómica de Galileo que dejaron huella muy profunda en la manera en que se ha hecho investigación científica a través del tiempo. Digamos que son las lecciones, las enseñanzas de Galileo. Hasta 1609, cuando ya contaba con 45 años de edad, Galileo había dedicado sus esfuerzos primordialmente al estudio de la física, con limitado interés en la astronomía. En la física ya había hecho contribuciones notables, como su conclusión de que en el vacío todos los cuerpos caen con igual velocidad bajo la influencia de la gravedad, o de que un péndulo se podía usar para marcar el tiempo. En 1605 realizó una investigación relacionada con la astronomía, cuando discutió la distancia a la supernova de 1604, descubierta por su contemporáneo el astrónomo alemán Johannes Kepler. Pero en 1609, cuando Galileo supo que “un holandés había construido un aparato maravilloso (el telescopio) que permitía ver las cosas como si estuvieran más cerca”, se volcó hacia la astronomía. Por varios años concentró su esfuerzo en estudiar las “grandes y muy admirables maravillas”, como las llamaría el mismo, que había en el espacio extraterrestre. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 3 �Recordando las lecciones que nos dejó Galileo / Luis F. Rodríguez Jorge La primera lección que nos deja la actividad astronómica de Galileo es que hay que estar dispuestos a aprovechar las oportunidades nuevas. Algunas de las actividades de Galileo tenían fines más bien económicos, por lo que en esa época él diseñó y construyó, con la ayuda de artesanos de la región, un compás geométrico que utlizaban los militares para hacer cálculos rápidos de artillería, el cual vendía e inclusive daba clases de cómo utilizarlo. Este contacto con los artesanos fue lo que le permitió construir rápidamente su propio telescopio a partir de lo que había oído del diseño original. En particular le fue muy útil el tener acceso a los pulidores de lentes de Venecia, que eran de los mejores del mundo en aquel entonces. Galileo fue innovando su diseño mediante prueba y error, ya que la óptica teórica no estaba bien desarrollada entonces, y de una magnificación inicial de 3 en su primer telescopio, lo logró llevar a aumentos del orden de 30 en versiones posteriores. Esto le permitió continuar haciendo descubrimientos que requerían mayor amplificación de los cuerpos celestes. Estudios hechos en la actualidad de los telescopios construidos por Galileo indican que él mejoró continuamente los instrumentos con los que observaba y que eran de muy buena calidad. Otra lección que recibimos es que hay que aprovechar las experiencias que uno ha ganado en el pasado. Galileo también aprovechó el hecho de que escribía muy bien y no sólo consolidó la noción de que hay que publicar las contribuciones científicas que uno realiza, sino que lo hizo con gran maestría. Parte de sus publicaciones fueron en italiano (otra parte en latín, que era la lengua franca de la ciencia de entonces). Se considera que sus escritos en italiano avanzaron el uso de esta lengua para propósitos de divulgación científica de manera comparable a la que los escritos de Maquiavelo la habían refinado, un siglo atrás, en el área de la filosofía política. Una tercera lección es que hay que escribir lo que uno encuentra y hay que hacerlo lo mejor posible. Llama también la atención el que Galileo lograra conjugar, hace ya 400 años, investigación básica, investigación aplicada, tecnología, e innovación para 4 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Recordando las lecciones que nos dejó Galileo / Luis F. Rodríguez Jorge alcanzar sus objetivos. En retrospectiva es claro que su aportación no hubiera tenido la trascendencia que tiene si él no hubiera aplicado todos estos distintos componentes de manera continua. Hoy, en México, parecería que no aceptamos que todos estos elementos tienen que estar presentes, de manera simultánea, para el avance de una sociedad. Daría la impresión de que el apoyo o el interés sólo pueden dedicarse a una de estas facetas y que hay épocas buenas y épocas malas que se alternan de manera impredecible. Por ejemplo, en los últimos años las estadísticas publicadas por el CONACYT nos indican que el número de personas dedicadas a la investigación y el desarrollo en la industria ha crecido de alrededor de 15,000 en 2002 a alrededor de 40,000 en el 2006. ¡Bien por la tecnología y la innovación en el país! Pero en el mismo periodo el número de personas dedicadas a la investigación y el desarrollo en las instituciones de educación superior se ha mantenido constante, en unas 25,000 personas. Estas personas son las que llevan la responsabilidad de la investigación básica y de la formación de personal especializado y en este aspecto no hemos progresado. En particular, en México el apoyo hacia la investigación básica parece estar en un mínimo histórico, ante la concepción errada de que podremos sobrevivir tan sólo con gente que haga tecnología e innovación. El porcentaje con el que México contribuye a las publicaciones científicas mundiales ha alcanzado un pico y en los últimos años lamentablemente comienza a disminuir. Ojalá y se pudiera progresar con sólo algunos de los elementos mencionados, por ejemplo la innovación. Pero no es así y esperemos que las autoridades adopten una visión más amplia, más incluyente, del complejo mosaico que constituye el desarrollo científico y tecnológico de un país, antes de que reprobemos la última lección de Galileo. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 5 �Galileo Galilei José Ernesto Marquina Fábrega Facultad de Ciencias Universidad Nacional Autónoma de México marquina@servidor.unam.mx RESUMEN En este artículo se hace una revisión de algunos aspectos de la vida y la obra de Galileo, enfatizando su lucha en contra del autoritarismo y a favor de la libre expresión de las ideas. PALABRAS CLAVE Galileo, telescopio, cinemática, inquisición. ABSTRACT In this paper it is presented a review of the life and work of Galileo, pointing out his fight for free speech and against the authoritarism. KEYWORDS Galileo, telescope, cinematics, inquisition. PACS: 01.65+g Vincenzo Galilei nació en 1520 en Santa María del Monte, cerca de Florencia. Fue un afamado laudista, compositor y teórico musical, que contribuyó de manera significativa a la evolución de la música del siglo XVI. Entre sus obras se hallan el Dialogo della musica antica e della moderna y el Discorso intorno all` Opera di Messer Gioseffo Zarlino da Chioggia. En la primera de ellas, Vincenzo Galilei escribe: “Me parece que quienes confían sin más en la autoridad como prueba de una cosa cualquiera y no tratan de aducir alguna razón válida, proceden de forma ridícula... Yo deseo... que se me permita plantear cuestiones libremente, así como responder sin ningún tipo de adulación, pues esto es lo que verdaderamente conviene a quienes buscan la verdad de las cosas.” El 15 de febrero de 1564 nació, en Pisa, su primer hijo, al que puso por nombre Galileo. La familia Galilei vivió los siguientes diez años en Pisa; más tarde se trasladaría a Florencia. En 1581 Galileo se matriculó en la Universidad de Pisa, en la carrera de Medicina, la cual abandonó en 1585 sin haber obtenido ningún título. Entre 1585 y 1589 se dedicó a diversas actividades, enriqueciendo sus conocimientos en diversas áreas, predominantemente matemáticas, filosofía y literatura. 6 Artículo publicado en la revista Ciencia, vol. 60, núm. 1, enero-marzo 2009, reproducido con la autorización de la Academia Mexicana de Ciencias y del autor. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Galileo Galilei / José Ernesto Marquina Fábrega De 1588 son sus curiosas Lezioni circa la figura, sito e grandezza dell’ Inferno di Dante, escrito en el cual Galileo defiende las tesis de Manetti acerca de la topografía del infierno narrado por Dante. En 1589 regresó a la Universidad de Pisa, pero ahora como catedrático de matemáticas. En aquella época ésta no era una cátedra importante y su salario era de tan sólo 60 escudos anuales, mientras que, por ejemplo, Girolamo Mercuriales, catedrático de medicina, percibía 2 mil. De la época de Pisa es la leyenda de cómo Galileo refutó a Aristóteles lanzando objetos desde lo alto de la famosa torre inclinada, leyenda que, sin embargo, es absolutamente falsa. En 1591 murió Vincenzo, y la responsabilidad de cuidar de la familia recayó sobre los hombros de Galileo, quien tuvo que ingeniárselas para conseguir un trabajo mejor remunerado y sobre todo con un futuro más halagador. Lo consiguió en 1592, al obtener la cátedra de matemáticas en Padua. Galileo trabajó ahí durante 18 años, que fueron, a decir del propio Galileo, los mejores de su vida. En ellos Galileo construyó su física, se unió a Marina Gamba y tuvo tres hijos: Virginia, que nació en 1600; Livia, en 1601, y Vincenzo en 1606; los tres fueron presentados en la pila bautismal con el apellido Gamba. Estando en Padua Galileo leyó el Mysterium cosmographicum de Kepler y entró en contacto epistolar con él, gracias a lo cual sabemos que ya para 1597 Galileo asegura haber adoptado la doctrina de Copérnico y tener muchos argumentos en su favor, los cuales no ha dado a conocer públicamente “... temeroso de la suerte que corrió el propio Copérnico... quien, aunque adquirió fama inmortal, es para una multitud infinita de otros (que tan grande es el número de necios) objeto de burla y escarnio”. En 1609, mientras continuaba sus estudios sobre el movimiento, tuvo noticias de la invención, en los Países Bajos, de un aparato que permitía ver cerca los objetos lejanos. Dándose cuenta de la importancia del “telescopio” (nombre acuñado el 14 de abril de 1611 por el filólogo Demisani), Galileo se dio a la tarea de construir uno con sus propios medios, lo cual consiguió rápidamente. Lo presentó al Senado de Venecia para obtener apoyo económico, y se dedicó a apuntarlo al cielo. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 El producto de sus observaciones celestes se plasmó en el libro Sidereus nuncius, publicado en marzo de 1610 y dedicado al gran duque Cosme de Médicis. En este texto se encuentran sus famosas observaciones telescópicas de la superficie lunar y su anuncio del descubrimiento de cuatro satélites de Júpiter (Ío, Europa, Ganímedes y Calixto), denominados por Galileo “astros mediceos”, ya que, como asegura en su dedicatoria a Cosme de Médicis, están “... reservados a tu ínclito nombre...”. El Sidereus nuncius anunció una nueva era para la astronomía, ya que aunque al principio Galileo recibió duras críticas por usar el telescopio en cuestiones astronómicas, ya para abril de 1611 fue recibido de manera triunfal en Roma, donde se entrevistó con el mayor astrónomo del mundo católico, el famoso padre Clavius, quien reconoció abiertamente las virtudes del instrumento y su utilidad para la observación astronómica. Fue recibido igualmente por Pablo V y por el príncipe Federico Cesi, influyente personaje del mundo científico romano, quien lo nombró miembro de la Accademia dei Lincei. 7 �Galileo Galilei / José Ernesto Marquina Fábrega Para estas fechas, Galileo ya se había mudado a Florencia, pues había sido nombrado “gran matemático y filósofo de la corte de los Médicis”, y desde ahí continuó sus observaciones telescópicas, que reportaba en forma de anagramas y según las cuales Saturno tenía dos satélites (en realidad se trataba de los anillos) y Venus presentaba fases como la Luna. Igualmente, en 1613 publicó, bajo los auspicios de la Accademia dei Lincei, su libro Istoria e dimostrazioni intorno alle macchie solari, en el que defiende el “... gran sistema copernicano, a favor de cuya revelación universal soplan ahora propicias brisas que nos disipan todo temor de nubarrones o vientos cruzados”. En diciembre de este mismo año ocurrió un evento que tendría particular importancia en la historia del copernicanismo. En un desayuno con la duquesa Cristina de Lorena, madre de Cosme, el padre Castelli, amigo de Galileo, se enfrascó en una discusión con el doctor Boscaglia, profesor de filosofía, sobre los problemas teológicos que conlleva el aceptar el heliocentrismo, con el consecuente movimiento de la Tierra. Cuando Castelli le escribió a Galileo contándole esta anécdota, éste empezó, inmediatamente, la redacción de una Lettera a Castelli, que para 1615 se había convertido en la Lettera a Madama Cristina de Lorena, Granduchessa di Toscana, en la que Galileo decía, entre otras cosas, que “...es costumbre de las Escrituras decir muchas cosas que son diferentes de la verdad absoluta...” y que a “... las conclusiones físicas, las cuales han demostrado ser verdaderas, no se les debe dar un lugar más bajo que a los pasajes escriturales, sino que uno debe aclarar cómo dichos pasajes no son contradictorios con tales conclusiones...”. Pareciera que Galileo desconocía que en el Concilio de Trento (1545-1563) se había prohibido, explícitamente, la interpretación libre de las Escrituras, aunque en la propia carta Galileo mostraba su conocimiento de tal prohibición. Pero argumentaba que el mandato conciliar se refería a “... aquellas proposiciones que son artículo de fe o involucran a la moral...” y que “... el movimiento o reposo de la Tierra o del Sol no son artículo de fe y no están en contra de la moral...”, con lo que no sólo se consideraba en libertad para interpretar las Escrituras, sino que además, explicaba cómo debían interpretarse los acuerdos del Concilio de 8 Trento. Como remate, Galileo terminaba el escrito explicando, desde un punto de vista copernicano, el milagro de Josué, que era el ejemplo principal para quienes aducían que el planteamiento heliocéntrico era contrario a las Escrituras. En este caso, llama la atención que, aunque el planteamiento de Galileo era que las Escrituras no debían interpretarse de manera textual, su explicación de dicho milagro se apegaba al sentido literal del texto. El resultado de las cartas, que circularon profusamente, fue que Galileo fuera acusado ante el Tribunal del Santo Oficio. Aunque los procedimientos se realizaron secretamente, sin la participación de Galileo, sus amigos romanos lo mantenían al tanto de los rumores y las advertencias que de manera indirecta hacían personajes tan relevantes como el cardenal Bellarmino, que era el más influyente teólogo del catolicismo y consultor del Santo Oficio. En una carta del 12 de abril de 1615 al padre Foscarini, autor de un libro que pretendía reconciliar la astronomía copernicana con la Biblia, Bellarmino decía: “... me parece que vuestra reverencia y el señor Galileo obráis prudentemente cuando os contentáis con hablar de manera hipotética y no absoluta...”, para más adelante señalar que “...de Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Galileo Galilei / José Ernesto Marquina Fábrega contarse con una prueba real de que el Sol está en el centro del Universo, y la Tierra en la tercera esfera... deberíamos proceder en tal caso con gran circunspección para explicar pasajes de las Escrituras que parecen enseñar lo contrario... Pero no creo que exista tal prueba, puesto que nadie me la ha mostrado.... Y, en caso de duda, no puede uno abandonar las Sagradas Escrituras tal como las expusieron los Santos Padres...”. Para diciembre de 1615, Galileo decidió ir a Roma a defender, de viva voz, sus planteamientos. Como no le fue fácil entrevistarse con altos cargos eclesiásticos, debió contentarse con tratar con intermediarios, razón por la cual en enero de 1616 le envió al cardenal Orsini la que consideraba la prueba definitiva del movimiento de la Tierra: su teoría de las mareas. El 24 de febrero de 1616, el veredicto del Santo Oficio señala que la proposición relativa al heliocentrismo es “... necia y absurda... desde el punto de vista filosófico, a la vez que formalmente herética...”, y que la relativa al movimiento de la Tierra “... merece idéntica censura... desde el punto de vista filosófico, mientras que desde el punto de vista teológico es cuando menos errónea por lo que respecta a la fe”. Tras este dictamen, el Papa le solicitó a Bellarmino que notificase a Galileo la prohibición de seguir sosteniendo y defendiendo las proposiciones censuradas, y que en caso de que no estuviese dispuesto a acatar la decisión, el comisario general de la Inquisición le ordenaría que no sostuviese, defendiese ni enseñase dichas proposiciones, pues de lo contrario la Inquisición procedería en su contra. Llama la atención que en la primera parte del encargo del Papa a Bellarmino no se habla de la prohibición de enseñar, mientras que en la segunda, en la que aparece el comisario general de la Inquisición, la prohibición sí dice, explícitamente, “enseñar”. El 5 de marzo de 1616, la Congregación General del Index publicó un decreto en el que señalaba que la doctrina que plantea la inmovilidad del Sol y el movimiento de la Tierra es falsa y opuesta a las Sagradas Escrituras, por lo que “... para que esta opinión no continúe difundiéndose para perjuicio de la verdad católica, la Santa Congregación ha decretado que la obra De revolutionibus orbium Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 coelestium, del citado Nicolás Copérnico, y Sobre Job, de Diego de Zúñiga, queden suspendidas hasta que se les corrija...”. Galileo se mantuvo alejado de la astronomía hasta 1618, año en que aparecieron tres cometas. En 1619 Oratio Grassi publicó un tratado sobre los cometas en el que se acogía a las explicaciones de Tycho Brahe, el cual fue contestado por Mario Guiducci, amigo de Galileo, en una conferencia que finalmente se convirtió en el libro Discorso delle comete, que atacaba la posición de Grassi. Los jesuitas vieron, seguramente con razón, la mano de Galileo tras el escrito de Guiducci, y contestaron en la Libra astronomica ac philosophica, firmada por Lotario Sarsi Sigensano, anagrama de Oratio Grassi Salonensi. En este escrito se atacaba abiertamente a Galileo, haciendo a un lado a Guiducci, lo que provocó que Galileo empezara a redactar su respuesta, en la cual trabajó hasta 1623, año en que apareció bajo el título Il saggiatore, que representa, más allá de su objetivo específico de discurrir sobre los cometas, una extraordinaria puesta en discurso de la vasta concepción metodológica galileana. Como antes de que se publicara el libro fue elegido 9 �Galileo Galilei / José Ernesto Marquina Fábrega como papa Maffeo Barberini, quien además de ser florentino era un hombre con merecida fama de intelectual, Galileo se lo dedicó. Galileo consideró que con la llegada del nuevo papa, conocido por la posteridad como Urbano VIII, soplaban tiempos de libertad. Por esto se abocó, desde 1624 hasta 1630, a redactar la que es considerada, por diversas razones, la más famosa de sus obras: el Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, tolemaico e copernicano. El título que Galileo había planeado era Dialogo sulle maree, pues seguía pensando que su teoría de las mareas era el argumento clave a favor del heliocentrismo. Después de muchas dificultades, el libro apareció publicado a principios de 1632, pero para agosto de ese año fue confiscado por la Inquisición, y el primero de octubre Galileo fue citado a comparecer, a lo largo de ese mes, en Roma. Galileo no se presentó inmediatamente, aduciendo problemas de salud, lo cual molestó a las autoridades eclesiásticas, que en enero de 1633 le enviaron al inquisidor de Florencia una carta en la que señalaban que en la “... Congregación del Santo Oficio se ha comentado desfavorablemente que Galileo no haya obedecido prontamente al mandato de acudir a Roma... por tanto... si no obedece en seguida se enviará ahí un Comisario con medios para detenerlo y conducirlo a las cárceles de este supremo Tribunal, ligado con hierros si es preciso...”. El 20 de enero Galileo partió hacia Roma, aunque no llegó ahí sino hasta el 13 de febrero, dos días antes de su cumpleaños número 69. Se hospedó en casa de Nicolini, el embajador toscano, y recibió orden de comparecer el 12 de abril ante el Tribunal del Santo Oficio. El tiempo que medió entre el primer interrogatorio y el segundo, el 30 de ese mismo mes, Galileo estuvo en calidad de prisionero, no en las cárceles del Santo Oficio sino en las habitaciones del fiscal. En ese segundo interrogatorio, Galileo hizo una declaración en la que reconoce que su libro Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo parece defender el copernicanismo, aunque esa no era su intención. Hecha esta confesión, se le permitió regresar a casa del embajador Nicolini hasta el 10 de mayo, en que fue convocado nuevamente. En esa ocasión presentó una defensa escrita en la que terminó pidiendo clemencia. 10 El 21 de junio Galileo volvió a comparecer y fue sometido a un riguroso examen en el que declaró no tener ni haber tenido “...esta opinión de Copérnico desde que me fue ordenado que la abandonara; por lo demás, estoy aquí en sus manos, hagan lo que les plazca”. Al día siguiente le fue leída la sentencia, que sólo fue firmada por siete de los diez jueces. Establecía que Galileo fue encontrado “vehementemente sospechoso de herejía”, que era un término legal que no consistía en la sospecha de un crimen, sino que constituía una categoría específica de crimen, e incluía su prisión formal y la prohibición de su libro, además de algunas “saludables penitencias”. Oída la sentencia, en la sala del convento de Santa María de Minerva, Galileo, de rodillas, pronunció su abjuración pública: “Yo Galileo Galilei, hijo del difunto Vincenzo Galilei, florentino, de setenta años de edad, constituido personalmente en juicio y arrodillado ante vosotros, eminentísimos y reverendísimos cardenales de la Iglesia Universal Cristiana, inquisidores generales contra la malicia herética, teniendo ante mis ojos los Santos y Sagrados Evangelios que toco con mis manos, juro que he creído siempre, que creo ahora y que, Dios mediante, creeré en el futuro todo lo que sostiene, practica y enseña la santa Iglesia Católica Apostólica Romana... Yo Galileo Galilei, supraescrito, he abjurado, jurado, prometido y me he obligado como figura más arriba; y en testimonio de la verdad he escrito la presente cédula de abjuración y la he recitado palabra por palabra en Roma, en el convento de Minerva, este 22 de junio de 1633”. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Galileo Galilei / José Ernesto Marquina Fábrega La prisión formal de la sentencia se convirtió, a partir del 30 de junio, en confinamiento en casa del Arzobispo de Siena y más tarde se le permitió a Galileo trasladarse a su villa en Arcetri, donde regresó al trabajo de la que había sido su pasión de juventud, antes de entrar en su lucha por el copernicanismo: la física terrestre. Para 1636, Galileo tiene terminados los Discorsi e dimostrazione matematiche intorno a due nuove scienze, attinnenti alla meccanica e i movimenti localli, en los que, en las primeras dos jornadas, se convierte en precursor de la física de materiales, y en las inmortales tercera y cuarta jornadas funda la moderna ciencia del movimiento, con la construcción de su cinemática, los cuales fueron publicados en 1638, en Leyden. La noche del 8 de enero de 1642, a la edad de 77 años y casi once meses, fallece Galileo en Arcetri, y sus restos son trasladados a Florencia para ser enterrados en la iglesia de la Santa Croce junto a los de, entre otros, Miguel Ángel. La vida de Galileo parece resumirse en las palabras de su padre: “Yo deseo... que se me permita plantear cuestiones libremente... pues esto es lo que verdaderamente conviene a quienes buscan la verdad de las cosas”. BIBLIOGRAFÍA 1. B. Brecht, (1981) ,Galileo Galilei, Ediciones Nueva Visión, Buenos Aires. 2. L. Geymonat, (1986),Galileo Galilei, Nexos, Barcelona. 3. A. Koestler, (2007), Los Sonámbulos, Q.E.D., Consejo Nacional para la Cultura y las Artes, México, D.F. 4. M. Segre, (1997), “Light on the Galileo Case?”, ISIS, vol. 88, Nº 3, pp.484-504. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 5. G. Galilei, (2006), Forma, tamaño y lugar del Infierno de Dante, Editorial Verdehalago, México, D.F. 6. G. Galilei, (1981), El Ensayador, Aguilar, Buenos Aires. 7. G. Galilei, (1967), Dialogue Concerning the Two Chief World Systems, Ptolemaic & Copernican, University of California Press, Berkeley, Los Angeles, London. 8. G. Galilei, (1981), Consideraciones y demostraciones matemáticas sobre dos nuevas ciencias, Editora Nacional, Madrid. 11 �Problemas en la formación de científicos en México Pablo Valdez Ramírez Laboratorio de Psicofisiología, Facultad de Psicología, UANL pablovaldezramirez@gmail.com RESUMEN El presente trabajo analiza cuáles son los principales problemas actuales en la formación del científico en México, donde los apoyos a la ciencia y a la formación de quienes la desarrollan son muy limitados. Estas restricciones incluyen: un bajo presupuesto económico para la ciencia, falta de reconocimiento de los científicos y falta de un programa integral para la formación de los mismos. Para promover la formación del científico se requiere: favorecer la enseñanza de la ciencia desde los niveles educativos básicos; involucrar a los estudiantes en actividades de investigación en contacto directo con los científicos, mejorar las condiciones en que se lleva a cabo la investigación; e insertar a los egresados de los doctorados en áreas donde puedan seguir desarrollando sus líneas de investigación. PALABRAS CLAVES Formación de científicos, educación científica, ciencia, México. ABSTRACT This paper reviews the main problems in the promotion of science and scientist’s career in Mexico. Limitations include: low budget for science, lack of recognition to scientists and lack of a comprehensive program to promote the scientist’s career. It is necessary to promote science education in all educational levels, increase the contact of students with research activities and active researchers, improve support to research activities, as well as to create jobs and support for recently graduated doctors to promote their careers in science. KEYWORDS Scientist’s career, science education, science, Mexico. INTRODUCCIÓN La ciencia constituye uno de los factores más importantes del crecimiento económico de una nación, ya que los conocimientos nuevos sirven para generar tecnología y mejorar las aplicaciones tecnológicas que ya se tienen, así como para generar mejores aplicaciones en la industria, en la producción de alimentos y en la salud.1,2 Por esta razón, los países desarrollados invierten por lo menos 2 a 3 % del producto interno bruto (PIB) en la ciencia.3,4 Sin embargo, en nuestro país el apoyo a la ciencia es aún muy limitado, esto se refiere a un presupuesto económico restringido que apenas alcanza el 0.37 % del PIB, a una falta de reconocimiento a los científicos, así como a la falta de un programa integral para su formación. En el presente trabajo se analizan los principales problemas 12 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Problemas en la formación de científicos en México / Pablo Valdez Ramírez de la ciencia en la actualidad y, en especial, en la formación de científicos en México. En México se han implementado varios programas para apoyar la ciencia y la formación de científicos. Enseguida se describen brevemente estos programas. PROGRAMAS DE APOYO A LA CIENCIA En 1970 se fundó el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), organismo que se encarga de coordinar y financiar la ciencia en nuestro país. El CONACYT proporciona apoyo a proyectos de investigación y otorga becas a los estudiantes de posgrado. El CONACYT tiene un programa de repatriación que pretende reintegrar al país a los científicos que se encuentran en el extranjero.5 Además, tiene un programa de retención que promueve la inserción de los nuevos doctores de las universidades o de las empresas. Ambos programas, repatriación y retención, otorgan un año de salario y financiamiento para un proyecto de investigación, con el propósito de que el doctor cuente con los recursos mínimos indispensables para hacer investigación e integrarse a las actividades académicas o productivas del país. En 1984 se creó el Sistema Nacional de Investigadores (SNI), que proporciona reconocimiento y estímulos económicos a los científicos mexicanos. Estos estímulos se otorgan como becas, no constituyen un salario formal. En 1991 se creó el Padrón de Programas de Posgrado de Excelencia (actualmente se denomina: Programa Nacional de Posgrados de Calidad) que reconoce y apoya los programas de posgrado nacionales.6 En 1996, La Secretaría de Educación Pública (SEP) creó el Programa de Mejoramiento del Profesorado de Educación Superior (PROMEP). Este programa incluye tres subprogramas que apoyan a los profesores de tiempo completo: un programa de becas para estudios de posgrado; un programa de reconocimiento a los profesores de tiempo completo que desempeñan cuatro tipos de actividades: docencia, producción académica, tutoría y gestión académica; así como un Programa de Reconocimiento a Cuerpos Académicos, que otorga apoyos económicos a grupos de profesores Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 que mantienen colaboración activa en la docencia y en la investigación.7 Las universidades tienen programas de estímulos económicos que otorgan una compensación en forma de beca (no es parte del sueldo) a los profesores de tiempo completo. Para determinar el nivel de apoyo económico se toman en cuenta, entre otros criterios, si el profesor pertenece al SNI. Las universidades públicas y privadas de nuestro país han generado nuevos programas de posgrado y han propuesto entre sus metas el contar con una mayor proporción de doctores en su planta académica. ¿Cuáles han sido los resultados de todos estos programas en cuanto a la formación del científico? Sin duda, han significado un apoyo a la ciencia, a los investigadores y a la formación del científico. De acuerdo con las cifras del CONACYT, actualmente existe una mayor cantidad de egresados de los programas de posgrado nacionales, tanto de maestría como de doctorado. Se observa un aumento en la cantidad de miembros del SNI. Cada vez hay más profesores de tiempo completo en las universidades que tienen doctorado y que son miembros del SNI. Los datos cuantitativos indican que se forman más científicos en México. Pero existen otras evidencias que sugieren que este proceso formativo es todavía muy limitado. 8,9 Enseguida analizaremos esta información. ENSEÑANZA DE LA CIENCIA México dedica un 6.4 % del PIB a la educación, cifra que se encuentra por arriba del promedio de los países miembros de la “Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos” (OCDE), sin embargo, la mayor parte de estos recursos se destinan a salarios para los docentes, con lo que 13 �Problemas en la formación de científicos en México / Pablo Valdez Ramírez en realidad solamente se dedica un 3.1 % del PIB a promover la educación, esta cifra es una de las más bajas de los países miembros de la OCDE.10 Esto implica que los recursos económicos que se dedican a la educación son muy bajos, por lo que resultan insuficientes para fomentar la actualización de los docentes, para llevar a cabo investigación en la educación, para equipar las escuelas con las herramientas apropiadas para el aprendizaje, así como para implementar estrategias de enseñanza más eficientes. Existen problemas importantes en la enseñanza de las ciencias en todos los niveles educativos. Las evaluaciones internacionales de la OCDE, han encontrado que los alumnos mexicanos que cursan niveles de enseñanza básica, tienen niveles muy bajos de lectura, matemáticas y ciencias,11 en estas mediciones nuestro país ocupa el lugar más bajo comparado con todos los países de la OCDE. Estas habilidades son herramientas cruciales para la adquisición de conocimiento y por lo tanto para el aprendizaje de la ciencia. La enseñanza desde la primaria hasta la universidad enfatiza la adquisición de conocimientos, memorización, más que el aprendizaje de las estrategias que se requieren para la adquisición de esos conocimientos. Se entrena a los alumnos a cumplir con una gran cantidad de tareas y actividades escolares repetitivas e irrelevantes. No se les enseña la comprensión de la lectura, la expresión oral y escrita, el análisis crítico de la información, la generación de hipótesis, las estrategias para verificar si los conocimientos son válidos y confiables, ni la capacidad para solucionar problemas. En vez de promover una educación científica, en todos los niveles educativos se adiestra al alumno para que obtenga las máximas calificaciones posibles. La mayor parte de los estudiantes se pasa la vida en las escuelas cumpliendo requisitos, tareas y exámenes cuyo principal objetivo es obtener calificaciones. De esta forma, las calificaciones dejan de ser un medio de evaluación del aprovechamiento y pasan a ser un instrumento de control del alumno. Las calificaciones se consideran tan importantes que muchas escuelas y universidades premian a los alumnos que obtienen los mejores promedios, en base a ese criterio también les otorgan becas, los eligen para programas de intercambio internacional y los invitan a que se inscriban en algunos programas de posgrado. Las 14 calificaciones constituyen un indicador del grado de conformidad del alumno a un sistema educativo que demanda memorización sin análisis ni crítica. Es común encontrar estudiantes con una gran capacidad que no se adaptan a este sistema mediocre y optan por trabajar fuera de la universidad. Algunos de estos alumnos terminan por abandonar la carrera profesional, o la continúan dedicando el tiempo mínimo indispensable para seguir cumpliendo requisitos irracionales. En síntesis, el sistema educativo promueve la fuga interna de algunos cerebros brillantes que abandonan la universidad o no obtienen las calificaciones necesarias para obtener los apoyos que les permitan continuar con el posgrado y con una formación científica. La enseñanza en las universidades se dirige a la formación de profesionistas con un enfoque aplicado, se capacita a los estudiantes en técnicas que son útiles en el campo profesional, pero se deja de lado la formación científica.12 Los pocos alumnos que se interesan por la ciencia llegan a esta actividad al tener contacto con algún científico, pero no porque en las universidades se contemple una formación hacia la ciencia. Las universidades contratan profesores, cuya actividad fundamental es impartir clases. Solamente algunas universidades e institutos científicos tienen plazas de investigador. Sin embargo, se espera que el profesor de tiempo completo tenga doctorado y sea miembro del SNI. Debido a la presión para aumentar la cantidad de personal académico con estudios de posgrado, muchas universidades han generado una gran cantidad de programas de maestría y doctorado. Sin embargo, algunos de estos programas no tienen las condiciones académicas para ofrecer una formación de alto nivel. Los egresados de estos programas obtienen el grado de doctor, pero no se forman como científicos. Algunos programas de posgrado intentan ingresar al padrón de calidad del CONACYT, pero en lugar de entender las recomendaciones del CONACYT como medio para mejorar la calidad del programa y para formar científicos de alto nivel, se dedican a cumplir estas recomendaciones como requisitos administrativos. Por ejemplo, para cumplir con el criterio de eficiencia terminal se aprueban algunas tesis de posgrado sin importar la calidad del trabajo. Por lo que esto significa un deterioro en la formación de los científicos mexicanos. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Problemas en la formación de científicos en México / Pablo Valdez Ramírez LIMITACIONES EN EL APOYO A LA CIENCIA En México no se reconoce a la ciencia como una actividad prioritaria, mientras que en los países desarrollados se dedica alrededor del 2-3 % del PIB a la ciencia, en nuestro país el presupuesto es muy bajo, actualmente se destina solamente el 0.37% del PIB. 13,4 Se han creado apoyos a proyectos de investigación con fondos sectoriales (fideicomisos conjuntos de dependencias de gobierno y el CONACYT) y fondos mixtos (fideicomisos de los gobiernos de los estados y el CONACYT). Estos apoyos promueven la tecnología más que la ciencia, requieren que los investigadores propongan proyectos que solucionen problemas prácticos de las dependencias o los estados. Algunos investigadores aprovechan el apoyo que obtienen de estos fondos para conseguir la infraestructura y materiales que les permite al mismo tiempo: cumplir con el proyecto aplicado que propusieron y llevar a cabo investigación básica. Pero otros investigadores se dedican únicamente a cumplir con el proyecto aplicado, con lo que contribuyen a solucionar las necesidades de los organismos mencionados, pero dejan de dedicarse a la ciencia. Por otro lado, el gobierno proporciona apoyos fiscales para las empresas, ofrece una reducción en los impuestos Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 para los proyectos que proponen y desarrollan las empresas en México. Estos proyectos son programas aplicados que resuelven problemas prácticos en la industria, generalmente son servicios específicos para las industrias, programas de aplicación en los que participan profesionistas (ingenieros, químicos, etc.) y científicos. En estos proyectos aplicados los científicos están colaborando como tecnólogos, proporcionan un servicio profesional o fungen como técnicos especializados, pero ya no están haciendo ciencia.14 FA LTA D E R E C O N O C I M I E N TO A L O S CIENTÍFICOS En México no se reconoce a los científicos como personal prioritario para el desarrollo del país. Las universidades no otorgan a los investigadores un salario competitivo a nivel internacional, se les apoya pero con recursos adicionales que no se incluyen en el salario, se les otorgan becas por tiempo determinado. En estas condiciones, el científico mexicano tiene que dedicar una parte importante de su tiempo a llenar solicitudes e informes para programas diversos como: programa de estímulos económicos, solicitudes de reconocimiento a perfil PROMEP, reconocimiento por el SNI, solicitudes para apoyo a proyectos de investigación de la universidad, del CONACYT, de la SEP. De las aplicaciones e informes depende que el científico obtenga compensaciones significativas, pero transitorias. El sueldo de un profesor universitario que trabaja en ciencia constituye en realidad aproximadamente una tercera parte del total de sus ingresos. Los científicos están expuestos a muchas presiones dado este esquema, ya que deben publicar la mayor cantidad de trabajos posibles.15 Esto puede presionarlos para que publiquen lo que sea, sin que importe la calidad. Tienen que participar en la docencia, participar en programas de tutorías para alumnos y demostrar participar en actividades de gestión académica, así como en otras actividades formales y administrativas de la universidad. El profesor que participa en todas estas actividades obtiene compensaciones importantes, pero disminuye su participación en la ciencia, llegando el caso de que algunos investigadores, más que hacer ciencia se dedican a cumplir con los requisitos y actividades 15 �Problemas en la formación de científicos en México / Pablo Valdez Ramírez que les exigen los diferentes programas. Los apoyos para proyectos de investigación dependen también de trámites administrativos, los recursos frecuentemente llegan con un año de retraso y sufren depreciaciones considerables.16 Para empezar los equipos se encuentran cotizados en alguna divisa, por lo que una devaluación puede anular o restringir la adquisición del equipo que se requiere para el proyecto. Los trámites de importación del equipo significan retrasos adicionales considerables, de meses y en ocasiones de años. En algunas universidades existen restricciones en la compra de equipo y materiales, ya que los proveedores tienen que ser autorizados por los departamentos de compras, muchos de los proveedores autorizados venden el equipo y los materiales a costos mayores de los que se pueden conseguir con otros proveedores independientes. EL CENTRALISMO La ciencia y la formación de científicos están centralizadas, en la ciudad de México trabajan más del 50% de los científicos del país, y se concentran más del 50% de los apoyos del CONACYT a proyectos de investigación básica, además, egresan más del 50% de los estudiantes de maestría y doctorado.17 Esto significa que las universidades e institutos ubicados en la ciudad de México han ido creando una tradición y cuentan con mejores condiciones para que se formen científicos. Una condición importante en la ciencia es contar con masa crítica, esto se refiere a que existan grupos de investigadores dedicados a la ciencia en un campo del conocimiento, por lo que se favorece la comunicación, el análisis de los resultados y la discusión de las hipótesis y teorías de ese campo. Otra condición importante es contar con la infraestructura (laboratorios, equipos, personal técnico, etc.). A eso se puede agregar el contar con los recursos bibliográficos indispensables para que los investigadores puedan estar actualizados. Sin embargo, en provincia todavía no se han creado estas condiciones, por lo que el desarrollo de la ciencia fuera de la ciudad de México se encuentra limitado a campos del conocimiento específicos.18,19 Actualmente casi no se abren nuevas plazas en las universidades para profesores e investigadores de tiempo completo, por lo que muchos doctores 16 recién egresados tienen dificultades para encontrar empleo.17 En esta situación se encuentran también muchos doctores que reingresan al país por medio del programa de repatriación del CONACYT. Algunos doctores obtienen una plaza, pero se tienen que dedicar a la docencia. Otros encuentran trabajo en la industria, donde tienen que trabajar en cualquier área, aunque no tenga relación con su especialidad (“fuga interna”). De esta forma, son muy pocos los egresados del doctorado que continuarán trabajando en la ciencia, en la especialidad en que se formaron. Debido a las dificultades para trabajar como científicos en México, muchos investigadores emigran a otros países (“fuga externa”).20 COMENTARIO FINAL En México se apoya cada vez más la formación de científicos, sin embargo aún existen problemas importantes que entorpecen la enseñanza de la ciencia, la adquisición de las habilidades necesarias para producir conocimiento nuevo, así como para adquirir una cultura científica. Las condiciones en que se realiza la ciencia en México todavía tienden a promover que muchos de nuestros científicos trabajen fuera de nuestro país (“fuga externa”), o se dediquen a otras actividades ajenas a la ciencia (“fuga interna”). Algunos de nuestros programas de doctorado aún no logran una formación científica rigurosa. No existen plazas suficientes, ni en las universidades ni en las empresas, para doctores que están egresando de los programas de doctorado. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Problemas en la formación de científicos en México / Pablo Valdez Ramírez Para consolidar un programa de formación de científicos se requiere fortalecer la ciencia en nuestro país. En primer lugar se requiere aumentar el presupuesto para la ciencia hasta un 2 - 3 % del PIB, a niveles equivalentes a los que se destinan a la ciencia en los países desarrollados. Se requiere también un programa de apoyo a la ciencia a largo plazo, que trascienda los períodos presidenciales sexenales. Es necesario que este programa proporcione apoyo a proyectos de investigación científica básica, reconocimiento al científico por medio de aumentos directos en su salario, apoyos a los programas de doctorado con un nivel de excelencia, creación de plazas para la incorporación de nuevos doctores, becas para los estudiantes de posgrado, creación de centros de investigación regional, fomento al desarrollo de grupos de investigación en provincia, así como el establecimiento de mecanismos de comunicación entre quienes se dedican a la ciencia, la tecnología y las actividades productivas.21,17 Es factible llevar a cabo las acciones mencionadas. Algunos países han llevado a cabo algunos de estos cambios en un intervalo relativamente corto. Dos ejemplos claros son Corea y Brasil, Corea destina actualmente 3 % y Brasil 1 % del PIB a la ciencia. Ambas naciones han implementado estrategias para promover la educación, los programas de posgrado, la formación de científicos, la incorporación de científicos a las universidades y a centros de investigación, la difusión de la ciencia en el medio social, así como la interacción entre ciencia, tecnología y áreas productivas.22,23 Un programa de formación de científicos implica dos objetivos fundamentales: consolidar la enseñanza formal de la ciencia y establecer una actitud (o cultura) científica, tanto en los estudiantes de todos los niveles educativos, como en la población general.24 Las acciones que se requieren para alcanzar esos objetivos son: incluir la enseñanza de la ciencia y de una actitud científica en todos los niveles educativos, desde la primaria hasta el posgrado; promover la participación de los estudiantes en actividades de investigación, en contacto directo con los científicos; vincular la docencia con la investigación; otorgar mayor reconocimiento a la ciencia y a los científicos; así como promover la difusión de la ciencia mediante las acciones mencionadas. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 REFERENCIAS 1. Tornquist, K. M. y Kallsen, L. A. Out of the ivory tower. Journal of Higher Education, 1994, 65 (5), 523-539. 2. Chaves, V. C. y Moro, S. Investigating the interaction and mutual dependence between science and technology. Research Policy, 2007, 36 (8), 1204-1220. 3. Reséndiz N., D. La crisis y el porvenir de la ciencia en México. Ciencia y Desarrollo, 1986, 12 (69), 69 74. 4. López, L. S. y Sandoval, B. L. A. Un análisis de la política de ciencia y tecnología en México (2001-2006). Revista de Investigación Científica, 2007, 16 (30), 137-165. 5. Loría D., E. G. La investigación, instrumento fundamental del desarrollo integral. Ciencia y Desarrollo, 1989, 15 (87), 81-87. 6. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Indicadores de actividades científicas y tecnológicas. México, Autor, 2006. 7. Gil, A. M. Réplica a un siglo buscando doctores… ¡Y ya los encontramos! 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The focus is on describing the point of view according to which the innovation concept is defined. It is differentiated between the subjective standpoint of the company and the objective view of the market as an important component of the strategic management of research and development projects (R&D) in industry. KEY WORDS Innovation management, research and development. RESUMEN Este artículo da una introducción al tema de administración de innovaciones como una función sistémica de una empresa. El enfoque está puesto en describir el punto de vista según el cual se define el concepto de innovacion. Se diferencia entre una perspectiva subjetiva de la compañía y la visión objetiva del mercado, como una parte importante de la administración estratégica de proyectos de investigación y desarrollo en la industria. PALABRAS CLAVE Innovación, administración, investigación y desarrollo. THE IMPORTANCE OF INNOVATION The social, politic-legal and economic environment is subject of constant change and industrial plants are impacted in the form of changeable, fluctuating requirements due to their sales-market orientation. The current market environment trends include the globalization of markets, an increased competitive situation, increasing capital intensity of research, development and production, increased complexity and intermeshing of technologies and processes, differentiated shareholder/stakeholder interests, the shortening of innovation cycles and the inhomogeneity of customer structures, resulting in an elaborate diversity of product variants.1,2,3 Recognizing and reacting to these changes are strategic tasks of corporate management necessary to ensure the long-term success of the company and therfore its economic existence. In this regard, the strategic interface functions between the environment and the enterprise include, for example, innovation management tasked with the identification and Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 19 �Differences in the dimensional perception of subjective and objective innovation / Stephan Oertelt, et al. development of potential for competitive distinction, in particular, for manufacturing companies in high wage countries. A lack of innovation activities, according to Christensen, leads to a loss of alignment with technological advances and to a loss of market share, as a result.4 Innovations therefore play an important role – they are considered the motor for economic success1 and are seen as an instrument for strengthening market position, for future growth and for cost reduction.5 GLOBAL BUSINESS ENVIRONMENT The enterprise, as a social system, is closely linked with its environment. Activities occurring outside the corporate-system boundaries affect the company internally. The total system surrounding environment is defined, for example, by the following parameters: politics, society, ecology, economy and technology.6 Stakeholder groups and interaction topics, displayed as arrows in figure 1, represent the relevant interface elements of the levels. Stakeholder groups are people, organizations and institutions affected by the enterprise’s added value activities. They communicate with the system levels on interaction topics such as concerns, interests, norms, values or resources.7 These interface elements represent system transmitter, from which influencing factors are induced. Initiated by the environment’s global challenges, more specific influencing factors are extrapolated to innovation management at an increasing system depth. A methodological description and a detailed derivation of the influencing factors are given in literature i.e. on the Scenario Technique.8,9,11,12 As an example for the automobile industry, specific influences were mentioned at the BMW Group’s General Meeting by the Chairman of the Board of Managing Directors as current challenges for the vehicle manufacturer.13 They include: • Intensified global competition and increasing concentration in the automobile industry • A shifting of growth regions • A scarcity of fossil fuels and the necessity of developing alternative drive types • Demographic development • Mobility in growing mega-metropolises INNOVATION MANAGEMENT There are two generic strategies that will permanently ensure a company’s economic objectives: Whereas the goal of the first strategy is to obtain a market advantage through price differentiation, the second targets a performance differentiation. According to Cagan and Vogel,14 there are three attributes that aim for the second strategy’s Fig. 1. The Enterprise from a Model Perspective. 20 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Differences in the dimensional perception of subjective and objective innovation / Stephan Oertelt, et al. performance differentiation, and thereby define the product value from the customer’s perspective: The product should be useful, manageable/practical and desirable. These aspects result from the customer’s expectations and are primarily based on lifestyle influences and individual perceptions. The value of a product is therefore not a cost-driven attribute,14 instead it is determined by ergonomic, technological and quality factors, the successful implementation of which ensures sustained customer satisfaction. Social influences, lifestyle aspects and aesthetics also contribute to the emotional valuation of a product.14 Ideally, when bringing new products to the market, they should fulfill these customer expectations to be well received and sell well as an innovation. In addition to the need for innovative products, manufacturing companies are increasingly utilizing the potential of production-related innovation undertakings, particularly in times of scarce resources, to contribute to the reduction of unit costs, to improve productivity and to improve the availability of plant and equipment. This type of innovation has a favorable effect on the first strategy mentioned above, in the form of internal increases in efficiency and effectivity. The innovation is regarded as the result of an innovative process that is formed by the striving for a novel, marketable product or technique.15 Innovation management is the planning, organization, management and monitoring of this innovation process. The innovation process encompasses both the technical and organizational aspects of the various evolutionary stages of an innovation from the idea to the development of the invention to its successful implementation in the market. Degree of novelty The word innovation stems from the Latin word “novus” and means “novelty”. The literature contains a variety of definitions and demarcation efforts for the term innovation, 16 all of which come to recognize that an innovation is something new as opposed to what presently exists. With respect to the question “Innovation: How New?”, there is a differentiation with regard to the level of novelty of an innovation that ranges over a Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 continuous spectrum from incremental to radical.17 An incremental or evolutionary18 innovation is a rather minor improvement in already known products and processes,19 e.g. using the lighter magnesium in the cast manufacturing engine-crankcases. In contrast, radical or revolutionary innovations18 set a fundamentally new course in comparison to the current products and processes,19 for example, BMW introducing “head up displays” in their cars or the first liquid hydrogen series car. The assessment of an innovation’s novelty is the result of the company’s internal as well as external perspectives.18 This leads to the question “Innovation: New for whom?” The scientific literature does not universally define the reference system for which this condition applies. Thus, it is differentiated between an objective innovation15 from the macroperspective of the market18 and the micro-perspective of the enterprise, which subjectively values the novelty of an innovation (figure 2). As a result, the level of novelty is a hypothetical construct, lacking direct measurability and which is strongly oriented towards the subjective impressions of the respective reference system.21 The source of innovation Gerpott17 describes a direct relation between the direction of the momentum caused by an impetus and the level of novelty of the resulting innovation. An economically-oriented forecast of market requirements is considered a driving force for incremental innovations. The identification of new or changing customer requirements leads to product adaptations, which promise continued market success. Incremental innovations can therefore be characterized as demand-pull innovations. This demand can be expressed by the internal marketing department that is assuming the future customers’ needs. The counterpart is formed by innovation based on engineering insights or new technological knowledge. As this type of innovation is not oriented towards established markets, from the market perspective, it has a fundamentally novel character and therefore has the potential to open new application fields or new business areas. Therefore revolutionary innovations can be characterized as 21 �Differences in the dimensional perception of subjective and objective innovation / Stephan Oertelt, et al. technology-push innovations.22 The mixture of those two innovation sources contribute to the setting of the subjective degree of novelty (figure 2). The interface elements in the enterprise environment already presented in figure 1 are among the potential sources for innovation stimuli. Further information on the inclusion of these stakeholder groups can be found in Lead-User Method23 or the outside-in aspects of the Open-Innovation Approach.24,25,26 Type of innovation Due to the various operative areas in an enterprise affected by innovation a differentiation by contentual dimension would be suitable.18 It is differentiated between the three types of process innovation, structure innovation and product innovation (figure 2). Process innovation targets new or improved processes for the rendering of services which leads to an indirect competitive advantage. They include: cost savings, flexibility gains, productivity increases, time savings19 and increased security as well as the prevention of environmental damage.21 Structure innovation addresses changes in the company organization or its management style. The goal of this type of innovation is, among others, improving workplace attractivity and employee motivation by changing the culture, organization, competence or qualification of the employees. Product innovation refers to a company new or improved products or services through which a direct competitive advantage is attained with increased sales opportunities. Invention and innovation Coupled with the question of the reference system with respect to the evaluation of the level of novelty is also the term innovation itself. Whereas in business practice, innovation management in its forwardlooking expectation of success will label an idea as an innovation, the term innovation in the literature is delimited by an economically successful market introduction. Its validation can however only take place after the innovation process is complete18 and complicates the temporal pinpointing of the exact term-formation and uniform wording to be used. Innovation is therefore defined as the final step in an evolutionary sequence with a concrete association to the innovation process. IDEA → INVENTION → INNOVATION The idea represents the vague understanding of a promising novelty.18 Inventions represent a more concrete, targeted form of the idea19 and describe the discovery of technical problem-solving potentials in the context of a possible economic application.27 Fig. 2. Path of an Innovation from Source to Market 22 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Differences in the dimensional perception of subjective and objective innovation / Stephan Oertelt, et al. In the model shown in figure 1, the invention is the output of the pre-development. The next stage, the innovation, additionally presupposes an economic use for these technical potentials.28 The innovation thus represents a success-oriented form of the invention in the context of market-related needs: “Inventions only then become innovations when they have achieved market penetration”.18 Subjective and objective innovation In the scientific literature, the term innovation is used interchangeably for both the company-internal and the market-related perspective. To clearly delimit the term innovation, this paper differentiates between a subjective innovation and an objective innovation in line with the reference system of the level of novelty. Objective innovations or market innovations29 find a direct application in the market.15 Product innovations typically belong to this type of innovation. The subjective innovation or enterprise innovation29 takes place within a company and is utilized indirectly in the market through product support or rationalization effects.15 An innovation of this type represents e. g. the successful development of an alternative product component or technology, which brings an internal advantage to the company but which, at least at the beginning, can not be positioned as a direct differentiation characteristic. In the automobile industry, this includes the platform construction, product line communality and shared-component utilization. In addition to innovations that are product-related, innovations can also bring advantages to other areas of a company, e.g. production: In the successful introduction of a new manufacturing process, higher productivity represents a further form of subjective innovation. For example: Laser welding instead of conventional spot-welding. A subjective innovation can also be considered a pre-stage of the objective innovation, provided it can be successfully placed in the market as an innovation or imitation.30 It is an imitation when a similar product, or an attribute of a competitor already offered in the market, is offered and an enterprise deliberately chooses the role of the follower. The potential success of the imitation is substantiated in that the barriers to market entry and the weaknesses Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 of the market pioneers are known and the customers can be offered an improved alternative product. An example: The hybrid vehicles of other manufacturers in reaction to the success of the Toyota Prius. In contrast, when a provider unexpectedly finds itself crowded by the competition into the role of the follower due to a simultaneous market launch, the market success may not materialize due to a lack of differentiation characteristics to the already available product: “Price advantages or performance benefits must be clearly perceptible to achieve success in already occupied markets”.31 This circumstance, according to the definition, is not a case of an objective innovation, but rather it will remain an innovation solely within the company.16 CLOSING COMMENT Innovation management has been discussed in literature for almost 20 years on a steady basis. Nevertheless, there still is no holistic concept available that addresses all factors reducing uncertainty in the fuzzy front end of the innovation process in order to accomplish success in the long run. As discussed earlier, new challenges continuously arise from a company’s surrounding global business environment that decision makers within the innovation process have to cope with. In this paper, the environment of innovation management and the influences acting thereupon are addressed. Especially in times of scarce resources demands for efficiency and effectiveness appear but are considered rather counterproductive to the creative nature of innovation development. Established efficiency enhancing rationalization methods as known from R&D-processes do not apply successfully to the early phase of the innovation process. Hence, new multidisciplinary approaches are necessary in order to resolve this dilemma. This paper represents the starting point of its authors’ research dealing with the young subject area of “innovation controlling” that focuses on supporting the process instead of managing it in a “transactional” or “steering by numbers” way. Besides leadership, the multidisciplinary, holistic concept should include the jointly cross-linked elements of process, methods, knowledge and communication as supporting services (figure 3). 23 �Differences in the dimensional perception of subjective and objective innovation / Stephan Oertelt, et al. Fig. 3. Supporting elements of innovation controlling. The differentiation between subjective and objective innovation dimensions represents one important decision-clinching factor in the innovation process. Due to this, the subjective level of novelty acts as an indicator demanding specific support that enables projects of any novelty to reach their targeted strategic goals (effectiveness) in a time- and cost-saving manner (efficiency). As an example for “leadership”, radical innovations have the highest degree of resistance within industrial companies and thus need higher management attention compared to incremental innovations. Another example for “communication” is the higher need for transparency, when it comes to radical innovations in order to reduce the inherent uncertainty. The objective level of novelty, on the other hand, is difficult to determine, since external analysis data about competitors and markets are rare to acquire and mostly lack the necessary quality. Its continuous valuation nevertheless offers important indications regarding the differentiation potentials that an innovation can expect at its market launch. As a conclusion, both pieces of information lend support to the decision-making process and lead to the derivation of recommendations for action in the innovation process. First model validations in 24 industrial practice have shown proof, that innovation controlling as supporting layer for innovation management, as shown in figure 1, increases the quality of decision making and thus leads to a process of increased success. BIBLIOGRAPHY 1. Z a h n , E . ( 2 0 0 4 ) . 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Se puede apreciar una buena uniformidad y cociente señal a ruido sobre un campo de visión específico, lo cual muestra la viabilidad para generar imágenes de la mano con una mejor resolución. PALABRAS CLAVES Imagenología por resonancia magnética, mano, antena de volumen, alto campo. ABSTRACT A variant of the high frequency antena resonator coil is presented. While coil design, field homogeneity, and the image signal-to-noise ratio are similar to those of the popular birdcage coil, the cavity resonator has the advantage that it can be easily built following simple electromagnetic principles. A quadrature transceiver prototype of the cavity resonator coil was developed to operate at 170.3 MHz and used to collect spin-echo images of the wrist in a 4-Tesla MRI scanner. The images show good uniformity and signal-to-noise ratio over the whole field-of-view; thus this coil prototype demonstrates that high quality MR images of the wrist can be obtained at high magnetic fields with the cavity resonator coil, promising improved imaging resolution for the hand and wrist. KEY WORDS Magnetic resonance imaging, wrist, volume coil, high field. 26 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Antena transceptora de volumen para imagenología por resonancia magnética de mano / Sergio E. Solís Nájera, et al. INTRODUCCIÓN El uso de la imagenología por resonancia magnética (IRM) de la mano puede ofrecer retos tecnológicos importantes dado que se requiere de alta resolución especial para examinar su anatomía y patologías. La obtención de imágenes de la mano no es una tarea fácil debido a las estructuras relativamente pequeñas como las óseas, cartílagos y tejido suave.1 En la evaluación clínica de las patologías de la mano aparecen muchos casos difíciles que requieren de antenas de Radio Frecuencia (RF) con un desempeño alto, tanto en la uniformidad como en el cociente señal a ruido para conseguir la mejor evaluación.1-4 Kocharian y colaboradores compararon el desempeño de varias antenas de RF dedicadas específicamente a generar imágenes de la mano.4 La mayor parte del trabajo hecho con IRM de la mano se ha desarrollado principalmente con sistema clínicos de 1.5 Tesla y recientemente se han empleado sistemas de 3 Tesla. La razón para emplear sistemas de mayor intensidad de campo se tiene como base el hecho de que la señal se incrementa con la intensidad del campo magnético. En consecuencia se puede apreciar un incremento en la calidad de la imagen (aumento en el cociente señal a ruido) y una mejora en la resolución especial que permite apreciar estructuras más pequeñas. Las antenas de volumen, como es el caso de la antena del tipo jaula de pájaro, muestran una buena uniformidad de campo, con el inconveniente de generar un cociente señal a ruido menor que las antenas de superficie. Sin embargo, Kocharian ha mostrado que optimizando la antena jaula tipo de pájaro para el caso de la mano, es posible obtener una mejora en la calidad de la imagen, comparada con aquellas que se obtienen con otros arreglos de antenas para la misma aplicación.4 El objetivo principal de este trabajo fue emplear una variante de la antena del tipo resonador de cavidades para altas frecuencias con un desempeño similar al de la jaula tipo jaula de pájaro, desarrollada por nuestro grupo de investigación. El diseño original de esta antena y sus principios físicos para su construcción fue propuesto por Mansfield en 1990.5 Nuestro diseño de antena tiene la ventaja de que Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 puede ser construido con bastante precisión usando los principios teóricos6 y muestra un desempeño similar al de la antena jaula de pájaro. Esto resulta una ventaja importante, dado que el desarrollo de las antenas de radio frecuencia para IRM se ha venido haciendo por ensayo y error. ANTENAS DE RADIO FRECUENCIA Las antenas de (RF) forman parte del subsistema de radio frecuencia y son consideradas una parte integral de un sistema por resonancia magnética para imagenología médica. Su función principal consiste en aplicar pulsos de RF para crear campos magnéticos sobre ciertas regiones de interés en un paciente, con objeto de recibir una señal de RF que emana de él. Las antenas de RF tienen dos funciones importantes: excitar los espines de los núcleos dentro del cuerpo humano y la detección de la señal que resulta de ellos. Durante la excitación, la antena sirve como un transductor que convierte la potencia RF en un campo magnético transverso rotatorio, dentro del volumen del que se procederá a producir una imagen. Este modo de operación produce una alta eficiencia que corresponde a un campo magnético máximo en la muestra para una potencia mínima de radio frecuencia. Para el caso de la recepción, la antena convierte la magnetización nuclear de la precisión de lo espines en una señal eléctrica para su posterior procesamiento. En ocasiones, una sola antena puede realizar la tarea de transmisión y recepción, a éstas se les llama transceptoras. Las antenas de RF se diferencian de los gradientes de campo y el imán principal debido a que originan y detectan campos dependientes del tiempo. Ambos procesos generalmente emplean una antena que rodea al paciente y que se sintoniza con la frecuencia del sistema de resonancia. Con objeto de evitar el empleo de sistemas electrónicos complicados y costosos, la mayoría de los sistemas de RM usan dos tipos distintos de antenas: una para la transmisión y otra para la recepción. La electrónica se vuelve más compleja a medida que se utilizan sistemas con intensidades mayores a 0.5 Tesla. Para asegurarse de que las imágenes poseen calidad para el diagnóstico clínico, se debe elegir con todo cuidado la forma (geometría) y características 27 �Antena transceptora de volumen para imagenología por resonancia magnética de mano / Sergio E. Solís Nájera, et al. eléctricas que determinan la sensibilidad espacial de la antena. Existen dos propiedades importantes que las antenas de RF deben cumplir para obtener una buena calidad de imagen: poseer un buen cociente señal a ruido (CSR) y una buena uniformidad del campo en el volumen de interés. Las antenas de RF para IRM en general se pueden dividir en dos grandes grupos: antenas de superficie y volumen. Las antenas superficiales no envuelven la muestra de la que se desea generar una imagen: usualmente se colocan en la superficie del paciente. La buena calidad de señal recibida de éstas se ve limitada a la región superficial que tiene dimensiones similares al tamaño de la antena. A diferencia de las antenas de superficie, las antenas volumétricas pretenden envolver un volumen de interés para producir una imagen, este tipo de antenas tiene la ventaja de generar campos magnéticos de mayor uniformidad con un CSR más pequeño. Esta limitante se debe principalmente a la inductancia mutua de los elementos que conforman el arreglo de antena y la simetría espacial. La combinación de ambas antenas resulta ser el mejor arreglo para la transmisión y recepción de la señal de resonancia magnética. Este tipo de arreglos permiten una mejor optimización del proceso de recepción/tranmisión, que influye directamente en la calidad de la imagen que se obtiene. Las antenas superficiales fueron inicialmente utilizadas en espectroscopía por RM en vivo, donde la respuestas localizadas permiten la adquisición de espectros principalmente de un órgano o tejido en particular. Las imágenes generadas con antenas RF superficiales usualmente no son uniformes, las distribuciones de intensidad son irregulares. Los tejidos más cercanos a la antena generan pixeles (picture elements) con una mayor intensidad por lo que aparecen muy brillantes en la imagen, y a medida que se aleja de la superficie, la intensidad de los pixeles decrece rápidamente. A pesar de esta limitación, las imágenes pueden ser de gran calidad en tanto la región de interés se encuentre cerca de la antena. 28 MÉTODO Diseño y construcción de la antena Se construyó un prototipo de antena con 4 piernas cuyo ancho medía 2 cm y fueron hechas con lámina de cobre. Los anillos que se encuentran en los extremos se construyeron con 4 ranuras circulares y cuyo diámetro fue de 2 cm (figura 1). La separación de las piernas se tomó de las antenas optimizadas para la mano de los trabajos reportados por Cunningham3 y Solís, et. al.6 El tamaño de la antena fue calculado en función del tamaño de la ranura circular y la longitud de las piernas de la antena, como lo establecen los principios físicos desarrollados por Mansfield. Finalmente el diámetro fue de 10 cm y la longitud total de 12 cm. Fig. 1. Fotografía de una antena de cavidades resonantes para imagenología de la muñeca por IRM mostrando sus componentes electrónicos. Esta antena fue diseñada y optimizada para IRM de la mano. La figura 1 muestra una fotografía del prototipo de antena. El diseño fue sintonizado para operar a 170.29 MHz que corresponden a la frecuencia de un sistema de 4 Tesla para generar imágenes con protones, y operada bajo el esquema de cuadratura para reducir los requerimientos de potencia y mejorar el cociente señal a ruido. Para medir el desempeño de la antena, se calcularon los factores de calidad tanto con aire como con un fantoma llenado con solución salina (100 mM NaCl). Una medida del desempeño de la antena se puede obtener con el cociente de los factores de calidad. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Antena transceptora de volumen para imagenología por resonancia magnética de mano / Sergio E. Solís Nájera, et al. Adquisición de la imágenes Todas las imágenes fueron hechas con un sistema de 4 Tesla para cuerpo completo de Varian/Siemens MRI scanner (Varian, Inc, Palo Alto, CA), que opera con una consola marca INOVA, cuya frecuencia de resonancia para protones es de 170 MHz. Previo a la toma de imágenes de la mano sana, se obtuvieron imágenes in vitro en orientación axial con el diseño de antena propuesto y una secuencia de pulsos eco gradiente. Se emplearon los siguientes parámetros: TR/TE=900/20 ms, número de cortes=25, campo de visión=8x8, tamaño de matriz=256x256, espesor del corte=2 mm, NEX=1. Para obtener las imágenes de la mano de un voluntario sano, éste se colocó tendido boca abajo con su brazo extendido sobre su cabeza y su mano en el isocentro del imán y dentro de la antena de volumen. Después se generaron imágenes de la mano ponderadas a T1 y T2 usando secuencias de pulsos espín eco comúnmente empleadas en la práctica clínica. 7 Los parámetros de adquisición de las imágenes se resumen en la tabla I. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las dimensiones de la antena permiten el acomodo perfecto de la mano humana. Las dimensiones calculadas con esta teoría son muy similares a las reportadas para una antena jaula de pájaro de doce segmentos,5 pero en este diseño se utilizaron solo cuatro segmentos. Imágenes ponderadas en T1 de un fantoma fueron adquiridas con la antena de cavidades resonantes y se muestran en la figura 2. De las imágenes adquiridas se pueden apreciar una buena uniformidad de campo B1 y un buen CSR. Fig. 2. Imágenes transversales y fantoma adquiridas con (a) Antena de cavidades resonantes y (b) Antena jaula de pájaro utilizando una secuencia gradiente eco (TR/TE=900/20 ms, número de rebanadas= 25, FOV=8x8, tamaño de la matriz= 256x256, espesor de la rebanada=2 mm, NEX=1). Los perfiles de uniformidad de RF para la antena de cavidades resonantes y la antena jaula de pájaro fueron calculados a partir de las imágenes de fantomas, mostrando una gran similitud (figura 3). Fig. 3. Perfiles de uniformidad adquiridos de las imágenes transversales de fantoma utilizando la Antena de Cavidades Resonantes y la Antena Jaula de Pájaro. Tabla I. Parámetros de adquisición de las imágenes experimentales de la mano. Parámetros de adquisición/ Secuencia de pulsos TR/TE [ms] Campo de visión [mm] Tamaño de matriz Número de cortes Espesor de la rebanada [mm] NEX Espín eco (orientación transversal) T1: 800/13 T2: 3000/100 8x8 256x256 25 25 5 1 1 Hiper eco (orientación transversal) T1: 1000/20 14x14 256x256 41 2 1 Espín eco (orientación sagital) T1: 800/13 12x12 256x256 25 2 1 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 29 �Antena transceptora de volumen para imagenología por resonancia magnética de mano / Sergio E. Solís Nájera, et al. El perfil de uniformidad de la antena de cavidades resonantes muestra una pequeña mejora cerca de sus segmentos. Ambas antenas muestran un desempeño muy similar también. Debido a que la antena de cavidades resonantes tiene una desempeño parecido a la antena jaula de pájaro como se muestra en la figura 3, el número de aplicaciones en las que se puede utilizar la antena de cavidades resonantes será, como en el caso de la antena jaula de pájaro. Cuatro estudios in vivo fueron llevados a cabo con la antena de cavidades resonantes utilizando una secuencia espín eco y una secuencia hipereco (tabla I). La secuencia espín eco fue usada para probar su desempeño debido a que esta secuencia es comúnmente utilizada en sistemas clínicos de IRM (figuras 4-7). En las imágenes se puede apreciar el hueso, el músculo y el cartílago. Las imágenes de muñeca de la figuras 4-6 muestran una buena consistencia con los resultados reportados en (1). Adicionalmente de todas estas imágenes se puede decir que las antenas de volumen son una excelente opción para adquirir imágenes de la muñeca, debido principalmente a su buena uniformidad de campo y su alto CSR, todo esto combinado con su uso en sistemas de altos campos magnéticos de IRM. Estos resultados muestran una gran concordancia con los obtenidos con Antenas de Jaula de Pájaro de dimensiones pequeñas.5 Fig. 4. Imágenes transversales ponderadas en T1 de un voluntario sano utilizando una secuencia espín eco y la Antena de Cavidades Resonantes. Las imágenes muestran un buen CSR y una buena uniformidad de campo B1. Fig. 5. Imágenes ponderadas en T2 utilizando la secuencia espín eco y el mismo voluntario. 30 Fig. 6. Imágenes ponderadas en T2 de un voluntario sano obtenidas con una secuencia hipereco. Fig. 7. Imágenes sagitales ponderadas en T1 utilizando la secuencia espín eco y la Antena de Cavidades Resonantes. CONCLUSIÓN Esta experiencia con un sistema IRM de 4T y la antena de cavidades resonantes adicionando el uso de secuencias de pulso proporcionan un método prometedor para la adquisición de imágenes de muñeca con una alta resolución espacial. Aunque solo imágenes in vivo de un voluntario sano fueron adquiridas, éstas muestran muy buena calidad del tejido sano. La Antena de Cavidades Resonantes puede ser construida siguiendo sus principios físicos sencillos con resultados de buena calidad y compatible con secuencias estándares y altos campos. Esta experiencia muestra que imágenes de buena calidad in vivo pueden ser obtenidas con la Antena de Cavidades Resonantes en un sistema de IRM de 4T. Estos resultados muestran que la antena de cavidades resonantes puede ser además una alternativa para estudiar enfermedades de las extremidades con IRM de altos campos magnéticos. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Antena transceptora de volumen para imagenología por resonancia magnética de mano / Sergio E. Solís Nájera, et al. AGRADECIMIENTOS Sergio Solís desea agradecer al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México (CONACYT) su beca para estudios de doctorado, además de los proyectos: 53107 (APOY-COMP-2006), y al Laboratory Directed Research and Development del U.S. Department of Energy. Agradecemos también el apoyo otorgado por Inovammédica. 4. Saupe N, Prussmann KP, Luechinger R, Bosiger P, Marincek B, Weishaupt D, MR Imaging of the Wrist: Comparison between 1.5- and 3-T Imaging Preliminary Experience. Radiology. 2005; 234:256-264. REFERENCIAS 1. Teh J, Whiteley G. MRI of soft tissue masses of the hand and wrist. Br J Radiol. 2007; 80:47-63. 2. Yu SJ, Habib PA. Normal MR imaging anatomy of the wrist and hand. Radiol Clin Nor Ame. 2006; 44:569-581. 3. Cunningham PM. MR imaging of trauma: elbow and wrist. Semin Musculoskelet Radiol. 2006; 6. Solis S. E., Tomasi D, Rodríguez AO. Cavity resonator coil for high field magnetic resonance imaging. Proc 29th IEEE EMBS and SFGBM. 2007; 3884-3885. 10:284-292. 5. Kocharian A, Adkins MC, Amrami KK, McGee KP, Rouleau PA, Wenger DE, Ehman RL, Felmlee JP. Wrist: Improved MR Imaging with Optimized Transmit-Receive Coil Design. Radiology 2002; 223:870–876 7. Hennig J, Scheffler K. Hyperechoes. Magn. Reson. Med. 2001; 46:6-12. -The Mexican Materials Research Society (MRS-MEXICO) -The Materials Research Society (MRS) -The NACE International Section Mexico Announce the XVIII INTERNATIONAL MATERIALS RESEARCH CONGRESS 2009 16-21 August, Cancún, México Jointly with: • The International Conference on Perovskites-Properties and Potential Applications • 2º. Simposium Latinoamericano sobre Métodos Físicos y Químicos en Arqueología, • Arte y Conservación del Patrimonio Cultural LASMAC 2009 These meetings will provide an interactive forum discussing the advances in synthesis, characterization, properties, processing, applications, basic research trends, corrosion prevention, etc., all related to the area of materials science and engineering. The efforts of several societies, colleagues, sponsors and exhibitors will make an exciting multidisciplinaryforum providing a valuable opportunity for research scientists to learn first hand about new directions in materials research and technology, as well as to share and exchange ideas with some of the best experts in the field. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 31 �Técnica numérica para estimar parámetros de un modelo normal utilizado en hilados texturizados Gabriel Guillén Buendia ESIME-Azcapotzalco, Instituto Politécnico Nacional gguillen@ipn.mx Ana María Islas Cortés ESIT, Instituto Politécnico Nacional amislas@ipn.mx RESUMEN En este trabajo se presenta el ajuste del modelo normal en cuatro histogramas de frecuencias usando la técnica del punto conocido. Se utilizan como ejemplo el estudio, la influencia de las condiciones de torsión y fijación en las propiedades mecánicas de hilados de poliéster texturizados. Este ajuste permite obtener los parámetros del modelo normal a través de su transformación lineal a partir de un punto leído a voluntad sobre la curva no lineal. El grado de ajuste alcanzado depende de dicho punto. También se usa el algoritmo de Guggenheim y el método Marquardt para verificar los resultados obtenidos mediante la técnica descrita. Los datos corresponden a 250 valores de propiedades mecánicas de los hilados de poliéster de uso común en la industria textil. PALABRAS CLAVE Modelo normal, transformación lineal, técnica del punto conocido, hilados texturizados. ABSTRACT The study of influence of torsion and setting conditions on the mechanical properties of textured polyester yarn is presented as an example. The adjustment of the normal model is presented in four histograms of frequencies using the technique of the known point. This adjustement allows obtaining the parameters of the normal model through its linear transformation obtained from a point read at will on the not linear curve. The degree of reached adjustment depends on this point. The algorithm of Guggenheim and method Marquardt were also used to verify the results achieved by the described technique. The data correspond to 250 values of mechanicals properties of polyester yarns of common use in the textile industry researched. KEYWORDS Normal model, linear transformation, techniques of the known point, textured yarns. 32 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Técnica numérica para estimar parámetros de un modelo normal... / Gabriel Guillén Buendia, et al. INTRODUCCIÓN En ingeniería y ciencias se abordan frecuentemente los problemas usando modelos de regresión no lineal. Cuando se utiliza el método de mínimos cuadrados en esos modelos, la solución de las ecuaciones normales tiene cierta dificultad por ser no lineales. El método usado consiste en minimizar en forma directa la suma de cuadrados de residuales mediante un procedimiento iterativo. 1 En determinadas circunstancias es útil considerar una transformación de linealidad de la función no lineal para calcular sus constantes. En otros casos, la exploración visual de distintos datos asociados a fenómenos naturales y/o procesos industriales puede sugerir una distribución unimodal de moda centrada, como la que aparece en la figura 1. fm.- es la frecuencia en el máximo de la distribución de peso estadístico de muestra, que se manifiesta para una observación de tamaño “xm” (moda estadística). k.- es la constante de esbeltez de la distribución de peso estadístico de muestra. Su modelo de frecuencias acumulativas es determinable por integración, conduciendo al modelo matemático siguiente: fC∞ ⎡1 + tg hk (x − xm)⎤ fC = ⎣ ⎦ 2 (2) De dicho modelo es calculable el tamaño de un individuo “x” como se señala en seguida: ⎡ 2 fC arctg h ⎢ ⎣ fC∞ 1 k x = xm + (3) Otra opción, y la más generalizada, es suponer la normalidad de los datos observados, aunque es recomendable contrastar esa hipotésis. La expresión matemática del modelo normal es: ⎛ − 1 ⎜ = Aexp 2 ⎝ La curva envolvente sobre la distribución anterior, puede obedecer a diversas ecuaciones matemáticas, una de ellas, por ejemplo, es la expresión del cuadrado de secante hiperbólica2 f = fm sec h2 k (x − xm ) (1) Donde: f.- es la frecuencia dimensional correspondiente a la observación del tamaño. ∂S ∂μ ∂S ∂σ n ⎡ − = ∑ ⎢ Aexp i=1 ⎢ ⎣ n ⎡ − = ∑ ⎢ Aexp i=1 ⎢ ⎣ n ⎡ − = ∑ ⎢ Aexp i=1 ⎢ ⎣ 2 ⎤⎡ − x − f ⎥ ⎢ exp 2σ2 ⎦⎥ ⎣ 2 2 ⎞ ⎤⎡ − x ⎟⎠ − f ⎥ ⎢exp 2σ2 ⎥⎦ ⎣ 2 ⎞ ⎤ ⎡ Aexp − ⎠⎟ − f ⎥⎢ ⎥⎦ ⎢⎢ ⎣ 1 2 ⎛ ⎝⎜ x −μ ⎞ σ ⎠⎟ 1 2 ⎛ ⎜⎝ x −μ σ 1 2 ⎛ ⎝⎜ x −μ σ 2 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 x −μ ⎞ σ ⎟⎠ 2 f (4) Los parámetros del modelo (4) son determinables utilizando la técnica de mínimos cuadrados, entonces: 2 2 ⎛ x −μ ⎞ ⎡ ⎤ − 1 ⎜ ⎟ S = ∑ ⎢ Aexp 2 ⎝ σ ⎠ − f ⎥ ⎢⎣ ⎥⎦ (5) Resolviendo las ecuaciones normales ∂S ∂A=∂S ∂μ=∂S ∂σ= 0 , se obtiene un sistema de tres ecuaciones no lineales con tres incógnitas, señaladas en la ecuación (6). Este sistema de ecuaciones se resuelve por un método iterativo ya que no es posible simplificarlo más. El objetivo de este trabajo es utilizar la transformación lineal del modelo normal demostrando que es una posibilidad que conduce a resultados satisfactorios. Fig. 1. Distribución unimodal de moda centrada. ∂S ∂A ⎤ − 1⎥ ⎦ + μx σ2 − μ2 2 σ2 + μx σ2 − μ2 2 σ2 x2 2 σ2 + μx σ2 ⎤ ⎥ = f1 = 0 ⎦ ⎛ ⎝ − σ3 μ2 2 σ2 Aμ ⎞ ⎤ = f =0 σ2 ⎠ ⎥⎦ 2 ⎤ (x2 − 2μ x +μ2) ⎥ = f = 0 ⎥ 3 ⎥⎦ Ax σ2 − (6) 33 �Técnica numérica para estimar parámetros de un modelo normal... / Gabriel Guillén Buendia, et al. La transformación lineal del modelo normal El ajuste de modelos no lineales a través de su transformación lineal es un asunto constantemente abordado, que, para fines didácticos resulta atractivo, porque el estudiante dedica mayor tiempo a la comprensión del fenómeno en estudio, lo que no sucede en el método numérico. Aún está vigente el algoritmo de Guggenheim,3 publicado originalmente en 1926, y por esa razón se utiliza en este trabajo. A continuación se expone brevemente una aplicación del comportamiento viscoelástico de fibras textiles sujetas a tensión como una prueba más de su vigencia en la ingeniería. James C. Maxwell estableció los fundamentos matemáticos de la viscoelasticidad proponiendo el modelo que lleva su nombre, donde consideró dos elementos ideales; el primero explica la recuperación elástica de los cuerpos sometidos a tracción representado por un muelle; el segundo, la variación de las dimensiones que se producen en el material a lo largo del tiempo, durante la aplicación del esfuerzo o bien después de cesar el mismo, el cual está relacionado con las tensiones internas acumuladas en el material que se liberan gradualmente y se representa por un émbolo. Uno de los modelos más recientes es el modelo de Vangheluwe4 que está construido por un elemento de Maxwell colocado en paralelo con un muelle no lineal de módulo “C”. Su expresión matemática que relaciona la carga “σ” y el alargamiento “ε“es: σ = A(1− e−B ε)+ C ε2 (7) Donde: A, B y C, son parámetros que tienen relación con las propiedades mecánicas y tintóreas de los materiales. Los métodos usados para determinar éstas constantes son el método gráfico,4 los mínimos cuadrados5 y el método del hiperplano.5 El primero de ellos fue propuesto en la década de los 90 por Vangheluwe, y los parámetros obtenidos son optimizados por el método iterativo Marquardt.6 Cuando no se dispone de un software estadístico para realizar la optimización, suelen usarse las hojas de cálculo para aplicar los mínimos cuadrados, que en este caso se escriben: 34 2 n S = ∑[( A(1−e−Bε )+C ε2 −σ )] i=1 (8) Cuando se ajusta el modelo de Vangheluwe a las curvas carga-deformación de materiales que contienen materiales elásticos, la fluencia en dichas curvas no permite determinar correctamente las constantes numéricas del modelo, y al optimizarlas por el método Marquardt conducen a resultados poco consistentes. Por ello también fue probado el método del hiperplano que es una modificación del algoritmo de Guggenheim, y al aplicarlo al modelo de Vangheluwe condujo a la expresión: σ´ = σ e−Bτ + ε2 C (1−e−Bτ)+ ε 2C τ + [A(1−e−Bτ)+ C τ2] (9) Es posible tratar a la ecuación (9) como una función lineal en tres dimensiones, pero resulta cómodo hacerlo con un hiperplano de cuatro dimensiones, considerando a “ε 2” como una variable independiente, donde aplicando métodos de regresión lineal múltiple se obtienen los valores numéricos para: β1 = e−Bτ ,β2 =C (1−e−Bτ),β3 = 2Cτ,β0 = A(1−e−Bτ)+Cτ2 (10) El algoritmo de Guggenheim se aplica en otros casos, por ejemplo, en determinar las constantes de evolución en la cinética del ensayo de sorción de iodo en fibras de poliéster. El algoritmo de Guggenheim Éste indica que tomando valores sobre la curva igualmente espaciados en las abscisas, se pueden establecer dos subconjuntos de n/2 puntos cada uno (x, f) y (x´, f´). Donde los (x, f) son los primeros n/2 puntos de la curva y (x´, f´) son los siguientes n/2 puntos de la misma. Evidentemente, la diferencia es constante “τ” y se denomina constante de desplazamiento de Guggenheim, cuyas expresiones esenciales pueden verse a continuación: x →f (11) x +τ → f´ (12) Aplicando las expresiones (11) y (12) al modelo normal (4), se tiene: f ⎛ − 1 ⎜ = Aexp 2 ⎝ f´ = Aexp ⎛ − 1 ⎜ 2 ⎝ x−μ ⎞ σ ⎠⎟ 2 x+τ−μ ⎞ ⎟⎠ σ (13) 2 (14) Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Técnica numérica para estimar parámetros de un modelo normal... / Gabriel Guillén Buendia, et al. Dividiendo miembro a miembro la ecuación (14) entre la ecuación (13), y simplificando, se llega a la transformación lineal del modelo normal, que se expresa: (15) Ln ( f´ f )= − τ2 x + τ 2 (2μ−τ) σ 2σ De esta ecuación resulta que graficando los datos de la columna “x” contra la columna de transformación Ln (f´/f) resulta una recta, de la cual se pueden calcular la “media aritmética” (μ) y la “varianza” (σ2) , como se señala a continuación: m =−τ σ2 ; b=τ(2μ−τ) (2σ2) (16) En tanto que el parámetro “A” se despeja de la ecuación (4) y se calcula la media de dicho parámetro usando las coordenadas de todos los puntos experimentales. La técnica del punto conocido Esta técnica, que no aparece en textos de estadística aplicada, y su aplicación al modelo normal permite determinar sus constantes a través de la transformación lineal, usando un punto leído a voluntad sobre la curva envolvente a ajustar. Cabe señalar que la bondad de ajuste depende de éste, sin embargo en todos ellos se obtienen estimadores parecidos a los obtenidos con el algoritmo precedente. La técnica del punto conocido señala que se aproxima por inspección una campana al histograma unimodal de moda centrada y sobre ella se “lee a voluntad” un punto al que se denomina “punto conocido” Pk (xk, yk), que cumple la expresión siguiente por situarse en algún punto del modelo normal: fk xk −μ ⎞ ⎟⎠ σ ⎛ − 1 ⎜ = Aexp 2 ⎝ 2 (17) Dividiendo miembro a miembro la ecuación (2) entre la ecuación (11), y aplicando logaritmos neperianos resulta: ⎛ ⎝ Ln⎜ f fk ⎞ ⎟⎠ =− 1 2 ⎛ ⎝ x−μ σ 2 ⎞ + ⎠ 1 2 xk −μ σ ⎛ ⎜⎝ 2 ⎞ ⎟⎠ (18) Desarrollando algebraicamente la expresión anterior, se llega a la ecuación (19) que es la forma lineal del modelo normal usando la técnica del punto conocido: ( Ln f fk ) (x − x )=− k 1 2σ2 x+ 1 2σ2 (2μ − x ) Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 k (19) De esta ecuación resulta que graficando los datos de la columna “x” contra los datos de la columna de transformación “Ln (f/fk)/(x-xk)” se tiene una recta, que es más acentuada mientras más se ajusta el histograma unimodal al modelo normal. Calculando los parámetros de la recta es también posible estimar la “varianza” (σ2) y la “media aritmética” (μ), como: m =−1 ( 2σ2 ); b =(2μ− xk ) ( 2σ2 ) (20) El parámetro “A” del modelo normal se despeja de (4) y se calcula la media del parámetro usando las coordenadas de todos los datos experimentales. En este trabajo se usaron datos experimentales correspondientes a las propiedades mecánicas de hilados texturizados de poliéster, que serán definidos a continuación. Los cuales fueron ajustados al modelo normal usando los métodos arriba señalados. La normalidad de las propiedades mecánicas de los hilados texturizados La vestimenta del hombre ha sufrido numerosas transformaciones debidas al descubrimiento de nuevos materiales, o nuevas técnicas de fabricación, e indudablemente, a las tendencias de la moda en general. Poseer el máximo de información sobre los materiales que usamos es importante para conocer la respuesta que estos tendrán ante determinadas condiciones, por ello resulta necesario evaluar la estructura y sus parámetros a través de una serie de métodos de ensayo, que sean totalmente objetivos y reproducibles. Las fibras de origen natural siempre han estado al alcance del hombre, aunque recientemente su consumo se ha reducido, incrementando por otra parte, el consumo de fibras sintéticas. Los hilados texturizados7 aparecieron en los años 50, y se entiende que son aquéllos multifilamentos sintéticos cuyo aspecto liso y uniforme se modifica geométricamente para cambiar sus características básicas, mediante la aplicación de torsión y calor para fijar el rizo, y conferirles carácter, volumen, extensión y tacto más agradable, que los haga parecidos a los hilados elaborados con fibras naturales, pero aportando las ventajas propias de las fibras sintéticas (figura 2). Las fibras de poliéster ocupan más del 30% del consumo de la producción de textiles en el mundo, sólo debajo del algodón. 35 �Técnica numérica para estimar parámetros de un modelo normal... / Gabriel Guillén Buendia, et al. Fig. 2. Aspecto general de un hilado texturizado. En la figura 3 se muestra el principio del proceso de texturizado; en la parte superior el hilado se tuerce en el falso torcedor, despues un termofijado y relajado mientras se encuentra en la condición de torcido y finalmente se destuerce completamente en la parte inferior al ir dejando el falso torcedor. Fig. 4. a) Fotografía de la tobera de hilar, b) Fotografía de los cilindros estirados para filamentos sintéticos. Fig. 3. El principio del proceso de texturizado (torcer, fijar torsión y destorcer). Los multiflamentos sintéticos que se alimentan en el proceso de texturizado están parcialmente orientados, poseen una fase cristalina y otra amorfa, y su procesamiento inicia cuando el material fundido es extruído a través de las toberas (figura 4a) y es arrollado en pares de cilindros con diferencia de velocidades periféricas (figura 4b) y calentados a 36 una temperatura superior a la de transición vítrea, la orientación del hilado está en función del número de éstos últimos pares presentes en el proceso. En este estudio los multifilamentos son de poliéster. El poliéster se define como un compuesto de macromoléculas lineales cuya cadena contiene al menos un 85% en peso de un éster de diol y de ácido tereftálico, y está formado por una unidad repetida de aproximadamente 10.75-10.90 Å, tiene una masa molar de 15-20 kg/mol y un grado de polimerización 85-130. El poliéster cristaliza en un sistema triclínico. La densidad de las regiones amorfas en el poliéster parcialmente cristalino es de 1.335 g/cm3, mientras que la densidad usual de los hilados de este material es de 1.39-1.4 g/cm3, entonces la proporción en peso de las regiones cristalinas en el hilado ordinario es de 48-50%. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Técnica numérica para estimar parámetros de un modelo normal... / Gabriel Guillén Buendia, et al. La modificación de las propiedades del poliéster depende del historial térmico y de las tensiones a que se sometan los hilados. En la práctica, las variaciones en la microestructura y la orientación de los hilados de poliéster se manifiestan en las propiedades mecánicas del mismo, cuando se somete al ensayo de tracción en condiciones técnicas y atmosféricas establecidas en el método de ensayo. El resultado son las curvas tensión-deformación como la ilustrada en la figura 5. En su parte inicial el esfuerzo es proporcional a la deformación (límite elástico). Enseguida la tensión de fluencia, que es donde ocurre el deslizamiento del material debido a la ruptura de una gran cantidad de enlaces secundarios que permite que la red estructural se extienda fácilmente. Cuando la deformación llega al límite, y no se pueden producir más deslizamientos entre cadenas, se alcanza la zona de refuerzo. En esa región el alargamiento del material aumenta continuamente y casi se mantiene hasta el punto de rotura. Fig. 5. Diagrama de la esfuerzo-deformación de las fibras sintéticas. Las propiedades mecánicas en el punto de rotura, como el alargamiento, la resistencia, la resistencia específica y el trabajo, para el caso de materiales sintéticos tienen una regularidad en sus valores. Puede decirse que al graficar un número importante de resultados del ensayo de tracción de estos hilados se obtienen histogramas unimodales de moda centrada. EXPERIMENTACIÓN Se utilizaron multifilamentos texturizados de poliéster de calibre comercial de 16.7 tex (un tex es la masa en gramos de 1000 metros de hilado, se usa esta relación debido a que los hilados son fácilmente deformables en su diámetro). El proceso de texturizado de los hilados de poliéster fue realizado en una máquina de doble torsión de la marca RPR y las condiciones técnicas fueron 600 vueltas/metro (v/m) y una temperatura de fijado de 100°C. Los hilados alimentados en la máquina texturizadora fueron previamente estirados en una máquina Barman a 1.8 de relación de estirado. Los hilados obtenidos fueron ensayados a la tracción usando un dinamómetro universal Statimat M de Textechno, de acuerdo a norma técnica ASTM.8 Los resultados de las propiedades mecánicas se grafican en la figura 6, donde aparecen los histogramas del alargamiento (%), resistencia (cN), resistencia específica (cN/tex) y trabajo (cN.cm), todos ellos a la rotura de los hilados en estudio. En la tabla I se indican las marcas de clase y frecuencias de los histogramas señalados, que corresponden a las propiedades mecánicas de los hilados en estudio. Fig. 6. Histogramas de frecuencia de los datos de alargamiento (%), resistencia (cN), resistencia específica (cN/tex) y trabajo (cN.cm), todos ellos a la rotura de los hilados texturizados de poliéster. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 37 �Técnica numérica para estimar parámetros de un modelo normal... / Gabriel Guillén Buendia, et al. Tabla I. Datos experimentales del ensayo de tracción de los hilados texturizados de poliéster. Resultados del ensayo de tracción de hilados texturizados de poliéster (16.7 tex) Alargamiento A (%) Frecuencia (No.) Resistencia R (cN) Resistencia específica Frecuencia (No). σ (cN/tex) Frecuencia (No). Trabajo W (cN.cm) Frecuencia (No). 25.281 5 352.188 5 29.2 2 2546.875 10 25.844 18 356.563 26 29.6 10 2640.625 30 26.406 43 360.938 52 30.0 57 2734.375 25 26.969 49 365.313 65 30.4 51 2828.125 60 27.531 57 369.688 46 30.8 63 2921.875 63 28.094 50 374.063 37 31.2 46 3015.625 28 28.656 26 378.438 16 31.6 18 3109.375 26 29.219 2 382.813 3 32.0 3 3203.125 8 RESULTADOS Para determinar si los datos experimentales descritos anteriormente siguen una distribución normal, se construyó la gráfica probabilística para cada una de las propiedades mecánicas. Los gráficos de la figura 7 señalan tendencia lineal en todos los casos, con ello se confirma la normalidad de las propiedades mecánicas de los hilados texturizados en estudio. Ajuste del modelo normal usando el algoritmo de Guggenheim Usando ahora el histograma de alargamiento del hilado texturizado (figura 6), se procede a ajustar el modelo normal a través del algoritmo de Guggenheim, para ello se construye el arreglo rectangular del mismo nombre (tabla II), en donde “τ” de 2.25 es la constante de desplazamiento. Tabla II. Arreglo rectangular de Guggenheim. Alargamiento Alargamiento (%) x (%) x´ Frec. f Frec. f τ 25.281 27.531 5 57 2.25 25.844 28.094 18 50 2.25 26.406 28.656 43 26 2.25 26.969 29.219 49 2 2.25 Según indica la expresión (15) obtenida del algoritmo de Guggenheim, relacionando los datos experimentales de las columnas “x” contra los datos de la columna transformación Ln (f´/f) contenidos en la tabla II, se llega a la forma lineal del modelo normal, donde los parámetros de la recta son: m=−3.27443797,b=85.483064,r =−0.98651145 (21) En la figura 8 se ilustra la forma lineal del modelo normal obtenido a través del algoritmo de Guggenheim. Fig. 7. Gráficos probabilísticos realizados sobre los datos de las propiedades mecánicas de los hilados texturizados en estudio. 38 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Técnica numérica para estimar parámetros de un modelo normal... / Gabriel Guillén Buendia, et al. Fig. 8. Transformación lineal del modelo normal usando el algoritmo de Guggenheim. Fig. 9. Transformación lineal del modelo normal usando la técnica del punto conocido. Sustituyendo los valores (21) en las expresiones (16) y calculando el promedio del parámetro “A” se llega al modelo numérico-funcional siguiente: En la tabla III aparece la transformación lineal del modelo normal usando diversos puntos escogidos a voluntad, sobre el histograma de alargamiento a la rotura de la figura 6. f =71.3553251*exp − 1 ⎛ 2 ⎜⎝ x−27.2311791 ⎞ 0.82893958 ⎟⎠ 2 (22) Ajuste del modelo normal usando la técnica del punto conocido Usando el histograma de frecuencias anterior, se escoge un punto a voluntad, éste es llamado punto conocido: Pk(25.6, 10) De acuerdo a la expresión (19) al relacionar los datos de la columna “x” contra la columna de transformación “Ln (f/fk)/(x-xk)” de la tabla I, se obtiene la forma lineal del modelo normal; aplicando regresión simple a ambas columnas, conduce a la pendiente de la recta, la intersección al origen y al coeficiente de correlación siguientes: m=−0.68901168,b=19.8964441,r =−0.9762120 (23) En la figura 9 se grafica la forma lineal del modelo normal a través de la técnica del punto conocido. Sustituyendo los valores (23) en las expresiones (20), y calculando la media del parámetro “A” para todos los puntos experimentales, se llega a la expresión numérico-funcional siguiente: f =67.0670861*exp − 1 ⎛ 2 ⎜⎝ x−27.238394 ⎞ 0.85186684 ⎟⎠ Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 2 (24) Tabla. III. Parámetros de la transformación lineal en relación al punto conocido. Parámetros de la transformación lineal Punto conocido m b r P1 (25.6, 10) -0.68901168 19.8964441 -0.97621200 P2 (26.1, 28) -0.69633293 19.6985405 -0.98481027 P3 (26.5, 44) -0.61268253 17.0169817 -0.93171892 P4 (27.1, 52) -0.57999802 15.9362485 -0.93415762 P5 (27.8, 54) -0.66753517 17.9587553 -0.91640908 P6 (28.3, 40) -0.82028736 21.7040347 -0.91363279 Los parámetros de la recta, es decir la pendiente y la intersección al eje contenidos en la tabla anterior, permiten calcular estimadores para los parámetros del modelo normal y su correspondiente coeficiente de determinación del modelo no lineal, como se señala en la tabla IV: 39 �Técnica numérica para estimar parámetros de un modelo normal... / Gabriel Guillén Buendia, et al. Tabla. IV. Parámetros del modelo normal en relación al punto conocido. Parámetros del normal Tabla. V. Optimización del modelo normal a través del método Marquardt. Parámetros del normal Punto conocido Punto A μ σ R2(%) P1 (25.6, 10) 67.0670861 27.2383940 0.85186684 89.2077639 P2 (26.1, 28) P1 59.16320 27.35480 0.985904 94.92840 (25.6, 10) 68.0564887 27.1944844 0.84737673 86.7756114 P3 (26.5, 44) 60.8176157 27.1372752 0.90337331 84.3432466 P2 (26.1, 28) P4 (27.1, 52) 57.2222048 27.2881500 0.92847685 90.9818799 P5 (27.8, 54) 66.7016193 27.2881500 0.86546184 92.2871596 P6 (28.3, 40) 90.5950377 27.3795313 0.78073202 75.4719482 La mayor bondad de ajuste del modelo normal se alcanza con el punto P 5 con un coeficiente de determinación del modelo normal del 92.620597%. Ajuste del modelo normal usando el método Marquardt Los estimadores del modelo normal contenidos en la tabla IV se obtuvieron por la técnica del punto conocido, éstos fueron optimizados por el método Marquardt llegando a los valores de la tabla V. A μ 59.1790 σ R2(%) 27.35470 0.985852 94.92830 P3 59.17040 27.35490 0.983880 92.92840 (26.5, 44) P4 59.15860 27.35520 0.986389 94.92840 (27.1, 52) P5 59.18850 27.35470 0.985390 94.92830 (27.8, 54) P6 59.18390 27.35470 0.985584 94.92830 (28.3, 40) Los resultados obtenidos al ajustar el modelo normal con las tres técnicas numéricas se resumen en las tablas VI y VII. Tabla. VI. Valores numéricos del modelo normal usando diversas técnicas de ajuste numérico. Modelo normal Método A μ σ R2(%) Guggenheim 71.35533 27.23118 0.828939 86.80643 Punto conocido* 66.70162 27.28815 0.865462 92.28716 Marquardt 59.16320 27.35480 0.985904 94.92840 Tabla. VII. Ajuste del modelo normal usando la técnica del punto conocido y método Marquardt. Modelo normal Propiedad Técnica usada Alargamiento (%) Pk(26.8, 48) Resistencia (cN) Pk (360, 45) Resistencia específica (cN/ tex) Pk(30.3, 50) Trabajo (cN.cm) Pk (2800, 50) Marquardt 40 Valores numéricos de los parámetros σ R2(%) A μ Guggenheim 71.35533 27.23118 0.828939 86.806434 Punto conocido 66.70162 27.28815 0.8654620 92.287160 Marquardt 59.17360 27.35450 0.985521 94.928200 Guggenheim 67.19573 366.4439 6.630232 94.220434 Punto conocido 73.25519 366.2167 6.426366 92.332733 Marquardt 62.15830 365.9130 7.185990 96.179900 Guggenheim 74.14017 30.64599 0.545236 85.988586 Punto conocido 59.60628 30.58253 0.603040 80.784811 Marquardt 64.83650 30.60590 0.638729 89.590500 Guggenheim 55.16861 2870.825 175.1637 73.740613 Punto conocido 65.26364 2901.523 163.5170 74.286635 57.27250 2874.950 163.9150 80.659100 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Técnica numérica para estimar parámetros de un modelo normal... / Gabriel Guillén Buendia, et al. CONCLUSIONES Las técnicas de transformación lineal para resolver modelos no lineales han sido tratadas ampliamente. En este trabajo se probaron el algoritmo de Guggenheim y la técnica del punto conocido, aplicados a un modelo normal. El algoritmo de Guggenheim es antiguo, pero continúa vigente por su versatilidad en modelos no lineales. En cuanto a la técnica del punto conocido, aparentemente no hay referencia de ella para esta aplicación en los libros de estadística. En este trabajo se usaron datos experimentales, de hilados texturizados de poliéster, para probar la técnica, los cuales se presentaron como: histogramas del alargamiento (%), resistencia (cN), resistencia específica (cN/tex) y trabajo a la rotura (cN.cm). Se demostró que la transformación lineal del modelo normal leyendo un punto a voluntad sobre el histograma unimodal de moda centrada en análisis da una bondad de ajuste que depende de la elección de dicho punto. Los resultados de esta técnica, optimizados y ajustados por el método iterativo Marquardt, resultan comparables con el algoritmo de Guggenheim, y satisfactorios. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 REFERENCIAS 1. Montgomery, D. C., Peck, E. A., & Vining, G. G.; (2002), Introducción al análisis de regresión lineal, Primera edición, Ed. CECSA, México, 373-379. 2. Guillén, G., Islas A. M.; (2005), El modelo de campana de Phillips como función densidad de muestra en ingeniería textil, Revista de la Industria Textil, No. 424, 78-82. España. 3. Guggenheim, E. S., (1926), Phil. Mag., 1, 538. 4. Vangheluwe, L., (1992), Study of the Time Dependent Mechanical Properties of Yarns for Weaving, Doctoral Thesis, University of Ghent, Belgium. 5. 21° IFATCC Congreso Internacional (2008), Aplicación de diversas técnicas de ajuste numérico al estudio de la viscoelasticidad de hilados textiles, AEQCT, Barcelona España. 6. A Manugistics Products; (2000), Statgraphics Plus, Statgraphics Co. 7. Hearle, J.W.S, Hollick, L. & Wilson, D. K.; (2000), Yarn Texturing Technology, The Textile Institute, 1-8. England. 8. ASTM Standard; (1992), D:2256-90, Annual Books of ASTM Standars, Section 7 (textiles), Volumen 07.01,596. 41 �Síntesis de óxido de manganeso nanoestructurado para capacitores electroquímicos Raúl Lucio Porto, Luis Carlos Torres González Facultad de Ciencias Químicas- UANL rlucio@fcq.uanl.mx, ltorres@fcq.uanl.mx RESUMEN Se obtuvo un óxido de manganeso mediante la síntesis dirigida por micelas y se evaluó su comportamiento pseudocapacitivo. Las partículas tienen un diámetro menor a 100 nm y un área específica de 190 m2/g. Mediante el análisis de FTIR y DRX se determina la estructura cristalina de KMnO2. La capacitancia específica del material es 140 F/g determinado por voltamperometría cíclica. El material soporta una velocidad de barrido de 10mV/s sin pérdida del comportamiento pseudocapacitivo. Al término de 200 ciclos de carga y descarga el material sólo pierde un 6% de la capacitancia inicial. PALABRAS CLAVE Capacitor electroquímico, pseudocapacitancia, micelas, óxido de manganeso. ABSTRACT Manganese oxide was synthesized by the micelle method. The pseudocapacitive behavior of the material was evaluated. Particles have a diameter lower than 100 nm and a specific surface of 190 m2/g. FTIR and XRD support that the structure of the compound is crystalline KMnO2. A specific capacitance of 140 F/g was measured by cyclic voltammetry. A pseudocapacitive behavior remains at scan rate of 10mV/s. Cycles of charge-discharge show a 6% of capacitance loss. KEYWORDS Electrochemical capacitor, pseudocapacitance, micelles, manganese oxide. INTRODUCCIÓN Las innovaciones tecnológicas de hoy en día demandan sistemas de almacenamiento de energía con una mayor eficiencia y un menor impacto al medio ambiente. Una de las alternativas contempladas entre las nuevas formas de almacenar y utilizar la energía son los sistemas electroquímicos.1 Las baterías, celdas de combustible y los capacitores electroquímicos (también llamados supercapacitores o ultracapacitores) forman parte de las alternativas que se evalúan actualmente. Un capacitor electroquímico (CE) es un dispositivo de almacenamiento de energía y carga eléctrica, que consta de dos electrodos que se sumergen en un electrolito y un separador entre los dos electrodos.2 Los electrodos pueden ser 42 Artículo basado en la Tesis “Desarrollo de materiales structurados a partir de micelas con uso potencial como electrodos en capacitores electroquímicos” de Raúl Lucio Porto, con la asesoría del Dr. Luis Carlos Torres González, la cual obtuvo el Premio a la Mejor Tesis de Maestría UANL defendida en el 2007, en la categoría de Ciencias Naturales y Exactas, el cual fue entregado en Noviembre de 2008. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Síntesis de óxido de manganeso nanoestructurado para capacitores electroquímicos / Raúl Lucio Porto, et al. fabricados con materiales que presentan una gran área superficial y una porosidad uniforme con diámetros de poro del orden de 2-50 nanómetros (mesoporos).3 Carbono mesoporoso, nanotubos de carbono, óxidos de metales de transición y polímeros conductores son los materiales que comúnmente conforman los electrodos de un CE. Los electrolitos utilizados pueden ser acuosos y no acuosos.3 Los CEs almacenan hasta 200 veces más carga y energía que un capacitor convencional.4 Los CEs presentan una energía y potencia específica intermedias entre los capacitores dieléctricos (convencionales) y las baterías. Es decir, almacenan más energía que un capacitor convencional, pero la liberan más lentamente. En cambio almacenan menos energía que una batería pero la liberan más rápidamente.1 Se espera que junto con las baterías y celdas de combustibles los CEs puedan formar sistemas híbridos que satisfagan las necesidades energéticas de manera sustentable. Los capacitores electroquímicos se pueden clasificar en dos categorías según el mecanismo que presentan para almacenar la carga. 3,5 Los capacitores electroquímicos con doble capa eléctrica y los capacitores electroquímicos con pseudocapacitancia. En un capacitor electroquímico de doble capa eléctrica, la carga queda almacenada por un mecanismo electroestático. Al aplicar una diferencia de potencial al CE, uno de sus electrodos se carga positivamente y el otro negativamente. Esto provoca una difusión de los iones desde el seno de la solución hacia la superficie del electrodo. En la interfase electrodo-electrolito se forma la doble capa eléctrica, donde los iones del electrolito son atraídos por las cargas opuestas de los electrodos. En este proceso no hay una transferencia de electrones en la interfase electrodo-electrolito, por lo tanto no hay transformaciones químicas, no es un proceso faradaico.6 La formación de la doble capa eléctrica implica solamente un reordenamiento de los iones del electrolito, un proceso que ocurre en un tiempo cercano a los 10-8s y que es mucho más rápido que muchas reacciones redox (10 -2-10 -4s). 1 Lo anterior, confiere a los CEs de doble capa eléctrica, propiedades como: una rápida respuesta a los cambios de potencial, lo que se traduce en una mayor velocidad de carga y descarga y, al ser un mecanismo Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 Los capacitores electroquímicos pueden almacenar más energía que un capacitor convencional en un espacio menor. ausente de reacciones químicas no hay degradación de los materiales (idealmente, ya que siempre hay presencia, aunque mínima, de reacciones redox), con lo cual se aumenta el número de ciclos cargadescarga (su tiempo de vida). Los capacitores electroquímicos con pseudocapacitancia, también llamados pseudocapacitores o capacitores redox,5 almacenan la carga en la superficie del electrodo mediante un proceso de transferencia de electrones en la interfase electrodo-electrolito, que puede provocar cambios en los estados de oxidación tanto del electrolito como del electrodo, pero sin llegar a una transformación completa de los materiales como sucede en una batería. La pseudocapacitancia es un proceso faradaico, que en principio depende del área superficial del electrodo. El mecanismo propuesto7,8 involucra la adsorción de iones en la superficie del electrodo. La ecuación general del proceso se describe a continuación. K 1 ⎯⎯ → M −C + C + + M + e− ←⎯⎯ K (1) 2 Donde C+ = Catión adsorbido M = superficie del material activo (MnO2) La adsorción requiere que la energía libre de Gibbs de adsorción sea menor a cualquier otra energía libre correspondiente a otro proceso, por ejemplo la formación de hidrógeno (cuando el catión es H+), la energía de hidratación o la energía de un proceso redox, etc. El sistema se debe encontrar en equilibrio termodinámico para obtener un comportamiento pseudocapacitivo ideal. Esto implica que la velocidad de adsorción (K1) y la velocidad de desorción (K2) deben ser iguales y mayores a la velocidad de cualquier otro proceso (K3). 43 �Síntesis de óxido de manganeso nanoestructurado para capacitores electroquímicos / Raúl Lucio Porto, et al. El mecanismo de pseudocapacitancia implica cambios en los estados de oxidación en el electrodo y electrolito, por lo que se pueden almacenar de 2 a 3 electrones por átomo, o incluso más, dependiendo de los estados de oxidación de los átomos accesibles en la superficie del electrodo. Esto incrementa la capacitancia de 10 a 100 veces el valor obtenido con los capacitores de doble capa eléctrica,7 ya que en estos CEs, se almacena un electrón por átomo accesible en la superficie del electrodo. Sin embargo, la velocidad de carga y descarga es menor en un pseudocapacitor debido a la naturaleza de sus mecanismos. Actualmente los electrodos para capacitores electroquímicos (pseudocapacitancia y doble capa eléctrica) son fabricados con nanopartículas porosas,9 ya que los materiales cambian sus propiedades a escala nanométrica y por su morfología.10 Los poros incrementan el área superficial de la partícula, lo que favorece una mayor capacitancia del material. Los diámetros de poro normalmente miden de 2 a 50nm (mesoporos). Para sintetizar nanopartículas existen varios métodos químicos reportados en la literatura, algunos de ellos son: sol-gel, precipitación química y síntesis solvotermal.10 Una de las metodologías que permite tener un control sobre la morfología y el tamaño de la partícula es la síntesis dirigida por micelas, ya sea empleando a las micelas como nanoreactores o como nanomoldes.11,12,13 Las micelas adoptan diferentes morfologías, como micelas esféricas, helicoidal, cilíndrica, lamelar, cúbica, hexagonal cilíndrica y sus formas inversas.10,14,15 Las morfologías de las micelas obedecen a diagramas de fase, de esta forma se pueden preparar composiciones que contengan a la morfología de interés. Un ejemplo claro de cómo las micelas influyen en la nanoestructura de la partícula se puede encontrar en el trabajo de Yi Xie,16 donde se obtuvieron nanotubos de CdS y nanoalambres del mismo compuesto, utilizando lauril sulfonato de sodio como surfactante en concentraciones para obtener una micela cilíndrica. Rao17 obtuvo nanotubos de CdS y CdSe utilizando como surfactantes Triton 100-X y AOT. De Guire18 obtuvo nanotubos de una mezcla de óxidos de titanio y vanadio utilizando como surfactante hexildecilamina. Peng sintetizó microtubos de TiO2 con poros de forma cilíndrica que tienen un diámetro de 3.2nm y área específìca de 390m2/g, utilizando laurilamina hidroclorada como surfactante.19 44 En el presente trabajo se obtuvo un óxido de manganeso mediante la síntesis dirigida por micelas y se caracterizó electroquímicamente como electrodo en un capacitor electroquímico. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Síntesis del óxido de manganeso El surfactante bromuro de hexadeciltrimetilamonio CTAB (Alfa-Aesar), por sus siglas en inglés, se disolvió en agua y posteriormente se agregó KMnO4 (Alfa-Aesar) como precursor del óxido de manganeso y se elevó la temperatura a 70°C, manteniéndose constante por 24 horas. El óxido se lavó con agua deionizada, se filtró y se secó a temperatura ambiente. El óxido, al cual llamaremos K1-L, se lavó con 20ml de etanol a ebullición por 24 horas para remover el surfactante. Finalmente, se lavó de nuevo con agua deionizada y se secó a temperatura ambiente. Caracterización estructural La preparación de la muestra para la microscopía electrónica de transmisión (MET), consistió en agitar el vial que contenía al óxido y tomar una pequeña muestra para dispersarla en 1 gota de etilenglicol. Posteriormente en el portamuestras se colocó la dispersión y se secó a 60°C por 1 minuto. Las muestras para espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR por sus siglas en inglés) se prepararon utilizando KBr para preparar la pastilla con una relación de 1:20 (muestra/KBr). Los análisis de FTIR se realizaron en un equipo Perkin Elmer, Paragon 1000 PC. La difracción de rayos X se realizó en un equipo Siemens D5000 Cu Kα (λ = 1.5418 Ǻ). El barrido entre 5 y 90° (2θ) se llevó a cabo por 1 hora. Para el análisis textural, la muestra se desgasificó a 50°C. Las isotermas de adsorcióndesorción se realizaron a una temperatura de 77 K. Los experimentos se llevaron a cabo en un equipo Quantacrome, modelo Autosorb II. Preparación de los electrodos Los electrodos se prepararon como compósitos con óxido de manganeso, carbón conductor 2 (Degussa) 900m /g y politetrafluoroetileno (PTFE, Aldrich), suspensión al 60%w. En los electrodos Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Síntesis de óxido de manganeso nanoestructurado para capacitores electroquímicos / Raúl Lucio Porto, et al. de óxidos de manganeso se utilizó la siguiente composición en peso: 80%, 15% y 5% del óxido, carbón y PTFE. Una vez mezclados los materiales, se agregaron unas gotas de etanol para obtener una pasta y se pasó un rodillo sobre la pasta para obtener películas con un espesor entre 80 y 100μ. Las películas se colocaron sobre una malla de acero inoxidable con tamaño de poro de 104μ, que sirve como soporte. El área geométrica del electrodo es de 0.38cm2. Se utilizó un separador de fibra de vidrio humedecido con una solución 0.1M de Na2SO4 como electrolito. Los electrodos fueron ensamblados en una celda tipo Swagelok. Determinación de la capacitancia Se realizaron estudios por voltamperometría cíclica (Gamry PC4/759) para determinar la capacitancia específica del material mediante la ecuación (2). Donde Q es la carga en coulombs, m es la masa en gramos del material activo y ΔV es el potencial aplicado en voltios. La carga se estima a partir del área bajo una de las curvas del voltamperograma (región catódica o anódica). ∫ I ∂t Q = (2) && && mAV mAV Además, se estudió el efecto de la velocidad de barrido en la respuesta pseudocapacitiva y se realizaron ciclos de carga y descarga para observar la estabilidad de la capacitancia del material con respecto al ciclado. C (F / g )= Fig. 1. Imágenes de MET del experimento K1-L. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La figura 1, muestra aglomerados de nanopartículas, los cuales presentan bordes con curvatura, por lo que posiblemente están conformados por partículas esféricas con tamaño menor a 100nm. La aglomeración de las partículas del óxido de manganeso se debe a que una vez realizado el lavado de material con etanol, el surfactante es removido (aunque no en su totalidad, como lo muestra su análisis de FTIR), permitiendo que las superficies del óxido entren en contacto y se aglomeren. El espectro de infrarrojo (figura 2) muestra una señal débil en 2929 cm-1(A), y 2821 cm-1(B), en ambos casos por el estiramiento simétrico del C-H perteneciente a la cadena del surfactante.20 La banda Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 Fig. 2. FTIR del óxido de manganeso (K1-L). Pastilla de KBr:óxido, en relación 1:20. en 3393 cm-1 (C) es causada por la presencia del O-H en el óxido.20 La banda en 1642 cm-1 (D) indica la presencia de H2O en el óxido.20 Potter y Rossman21 sugieren que la anchura del pico entre 3464-3375 cm-1 se debe a que las moléculas de agua no presentan un arreglo periódico en la estructura. Finalmente las bandas correspondientes al enlace Mn-O son 750 cm-1 (E), 580 cm-1(F), 530 cm-1 (G) y 445 cm-1(H). Suib y colaboradores, 22 encontraron que el espectro de infrarrojo del criptomelano (KMn8O16) con una simetría monoclínica, presenta bandas en 725, 573, 525 y 450 cm-1, las cuales son muy similares a las encontradas en los espectros de infrarrojo de K1-L (750, 580, 530 y 445 cm-1). Potter y Rossman21 encontraron que no hay diferencia en el espectro de infrarrojo entre una muestra de criptomelano con simetría tetragonal y uno con simetría monoclínica. Por lo tanto podemos asignar a este compuesto la fase KMn8O16, sin que la simetría de la estructura 45 �Síntesis de óxido de manganeso nanoestructurado para capacitores electroquímicos / Raúl Lucio Porto, et al. cristalina, tetragonal o monoclínica pueda ser determinada por FTIR. Sin embargo, el análisis de DRX (ver figura 3) apoya la simetría tetragonal del compuesto correspondiente a K1.33Mn8O16, con patrón 77-1796 (JCPDS). La incertidumbre sobre la cristanilidad de las partículas presentada por un difractograma con picos anchos, es minimizada gracias al uso de espectroscopía de FTIR. Fig. 4. Isotermas de adsorción-desorción del experimento K1-L. Fig. 3. Difractograma de las muestra K1-L. Barrido entre 5 y 90 (2θ). La tabla I, muestra los parámetros obtenidos del análisis textural correspondientes al óxido de manganeso. El área específica (190 m2/g) y el volumen de poro (0.5 cm3/g) son obtenidos gracias a que la remoción del surfactante, genera poros en la estructura del óxido. El óxido no presentó microporos (poros con diámetro menor a 2 nm), por lo que toda el área obtenida puede ser accesible a los iones del electrolito que presentan radios de hidratación entre 0.3 y 0.4 nm.23 Tabla I. Análisis Textural de K1-L Muestra K1-L Área (m2/g) 190 DTP (nm) 3.6 Área de microporos (m2/g) Área disponible (m2/g) es señal de que se obtuvieron mesoporos (poros con diámetros mayores a 2 nm) lo que facilita el acceso de los iones a la superficie del material. Sin embargo, como el promedio de diámetro de poro y la distribución de tamaño de poro difieren, es lógico pensar que la distribución de tamaño de poro no es estrecha. En la figura 5, se presenta el voltamperograma correspondiente al óxido de manganeso K1-L a diferentes velocidades de barrido, el cual muestra un comportamiento pseudocapacitivo hasta una velocidad de barrido de 10 mV/s, ya que sus curvas son simétricas indicando un proceso reversible de carga-descarga y la forma rectangular se debe a la independencia del comportamiento pseudocapacitivo del potencial aplicado.7 En nuestro caso, el comportamiento pseudocapacitivo del 0 190 PDP (nm) 11 Volumen de Poro (cm3/g) 0.5 DTP: distribución de tamaño de poro. PDP: promedio de diámetro de poro. El tipo de histéresis obtenida mediante el análisis textural (figura 4), se asocia con una morfología cilíndrica con ambas caras del cilindro abiertas.24 El hecho de que la curva de la histéresis sea estrecha, 46 Fig. 5. Efecto de la velocidad de barrido en el comportamiento pseudocapacitivo de K1-L. (Na2SO4 0.1M.). Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Síntesis de óxido de manganeso nanoestructurado para capacitores electroquímicos / Raúl Lucio Porto, et al. material se debe principalmente a que existen átomos de Mn con un estado de oxidación de 3 y 4 lo que favorece los cambios de estado de oxidación en la superficie del material y que la adsorción de iones Na+ se lleva a cabo como lo demostró Bélanger.8 En la tabla II, se reportan los valores de la capacitancia específica del óxido de manganeso a diferentes velocidades de barrido. Tabla II. Capacitancia Específica de K1-L. Velocidad de Barrido (mV/s) Capacitancia (F/g) ΔV(V) 2 140 1.2 5 118 1.2 10 102 1.2 15 86 1.2 Posiblemente la disminución de la capacitancia específica, al incrementarse la velocidad de barrido, se debe a que la velocidad de barrido excede la velocidad a la cual el proceso difusional se lleva a cabo. Bélanger y colaboradores25 atribuyen la disminución de la capacitancia a una difusión lenta de los iones hacia los poros y grietas del material. Reddy y Ravinder26 afirman que las altas velocidades de barrido evitan que los iones puedan migrar hacia el interior de los poros y grietas, quedando disponible solamente el área específica externa del material, por lo cual disminuye la capacitancia. A bajas velocidades de barrido, los iones tienen tiempo de migrar y de utilizar toda el área superficial del material (interna y externa) y la capacitancia es mayor. En la figura 6 (a), se muestra la capacitancia específica del compuesto K1-L en función del inverso de la raíz cuadrada de la velocidad de barrido. Al extrapolar la velocidad de barrido hacia el infinito25,26 se obtiene la capacitancia específica externa del material (Ce), que es la carga almacenada en el área específica del material. La figura 6 (b) muestra la capacitancia específica del compuesto K1-L en función de la raíz cuadrada de la velocidad de barrido. Al extrapolar la velocidad de barrido a cero, se obtiene la capacitancia específica total del material (CT), que es la carga almacenada en toda el área superficial del material. La diferencia de éstas dos capacitancias (CT-Ce) es la capacitancia específica interna (Ci), la cual corresponde a la carga almacenada en el área superficial interna y Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 Fig. 6. Capacitancia vs (a) v-1/2 y (b) v1/2. menos accesible para los iones.26,25,27 La capacitancia externa del material (Ce) es de 62 F/g. La capacitancia específica total del material es 168 F/g, que sólo se puede obtener a bajas velocidades de barrido. La capacitancia específica interna es 106 F/g, la cual es difícil de obtener porque a altas velocidades de barrido los iones no pueden migrar hacia el área específica total. A una velocidad de barrido de 2 mV/s se alcanza el 84 % de la capacitancia total (140 F/g). La mayoría de los óxidos de manganeso reportados en la literatura como electrodos en capacitores electroquímicos soportan solamente una velocidad de barrido de 2 mV/s, ya que a mayores velocidades pierden el comportamiento pseudocapacitivo. Por lo que preparar un material que soporte una velocidad de 10 mV/s es un avance en el desarrollo de óxidos de manganeso para pseudocapacitores. 47 �Síntesis de óxido de manganeso nanoestructurado para capacitores electroquímicos / Raúl Lucio Porto, et al. Al óxido K1-L se le realizaron 200 ciclos de carga-descarga para observar el comportamiento de la capacitancia en función del número de ciclos. La figura 7 muestra los resultados obtenidos. El compuesto K1-L aumenta su capacitancia (156 F/g) en los primeros ciclos y luego decae a 130 F/g. La variación de la capacitancia en función del número de ciclos puede ser causada por reacciones secundarias en el material lo que conlleva a un cambio en la estructura del material y a una disminución o pérdida de la pseudocapacitancia, que en este caso es del 6%. Fig. 7. Capacitancia en función del número de ciclos para K1-L. Velocidad de barrido de 2 mV/s. CONCLUSIONES Se logró sintetizar un óxido de manganeso nanoestructurado mediante la síntesis dirigida por micelas, el cual presentó un comportamiento pseudocapacitivo con una buena estabilidad después de 200 ciclos de carga-descarga. La velocidad de barrido soportada (10 mV/s) indica que el óxido puede descargar y cargarse más rápido que otros óxidos de manganeso reportados en la literatura. Los valores de capacitancia específica caen en los rangos reportados en la literatura. El análisis de FTIR fue determinante para asignar las fase cristalina al óxido sintetizado. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen a la UANL por su apoyo académico mediante los proyectos Paicyt del 20052007 y a la Facultad de Ciencias Químicas por la beca otorgada a uno de los autores (RLP). 48 REFERENCIAS 1. M. Winter, R. J. Brod. What Are Batteries, Fuel Cells, and Supercapacitors? Chem. Rev. 2004, 104, 4245-4269. 2. Kalakodimi Rajendra Prasad, Kazumichi Koga,† and Norio Miura. 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Mater. 2002, 14, 1210-1215. 49 �Modelación del endurecimiento superficial por láser del acero AISI W112 mediante el método de elementos finitos David Coureaux MustelierA, Roberto Sagaró Alberto Juy AguirreB, Calixto Rodríguez MartínezB ZamoraB, Departamento de Ciencias de Materiales, Escuela de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona, España B Grupo Tribológico, Departamento de Mecánica y Diseño, Facultad de Ingeniería Mecánica. Universidad de Oriente, Santiago de Cuba, Cuba dacm50@yahoo.es, sagaro2001@yahoo.com A RESUMEN Los procesos de endurecimiento superficial de aceros requieren ritmos de calentamiento y enfriamiento rápidos. En el endurecimiento por el temple superficial empleando energía láser se induce un calentamiento rápido debido a la elevada potencia del haz incidiendo sobre un pequeño volumen de la pieza, mientras que el flujo de calor por conducción hacia el resto del material ayuda a producir un rápido ritmo de enfriamiento. El presente trabajo tiene por objeto estimar mediante el método de elementos finitos el endurecimiento superficial por láser, evaluando la influencia de la potencia, del diámetro del haz y de la velocidad de barrido sobre la superficie, en las dimensiones de la zona afectada por el calor (ZAC), microestructura y dureza de la superficie tratada. Se valida el modelo utilizando una serie de datos experimentales producto del tratamiento de piezas planas de AISI W112 con láser de Nd: YAG. PALABRAS CLAVE Endurecimiento por láser, Modelo de elementos finitos, zonas afectadas por el calor, temple superficial. ABSTRACT Hardening processes of steels are require high heating and cooling rates; in the laser hardening the power density of the beam is responsible for the quick heating of the material; rapid cooling is achieved due to the heat conduction to the bulk of the workpiece. The aim of this work was to estimate by means of heat transfer and parametric design capabilities of the finite element method the influence power laser density, incident beam diameter and scan speed on the dimensions heat-affected zones (HAZ), microstructure and hardness in treated surface. Model calculations are compared with experimental results of a surface thermal treatment with an Nd: YAG laser of AISI W112 steel plates. KEYWORDS Laser hardening, finite element model, heat-affected zones, surface hardening. 50 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Modelación del endurecimiento superficial por láser del acero AISI W112... / David Coureaux Mustelier, et al. INTRODUCCIÓN Actualmente las modificaciones con láser para mejorar la superficie de los materiales metálicos se pueden resumir en tres aplicaciones fundamentales: endurecimiento superficial de metales, las aleaciones y los recubrimientos superficiales. El endurecimiento superficial con laser es una de las aplicaciones más exitosa y que ha abierto nuevas posibilidades para mejorar las características del servicio de piezas y equipos mecánicos. El proceso aprovecha dos propiedades esenciales del tratamiento láser: el rápido calentamiento conseguido por las elevadas densidades de energía suministrada por el haz y el rápido enfriamiento producido por la conducción del calor hacia el interior de la pieza, de esta forma es posible obtener una elevada dureza en una superficie controlada sin distorsión térmica en el resto de la superficie y un núcleo blando y tenaz. La modelación realizada en esta investigación incluye los efectos de propiedades termofísicas dependientes de la temperatura (calor específico, densidad y conductividad térmica). Como complemento a la modelación del tratamiento se realizaron de manera experimental un serie de ensayos con el objetivo de evaluar la influencia de los parámetros operacionales del láser en las dimensiones y propiedades de la zona afectada por el calor (ZAC). MATERIALES Y MÉTODOS Para los ensayos experimentales se utilizó la instalación láser LTI 702, acoplada a una mesa XY donde el haz incide de manera perpendicular sobre la muestra mediante una óptica de enfoque, (figura 1), cuyas características se muestran en la tabla I. El material empleado en la investigación fue el acero AISI W112 (tabla II). Se utilizaron probetas de forma rectangular (40x10x10) mm rectificadas para su tratamiento. Para mejorar la absorción del calor la superficie de las probetas a irradiar se cubrió con negro de hollín. Los experimentos fueron realizados con arreglo a un diseño de experimentos factorial 2k de tres factores (k) con dos niveles (n) cada uno con el marcado propósito de correlacionar la penetración del endurecimiento (PE) con los parámetros operacionales del láser. Los niveles de las variables empleadas en los ensayos se presentan en la tabla III. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 Fig. 1. Instalación para temple superficial con láser (TSL). Tabla I. Parámetros del equipo láser continuo LTI 702. Longitud de onda: 1060 nm Potencia de salida generalizada Diámetro: 3 mm Rango de potencia: 0-120W Divergencia: 2x10 rad Modo: TEM01 Régimen de trabajo: continuo -3 Tabla II. Composición química del acero AISI W112. Elementos Acero W112 C (%) 1.25-1.35 Mn (%) 0.15-0.35 Cr (%) <0.15 Ni (%) --- Ti (%) --- T* (%) 780 Dureza (HV) 224 * Temperatura de transformación. 51 �Modelación del endurecimiento superficial por láser del acero AISI W112... / David Coureaux Mustelier, et al. Tabla III. Arreglo del diseño factorial para el acero AISI W112. Variables Niveles Potenia (W) Diámetro del haz (mm) Velocidad (mm/s) -1 60 0.60 1.00 0 80 1.10 1.25 1 100 1.60 1.50 MODELADO DEL PROCESO En este trabajo, la valoración del tratamiento térmico se basa en las suposiciones siguientes:1 • La distribución del flujo de calor producto al haz láser se comporta como una distribución Gaussiana. • El material tratado es homogéneo. • Las características termofísicas son dependientes en temperatura. • Medio semi-infinito. La modelación se tratará de manera bidimensional, el efecto de la entalpía en la transformación de la austenita en martensita no será tomada en cuenta, por tanto la ecuación (1) tomará la siguiente forma:1 k ( ∂drT 2 2 + 1 r ∂T ∂r )+ ∂∂z (k ∂∂Tz )= ρ.c ∂∂Tt (1) Para el cumplimiento de la simetría del modelo además se debe cumplir que el flujo de calor, en la dirección (r), es igual tanto del lado izquierdo como del lado derecho de una manera continua e inmediatamente igual, a medida que se transcurra desde el centro de la fuente de calor hasta la distancia exterior del haz láser (figura 2); La región Z=∞ es considerada como una región semi-infinita: T(i,∞,t )=T( ∞, j,t )=Tenv (2) i = Posición con respecto a la dirección del radio (r) j = Posición en cuanto a la profundidad (z) Tenv = Temperatura ambiente La distribución del flujo de calor dada la distribución Gaussiana viene dada por la siguiente ecuación:2 2 3Qη −3ξ (3) q( x,y,z,t )= exp −32x exp πr 2 r r2 { } { } Donde: Q energía de entrada η = absortividad del material. 52 Fig.2. Representación esquemática de las condiciones de contorno. r = Radio característico de la distribución del flujo de calor (cm) ξ = coordenada de transformación que relaciona al sistema de coordenadas fijo y móvil ξ = z+v (τ-t). v = velocidad del haz láser en cm/s. x = distancia desde el centro de la fuente de calor sobre la superficie tratada en esta sección transversal. τ = tiempo de duración de cada semiciclo. t = es el tiempo después que el centro de la fuente de calor pasa sobre la sección transversal. El patrón de flujo de calor que resulta del movimiento del calor es tridimensional; existen gradientes de temperaturas a través del espesor del tratamiento, así como en las direcciones paralelas y transversales a la dirección del tratamiento; sin embargo este flujo patrón de calor es un tanto simplificado y se le puede considerar bidimensional cuando: 1. La energía de la fuente de calor del tratamiento es aplicada en cantidad uniforme. 2. La fuente de calor se está moviendo a una velocidad constante en camino de línea recta relativa a la línea de trabajo. 3. La sección transversal del tratamiento es constante. 4. Los efectos finales resultantes del inicio y finalización son despreciados. Con la ecuación Gaussiana, se determinan los valores del flujo de calor en correspondencia con Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Modelación del endurecimiento superficial por láser del acero AISI W112... / David Coureaux Mustelier, et al. el tiempo, que servirán para aplicar el flujo de calor sobre la pieza de trabajo. La matriz de elementos finitos que gobierna la transferencia de calor (módulo HSTAR del paquete profesional COSMOS/M) se muestra en la siguiente ecuación: • [C ]⎧⎨T ⎫⎬ + ⎡⎣ Kcond ⎤⎦ + ⎡⎣ Kconv ⎤⎦ + ⎡⎣ Krad ⎤⎦ {T } (4) ⎩ ⎭ = fq + {fc } + {fr } + {fh } {} ( ) Donde: {T} = Vector de temperatura T& = Razón de tiempo de cambio del vector de temperatura [C] = Matriz de capacitancia de calor [Kcond] = Matriz de conducción [Kconv] = Matriz de convección [Krad] = Matriz de radiación {fq} = Vector de carga de generación de calor {fc} = Vector de carga de convección {fr} = Vector de carga de radiación {fh} = Vector de carga de flujo de calor. {} DISCUSIÓN DE RESULTADOS Los resultados obtenidos mediante la modelación y los resultados experimentales, se muestran en la tabla IV. Como forma de evaluar la capacidad del modelo simulado por el método de los elementos finitos (MEF) del temple superficial con láser (TSL), de predecir la profundidad de penetración del Tabla IV. Resultados de la profundidad endurecida experimental (PEE) y profundidad endurecida modelada (PEM). Caso Potencia Diámetro Velocidad (W) (mm) (mm/s) PEE (mm) PEM (mm) 1 60 0.6 1.0 0.11 0.1 2 100 0.6 1.0 0.26 0.25 3 60 1.6 1.0 0.02 0 4 100 1.6 1.0 0.07 0.11 5 60 0.6 1.5 0.07 0.03 6 100 0.6 1.5 0.19 0.21 7 60 1.6 1.5 0.02 0 8 100 1.6 1.5 0.04 0.05 9 80 1.1 1.25 0.06 0.06 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 endurecimiento conforme a la conocida correlación de Steen: PE = P / D.V , corroborada por Sagaró y Ceballos.3 ( ) (5) ( ) (6) PE = 0.00282608 P / D*V − 0.11806 Se procedió utilizando los valores calculados por el modelo a establecer una regresión múltiple según la expresión anterior. PE = 0.00287395 P / D*V − 0.118419 El resultado permitió establecer que el modelo es capaz de predecir en un 96.3 % esta dependencia contra un 72.8%4 del modelo de regresión múltiple establecido sobre la base de los resultados experimentales, cuya menor precisión puede estar relacionada en la estimación incorrecta de la profundidad del endurecimiento (PE) de los casos 3 y 7. La influencia de las variables tanto para el ensayo experimental como el estimado por el modelo se puede resumir como sigue. La velocidad de barrido (V), al mantenerse la potencia (P) y el diámetro (D) del haz constantes, influye en la profundidad endurecida de forma negativa, o sea, al aumentar la velocidad disminuye la profundidad del endurecimiento, lo cual es debido a que también disminuye el tiempo de interacción y no se logra un gradiente térmico suficiente para que el calor fluya hacia el interior. Sucede de manera análoga con el diámetro del haz, al aumentar éste disminuye la profundidad endurecida como resultado de una disminución de la densidad de potencia. La potencia sin embargo tiene un efecto contrario, ya que al aumentar ésta, aumenta la densidad de potencia en la superficie, y así aumentará hasta la temperatura de fusión, aspecto indeseable en este trabajo. En la figura 3 se muestra la etapa de calentamiento de algunas de las combinaciones de acuerdo a la modelación matemática realizada, en donde aunque se aprecia el rápido incremento de la temperatura, se puede notar la influencia de la densidad de potencia absorbida por el material en el calentamiento de la superficie de forma directamente proporcional; o sea el aumento de la potencia incrementa la temperatura en la superficie debido a que se concentra el calor en un determinado volumen, en tanto al aumentar el diámetro del haz se ve el descenso de la temperatura, por ejemplo el caso 4 con respecto al caso 2, pues es 53 �Modelación del endurecimiento superficial por láser del acero AISI W112... / David Coureaux Mustelier, et al. Fig. 3. Etapa de calentamiento para diferentes combinaciones de los parámetros operacionales del láser. menor la cantidad de calor aportada a la superficie. Al aumentar la velocidad, disminuye el tiempo de interacción del haz con el material, con ello disminuye la temperatura en la superficie, con lo que también es menor la posibilidad de penetración. En la figura 4 se muestra la temperatura alcanzada en la superficie y su comportamiento a medida que penetra en el material, comprobándose la influencia de las diferentes variables en la temperatura alcanzada a diferentes distancias de la superficie (profundidad de penetración), destacando que para las profundidades con temperaturas superiores a 770790ºC se pueden considerar como endurecidas. Los valores de dureza se determinarán en función de la rapidez de enfriamiento para cada profundidad. De la figura mencionada se pueden resaltar las siguientes observaciones: 1. La temperatura decrece desde la superficie hacia el interior de la probeta en todos los casos. 2. La temperatura en la superficie, al mantener la misma densidad de superficie y variar la velocidad de barrido disminuye así como en todo Fig. 4. Curvas de temperatura Vs. profundidad en el material. 54 el interior de la probeta, comparando el caso 6 con el 2. 3. Al disminuir la densidad de potencia que irradia a la superficie, manteniendo la potencia pero aumentando el diámetro del haz (casos 4 y 8), la temperatura de la superficie, y hacia el interior del material, desciende en comparación con los casos 2 y 6. Por otra parte, también es menor la profundidad endurecida, en el caso 4 PE = 0.11 mm, en tanto el caso 8 muestra una PE = 0.04 mm, esta disminución de la profundidad endurecida se debe al menor tiempo de interacción de este caso con respecto al número 4. En tanto para el caso 9 se puede comprobar una PE = 0.06 mm. Analizados de diversas maneras los parámetros del láser y su influencia en el tratamiento térmico superficial, se puede concluir que la combinación óptima de parámetros para tener las mejores dimensiones de la ZAC es la condición de una potencia de 100 W, 0.6 mm y 1.0 mm/s, obtenidas tanto por los resultados obtenidos experimentalmente, como los obtenidos por la simulación. Aún con las diferencias poco significativas entre los resultados se procedió a establecer una comparación de muestras (modelo y experimento) con el empleo del paquete Statgraphic 5.1 para establecer si las diferencias entre ambas muestras eran estadísticamente significativas mediante los criterios de asimetrías y curtosis tipificadas, prueba de Kolmogorov-Smirnov, análisis de las medias, medianas y desviaciones típicas. A manera de resumen se puede plantear: • Ambos valores de asimetría estandarizadas están dentro del rango esperado. • Ambos valores de curtosis estandarizadas están dentro del rango esperado. • No existe diferencia estadísticamente significativa entre las medias de las dos muestras para un nivel de confianza del 95%. • No existe diferencia estadísticamente significativa entre las desviaciones típicas de las dos muestras para un nivel de confianza del 95%. • No existe diferencia estadísticamente significativa entre las medianas para un nivel de confianza del 95%. • No existe diferencia estadísticamente significativa entre las dos distribuciones para un nivel de confianza del 95%. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Modelación del endurecimiento superficial por láser del acero AISI W112... / David Coureaux Mustelier, et al. Predicción de la influencia de los parámetros del tratamiento por láser en la microestructura del material Uno de los principales aportes que realiza el temple superficial mediante láser es su rapidez, al aportar rápidamente una alta energía seguida de un enfriamiento a alta velocidad. Las transformaciones resultantes con el tratamiento láser requieren de tiempos de interacción de 0, 2 a 2 s. El rango de enfriamiento mínimo para lograr un endurecimiento es de 1000 K/s (777˚C/s).5 En los procesos modelados la rapidez de enfriamiento va desde 1463˚C/s hasta 7500˚C/s,5,6 cumpliéndose lo citado en diferentes trabajos, los altos valores de las velocidades de enfriamiento se deben a que el tamaño del haz en los tres niveles aplicados en el tratamiento son pequeños y que su relación con la velocidad de barrido del haz, t = Dr v ; o sea el tiempo de interacción entre el haz y la pieza, que varía desde 0, 4 a 1.6 s. Las figuras 5 y 6 donde muestran que la rapidez de enfriamiento más alta se alcanza con la combinación de la figura 5 debido al menor tiempo de interacción con las probetas. Así como también se puede apreciar que a medida que aumenta la profundidad, disminuye tanto la temperatura alcanzada a esa profundidad como la rapidez de enfriamiento de la misma, lo cual trae como consecuencia modificaciones o diferencias microestructurales entre la superficie y la profundidad en cuestión. Atendiendo a las temperaturas alcanzadas en el material calculadas con el modelo, las temperaturas en todos los casos alcanzaron la temperatura de Fig. 5. Ciclo térmico para las condición de potencia 100 W, diámetro 0.6 mm, velocidad de barrido 1.0 mm/s. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 Fig. 6. Ciclo térmico para las condiciónes de potencia 60 W, diámetro 0.6 mm, velocidad de barrido 1.0 mm/s. transformación sin peligro de la fusión del material (aproximadamente 1500˚C). Analizados los casos simulados se puede notar que en todos ellos el enfriamiento es muy superior al obtenido en los tratamientos térmicos convencionales de temple superficial, estando por tanto, en presencia de un tratamiento térmico atípico con condiciones muy diferentes en cuanto a la evolución microestructural, para cuya explicación no pueden emplearse los ciclos térmicos clásicos reportados para los tratamientos convencionales. Por ejemplo el bien conocido diagrama de las curvas TTT (temperatura, tiempo y transformación) para el temple convencional del acero W112 7 refleja una temperatura de transformación para temple 770-790˚C, atendiendo a su estructura inicial de perlita globular como resultado de un recocido de globalización. Analizando la correspondencia entre los ciclos térmicos que aporta la modelación y los que aporta el diagrama TTT para el acero AISI W112. Se observa que en los casos simulados en el tratamiento láser, la rapidez de enfriamiento es tan grande que de acuerdo al diagrama mostrado anteriormente las curvas de la rapidez de enfriamiento no se interceptarán con las curvas de transformaciones, por lo que se podría conjeturar sobre la obtención de una trasformación martensítica al 100% en la zona afectada por el calor con características de agujas finas en la zona tratada. Para el caso 2 la temperatura en la superficie es de 1312 ˚C, para la cual según lo reportado por la literatura7,8 existe líquido y austenita, es decir, puede comenzar a fundir el acero, aunque no en fusión total. Otros especialistas 9, 10,11 consideran que para los 55 �Modelación del endurecimiento superficial por láser del acero AISI W112... / David Coureaux Mustelier, et al. aceros tratados con láser existen dos temperaturas principales 1300˚C (un grano fino en el resultado del temple) y 1500˚C en el caso de desear la fusión. Para la combinación analizada se tiene que la dureza en la superficie fue 1379 HV prediciéndose un 100% de martensita, lo que coincide con lo reportado en las corridas experimentales durante la observación microestructural.3,10, 12 Para una profundidad de 0.1 mm se tiene aún 100 % de martensita con 1046 HV, a 0.2 mm de profundidad, el material posee una temperatura de 850.9˚C y de acuerdo las transformaciones que tienen lugar se observa una zona de transición que presenta alrededor de un 96 % de martensita y 4% de cementita secundaria y una dureza de 930 HV. A partir de dicha profundidad comienza a variar la composición hasta la profundidad de 0.25 mm donde existe una temperatura de 773ºC, o sea, en el rango recomendable para el temple en el caso del AISI W112 presentándose una concentración de 93 % de martensita y 7% de cementita secundaria. A partir de una profundidad de 0.3 mm no se transforma la estructura original del material (perlita globular). En la figura 7 se observa la zona afectada por el calor obtenida mediante la simulación y por los experimentos reales respectivamente, para las condiciones de 100 W de potencia, diámetro del haz de 0.6 mm y velocidad de 1.0 mm/s donde podrá percibirse la proximidad de ambas ZAC. Se puede apreciar la correspondencia entre las dimensiones de las profundidades endurecidas para la ZAC modelada y la experimental. Como otro ejemplo válido se analiza la combinación que corresponde al caso 6, o sea, manteniendo la misma densidad de potencia pero aumentando la velocidad de barrido. Aquí se alcanzan menores temperaturas y por ende menor profundidad de endurecimiento. Por ejemplo en la superficie se obtuvo en la modelación 1221.8˚C, lo que permite estimar un 100% de martensita y una dureza de 1300 HV. Para una profundidad de 0.1 mm la ZAC presenta una temperatura de 982˚C, pronosticándose la presencia un 100% de martensita con una dureza de 865 HV. A profundidad de 0.2 mm la temperatura es de 794˚C, previéndose un 94% de martensita y 6% de cementita secundaria, lo que muestra el comienzo de la transición hasta 56 Fig. 7. a) Zona afectada por el calor obtenida por la simulación para las condiciones de 100 W de potencia, diámetro del haz de 0.6 mm y velocidad de 1.0 mm/s; b) Zona tratada obtenida en los experimentos para las mismas condiciones. la estructura original. De igual forma se puede apreciar que la profundidad endurecida resultado de la modelación es bastante cercana a la experimental (0.21 mm la primera por 0.19 mm la segunda). Al disminuir la densidad de potencia, sea aumentando el tamaño del haz o disminuyendo la potencia del mismo, disminuye la profundidad de la penetración del endurecimiento (por ejemplo caso 4). En este la superficie llega a alcanzar una temperatura de 941.8˚C, lo que permite vaticinar un 100% de martensita y una dureza experimental de 851 HV. Seguidamente a una profundidad de 0.11 mm de la superficie según resultado de la modelación se puede augurar un 94% de martensita. De manera general, analizando los resultados de la modelación y la experimentación se puede concluir que el tamaño de la zona afectada térmicamente durante el temple por láser depende de la densidad de potencia y el tiempo de interacción entre el haz y la pieza. Se llegan a alcanzar durezas por encima de 1000 HV en la superficie y en algunos casos hasta Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Modelación del endurecimiento superficial por láser del acero AISI W112... / David Coureaux Mustelier, et al. la profundidad de 0.1 mm, para los casos de mayor densidad de potencia y mayor tiempo de interacción, destacándose en este caso la combinación de 100 W de potencia, 0.6 mm de diámetro y velocidad de 1.0 mm/s que presenta una dureza de 1046 HV hasta una profundidad de 0.18 mm (180 micras). La figura 8 muestra los perfiles de microdureza y profundidad de la capa endurecida para cada uno de los casos comentados. Fig.8. Perfiles de microdureza vs. profundidad endurecida para las muestras con tratamiento superficial con láser. La dureza en la superficie en los experimentos se comporta (1379-850.2 HV), resultado de una transformación del material alcanzado un 100 % de martensita en la superficie para los casos 1, 2, 4, y 6, mientras que a mayor profundidad va disminuyendo y la cementita secundaria aumenta (zona de transición) hasta llegar a la profundidad en que el calor que afecta al material producto del haz láser no produce una temperatura mayor que la necesaria para la transformación, encontrándose la estructura original del material base de perlita globular. CONCLUSIONES Se desarrolló un modelo bidimensional, siendo las variables de entrada la potencia, el diámetro del haz, la velocidad del barrido del haz y las propiedades termofísicas del material dependientes de la temperatura, y un flujo de calor que varía con respecto al tiempo al interactuar con un determinado plano de referencia llegando a predecir con precisión los resultados de dicho tratamiento. En el caso del acero AISI W112 se pudo predecir la obtención de martensita en la superficie hasta una determinada profundidad en dependencia de las condiciones del tratamiento, una zona de transición de martensita Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 más cementita secundaria y finalmente una zona no afectada por el calor donde se mantiene la estructura original de perlita globular. La mejor condición de los tratamientos superficiales con láser evidenciada por la relación microdureza Vs. profundidad del endurecimiento fue la combinación de potencia de 100 W, diámetro de 0.6 mm y la velocidad de barrido de 1.0 mm/s, obteniéndose una profundidad endurecida de 0.25 mm y un ancho de 0.75 mm. En esta combinación se obtuvo una dureza por encima de 1000 HV hasta una profundidad de 0.18 mm y una microdureza de aproximadamente 400 HV hasta la profundidad de 0.25 mm en la zona de transición. En el resto del material se presenta la estructura original no afectada por el calor con una dureza de 224 HV. REFERENCIAS 1. Oñoro, J; Bermejo, R; Portolés, A; Gamboa, R.; Modelización de la energía absorbida en la fusión de un metal por un haz láser. Revista Metal Madrid, 34(5) (421-427), 1998. 2. Sagaró, R. et al. Modelización del perfil de soldadura y de la cavidad de vapor en la aleación de aluminio 5182 soldada con láser. Revista Metalurgia, Madrid, 37 (2001), p 643-652. 3. Sagaró, R; Ceballos, J. S; Blanco, A; Mascarell, J Tribological behaviour of line hardening of stell Y13A with Nd:YAG laser, Wear 225-229 (1999). 4. Sagaró, R, Ceballos, J. Tratamiento superficial del acero AISI W1 mediante láser de Nd: YAG. Revista Metalurgia, Madrid, 34 (2), 1998. 5. Ruiz, J; Fernández, B.J; Belló, J. Mª; Sanz, P; Zubiri, J.F; Predicción del efecto del temple de aceros con láser. Revista Metalurgia Madrid p: 374-385. 1990 6. Maco Robles, Anabel; Modificación superficial mediante láser de fundiciones grises con el objetivo de mejorar su resistencia al desgaste. Tesis Doctoral, Universidad de Oviedo, Abril 1997. 7. Rapatz, F. Roll, F.Diccionario enciclopédico técnico materiales siderúrgicos Editorial Científico-Técnica, 1974. 57 �Modelación del endurecimiento superficial por láser del acero AISI W112... / David Coureaux Mustelier, et al. 8. Guliaev A.P. Metalografía 2T. Editorial MIR. Moscú, 1983 9. Cheung, Noé; Pinto, Maria Aparecida; Filippini Ierardi, Maria Clara; Garcia, Amauri Mathematical Modeling and Experimental Analysis of the Hardened Zone in Laser Treatment of a 1045 AISI Steel, Materials Research, Vol. 7, No. 2, 349-354, 2004. 10. Amado, J. M ; Álvarez, C; Nicolás, G, López, A. J, Pérez, J. A, Ramil, A. Saavedra, E; Santiesteban, J; Tobar, M.J; Yánez. A; Modelización de las transformaciones de fase en el proceso de endurecimiento de aceros con láser de CO2. IX Congreso de Ciencia y Tecnología de Materiales, Madrid. Ref.:057/CTM2003. 11. Sagaró, R., Ceballos, J.S. Endurecimiento superficial de aceros y fundiciones mediante láser de Nd: YAG. Revista Metalurgia, Madrid, 37 (2001), p 607-615. 12. Amado, J. M. Optimización de parámetros en procesos de tratamiento térmico superficial de materiales con láser. Memorias del II Congreso Ibérico de Tribología, 2003. ISBN: 84-9705494-6. Dentro del marco del primer aniversario del Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología, la Universidad Autónoma de Nuevo León tiene el honor de invitarlo al: Reunión Internacional de Nanociencias Monterrey. 19-22 Mayo 2009 Objetivo: Debatir sobre los medios innovadores emergentes para impulsar la competividad en los diferentes sectores de la sociedad Paneles de discusión - Conferencias magistrales - Mesas redondas - Talleres especializados - Expo - industrial - Poster Sede: CIIDIT - UANL Km. 10 de carretera al Aeropuerto Internacional de Monterrey, Apodaca, Nuevo León, México Informes: www.ciidit.uanl.mx rogelio.garza@uanl.mx Tel. (81) 1340 4000 Ext.. 1500 Srita. Claudia Blanco Villalobos 58 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Sinterización isotérmica de bronces reforzados con partículas de alúmina Jessica J. Osorio RamosA, Enrique Rocha RangelB, Francisco Sandoval PérezA, Alejandro Altamirano TorresA Departamento de Materiales, Universidad Autónoma Metropolitana Departamento de Ingeniería Metalúrgica, ESIQIE-IPN jj_o_r@yahoo.com.mx, enrocha@yahoo.com A B RESUMEN En este estudio se analiza el comportamiento debido a pequeñas adiciones de alúmina sobre las propiedades mecánicas, densidad y microestructura, de un bronce, producido por metalurgia de polvos. Las aleaciones se obtuvieron mediante tratamientos de sinterización isotérmicos. A 686 °C, 754 °C y 806 °C. Se variaron además el tiempo (5, 10 y 20 minutos) y la concentración de alúmina, (0.3 0.6 y 1% en peso). Los resultados muestran la gran influencia de la alúmina sobre las propiedades y microestructura de las aleaciones, incrementando su densidad conforme la concentración de alúmina aumenta, con microestructuras más homogéneas. La aleación con contenido intermedio de alúmina es la que presenta los mejores resultados en relación a la dureza y homogenidad. PALABRAS CLAVE Bronce, sinterización isotérmica, metalurgia de polvos, bronce–alúmina. ABSTRACT The behavior due to small alumina additions on the mechanical properties, density and microstructure, of a bronze produced by powder metallurgy is analized in this paper. Alloys, were obtained through isothermal sintering treatments at 686 °C, 754 °C and 806 °C. Treantment times (5, 10 and 20 minutes) as well as allumina concentration (0.3, 0.6 and 1wt%). The results show the great influence of alumina on the properties and microstructure of alloys, increasing their density as the alumina concentration increases. The alloy with intermediate alumina content displays the best hardness and homogeneity. KEYWORDS Bronze, isothermal sintering, powder metallurgy, bronze-alumina. INTRODUCCIÓN El bronce es una de las aleaciones más usadas desde la antigüedad por su dureza y resistencia mecánica al desgaste y la corrosión.1 No obstante, para mejorar aún más su dureza es posible aplicarle algunos tratamientos térmicos, entre los que se encuentra el endurecimiento por precipitación, lo cual encarece su procesamiento. El desarrollo de nuevos materiales compuestos permite obtener materiales metálicos reforzados con partículas cerámicas, donde se mejoran de Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 59 �Sinterización isotérmica de bronces reforzados con partículas de alúmina / Jessica J. Osorio, et al. manera substancial la dureza de las aleaciones a un menor costo. Así mismo se han explorado técnicas para reducir tiempos de sinterizado con procesos isotérmicos, que coadyuvan a la reducción de costos de producción.2 Aunque en la actualidad no es común encontrar materiales base bronce combinados con partículas de elemento no metálico como la alúmina, es normal hallar informes de metales principalmente Cu, Al, Ti y Mg, reforzados con bajas concentraciones de diferentes materiales cerámicos, en estos informes se reporta un decremento en la conductividad térmica y eléctrica,3 y en el caso del Al y Mg, un incremento en la resistencia mecánica y ductilidad.4 Sin embargo, es más común obtener información de materiales matriz cerámica, CMC, unidos a cantidades significativas de metal como el cobre, que presentan alta densidad, con una clara disminución en la dureza y resistencia eléctrica.5 Los tratamientos térmicos usados en los aceros, normalmente no se aplican en aleaciones no ferrosas y aceros inoxidables debido a que sus transformaciones de fase son diferentes, por lo que las aleaciones de aluminio y cobre entre otras,6 se endurecen y refuerzan mediante el endurecimiento por precipitación, que es un mecanismo basado en una secuencia de transformaciones en estado sólido, que genera una dispersión de partículas ultrafinas en una segunda fase,7 donde una dispersión más fina origina una mayor resistencia e inhibe el movimiento de las dislocaciones.6 Esta situación da la pauta para desarrollar un estudio mediante el cual se logre esclarecer el efecto que ejerce sobre la dureza en un bronce, la adición de pequeñas cantidades de alúmina como fase dispersa, en un proceso isotérmico, usando tiempos reducidos de sinterizado. DESARROLLO EXPERIMENTAL Obtención de muestras En este estudio se emplearon polvos metálicos de: Cu, Sn, Ni y Fe, (Aldrich, EEUU, 5 μm y pureza de 99.99%). Polvos cerámicos de Al2O3, (Meyer, EEUU, 1 μm, con pureza mayor a 99.9%). y fósforo grado analítico, (Possehl, S. A. de C. V., México, 3 μm). Estos polvos fueron mezclados durante 12 horas, a una velocidad de 250 rpm en un molino de bolas (Colepalmer, EEUU). En un contenedor de alta alúmina se vertieron 50 g. de 60 Molino de bolas (derecha) y mufla. cada tipo de mezcla, con una composición química de máximo 88.9% de cobre, 10% de estaño, 0.5% de fósforo, 0.3% de níquel, 0.3% de hierro, agregando pequeñas cantidades de alúmina que modificaron la concentración de cobre presente en la composición, las cuales fueron iguales a 0.3%, 0.6% y 1% en peso, además se agregaron 750 g. de elementos de molienda de zirconia estabilizada. La molienda se hizo en presencia de 5 ml de alcohol. Los polvos resultantes de la molienda fueron comprimidos a 180 MPa. en forma de pastilla, con ayuda de un dado de acero de 1 cm de diámetro interno, y una prensa uniaxial (Fiicsa, México), para controlar el espesor de la muestra siempre se pesaron 2 g. de polvo. Las pastillas obtenidas fueron sinterizadas en una mufla (Lindberg, temperatura máxima 1100°C), a tres diferentes tiempos: 5, 10 y 20 minutos, usando tres distintas temperaturas: 686, 754 y 806°C, que corresponden al 0.8, 0.88 y 0.94% respectivamente del punto de fusión ubicado en el diagrama de fases para la composición binaria Cu-10% Sn8 y en presencia de 0.283 m3/min. de nitrógeno. Se emplearon letras y números para definir el proceso Muestras de bronce sinterizadas. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Sinterización isotérmica de bronces reforzados con partículas de alúmina / Jessica J. Osorio, et al. al que fueron sometidas cada una de las muestras como se indica en la tabla I. Tabla I. Nomenclatura usada para definir cada una de las muestras. Letra Contenido 1er# Temperatura 2o# Tiempo de Al2o3 [%] [°C] [min] A 0.3 1 1(686°C) 1 5 V 0.6 2 2(754°C) 2 10 N 1 3 3(806°C) 3 20 Dureza y microestructura Para la observación de las muestras por microscopia óptica y para la medición de su dureza Vickers, las muestras fueron preparadas mediante técnicas metalográficas, para ello se desbastaron y pulieron empleando lijas de los números 600, 1000 y 1200. Posteriormente, fueron atacadas químicamente con ácido nítrico mezclado con agua en una proporción de 1 a 3 por 5 segundos, para revelar su microestructura.9 Tabla II. Valores de tamaño de partícula y área superficial específica. Muestra [% Al2O3] Tamaño partícula [μm] Área superficial específica [m2/g] 0.3% 6.605 0.391372 0.6% 8.783 0.419172 1% 9.220 0.423182 Expansión y contracción Los resultados más significativos de expansión y contracción presentados en la tabla III, se obtuvieron en base a las dimensiones de cada una de las muestras en tiempo [minutos] verde y sinterizadas. Aunque se omitieron algunos valores de expansión por ser menores a 6.5%, la mayoría de las muestras se expandieron. Este hecho al parecer puede estar relacionado a la diferencia en el coeficiente de expansión térmica de los elementos variantes en la composición, como son el cobre y la alúmina, pues el valor del cobre que es de 17 x 10-6 °C-1,10 es aproximadamente del doble del valor de la alúmina que es de 8x10-6 °C-1.11 Además durante el proceso de sinterizado, al momento de la difusión debió existir una migración de átomos, donde las vacancias generadas en apariencia fueron sustituidas por dislocaciones y fronteras de grano, que evitaron la contracción de granos y provocaron el crecimiento. Tabla III. Relación de las dimensiones de las pastillas en verde y sinterizadas. Microscopio óptico (derecha) y microdurometro Vickers utilizados en la caracterización de las muestras. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Área superficial El tamaño promedio de partícula y superficie específica después de la etapa de molienda y mezclado de las tres diferentes muestras de polvo estudiadas, se reporta en la tabla II. En esta tabla se puede notar que la alúmina, el elemento variable de las 3 diferentes familias, ejerce una influencia tal, que la tendencia clara es aumentar las dimensiones de partícula y área superficial conforme se incrementa el contenido de alúmina en la mezcla. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 Muestra En verde [cm3] Sinterizada [cm3] A11 0.363 0.388 6.89 A12 0.395 0.382 -3.29 A32 0.345 0.372 7.83 A33 0.361 0.404 11.91 A13 0.395 0.382 -3.29 A21 0.358 0.387 8.1 Muestra En verde [cm3] Sinterizada [cm3] Expansión [%] V33 0.375 0.362 -3.47 N11 0.376 0.359 -4.52 N12 0.387 0.381 -1.55 N22 0.37 0.351 -5.14 N23 0.368 0.359 -2.45 N31 0.371 0.396 6.74 Expansión [%] 61 �Sinterización isotérmica de bronces reforzados con partículas de alúmina / Jessica J. Osorio, et al. Por lo tanto, estos resultados son evidencia de que la alúmina permite una mejor unión entre partículas, lo que acarrea una mejor densificación. Esto se logra gracias a que fue sometida a un tiempo prolongado de sinterización y a que se le trabajó por debajo (aunque cerca) del 90% de fusión de la composición Cu-10% Sn. Densidad y porosidad La medición de la densidad y porosidad se efectuó empleando el método de Arquímedes, con el auxilio de una balanza de densidades (Ohaus). Por otra parte, la densidad teórica se obtuvo por la regla de las mezclas. En la tabla IV se muestran las densidades calculadas para las aleaciones con diferentes % de alúmina. Los resultados obtenidos de porcentaje de densidad teórica y porosidad abierta para cada sistema estudiado se muestran en las gráficas 1, 2 y 3. Tabla IV. Porcentaje de alúmina Vs densidad teórica. % de alúmina en la mezcla Densidad teórica 0.3 8.7362 g/cm3 0.3 8.7213 g/cm3 1 8.7014 g/cm3 Fig.1. Gráfica comparativa entre porosidad abierta, porcentaje de densidad teórica y dureza de las muestras con 0.3% de Al2O3. Muestras con 0.3% de alúmina En la familia de las muestras con un contenido de 0.3% de alúmina, ver figura 1, la variación del porcentaje de densidad teórica y porosidad abierta presentan poco cambio. Como es de esperar hay una relación con tendencia inversa entre porosidad abierta y densidad, es decir que las muestras con menor porosidad tienden a ser las más densas. Así mismo, la dureza muestra un mejor comportamiento conforme se aumenta la temperatura y el tiempo de sinterizado, con ciertas caídas considerables. Acorde al comportamiento de las curvas y al mayor valor de dureza, se puede decir que este sistema responde favorablemente a la alta temperatura asociada al máximo tiempo de proceso en estudio. En las micrografías asociadas a esta misma familia, mostradas en la figura 2, las imágenes más homogéneas, con una aparente menor porosidad, son en general las que fueron sometidas a mayores temperaturas de sinterizado. Debido muy probablemente a que las concentraciones aunque pequeñas de alúmina (0.3%), favorecen la densificación, aumentando la dureza al incrementarse la temperatura, independientemente del tiempo de proceso, siempre y cuando sea el suficiente para lograr una buena migración de átomos y unión de partículas. Muestras con 0.6% de alúmina En la familia de las muestras con un contenido de 0.6% de alúmina, ver figura 3, la diferencia en el comportamiento de las curvas de porcentaje de densidad teórica y porosidad abierta es mínima, sin embargo, la curva de dureza muestra una clara tendencia de aumentar conforme se utilizan temperaturas y tiempos mayores de proceso. Para este sistema el parámetro de control más importante es el tiempo, pues cuando éste se excede, se llega a un Fig.2. Micrografías de las mejores muestras con 0.3% de Al2O3, con proceso de sinterizado: a) 754°C por 20 min. b) 806°C por 5 min. c) 806°C por 10 min. y d) 806°C por 20 min. 62 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Sinterización isotérmica de bronces reforzados con partículas de alúmina / Jessica J. Osorio, et al. Fig. 3. Gráfica comparativa entre porosidad abierta, porcentaje de densidad teórica y dureza de las muestras con 0.6% de Al2O3. la tendencia de la curva del porcentaje de densidad teórica y porosidad abierta es muy cercana a la lineal, lo cual implica que ninguno de los parámetros tiempo temperatura modifican el comportamiento de estos dos factores en las diferentes muestras, significativamente. No obstante en relación a la dureza, estas muestras presentan un comportamiento singular, con tendencia a decrecer. El comportamiento inicial pronto se ve deteriorado conforme la temperatura aumenta, lo cual hace pensar que la alúmina incorporada homogéneamente, inhibe el proceso de difusión al incrementarse la temperatura Fig. 4. Micrografías de las mejores muestras con 0.6% de Al2O3, con proceso de sinterizado: a) 754°C por 10 min. b) 754°C por 20 min. c) 806°C por 10 min. y d) 806°C por 20 min. punto donde el deterioro de las propiedades inicia, tal es el caso de la muestra V33. Este comportamiento muy probablemente es generado por el contacto de la muestra con una atmósfera a la mayor temperatura de estudio, donde los procesos de migración provocan un inicio rápido en el proceso, y un consecuente degradamiento, al presentarse lo que se conoce como crecimiento anormal de grano. Por otra parte, al observar las micrografías correspondientes a esta familia, ver figura 4, se observa que las muestras que ofrecen mayor homogeneidad con una aparente menor porosidad, son aquellas que fueron sinterizadas a las temperaturas más altas. En estas imágenes no es posible distinguir con claridad más de una fase, en adición a los poros, por lo que es de esperar que los elementos presentes se difundieran entre sí. Esta homogeneidad y tendencia de las curvas, refuerza la idea de que la mayor temperatura de trabajo induce mejores resultados para las muestras con un contenido de 0.6% de alúmina. Muestras con 1% de alúmina En la familia de las muestras con un contenido de 1% de alúmina, según se aprecia en la figura 5, Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 Fig. 5. Gráfica comparativa entre porosidad abierta, porcentaje de densidad teórica y dureza de las muestras con 1% de Al2O3. y el tiempo de sinterizado, de tal forma que las muestras con mejor comportamiento son aquellas que estuvieron expuestas a la menor temperatura, aunque en este grupo el tiempo de exposición resultó significativo y favorable, a diferencia de las demás muestras de la misma familia. A su vez en las micrografías de la figura 6 se puede apreciar un comportamiento discordante, en relación a la dureza, con los resultados obtenidos, es decir que las muestras con mejor homogeneidad y aparente menor porosidad, son aquellas sinterizadas a las temperaturas más altas con tiempos relativamente bajos. En este sistema se percibe mayor influencia 63 �Sinterización isotérmica de bronces reforzados con partículas de alúmina / Jessica J. Osorio, et al. Fig. 6. Micrografías de las mejores muestras con 1% de Al2O3, con proceso de sinterizado: a) 686°C por 20 min. b) 754°C por 5 min. c) 806°C por 10 min. y d) 806°C por 20 min. de los factores tiempo-temperatura, con una visible reducción de los poros, y una superficie más homogénea. Así mismo, al observar los poros a pesar de tener un tamaño significativo, se aprecian redondos y bien distribuidos a través del área analizada, por lo que es de esperar que los valores obtenidos sean muy similares en cualquier punto de la muestra. Selección de muestras Al comparar la porosidad abierta, el porcentaje de densidad teórica, la dureza y la microestructura de todas las muestras, dando mayor importancia a la dureza, debido a la pretensión de que la alúmina incremente precisamente este valor, se consideraron como representativas de cada una de las familias las muestras catalogadas como A33, V32 y N13. De estas muestras la V32 con un contenido de 0.6% de alúmina presentó la mayor dureza, aunque en cuestión de densidad la muestra N13 es la mejor, con el menor porcentaje de porosidad debido al incremento de alúmina en el compuesto. A su vez la mayoría de poros presentes en las micrografías, tienden a la esfericidad, lo cual le confiere mayor resistencia al material, pues al disminuirse los ángulos agudos se reducen las fallas que pueden originar la propagación de grietas. Cabe señalar que la presencia de poros no se debe tanto a la presión de trabajo de 180 MPa, ni a la forma de compactación uniaxial, sino al método de fabricación, pues en la metalurgia de polvos los poros se consideran inherentes al proceso, y más en este caso donde los coeficiente de conductividad térmica del cobre 394 W/mK y la alúmina 30 W/mK, ambos a 100°C son tan disimiles,12 con una tendencia decreciente conforme se incrementa la temperatura, lo cual limita el fenómeno de conducción que puede aislar algunas zonas donde los poros sustituyen al material 64 faltante inhibiendo la difusión en volumen. A pesar de esta porosidad implícita resulta evidente que la concentración de alúmina genera una tendencia, relacionada a una mejor densificación, debida al tamaño minúsculo de partícula que homogéneamente se difunde en todo el compuesto sinterizado isotérmicamente, y que evita que después de cierto tiempo y temperatura de proceso, los idóneos para que se presente una adecuada migración a través de todo el compuesto. La unión por difusión es un proceso donde al aumentar la temperatura, dos partículas adyacentes de polvo empiezan a formar un puente generando una migración de átomos de una partícula a otra produciendo así una gran área de contacto entre las mismas. Fig. 7. Gráfica comparativa entre porosidad abierta, porcentaje de densidad teórica y dureza de las muestras seleccionadas. CONCLUSIONES La alúmina, a pesar de su poca variación en contenido, representa un cambio significativo en el comportamiento, incluso tiene mayor injerencia que las condiciones de trabajo, pues tan sólo es necesario aumentar la temperatura un poco para que en el material se presente una migración de átomos de las zonas de mayor a las de menor presencia, esto aunado al hecho de que la variación de temperatura puede ser compensada por el tiempo de exposición del material, para lograr la difusión de átomos. Por Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Sinterización isotérmica de bronces reforzados con partículas de alúmina / Jessica J. Osorio, et al. lo tanto, los requerimientos relativos a temperatura y tiempo disminuyen conforme se incrementa el contenido de alúmina en el compuesto. Así mismo con los resultados de dureza y micrografías se notó que los tiempos y temperaturas isotérmicas empleadas fueron suficientes para que se llevara a cabo la sinterización, incluso se llegó al punto de sobrepasar la temperatura ideal y llegar al fenómeno conocido como crecimiento anormal de grano. Dicho fenómeno indeseable puede provocar un deterioro en las propiedades del compuesto. A juzgar por las micrografías a diferencia de un proceso normal de fusión, aquí se ha obtenido una buena homogeneización con la ausencia de fases visiblemente diferentes, lo cual, adicional al hecho de la homogeneidad en las propiedades, hace suponer que la alúmina se presenta como fase dispersa bien incorporada. REFERENCIAS 1. E. Paul Degarmo, J T. Black y Ronald A. Kohser, Materials and processes in manufacturing. Ed. John Wiley & Sons, Inc. Ninth Edition 2003. Pág. 130. 2. Frades G., Vitón F., Varela R. y Vázquez F., Sinterización acelerada de bronces en metalurgia de polvos, Centro de Investigaciones Metalúrgicas e Instituto Superior Politécnico José A. Echeverría, Habana, Cuba. 3. Patricia F., Vladimir M. y Marco V., Aplicaciones de los materiales compuestos de matriz metálica en el sector eléctrico y electrónico, Universidad Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 Nacional de Colombia, 2005. 4. S. C. Tjong, University of Hong Kong, Novel Nanoparticle-reinforced metal matrix composites with enhanced mechanical properties., Advanced engineering materials, 2007, 9, No. 8. 5. J. G. Miranda, S. Moreno, A. B. Soto, E. Rocha. Production and characterization of Al2O3-Cu, Journal of Ceramic processing Research, Vol. 7, No. 4, 2006. 6. S. Kalpakjian, S.R. Schmid. Manufactura, ingeniería y tecnología. Ed. Prentice Hall, quinta edición, 2008. Págs. 134-135. 7. D. R. Askeland, P. P. Phulé. Ciencia e ingeniería de los materiales. Cuarta edición. Ed. Thomson, 2004. Págs: 215, 484-485. 8. DoITPoMS, Depatment of Materials Sciencie and Metallurgy, University of Cambridge. http:// www.doitpoms.ac.uk/ miclib/phase_diagrams. php?id=19. 9. George L. Kehl. Fundamentos de la práctica metalográfica, segunda edición. Ed. Aguilar. Madrid, 1963. Pág. 414. 10. A. K. Biswas, W. G. Davenport. El cobre, metalurgia extractiva, primera edición. Ed. Limusa, 1995. Pág. 449. 11. S. J. Schneider . Engineered materials handbook, Ceramica and glasses. Vol. 4 Ed. ASM International, 1991. Pág. 316. 12. David R. Lide. Handbook of chemistry and physics, CRC PRESS 89th edition, 2008-2009. Pág. 12-203. 65 �Eventos y reconocimientos I. PREMIO ESTATAL DE LA JUVENTUD El pasado 11 de diciembre la M.C. María Guadalupe Villarreal Marroquín recibió el Premio Estatal de la Juventud, en el rubro de Actividades Académicas. La galardonada, oriunda de Santiago, Nuevo León, tiene la licenciatura en Matemáticas y la maestría en Ingeniería de Sistemas por la FIME. La maestra Villarreal ha aplicado sus conocimientos en la industria automotriz para maximizar la calidad de sus productos y recientemente ha vuelto de una estancia de investigación en la Universidad de Ohio, teniendo entre sus planes continuar allí con sus estudios de doctorado. La investigadora desea continuar desarrollando las posibilidades que tiene la optimización multicriterio en los procesos industriales, tema sobre el cual, ya había recibido el Premio de Investigación de la UANL y el Premio a las Mujeres Mexicanas Inventoras, por parte del Instituto Nacional de las Mujeres. II. SEMINARIO “MEDICIÓN DE FASORES EN FORMA SINCRONIZADA Y SUS APLICACIONES” Los días 4 y 5 de diciembre se llevó a cabo en la Sala Polivalente del CIDET de nuestra Facultad el Seminario “Medición de Fasores en Forma Sincronizada y sus Aplicaciones”, impartido por el Doctor Arun G. Phadke, Profesor Emérito de la Universidad Tecnológica de Virginia, Estados Unidos. Los temas que se abordaron durante estos días fueron “Unidades de Medición”, “Concentradores de Datos”, “Respuesta Transitoria”, “Control con Retroalimentación de Fasor” y “Protección de Sistemas con Fasores de Entrada”. El evento contó con la presencia de ingenieros de las áreas de transmisión, distribución y centros de control de la Comisión Federal de Electricidad, investigadores del Instituto Politécnico Nacional, de la Universidad Nacional Autónoma de México y del Instituto de Investigaciones Eléctricas, y así como alumnos y maestros de nuestra Facultad. María Guadalupe Villarreal Marroquín mostrando su reconocimiento. Asistentes al seminario sobre medición de fasores. 66 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Titulados a nivel Doctorado en la FIME-UANL Enero - Diciembre 2008 Juana Angélica Ramos Salas, Doctora en Ingeniería de Materiales, “Efecto del Ca sobre la contracción y modo de nucleación del eutéctico e interacción con el Sr en una aleación Al-Si-Mg 356”, 29 de febrero de 2008, Jurado: Dra. Martha P. Guerrero Mata (asesor), Dr. Rafael Colás Ortiz, Dr. Salvador Valtierra Gallardo, Dr. José Talamantes Silva, Dr. Miguel Ángel Cisneros Guerrero. Fidencio Sánchez Rueda, Doctor en Ingeniería de Sistemas, “Caracterización del tránsito vehicular a través del procedimiento de información de imágenes de video”, 28 de julio de 2008, Jurado: Dr. César E. Villarreal (asesor), Dr. José A. Berrones Santos, Dra. Ada M. Álvarez Socarrás, Dr. Fernando López Irarrágorri, Dr. Oscar L. Chacón Mondragón. Miguel Mata Pérez, Doctor en Ingeniería de Sistemas, “Creación de una herramienta matemática para la optimización de servicios en un centro de distribución”, 5 de agosto de 2008, Jurado: Dr. Igor Litvinchev Semionovich (asesor), Dr. César E. Villarreal Rodríguez, Dra. Ada M. Álvarez Socarrás, Dr. Fernando López Irarrágorri, Dr. Boris Peitsverger. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 Eden Amaral Rodríguez Castellanos, Doctor en Ingeniería de Materiales, “Desarrollo de un refractario basado en MgO-CaZrO3 enriquecido con espinela (MgAl2O4) como nueva alternativa tecnológica para los hornos rotatorios productores de cemento”, 1 de septiembre de 2008, Jurado: Dr. Guadalupe Alan Castillo Rodríguez (asesor), Dr. Tushar Kanti Das Roy, Dra. Ana M. Guzmán Hernández, Dra. Ana M. Arato Tovar, Dra. Bindu Krishnan. Javier Leal Iga, Doctor en Ingeniería Eléctrica, “Modelado para control productivo de la temperatura en invernaderos”, 3 de diciembre de 2008, Jurado: Dr. Ernesto Vázquez Martínez (asesor), Dr. Alberto Cavazos González, Dr. Marco Tulio Mata Jiménez, Dr. César Elizondo González, Dr. Emilio Barocio Espejo. Francisco Ramírez Cruz, Doctor en Ingeniería de Materiales, “Optimización geométrica con elemento finito basada en algoritmos de crecimiento biológico”, 10 de diciembre de 2008, Jurado: Dr. Guadalupe Alan Castillo Rodríguez (asesor), Dr. Klaus Rall, Dr. Vicente Parra Vega, Dra. Myriam Elías Santos, Dr. Juan Muñoz Saldaña. 75 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Diciembre 2008 - Febrero 2009 Omar Alejandro Hernández Cruz, Maestro en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Examen por materias), 1 de diciembre de 2008. Olga Guadalupe Arroyo Hernández, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, “Aplicación de la metodología phva al proceso de inscripción de dependencias”, 3 de diciembre de 2008. Claudia Yessica Flores Ángel, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Examen por materias), 3 de diciembre de 2008. Ana Colbia Vega Morán, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Control Automático, “Control desentralizado por modos deslizantes de alto orden aplicado a un sistema de potencia multimáquina”, 4 de diciembre de 2008. Héctor Hugo Flores Moreno, Maestro en Ciencias de la Administración con especialidad en Relaciones Industriales, “Estudio e impacto de los procesos de regularización en una dependencia de estudios superiores”, 4 de diciembre de 2008. Rolando Alberto Lazcano Martínez, Maestro en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Examen por materias), 4 de diciembre de 2008. Edgar Gonzalo Beltrán Mazorra, Maestro en Ciencias de la Ingeniería con especialidad en Telecomunicaciones, “Circuitos electrónicos avanzados para el procesamiento digital de señales en el área de instrumentación”, 4 de diciembre de 2008. Jesús Marco Antonio Gutiérrez Moreno, Maestro en Ingeniería con orientación en Mecatrónica, (Examen por materias), 8 de diciembre de 2008. 76 Mario A. González Vázquez, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Sistemas Eléctricos de Potencia, (Examen por materias), 10 de diciembre de 2008. Cyndi Arlenn Iñiguez Sánchez, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Análisis de la solución de los poros en pastas de cemento Portland ordinario parcialmente reemplazado con desecho geotérmico”, 11 de diciembre de 2008. Vanessa Yuriko Casarín Tanahara, Maestro en Ciencias de la Administración con especialidad en Producción y Calidad, tesis, “Aplicación de la metodología de mapeo en la plantación de la calidad para el rediseño de controles de proceso”, 11 de diciembre del 2008 Thelma Evangelina Peinado Pérez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, (Examen por materias), 11 de diciembre de 2008. Alejandro Escudero García, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Aplicación de técnicas de optimización por simulación en el proceso de fundición de aluminio”, 12 de diciembre de 2008. Carlos Alberto Martínez Soto, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Efectos microestructurales en los procesos de deformado en caliente y tratamiento térmico en la aleación de inconel 909”, 12 de diciembre de 2008. Diego Emilio Lozano de la Garza, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL en Materiales, “Comportamiento tribológico de una aleación Al Si Cu en una máquina de desgaste tipo ball on disk”, 16 de diciembre de 2008. Rolando Emir Fernández Correa, Maestro en Ingeniería con orientación en Telecomunicaciones, 16 de diciembre de 2008. Roberto Antonio Niño Domínguez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 16 de diciembre de 2008. Lyzett Uribe Mastache, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Metodologia para el analisis de datos de microarreglos para la detección de cáncer”, 18 de diciembre de 2008. Hugo Alexer Pérez Vicente, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Diagnostico de cáncer a partir de datos de microarreglos”, 18 de diciembre de 2008. Indalecio Villarreal Vázquez, Maestro en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Examen por materias), 18 de diciembre de 2008. Diana Berenice Hernández Uresti, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Síntesis de nanopartículas e poxy – amina funcionalizada mediante la separación de fase inducida por reacción con inserción de cobre”, 18 de diciembre de 2008. Alma Abbygail Benavides Escamilla, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 15 de enero de 2009. Irving Alberto Varela Bedoya, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Examen por materias), 23 de enero de 2009. Juan Carlos Santiago Jerez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 27 de enero de 2009. Alejandro Vázquez Dimas, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Síntesis de nanopartículas de ZnS mediante irradiación de microondas: efecto de la potencia y los precursores de reacción”, 28 de enero de 2009. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 Néstor Praxedis Maldonado Gómez, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Sistemas Eléctricos de Potencia, “Estudio comparativo de algoritmos de control para filtros de potencia activos”, 29 de enero de 2009 Alejandro Galeana Calderón, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con orientación en Sistemas Eléctricos de Potencia, “Analisis del fenomeno de resonancia modal en sistemas electricos de potencia mediante la teoría de modos normales”, 30 de enero de 2009. Luis Enrique Segovia Hernández, Maestro en Ingeniería con orientación en Mecatrónica, “Automatización en la industria automotriz”, 30 de enero de 2009. Vi o l e t a R o c h a H e r n á n d e z , M a e s t r o e n Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (proyecto corto) “La educación diabetológica y la calidad de vida del paciente con diabetes mellitus tipo 2”, 3 de febrero de 2009. Minerva l. López Elizondo, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, proyecto corto: “Rendimiento académico de los estudiantes universitarios: una aproximación a sus casas”, 3 de febrero de 2009. Laura Imelda García Ortiz, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Estudio y efecto de los procesos de secado en concretos refractarios silicoaluminios”, 6 de febrero de 2009. Vanesa Ávalos Gaytán, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Agrupamiento local en grafos dirigidos”, 10 de febrero de 2009. Edgar Efraín Gauna González, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Desarrollo de materiales compuestos entre filosilicatos y resina poliéster”, 12 de febrero de 2009. Miriam Elena Ortiz Cervantes, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Estudio del clima organizacional en Comisión Federal de Electricidad” 20 de febrero de 2009. 77 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Héctor Mendoza Fuerte, Maestro en Ciencias en Ingeniería con orientación en Mecánica, (Examen por materias), 23 de febrero de 2009. Rolando Javier Lozano Hinojosa, maestro en Ingeniería con orientación en manufactura, (Examen por materias), 24 de febrero de 2009. María Elena Arias López, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Evaluación e implementación de mejoras en el ciclo de generación y distribución de vapor”, 24 de febrero de 2009. Jonathan Rodríguez Chavira, Maestro en Ingeniería con orientación en Manufactura, (Examen por materias), 26 de febrero de 2009. Erwin Romero García, Maestría en Ingeniería con orientación en Mecatrónica, (Examen por materias), 26 de febrero de 2009. 78 Antonio Guillermo Pérez Rosas, Maestro en Ciencias de la Ingeniería de Manufactura con especialidad en Automatización, “Control de procesos bajo el criterio de calidad a la primera vez”, 27 de febrero de 2009. Edith Lucero Ozuna Espinosa, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Problemas con múltiples relajaciones lagrangianas”, 27 de febrero de 2009. Mirna A. Mayorga Martín Del Campo, Maestro en Ingeniería con orientación en Manufactura, “Optimización de la adquisición de imágenes en la reconstrucción 3D con laser”, 27 de febrero de 2009 Juanita Yoana Castillo Menchaca, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Estudio en Cemex, indicadores de calidad en el reporte de operaciones para una planta de cemento conforme a las normas internacionales”, 27 de febrero de 2009. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Acuse de recibo ENTREPRENEUR PC TODAY Esta publicación (ISSN 16655087), editada en México por Impresiones Áereas bajo licencia de Entrepreneur, Media, con los años se ha posicionado como una de las más populares revistas sobre negocios, gracias a su enfoque editorial siempre atento a la actualidad e intereses del sector de los “emprendedores”. En su número 2 del volumen 17 correspondiente a febrero de 2009, presenta como tema de portada: 250 negocios desde casa, el cual se desarrolla en un dossier que aborda: giros, guías paso a paso, oportunidades, casos de éxito y un puntuario de 50 claves para emprender en tiempos difíciles. Esta publicación además presenta información de actualidad en sus secciones: ideas, finanzas personales, finanzas de negocios, emprendedores, plan de negocios, franquicias, ventas, marketing y consultorio-ventanilla. Para mayor información y suscripciones consultar www.soyentrepreneur.com Esta revista de divulgación, con slogan: tu revista quincenal de informática e internet, publicada en Madrid, por Axel Springer, con distribución en toda hispanoamérica, presenta en sus secciones: noticias, hardware, software, internet práctico, juegos y tecnología, una visión sintética de las novedades en esta dinámica área de la tecnología. En su número 204, presenta un análisis comparativo de 16 diferentes programas de intercambio de archivos P2P (Peer To Peer), la cuarta parte de un curso de fotografía digital, la comparación de diferentes modelos de discos duros externos, entre muchas notas cortas sobre novedades para los fanáticos de las tecnologías informáticas. Para más información se puede consultar la página de esta revista en internet ubicada en la dirección www.pctoday.es (FJEG) (COG) Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 71 �Colaboradores Altamirano Torres, Alejandro Maestro en Ciencias con especialidad en Ingeniería de Materiales. Actualmente es profesor-investigador en el Departamento de Materiales de la Universidad Autónoma Metropolitana. Coureaux Mustelier, David Ingeniero Mecánico. Profesor Asistente del Departamento de Mecánica y Diseño. Master en Diseño Mecánico. Miembro del Grupo Tribológico de la Universidad de Oriente. Estudia un doctorado en la Universidad Politécnica de Cataluña, España. Grote, Karl-Heinrich Es profesor y coordinador del Instituto de Ingeniería y Diseño Industrial en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Otto-von-Guericke en Magdeburg, Alemania. Guillén Buendia, Gabriel Ingeniero (1993) y Maestro en Ciencias (1997) por el IPN y Dr. Ing. por la UPC (1998, Barcelona). Es profesor del IPN (1999-a la fecha). Trabajó para Akra (1993-1995), Canaintex (1993), Cinta Seda (1992), Hilaturas AL (1991). Candidato SNI (2000-2003). Lucio Porto, Raúl Licenciado en Ciencias Químicas por el ITESM Monterrey. Maestría en Ciencias con orientación en Química de los Materiales en la FCQ de la UANL. Actualmente es estudiante de doctorado y profesor de tiempo parcial en la misma facultad. Marquina Fábrega, José Ernesto Licenciado en Física por la UNAM y Doctorado en Humanidades (Historia y Filosofía de la Ciencia) UAM. Profesor Titular en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Oertelt, Stephan Tiene grados de ingeniería por la Universidad de Ciencias Aplicadas de Munich, y por la Universidad Estatal de California. Actualmente está trabajando como gerente de innovación en la industria automotriz alemana. Es doctorante en la Universidad de Magdeburg Otto-von-Guericke. Osorio Ramos, Jessica J. Ingeniera industrial. Estudia una maestría en ciencias con especialidad en Ingeniería de Materiales en la Universidad Autónoma Metropolitana. Islas Cortés, Ana María Ingeniera (1984) y Maestra en Ciencias (1990) por el IPN. Master (1991) y Dra. Ing. (1998) por la UPC, Barcelona. Es profesora del IPN. Candidata SNI (2001-2004). Rocha Rangel, Enrique Doctor en Ciencias con especialidad en Metalurgia y Materiales. Actualmente es investigador titular de la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas del IPN. Juy Aguirre, Alberto Ingeniero Mecánico. Profesor Titular de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Oriente. Doctor en Ciencias Técnicas por la Universidad Politécnica de Cataluña, España. Rodríguez González, Alfredo Odón Licenciado en Ingeniería Física por la Universidad Autónoma Metropolitana (1990), y doctorado en Física (1997) por la Universidad de Nothingham. Labora en la UAM, Iztapalapa desde 1998. 72 Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 �Colaboradores Rodríguez Jorge, Luis Felipe Licenciado en Física (1973) por la Facultad de Ciencias de la UNAM, y Doctor en Astronomía (1978) por la Universidad Harvard. Es investigador del Instituto de Astronomía de la UNAM. Ha obtenido 3 premios internacionales y 4 premios nacionales. Es miembro de El Colegio Nacional. Rodríguez Martínez, Calixto Ingeniero Mecánico. Doctor en Ciencias Técnicas con especialidad en Tribología (1986). Profesor Emérito del Departamento de Mecánica y Diseño de la Universidad de Oriente, Cuba. Premio de la Academia de Ciencias de Cuba. Sagaró Zamora, Roberto Ingeniero Mecánico. Doctorado en Ciencias Técnicas en la especialidad de Tribología en 1995. Profesor de la Universidad de Oriente, Cuba. Obtuvo el premio de la Academia de Ciencias de Cuba. Sandoval Pérez, Francisco Maestro en Ciencias con especialidad en Ingeniería de Materiales. Es profesor-investigador en el Departamento de Materiales de la UAM. Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 Solís Nájera, Sergio Enrique Ingeniero Electrónico (2001) por el Instituto Tecnológico de Durango y Maestria en Ciencias (2004) por la Universidad Autónoma MetropolitanaIztapalapa. Estudiante de doctorado de UAM. Tomasi, Dardo Doctorado por la Universidad de Buenos Aires en 1996. Actualmente labora en el Departamento Médico del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en los Estados Unidos de América. Torres González, Luis Carlos Licenciado en Química por la UDEM y Maestría en Fisicoquímica por el CINVESTAV. Doctorado en Electroquímica por la Universidad Louis Pasteur en Estrasburgo, Francia. Profesor en la FCQ-UANL. SNI nivel I. Obtuvo cinco premios sobre desarrollos tecnológicos para la industria del vidrio. Valdez Ramírez, Pablo Licenciado en Psicología, UNAM. Maestría en Metodología de la Ciencia, UANL. Doctor en Psicología, UANL. Profesor de la Facultad de Psicología de la UANL desde 1978. SNI, nivel II. 73 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, 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 o divulgación 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 74 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, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg 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.: 8329-4000 Ext. 5854 Fax: 8332-0904 E-mail: revistaingenierias@gmail.com Ingenierías, Abril-Junio 2009, Vol. XII, No. 43 � 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 2009 Volumen Volumen de la revista 12 Número Número de la revista 43 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, 2009, Vol 12, No 43, 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, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/04/2009 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 2020806 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 Capacitor electroquímico Endurecimiento por láser Galileo Imagenología Innovación Sinterización isotérmica