https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/20769/Ingenierias_2010_Vol_13_No_46_Enero-Marzo.pdf b1dc2834a2214957f18aec122a125079 PDF Text Text 46 Actualización de ingenieros Fotocatálisis Virus & nanotecnología Fábricas textiles pioneras en Nuevo León, MX ENERO - MARZO 2010, VOL. XIII, No. 46 INGENIERÍAS REVISTA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA DE LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN �Contenido Enero-Marzo de 2010, Vol. XIII, No. 46 46 2 Directorio 3 Editorial Las organizaciones profesionales y la actualización de los ingenieros en México Juan Antonio Aguilar Garib 8 Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica en la degradación de rodamina B Ulises Matías García Pérez, Azael Martínez-De la Cruz 16 Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología Diana Caballero Hernández, Leonardo Chávez Guerrero 23 Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos Marco A. Garza Navarro, Virgilio A. González González, Moisés Hinojosa Rivera, Martín Edgar Reyes Melo, Alejandro Torres Castro 34 Lectores en Wikilandia Gabriel Zaid 38 Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana Buenaventura Rigol Cardona, Damaris Peña Escobio, Osbeidy Hernández Durán, Sebastián Díaz De la Torre 47 Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I Javier Rojas Sandoval 57 Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad Mariano David Zerquera Izquierdo, Juan José Sánchez Jiménez 65 Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial Víctor Marines Castillo, Gina Idárraga Ospina, Enrique Esteban Mombello 76 Eventos y reconocimientos 81 Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL 83 Acuse de recibo 84 Colaboradores 86 Información para colaboradores Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 1 �DIRECTORIO REDACCIÓN Lic. Julio César Méndez Cavazos M.A. Neydi G. Alfaro Cázares DIRECTOR M.C. Fernando J. Elizondo Garza CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Liviu Sevastian BocÎI FIME-UANL Rumanía. U. “Aurel Vlaicu”, Arad. Dr. Juan Jorge Martínez Vega Francía. Universidad de Toulouse III Dr. José Evaristo Ruzzante Argentina. CNEA. EDITOR Dr. Juan Antonio Aguilar Garib TIPOGRAFÍA Y FORMACIÓN Gregoria Torres Garay Jesús G. Puente Córdova FIME-UANL COMITÉ TÉCNICO Dr. Efraín Alcorta García Dr. Samir Nagi Yousri Gerges Brasíl. UFSC, Florianopolis. TRADUCTORES CIENTÍFICOS Lic. José de Jesús Luna Gutiérrez Dra. Martha Armida Fabela Cárdenas FIME-UANL Dra. Karen Lozano Dr. Mauricio Cabrera Ríos USA. UT-Panam UPRM Dr. Juan Miguel Sanchez Dr. Rafael Colás Ortíz USA. UT-Austin FIME-UANL Dr. Jesús De León Morales CONSEJO EDITORIAL MÉXICO Dr. Óscar L. Chacón Mondragón FIME-UANL INDIZACIÓN L.Q.I. Sergio A. Obregón Alfaro FIME-UANL Dr. Virgilio A. González González FIME-UANL Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar Dr. Moisés Hinojosa Rivera FIME-UANL FIME-UANL Dra. Oxana Vasilievna Karisova Dr. Boris l. Kharissov FCFM-UANL FCQ-UANL Dr. Benjamín Limón Rodríguez FIC-UANL Dr. José Rubén Morones Ibarra FCFM-UANL FOTOGRAFíA M.C. Jesús E. Escamilla Isla Dr. Azael Martínez De la Cruz FIME-UANL M.C. César A. Leal Chapa WEBMASTER Ing. Dagoberto Salas Zendejo FIME-UANL Dr. Enrique López Cuellar Dr. Ubaldo Ortiz Méndez FIME-UANL FIME-UANL M.I.A. Roberto Rebolloso Gallardo Dr. Miguel Ángel Palomo González FFYL-UANL FCQ-UANL Dr. Martín Edgar Reyes Melo Dr. Ernesto Vázquez Martínez FIME-UANL FIME-UANL Dr. Roger Z. Ríos Mercado Dr. Jesús González Hernández FIME-UANL CIMAV DISEÑO M.A. José Luis Martínez Mendoza IMPRESOR M.C. Mario A. Martínez Romo René de la Fuente Franco Dr. Felix Sánchez De Jesús ICBI-UAEH UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Rector / Dr. Jesús Ancer Rodríguez Secretario General / M.E.C. Rogelio G. Garza Rivera Secretario Académico / Dr. Ubaldo Ortiz Méndez Secretario de Extensión y Cultura / Lic. Rogelio Villarreal E. 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 Sub-Director de Desarrollo Institucional y Humano / Dr. Arturo Torres Bugdud 2 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Editorial: Las organizaciones profesionales y la actualización de los ingenieros en México Juan Antonio Aguilar Garib Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales, FIME-UANL juan.aguilargb@uanl.edu.mx Es de lo más común escuchar que alguien que inicia un negocio justifique durante el período de apertura que la falta de pedidos o clientela se debe a que el negocio se encuentra en proceso de acreditación. Este argumento tiene fundamento lógico en el hecho de que en general, como clientes, nos interesa la reputación de un negocio para decidir si tomaremos o no sus servicios. Las leyendas “establecido desde tal fecha” y “con más de tantos años de experiencia”, así como la recomendación y respaldo de terceros, pretenden que los posibles clientes tomen confianza en un negocio aun sin conocerlo. En las profesiones se da el mismo caso, así un médico a través de su trabajo se va acreditando con el tiempo entre aquellos que finalmente se vuelven sus pacientes, tal como un mecánico, electricista o ingeniero hacen en el ejercicio de su profesión. Los títulos, diplomas y certificados se crean para servir de aval para reducir el tiempo en que un profesionista sea aceptado como capaz y competente por la comunidad. Con el título en mano pretendemos ofrecer una constancia proveniente de la más alta autoridad profesional ante la que nos hemos sometido a algún tipo de examen o evaluación final que demostró que poseemos los conocimientos, habilidades y actitudes que corresponden a nuestra profesión. Las universidades han procurado que sus egresados lleguen a titularse, pero se enfrentan a retos como el de que los estudiantes trabajen durante sus estudios con la consecuencia inevitable de que su dedicación a las actividades escolares se reduce a tal grado que tardan más en egresar y mucho más en obtener sus títulos. Otro punto que afecta la titulación es que se da una interpretación errónea del valor real de las cartas de pasante, las cuales tienen la intención de hacer constar que el estudiante ha completado su instrucción, tal como lo hace un kárdex completo o un certificado, sólo que implica que aún falta cumplir con algunos requisitos no necesariamente académicos, pero definitivamente no administrativos. El error de interpretación principal es que se le considera como un documento que ampara que la titulación está en trámite, y como suele ser admitida por los empleadores se llega al colmo de la mala interpretación al considerarlas como un sustituto del título profesional. De modo general, la importancia de poseer un título profesional parece ser entendido por la población, por eso es tan común que las personas ostenten Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 3 �Las organizaciones profesionales y la actualización de los ingenieros en México / Juan Antonio Aguilar Garib sus títulos anteponiéndolos a sus nombres, incluso a partir del momento que egresan porque han concluido sus estudios. La libertad que existe para que una persona que carezca de un título efectúe tareas propias de una profesión, ya que no están reservadas para los profesionistas siempre que no impliquen daño social, ha contribuido a que se crea que egresar y graduarse es la misma cosa. Sin embargo, ostentar un título que no se posee con la finalidad de obtener la confianza de un sujeto para que le permita efectuar tareas asociadas a una profesión constituye un delito tipificado que se conoce como “usurpación de profesión”. La poca publicidad que reciben los casos que se presentan entre ingenieros, en comparación con la de los abogados y los médicos, hacen que prácticamente ignoremos que este delito está penado. La pena depende del estado de la república en que se comete, pero hay casos en que, según la calidad del afectado, pueden convertirse en un delito federal castigado con la privación de la libertad. Faltaría definir el significado de daño social, pero por lo pronto basta decir que muchos profesionales del área de salud definitivamente no tienen permitido ejercer sin título. Particularizando sobre los ingenieros, pareciera que con tantos egresados hay abundancia de ingenieros, pero no es así, y de hecho México no es excepción de lo que ocurre en los países desarrollados en los que constantemente se diseñan estrategias para subsanar el déficit de ingenieros y científicos. Las instituciones educativas están conscientes de la importancia del desarrollo de los ingenieros después de terminar su educación formal y por eso insisten en recomendar a los recién titulados que no ignoren las recomendaciones en referencia a superarse, mantenerse actualizados y la posibilidad de que un titulado, después de varios años sin actualizarse, sea rebasado por los nuevos desarrollos a tal grado que se volverá obsoleto profesionalmente. Ni las universidades ni las instituciones de educación superior pueden ser responsables de la etapa de crecimiento y preparación de los ingenieros después de egresar. La tarea de mantener actualizados a los profesionistas después de su egreso corresponde inicialmente a ellos mismos y a sus empleadores que serían los más interesados en que así sea, ya que aun habiendo nuevos egresados con conocimientos más frescos, no siempre es posible o fácil, y en México es más bien difícil, renovar la base de empleados, además no se le puede pedir a las universidades que diseñen currículas para preparar ingenieros específicos para un tipo de industria, ya que en bien del egresado, la preparación que ofrece la universidad debe ofrecer la máxima amplitud posible. Entonces son los propios ingenieros los responsables de ir moldeando sus perfiles a las necesidades específicas del área a la que finalmente se dediquen. De no hacerlo así se tendría una población de ingenieros con el mismo perfil, lo cual no constituye una contribución sinérgica para emprender proyectos de gran envergadura, sino más bien conduce a una devaluación propia del exceso de un recurso de un solo tipo. Así, como quiera que se le vea, surge una tarea que es tan importante como la formación de ingenieros en las universidades y que ya no corresponde a éstas. Las universidades otorgan títulos, de los que ya se mencionó su significado e 4 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Las organizaciones profesionales y la actualización de los ingenieros en México / Juan Antonio Aguilar Garib implicaciones, pero ahora hay que preguntarse quién se encarga de avalar que los ingenieros continúan actualizados. En algunas profesiones existen procesos de certificación, a los que se deben someter periódicamente, a fin de mantener un permiso o licencia para ejercer, una vez más se observa que es en el área de la salud en la que se tiene el mayor cuidado a este respecto. En cuanto a las actividades que no exigen certificaciones posteriores, es la propia comunidad la que valida a los profesionales, a veces mediante prueba y error, pero finalmente se hace un padrón que no es público, pero tampoco privado, en el que se recomiendan bien o mal según sea el caso. En otros casos hay empresas que ofrecen cursos de capacitación extraordinarios, que alcanzan tal reputación que quienes los toman y aprueban tienen consigo una carta de recomendación que es muy apreciada por aquellos que requieren del tipo de servicio que corresponde a esas empresas. El problema que existe aquí es que tanto los empleadores como el público que requiera algún servicio prefieren contar con los recursos humanos más capacitados, pero no tienen la misma disposición para pagarles, lo que establece un círculo vicioso en el que los ingenieros observan que su mercado se rige por un esquema de precios y no de competencias, en el que aquellos que estén dispuestos a aceptar los menores salarios son quienes obtienen los empleos. Esta situación es motivo de que un ingeniero no realice una inversión en superarse profesionalmente ya que ve difícil que en un plazo razonable esa inversión sea redituable para él. Mientras la obtención de un grado está forzada por la existencia del delito de “ursupación de profesión”, la falta de actualización no recibe la misma atención, pues en muchos casos, salvo en aquellos en los que se requiere que los profesionistas se certifiquen periódicamente, no perciben ninguna consecuencia significativa debida a su rezago con respecto a las nuevas generaciones. Es posible que esta sensación de confianza provenga de que un ingeniero solía mantenerse vigente con lo que iba aprendiendo en su trabajo sin la necesidad de participar formalmente en programas de actualización, ya que el crecimiento de las empresas no era vertiginoso y los requerimientos de ingeniería eran en general locales con poco cambio. Sin embargo, hoy los mercados son más dinámicos y las empresas que son más rentables ya no producen los productos tradicionales cuya ingeniería básica no cambiaba sensiblemente con el tiempo, por lo que de alguna manera se llegaba incluso a estar ajeno del concepto de obsoletización. Ahora se producen bienes de alta tecnología, difíciles de copiar y de producir, por lo que en esta situación solamente los ingenieros actualizados son valorados y pueden competir favorablemente. Es necesario entonces en la actualidad que los ingenieros tengan una comprensión que va más allá de su formación profesional, la cual consiste en que sean capaces de comprender las implicaciones de la actividad mundial actual, de la apertura de mercados, de la demanda por productos superfluos y de las exigencias de crecimiento sustentable. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 5 �Las organizaciones profesionales y la actualización de los ingenieros en México / Juan Antonio Aguilar Garib La capacidad para procesar esta información no proviene del trabajo cotidiano de un ingeniero aislado en una industria o una institución, proviene de la interacción que tienen con otros colegas que alimenta su cultura ingenieril y que le presentan esquemas y escenarios que le permiten medirse y aprender del cúmulo de experiencias integrado por las vivencias de sus colegas aunadas a las propias y constatar que sí hay oportunidades en la actualización a pesar de que ésta se lleva a cabo voluntariamente. Es en este sentido que entes como los colegios, las academias, las sociedades y las asociaciones profesionales no deben ser pasadas por alto, las hay de todo tipo y tamaño y prácticamente la totalidad incluye en su misión expresiones como “engrandecer las artes y las ciencias de” y enseguida el área o la actividad a la que los asociados se dedican. Es común que se tomen estas formas de organización como de una sola clase, llegando a considerarse incluso que las denominaciones utilizadas son sinónimas. Tal vez esta idea provenga de sus actividades comunes, tales como la oferta de cursos y seminarios, congresos y publicaciones. En México es común que la población relacione a las academias y colegios con la enseñanza, mientras que a las sociedades y asociaciones con los clubes. En el marco profesional la sociedad se constituye mediante convenio para el ejercicio en común de la actividad profesional con un fin económico en la que los socios aportan recursos, conocimientos o trabajo. Por otra parte, la asociación es muy parecida en la que se trata de personas que se unen para realizar una actividad colectiva en forma estable con un objetivo, pero esta vez el fin no es económico. Así el adjetivo mercantil corresponde a sociedad mientras que cultural, deportiva o religiosa pertenecen a las asociaciones. En ambos casos la interacción es voluntaria y más por conveniencia que por naturaleza. La academia es una sociedad no jerárquica parecida a la universidad y a las escuelas griegas y el colegio es un cuerpo formado por personas del mismo oficio o profesión. A menudo este término se confunde por su acepción de escuela, ya que suele utilizarse como sinónimo de escuela privada. Las academias se refieren a áreas de conocimiento; de ciencias, artes o ingeniería, y los colegios a profesiones; de ingenieros, abogados o arquitectos. Estas organizaciones suelen influir en la vida económica y social de un país a través de la propuesta de normas, participación en cámaras, consejos y declaraciones públicas. Aun cuando su vida pública las expone a presiones sociales y políticas, sus actividades en la comunidad las hacen creíbles y les otorga la licencia moral para recomendar o respaldar tanto a profesionistas jóvenes y activos que recién empiezan su vida laboral como a los ya formados que se encuentran en preparación continua a través de las actividades de estas organizaciones. Aunque no es función de las universidades resolver la situación de la actualización, su presencia continua en la comunidad a través de proyectos de vinculación ciertamente impide que la obsolescencia extrema tenga lugar. Sin embargo es indispensable que la obra de la universidad se engrandezca y aquí es muy importante la participación de la comunidad y especialmente la de los profesionistas en sus respectivas organizaciones profesionales, ya que 6 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Las organizaciones profesionales y la actualización de los ingenieros en México / Juan Antonio Aguilar Garib éstas brindan el foro para ellos y para los interesados, además de la fuerza que siempre surge de actuar de modo organizado para tomar parte, ser consultados, en las decisiones que se toman en la comunidad. Para asegurarse de que la preparación de un ingeniero sea de provecho es necesario que las universidades, que hacen todo por tener buenos egresados, sean más enfáticas en su invitación a los estudiantes para superarse y actualizarse, ya que esto no solamente se consigue a través de otros grados o empleos en grandes empresas, también se consigue haciendo lo que se hace en el deporte pero ahora en el mundo profesional, es decir, medirse con los demás. Este último aspecto mientras más pronto se haga es mejor, así que dada la importancia de asociarse profesionalmente para crecer y tener una percepción real del entorno en el marco de las competencias del interés de cada ingeniero que ahora es estudiante, se debe activar la promoción para que tanto profesores como estudiantes participen en alguna asociación profesional afín a sus intereses. Un auxiliar muy importante en esta promoción urgente se da a través de la vinculación de las universidades con las organizaciones profesionales, explicando a los estudiantes la necesidad de participar en ellas, no sólo para darse a conocer como lo hacen a través de los empleos que obtienen aún antes de graduarse, sino asegurar su inserción exitosa en el proceso de desarrollo y actualización de un ingeniero, que a través de su trabajo refrenda y mantiene vigente su título, no sólo por ser documentos que no caducan, sino porque de hecho los ingenieros se encuentran en un estado de mejora continua, evitando así la obsolescencia. Una persona permanecerá estudiando formalmente durante cinco años, diez años, como máximo, si se decide a llevar a cabo un posgrado, y en cambio su vida profesional será por lo menos de 35 años en los que podrá interactuar con nuevas y viejas generaciones, que tendrá la oportunidad de transferirles su espíritu de progreso, o sus prejuicios, que será testigo y actor de desarrollos monumentales en las ciencias, las artes y la tecnología. Suponiendo por un momento que la formación del ingeniero es equivalente en los países que están en la agresiva competencia mundial de mercados, entonces la diferencia en su competitividad está dada por lo que los egresados hacen después de graduarse. No es necesario describir aquí las profundas asimetrías que existen entre los países, por ejemplo los del G20, solamente se enfatiza que la falta de actualización sí tiene consecuencias graves, que se traducen en subempleo y falta de empleo para el individuo, y en rezago para el país que al final sería valorado únicamente como maquilador. Ante esta situación, las universidades, las academias, colegios, sociedades y asociaciones deben continuar y fortalecer su esfuerzo de incentivar actividades conjuntas que trasciendan a la titulación de un egresado, ya que de no hacerse nos mantendremos en desventaja de crecimiento y desarrollo en comparación con los países de los que pretendemos ser socios, quienes además de la formación que reciben durante su carrera de ingeniería, participan formalmente en programas de actualización durante toda su vida profesional. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 7 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica en la degradación de rodamina B Ulises Matías García Pérez, Azael Martínez-De la Cruz División de Estudios de Posgrado, FIME-UANL ulises_matias@yahoo.com.mx, azael70@yahoo.com.mx RESUMEN Vanadato de bismuto, BiVO4 fue sintetizado a 200 °C mediante el método de coprecipitación. La actividad fotocatalítca de dicho óxido fue evaluada en la reacción de degradación de rodamina B (rhB) bajo irradiación de luz visible. El análisis del contenido de carbón orgánico total (TOC) reveló que es posible la mineralización de rodamina B por acción del catalizador BiVO4 (~40% luego de 100 horas de irradiación). Con la finalidad de conocer detalles acerca del mecanismo de degradación de rhB, algunas variables experimentales como pH de la dispersión, cantidad de O2 disuelto y fuente de irradiación fueron modificadas. PALABRAS CLAVE BiVO4, fotocatálisis, fotosensitización, rodamina B. ABSTRACT Bismute vanadate (BiVO4) was synthesized by the coprecipitation method at 200 °C. The photocatalytic activity of such oxide was tested for the photodegradation of rhodamine B (rhB) under visible light irradiation. The analysis of the total organic carbon (TOC) showed that the mineralization of rhodamine B over a BiVO4 photocatalyst is feasible (~40% after 100 hours of irradiation). Some experimental variables such as dispersion pH, amount of dissolved O2, and irradiation source were modified in order to know details about the photodegradation mechanism. KEYWORDS BiVO4, photocatalysis, photosenistization, rhodamine B. INTRODUCCIÓN La fotocatálisis heterogénea es un proceso que se basa en utilizar un sólido semiconductor (normalmente de banda ancha) que sea capaz de absorber directa o indirectamente energía radiante (visible o UV) igual o superior a su banda de energía prohibida. La etapa inicial del proceso consiste en la generación de pares hueco-electrón en las partículas del semiconductor, los cuales permiten que se lleven a cabo las reacciones de óxido-reducción en la superficie del fotocatalizador. Cuando un fotón con una energía que iguala o supera la energía de banda prohibida del semiconductor (Eg) incide sobre éste, se promueve un electrón, e- de la banda de valencia (BV) hacia la banda de conducción (BC), generándose un hueco, 8 Artículo basado en la Tesis “Síntesis por coprecipitación de BiVO4, caracterización y evaluación de su actividad fotocatalítica en la degradación oxidativa de rodamina B en disolución acuosa” de Ulises Matías García Pérez, asesorada por el Dr. Azael Martínez De la Cruz, la cual obtuvo el Premio a la Mejor Tesis de Maestría UANL defendida en el 2008, en la categoría de Ingeniería, Tecnología y Arquitectura, premio que fue entregado en octubre de 2009. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. h+, en la primera banda. Los electrones que llegan a la banda de conducción pueden desplazarse dentro de la red del semiconductor. Asimismo, también se desplazan los huecos que se han fotogenerado en la banda de valencia. Los electrones y los huecos fotogenerados pueden seguir diferentes caminos, como se muestra en la figura 1. En los últimos años la fotocatálisis heterogénea se ha posicionado como una de las tecnologías más eficientes y limpias para la remoción de contaminantes orgánicos en aguas residuales.1 Numerosos esfuerzos han sido encaminados a la búsqueda de materiales semiconductores con actividad fotocatalítica ante diversas reacciones de oxidación de orgánicos, aunque la mayoría de ellos utilizando luz ultravioleta para su activación. Una vez madurado el concepto de la fotocatálisis heterogénea durante los últimos 30 años y comprendido el mecanismo mediante el cual ocurren las reacciones por acción de la radiación electromagnética, en años recientes se ha empezado a enfocar el problema utilizando luz visible dada la inminente aplicación práctica que tiene el uso de esta radiación sobre la ultravioleta. El material por excelencia utilizado como semiconductor es el TiO2 en su forma de anatasa debido a su alta actividad fotocatalítica bajo radiación ultravioleta, alta inercia ante procesos de fotocorrosión y bajo costo. No obstante, de todo el espectro solar que irradia la tierra, la radiación UV constituye apenas el 4% de la energía limitando así el abanico de posibilidades del TiO2 para ciertas aplicaciones. Fig.1. Esquema de la formación de pares hueco-electrón en un semiconductor por acción de radiación electromagnética y proceso de recombinación de cargas. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 En particular, el presente trabajo está orientado a evaluar la capacidad del vanadato de bismuto, BiVO4, como fotocatalizador en la degradación de un colorante orgánico modelo como lo es la rodamina B (rhB) bajo radiación visible, véase figura 2. El BiVO4 se presenta en 3 formas cristalinas diferentes; una monoclínica tipo fergusonita, una tetragonal del tipo schellita y por último, una tetragonal del tipo circón. A 225 °C la transición cristalina entre la fase monoclínica y tetragonal es reversible. El valor de Eg del polimorfo monoclínico de BiVO4 es de 2.3 eV lo que lo hace apto para ser considerado como un potencial fotocatalizador activo en la región visible. La actividad fotocatalítica de la fase monoclínica ha sido reportada por Kudo et al.2 para la evolución de O2 a partir de una solución de AgNO3 utilizando luz visible. Fig. 2. Estructura molecular del colorante orgánico rodamina B. Mediante el empleo de diferentes rutas de síntesis es posible optimizar las propiedades texturales del vanadato de bismuto para potenciar su eficiencia en la degradación de especies orgánicas contaminantes. Dado que el método de síntesis por coprecipitación permite tener una alta homogeneidad en el sistema, no requiere de altas temperaturas y no implica el uso de equipo especial de laboratorio, se seleccionó este método sobre los demás. A través de este método de síntesis propuesto, se busca evaluar las propiedades fotocatalíticas del vanadato de bismuto resultante en la degradación de rodamina B en disolución acuosa por activación de la luz visible, además de que se evaluará el efecto que tiene el pH, la fuente de radiación y el suministro de O2 sobre la actividad fotocatalítica del material. EXPERIMENTACIÓN Síntesis de BiVO4 La síntesis del BiVO4 se llevó a cabo mediante el método de coprecipitación. Para este propósito se partió de Bi(NO3)3.5H2O (Aldrich) y NH4VO3 9 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. (Productos Químicos Monterrey). Se pesaron cantidades estequiométricas de ambos reactivos y posteriormente se prepararon dos disoluciones por separado: a) 1.4975 g de Bi(NO3)3.5H2O fueron disueltos en 100 mL de HNO3 4 M a 70ºC.; b) 0.3610 g de NH4VO3 fueron disueltos en 100 mL de NH4OH 2 M a 70ºC. La disolución del Bi(NO3)3.5H2O fue goteada lentamente (5 mL/min) en la disolución del NH4VO3 con agitación vigorosa. El pH fue ajustado a ~ 9.0 utilizando NH4OH 2 M. La suspensión fue mantenida en un baño de agua a 70 °C favoreciendo una lenta evaporación de solvente, hasta la formación de un sólido amarillo. Se realizó un tratamiento térmico a 200 °C con una velocidad de calentamiento de 10 ºC/min, manteniendo la muestra a dicha temperatura durante 61 horas. Para fines comparativos el BiVO4 fue sintetizado adicionalmente por reacción en estado sólido. Para este propósito se partió de Bi(NO3)3.5H2O y NH4VO3. Se pesaron cantidades estequiométricas de ambos reactivos y posteriormente se mezclaron en un mortero de ágata por espacio de 10 minutos con acetona para facilitar la homogeneización. Finalmente la mezcla de reactivos fue colocada en un horno eléctrico a 700 °C durante 64 horas. Caracterización de BiVO4 La caracterización estructural de las fases sintetizadas se llevó a cabo mediante la técnica de difracción de rayos-X en polvo, utilizando un difractómetro Bruker Advanced X-Ray Solutions D8 con radiación de Cu Kα (λ= 1.5418 Å), con detector de centelleo y filtros de níquel. Las mediciones se hicieron en un intervalo 2θ de 10º a 70º con un tamaño de paso de 0.05º y un tiempo de 0.05 segundos por cada paso. Con la finalidad de conocer el mecanismo de descomposición térmica del precursor del BiVO4 sintetizado por coprecipitación, así como los cambios 10 asociados a ella, se emplearon de manera simultánea el análisis termogravimétrico (TGA) y térmico diferencial (DTA), para lo cual se utilizó un equipo TA Instruments modelo SDT Q600. El análisis se realizó con una velocidad de calentamiento de 10 ºC/min bajo atmósfera de nitrógeno. Para la medición de la banda de energía prohibida se utilizó un espectrofotómetro Perkin Elmer Precisely Lambda 35 UV/Vis con esfera de integración. Las mediciones se hicieron a partir de los espectros de absorción de energía contra longitud de onda obtenidos a partir del espectrofotómetro UV/Vis. La determinación del área superficial del BiVO4 se llevó a cabo mediante la técnica de BET (BrunauerEmmett-Teller) utilizando un equipo Quantachrome Instruments modelo AUTOSORB-1, en el cual se realizó la fisisorción con N2 empleando celdas de 9 mm a 77 K, con un tiempo de desgasificación de 50 horas a 200 ºC para la muestra preparada por estado sólido y de 13 horas a 70 °C para la muestra preparada por coprecipitación. Pruebas Fotocatalíticas Los experimentos de fotocatálisis se realizaron tomando en cuenta los siguientes parámetros de referencia: concentración inicial de 5 mg/L de una disolución acuosa de rhB, una relación catalizador/volumen de disolución del colorante de 1 mg/mL (250 mg/250 mL) y una lámpara de xenón de 2100 lm. Para los experimentos que se realizaron con burbujeo de oxígeno se utilizó un flujo permanente de 257 mL/min. La metodología seguida para cada experimento de fotocatálisis ha sido detallada previamente.3 Con la finalidad de determinar la influencia de diversos parámetros Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. en el proceso de degradación de rhB en disolución acuosa, bajo irradiación visible, se realizaron una serie de pruebas en las que se variaron el pH de la dispersión de rhB/BiVO4, la fuente de irradiación y el suministro de O2. La determinación del carbono orgánico total (TOC) se llevó a cabo mediante el método colorimétrico siguiendo el procedimiento descrito por HACH (método10129). Las mediciones fueron realizadas en un colorímetro marca HACH modelo DR890. La muestra se colocó en el reactor para su digestión durante 2 horas en un intervalo de temperatura de 103-105 ºC y se dejó enfriar 1 hora para su posterior análisis. RESULTADOS Y DISCUSIÓNES Síntesis y Caracterización de BiVO4 La síntesis del BiVO4 mediante el método de coprecipitación produjo un polvo policristalino a 200 °C de una intensa coloración amarilla. Por otro lado, la muestra preparada por reacción en estado sólido a alta temperatura condujo a la obtención de un polvo cristalino de color naranja. Para seguir el proceso de formación del BiVO4, se obtuvieron los patrones de difracción de rayos-X en polvo de las muestras preparadas por ambos métodos de síntesis, como se muestra en la figura 3. El análisis de los patrones de difracción de rayos-X en polvo obtenidos de acuerdo a la base de datos (JCPDS No.14-0688, grupo espacial: I2/a), muestran que se obtuvo un polvo policristalino del BiVO4 con estructura monoclínica por ambos métodos. En el patrón de difracción de rayos-X en polvo obtenido para ambas muestras no fue detectada ninguna reflexión correspondiente a otra fase o impureza. Fig.3. Patrón de difracción de rayos-X en polvo obtenido para el BiVO4 sintetizado por el método de coprecipitación y por reacción en estado sólido a alta temperatura. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Con la finalidad de conocer el mecanismo de descomposición térmica del precursor del BiVO4 sintetizado por coprecipitación se empleó el análisis simultáneo TGA-DTA. La figura 4 muestra la pérdida en peso en función de la temperatura para el precursor obtenido por el método de coprecipitación. Fig. 4. Análisis térmico simultáneo TGA-DTA obtenido para el precursor de la fase BiVO4 obtenido por el método de coprecipitación. En el termograma se puede apreciar una significativa pérdida en peso para el precursor que inicia a los 140ºC y termina alrededor de los 270ºC. Esta pérdida en peso está asociada a la eliminación de agua, amoniaco y oxígeno. Lo anterior implica una pérdida en peso teórica del 23 % para la formación de la fase, la cual concuerda con lo observado experimentalmente. De acuerdo al termograma obtenido, la pérdida total en peso de la muestra tiene lugar alrededor de los 270 ºC indicando con ello la formación completa de la fase. Sin embargo la formación se puede realizar a temperaturas menores, dado que las condiciones del calentamiento en el análisis termogravimétrico y en la síntesis se llevan a cabo de manera dinámica y estática, respectivamente. No obstante, para que esto se pueda efectuar a menores temperaturas se requiere de un mayor tiempo en el tratamiento térmico de la muestra. El termograma diferencial obtenido para el precursor formado por el método de coprecipitación muestra cuatro picos endotérmicos a 60 ºC, 130 ºC, 170 ºC y 250 ºC, los cuales se pueden asociar con procesos físicos y químicos del subproducto nitrato de amonio y a la formación de BiVO4 como lo hemos descrito anteriormente.4 El cálculo de la banda de energía prohibida del óxido se llevó a cabo mediante la técnica de espectroscopía de reflectancia difusa. Siguiendo este 11 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. procedimiento los valores de Eg obtenidos fueron de 2.31 eV (reacción en estado sólido) y 2.27 eV (coprecipitación). La determinación del área superficial BET de los materiales sintetizados se realizó bajo las condiciones descritas en la sección experimental. Para el BiVO4 sintetizado por el método por reacción en estado sólido se obtuvo un área superficial BET de 0.27 m2/g y para el obtenido por el método de coprecipitación de 1.46 m2/g. Pruebas fotocatalíticas La actividad fotocatalítica de BiVO4 fue evaluada en la degradación de rodamina B en solución acuosa bajo irradiación de luz visible. La evolución temporal de la concentración del colorante durante el proceso de degradación es mostrada en la figura 5. Con la finalidad de descartar la degradación del colorante por un proceso de fotólisis, se realizó un experimento donde una solución de rhB fue irradiada en ausencia del fotocatalizador. Como se puede apreciar en la figura 5, la concentración de rhB permaneció constante en función del tiempo indicando que es indispensable la combinación fotocatalizador/radiación visible para eliminar al contaminante orgánico. Para evaluar el efecto del pH en la degradación de rhB se prepararon diferentes dispersiones fotocatalizador/solución de colorante ajustándolas a valores de pH = 4, 5, 8 y 10. El pH natural de la dispersión fue muy cercano a 6. Bajo estas condiciones de pH natural, y en presencia de BiVO4 obtenido por coprecipitación, la coloración de la solución fue eliminada en un 60% después de 360 minutos de irradiación. Cuando se realizaron experimentos a diferentes valores de pH se observó un incremento en la velocidad de degradación de rhB conforme el pH fue más básico. En particular, este incremento fue significativo para el experimento realizado a pH =10. Así, luego de 300 minutos de irradiación la solución fue decolorada en un 99%. Este valor de pH resultó ser crítico, ya que experimentos realizados a valores de pH superiores no mostraron un incremento en la actividad fotocatalítica del BiVO4. De acuerdo con los resultados obtenidos, se eligieron las condiciones básicas de pH =10 para estudiar el efecto del O2 disuelto en la dispersión fotocatalizador/solución de colorante. En la figura 6 se observa que el burbujeo de O2 produce una decoloración de la solución en aproximadamente un 10% en ausencia del fotocatalizador. La presencia del fotocatalizador bajo estas condiciones experimentales incrementa notablemente la velocidad de degradación del colorante, alcanzándose una decoloración del mismo en un 99% luego de 180 minutos de irradiación. Fig. 6. Cambio en la concentración de rhB durante el curso de la irradiación con luz visible a pH= 10 y bajo distintas condiciones de oxígeno disuelto. Fig. 5. Cambio en la concentración de rhB durante el curso de su degradación fotocatalítica en presencia de BiVO4 a diferentes valores de pH. 12 La evolución temporal de los espectros de absorción de la solución del colorante durante el proceso de degradación de rhB por la acción de BiVO4 son mostrados en la figura 7. La banda principal de absorción de la rhB localizada a 554 nm es debido a la presencia de los 4 grupos etilos en la molécula del compuesto orgánico. A medida que la dispersión BiVO4/rhB es irradiada con luz visible se observa una disminución en el valor de absorbancia en los espectros de absorción del colorante. La disminución de la banda principal de absorción del Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. colorante, sin que se observe algún desplazamiento de la misma hacia longitudes de onda cortas, revela aspectos importantes sobre el posible mecanismo de degradación de la rhB. La degradación de rhB puede ocurrir esencialmente mediante dos mecanismos competitivos: a) por el ataque de los radicales OH˙ al anillo aromático lo que conduce a la degradación de la estructura de la rhB con la consecuente reducción de su banda de adsorción (mecanismo 2); o mediante una sucesiva de-etilación de los anillos aromáticos, lo que produce un marcado desplazamiento del máximo de absorción hacia longitudes de onda corta a causa de la formación de diferentes intermediarios de reacción de-etilados de la rodamina B (mecanismo 1).5 De acuerdo con la evolución temporal de los espectros de absorción de la figura 7, es posible concluir que el mecanismo de degradación de la rhB ocurre mediante un ataque directo al anillo Fig. 7. Evolución temporal del espectro de absorción de la solución de rhB a medida que transcurre la reacción de fotodegradación. aromático de radicales OH˙ (mecanismo 2), el cual predomina sobre el proceso de de-etilación de la molécula (mecanismo 1), véase figura 8. Este es un punto a resaltar, ya que una completa de-etilación de la molécula orgánica del colorante produce una completa decoloración de la solución de rhB pero no necesariamente su mineralización. Para elucidar este punto, se procedió a realizar un análisis del carbón orgánico total (TOC) en el curso de la reacción de degradación del colorante. Para este caso en particular, y con la finalidad de tener una mayor precisión en las mediciones del TOC, se utilizó una concentración inicial de 20 mg/L. El grado de mineralización alcanzado bajo estas condiciones experimentales fue del 40% después de 100 horas de irradiación con luz visible. Lo anterior indica que es posible la mineralización de rhB por acción del fotocatalizador BiVO4. Hasta el momento no existen reportes en literatura sobre la capacidad de BiVO4 para mineralizar colorantes orgánicos mediante un proceso fotocatalítico. Debido al alto valor del coeficiente de extinción molar de la rhB a 554 nm (8.8×104 M−1 cm−1),6 bastan pequeñas cantidades del colorante disueltas en agua para producir una marcada coloración. Por esta razón es común que concentraciones del orden de 5mg/L, o menores a ésta, sean utilizadas en procesos de tinción de productos industriales. Por tal motivo, la concentración de rhB utilizada en el seguimiento del TOC (20 mg/L) y su relativa fácil mineralización predicen una remoción eficiente de la misma en efluentes industriales. Fig. 8. Posibles mecanismos seguidos durante la fotodegradación de rhB. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 13 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. Posibles mecanismos de degradación de rodamina B La degradación de un colorante orgánico por irradiación de luz puede ocurrir esencialmente por tres mecanismos: a) mediante un proceso de fotólisis inducido por la energía proveniente de la fuente de radiación visible, b) por un proceso de fotosensitización donde la radiación visible excita electrones de los enlaces π de la molécula del colorante y éstos son inyectados en la banda de conducción del semiconductor con la consecuente oxidación del colorante, y c) mediante un proceso de fotocatálisis convencional donde la promoción de un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción del semiconductor, por acción de la luz visible, produce sitios activos (huecos) para la oxidación del colorante. Como se observa en la figura 5, la solución de rhB es estable cuando se expone por períodos largos a la radiación visible. Esto implica que el proceso de fotólisis (a) tiene una contribución mínima en el proceso de degradación del colorante. La segunda opción es el proceso de fotosensitización (b). El colorante rhB es ampliamente conocido como un sensitizador de TiO2 y otros óxidos.7 El máximo de absorción de la rhB está localizado a 554 nm, por lo que la energía proveniente de la lámpara de Xe es suficiente para inducir el proceso de fotosensitización del colorante. Así, el proceso de degradación de la rhB por acción del fotocatalizador puede tener lugar principalmente por un proceso de fotosensitización. Esta afirmación se ve reforzada por experimentos realizados bajo radiación ultravioleta de 365 nm. Mientras que en los experimentos con luz visible la concentración de rhB decreció en un 62% luego de 180 minutos.; para los experimentos con luz UV y el mismo tiempo de irradiación la concentración del colorante sólo disminuyó en un 18%. Este resultado sugiere una contribución menor de un proceso fotocatalítico activado por separación de cargas en el semiconductor en el proceso de degradación del colorante (c). Por otro lado, se ha documentado previamente la alta ineficiencia del proceso de separación de cargas en el BiVO4.8 Así, el proceso de fotosensitización rhB durante la degradación por BiVO4 puede ser descrito como: rhB + hv → rhB* (1) BiVO4 + rhB* → rhB+▪ + BiVO4(e-) (2) 14 BiVO4(e-) + O2 → BiVO4 + O2-• (3) + -• BiVO4(e ) + O2 + H → H2O2 (4) • H2O2 + e → OH + OH (5) • rhB + OH → → → CO2 +H2O (6) De acuerdo con este mecanismo de degradación, el paso descrito por la ecuación 3 es favorecido por la presencia de O2. En esta etapa, electrones en la superficie del fotocatalizador son removidos por el oxígeno para formar el radical superóxido. Esta reacción conduce a subsecuentes reacciones donde en algunas de ellas se forman radicales OH˙. Como consecuencia de lo anterior, es entendible el hecho de que la presencia de O2 favorece el proceso de degradación de rhB como fue observado en las dispersiones saturadas con O2. No obstante, el efecto positivo del pH alcalino en la reacción de degradación de rhB no puede ser explicado bajo el mecanismo de fotosensitización. Como fue mencionado anteriormente, cuando la dispersión rhB/fotocatalizador fue irradiada con luz UV se observó una pequeña contribución al proceso de degradación del colorante. Lo anterior sugiere que el mecanismo de fotocatálisis convencional (c) se lleva acabo simultáneamente al proceso de fotosensitización (b), aunque en menor proporción. Bajo la combinación de estos mecanismos, el pH alcalino de la dispersión promueve un proceso donde la separación de cargas en el semiconductor juega un papel importante en la actividad fotocatalítica del material. El mecanismo de degradación de rhB por el proceso de fotocatálisis heterogénea puede ser descrito por las siguientes ecuaciones: 2 BiVO4 + hv →BiVO4(h+) + BiVO4(e-) (7) rhB + BiVO4(h+) → rhB+• + BiVO4 (8) H2O + BiVO4(h+) → •OH + H+ + BiVO4 (9) OH- + BiVO4(h+) → •OH + BiVO4 (10) BiVO4(e-) +O2 → BiVO4 + O2-• (11) BiVO4(e-) +O2-• + H+ → HO2• + BiVO4 (12) Debido al valor de la banda de energía prohibida, Eg, del BiVO4 (2.3 eV) la energía requerida para activar el proceso descrito en la ecuación 7 puede ser aportada tanto por la fuente de radiación visible como UV de acuerdo a las condiciones experimentales empleadas. Obsérvese que siguiendo este mecanismo, el paso descrito en la ecuación 10 se ve favorecido Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Síntesis por coprecipitación de BiVO4 y evaluación de su actividad fotocatalítica... / Ulises Matías García Pérez, et al. por la presencia de iones hidróxido en solución. Conforme el pH de la dispersión se incrementa, una mayor concentración de iones hidróxidos son incorporados a la superficie del fotocatalizador. La adsorción de iones hidróxido en la superficie de BiVO4 permite la oxidación de los iones por reacción directa con los huecos generados (h+) en la banda de valencia del semiconductor (ecuación 10). Como producto de esta reacción, son formados radicales hidroxilos (OH˙) los cuales actúan como oxidantes de moléculas orgánicas adsorbidas en la superficie del fotocatalizador. En este sentido, los iones hidróxido actúan como eficientes trampas de los huecos fotogenerados como producto de la separación de cargas en el semiconductor inducidas por la irradiación con radiación de longitud de onda apropiada. De igual manera, el mecanismo de fotocatálisis heterogénea se ve favorecido por la presencia de O2 disuelto como lo indica la ecuación 11. CONCLUSIONES El óxido BiVO4 fue sintetizado por el método de coprecipitación y caracterizado por técnicas experimentales convencionales. La actividad fotocatalítica del material fue evaluada en la reacción de degradación de rodamina B en disolución acuosa bajo irradiación visible. El material mostró capacidad para la decoloración de la solución de rodamina B y, más aún, para la mineralización del colorante según los análisis de contenido de carbón orgánico total. El efecto de variables en el proceso de degradación del colorante como O2 disuelto, fuente de irradiación y pH fue evaluado. Los resultados muestran que el O2 actúa como un eficiente secuestrador de electrones Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 en el proceso de fotosensitización. De igual manera, los iones hidróxido actúan como trampa de huecos y promueven la degradación de rodamina B por un proceso de fotocatálisis heterogénea. REFERENCIAS 1. S. Malato, P. Fernández-Ibáñez, M.I. Maldonado, J. Blanco, W. Gernjak. Decontamination and disinfection of water by solar photocatalysis: Recent overview and trends, Catalysis Today 147 (2009) 1-59. 2. A. Kudo, K. Ueda, H. Kato, I. Mikami, Photocatalytic O2 evolution under visible light irradiation on BiVO4 in aqueous AgNO3 solution, Catalysis Letters 53 (1998) 229-230. 3. A. Martínez-de la Cruz, S. Obregón Alfaro, Synthesis and characterization of nanoparticles of α-Bi2Mo3O12 prepared by co-precipitation method: Langmuir adsorption parameters and photocatalytic properties with rhodamine B, Solid State Sciences 11 (2009) 829-835. 4. S. Obregón Alfaro, Tesis de Maestría: Síntesis y caracterización de nanopartículas de óxidos de los sistemas Bi2O3-MoO3 y Bi2O3-WO3 para la degradación fotocatalítica de rodamina B bajo luz visible, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL (2009). 5. C. Chen, W. Zhao, J. Li, J. Zhao, H. Hidaka, N. Serpone, Formation and identification of intermediates in the visible-light-sssisted photodegradation of sulforhodamine-B dye in aqueous TiO2 dispersion, Environ. Sci. Technol. 36 (2002) 3604-3611. 6. J.M. Wu, T.W. Zhang, Photodegradation of rhodamine B in water assisted by titania films prepared through a novel procedure J. Photochem. Photobiol. A 162 (2004) 171-177. 7. M. Ni, M.K.H. Leung, D.Y.C. Leung, K. Sumathy, A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using TiO2 for hydrogen production Renew. Sust. Energ. Rev. 11 (2007) 401-425. 8. L. Ge, Synthesis and characterization of novel visible-light-driven Pd/BiVO4 composite photocatalysts, Mater. Lett. 62 (2008) 926-928. 15 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología Diana Caballero Hernández Facultad de Ciencias Biológicas, UANL decaballero@hotmail.com Leonardo Chávez Guerrero CIIDIT, FIME-UANL guerreroleo@hotmail.com RESUMEN Por su tamaño, la mayoría de los virus se encuentran dentro del rango de estudio de la nanotecnología (<100 nm) por lo que pueden considerarse nanopartículas orgánicas. Los virus poseen características particulares como estructura modular, simetría y capacidad de autoensamblaje, además, las estructuras virales exhiben patrones simples y geométricos que buscan minimizar la energía empleada para su construcción. Por lo tanto, los virus pueden ser explotados con propósitos específicos en diversas áreas de la nanomedicina y ciencia de los materiales. El presente trabajo tiene como propósito informar de manera general sobre los avances en la aplicación de virus en Nanotecnología. PALABRAS CLAVE Nanotecnología, virus, bioplantillas, ciencia de los materiales. ABSTRACT Most viruses belong to the nanoscale range (<100 nm) thus they can be considered organic nanoparticles. Viruses possess particular characteristics such as modular structure, symmetry and self-assembly capability that can be manipulated for specific purposes in the fields of nanomedicine and materials science. This paper is intended for the general public; here we present an overview of the main advances in the application of virus in nanotechnology. KEYWORDS Nanotechnology, virus, biotemplates, materials science. INTRODUCCIÓN Los virus ocupan un lugar importante en la conciencia pública como agentes causales de enfermedades en animales y plantas. Los virus están detrás de enfermedades humanas como la rabia, sarampión, viruela, gripe y algunos tipos de cáncer, han originado epidemias con impacto histórico (guerras, migración, etc.) como la Gripe Española de 1918 y en la actualidad la epidemia de SIDA, es tal su importancia como agentes patógenos que su potencial en el desarrollo tecnológico fue ignorado hasta épocas recientes. El término virus, del latín virus que significa “viscoso” o “veneno”,1 fue utilizado por primera vez a finales del siglo XIX por el científico Martinus Beijerink quien lo empleó para designar a los 16 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología / Diana Caballero Hernández, et al. agentes causantes del virus del mosaico del tabaco cuya presencia no era detectable por los métodos tradicionales debido a su tamaño. Los virus son entidades que parecen existir al margen de la vida pero dependen de ésta para su reproducción y función ya que los virus se originan mediante un proceso de auto-replicación que tiene lugar en el interior de una célula huésped e involucra el secuestro de la maquinaria molecular de la célula para la síntesis de componentes virales seguidos por su ensamblaje. En el debate continuo respecto a si los virus son seres vivos o no-vivos la posición que se adopte dependerá de la definición misma de vida, pero es indudable que sus características las acercan más al dominio de lo no-vivo ya que a diferencia de los organismos vivos los virus no poseen actividad metabólica, lo que significa que están en un estado de equilibrio térmico con el ambiente, aún más, los virus poseen la capacidad de cristalizarse, demostrado en 1935 por W. Stanley,2 este descubrimiento puso de manifiesto que las partículas virales son entidades geométricas e idénticas entre sí (figura 1), una cualidad más próxima a la materia inorgánica que a los seres vivos.3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Tamaño y estructura. Los virus son entidades muy pequeñas que no se pueden observar al microscopio óptico, exhiben un rango relativamente amplio de tamaños que van de los 20 a los 800 nm, y están compuestos por proteínas y ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicos constituyen el genoma, el cual contiene toda la información necesaria para dirigir la replicación de los virus en el interior celular; el genoma está encerrado en una cubierta proteica conocida como cápside. Para la mayoría de los virus el genoma más la cápside constituyen el virión (partícula viral infectiva), pero algunos virus poseen también una cubierta lipídica (figura 2). La cápside tiene dos funciones importantes, por un lado la protección del genoma y en segundo lugar el reconocimiento y anclaje a una célula hospedera en la cual se pueda replicar el virus. Los virus pueden clasificarse de acuerdo a la organización molecular de sus cápsides. Fig. 1. Se muestran los diversos tipos de virus clasificados en base a ADN o RNA. Se muestra la escala de tal manera que se pueden comparar entre si. Fig. 2. Se muestran las posibles envolturas que pueden presentar los virus. En (b) se muestra un virus (Influenza A) visto con un microscopio electrónico. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 17 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología / Diana Caballero Hernández, et al. Simetría de los virus Las formas simétricas, se ven iguales desde cualquier ángulo de rotación o visto como una imagen espejo. La simetría de los virus es producto del ordenamiento de moléculas de proteínas asimétricas para formar la cápside. Los virus pueden mostrar simetría helicoidal o icosaédrica; en los virus con simetría helicoidal el genoma está enrollado en forma de una hélice alrededor de la cual se ordenan copias de una proteína formando una cápside alargada (figura 3). Los virus con geometría icosaédrica consisten en un genoma cubierto por un caparazón construido a partir de moléculas de proteína ordenadas como un icosaedro (figura 3). Para construir un icosaedro a partir de proteínas idénticas el número mínimo de moléculas requeridas es de tres por cara triangular, lo que da un total de inicio a los estudios y aplicaciones intensivos en la nanotecnología, nos referimos al famoso fullereno o C60.4 En la figura 4 (a) se pueden observar los pentágonos y hexágonos de los que se compone esta forma geométrica (C60). Esta estructura da forma a un balón de fútbol, como se puede apreciar en la figura 4 (b) el cual deja ver su geometría casi esférica. De esta manera podemos ver que virus y fullerenos poseen simetrías similares. Alejándonos un poco de la geometría euclidiana y entrando en la geometría fractal, podemos ver que el triángulo de Sierpinski5 se puede adaptar muy bien para describir los motivos superficiales de un virus. Las protuberancias que muestran algunos virus en su cápside siguen patrones triangulares como se ve en figura 5 (a-c). El número de protuberancias puede aumentar (figura 5 (c)) siguiendo patrones similares (fractales) para obtener el mejor diseño estructural al menor costo. Al dibujar triángulos pequeños dentro de uno mayor, como se muestra en la figura 5 (c), se puede formar un icosaedro con la unión de 20 triángulos equiláteros, que al final es muy parecida al triángulo de Sierpinski, como se ve en la figura 5(d), esta particularidad estructural le confiere propiedades de óptimo empaquetamiento a las estructuras naturales. Fig. 3. Se muestra el ADN que se enrolla para dar lugar a la creación de virus en forma helicoidal. 60 para un icosaedro; ejemplos representativos de este tipo de cápside serían los virus satélite del mosaico del tabaco o el virus del herpes. Un grupo muy importante de virus con cápside icosaédrica es el de los bacteriófagos con cola, la estructura de estos virus consta de una cola unida a una cabeza, la cual contiene el genoma (figura 1). Además de la forma de su cápside, los virus también presentan una topografía diversa de su superficie, donde podemos encontrar cañones, depresiones, crestas, protuberancias y espinas. Los grupos de virus con geometría icosaédrica tienen cápsides compuestas por subunidades de proteínas, el más pequeño consta de 60 de estas subunidades. Estas subunidades están ordenadas en la forma más simétrica posible, formando una esfera de pentágonos y hexágonos. Con esta breve descripción es fácil que al lector le venga a la mente la molécula más simétrica conocida, la cual dio 18 Fig. 4. Fullereno compuesto por pentágonos rodeados de hexágonos (a), la cual es la forma más simétrica conocida, similar a la de un balón de futbol (b) Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología / Diana Caballero Hernández, et al. Fig. 5. Los virus que se podrían caracterizar mediante geometría fractal (a-c), debido a su simetría. La figura mostrada en (d) se compone de triángulos pequeños contenidos en triángulos más grandes, se puede formar un icosaedro si se unen sus lados y se eliminan dos triángulos para formar una estructura cerrada. En la figura 5 (a-b) se muestra un virus con 3 “motivos” y en figura 5 (c) uno con 9 motivos, tres en cada una de las esquinas de un triángulo isósceles. Los virus podrían aumentar el número de motivos adscritos a los triángulos hasta donde sea necesario y físicamente posible, lo destacado de este comportamiento es que se pueden aplicar las reglas de la geometría fractal. Es por lo anterior que el triángulo de Sierpinski se adapta bastante bien a la forma en que los virus decoran sus aristas, donde los motivos son las proteínas. También vale la pena mencionar que este arreglo triangular de los virus tiene similitud con arreglos matemáticos, específicamente con el triángulo de Pascal, el cual sirve para el desarrollo de binomios.5 Los virus han tenido miles o tal vez millones de años para seleccionar el mejor arreglo el cual resulta ser el arreglo fractal, en donde se pueden acomodar tantos motivos como sean necesarios sin perder la simetría que los caracteriza. Autoensamblaje de los virus Las cápsides se ensamblan a partir de muchas moléculas de una o varias proteínas distintas en un proceso espontáneo. En 1957 Fraenkel-Conrat y Williams, 6 descubrieron que las partículas virales pueden formarse in vitro a partir de sus subunidades purificadas sin información adicional que dirija este ensamblaje, lo que indica que la partícula viral está en un estado de mínima energía y por lo tanto representa el ordenamiento preferido para los componentes involucrados. Las fuerzas moleculares que dirigen el ensamblaje de Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 las partículas virales incluyen las interacciones hidrofóbicas y electrostáticas, muy raramente enlaces covalentes. En términos biológicos esto significa interacciones proteína-proteína, proteínaácido nucleico y proteína-lípido. VIRUS EN NANOMEDICINA Los virus son nanopartículas con una estructura modular conformada por subunidades proteicas que se ensamblan en forma espontánea para formar contenedores, cápsides, que protegen y transportan el genoma de un virus, esto lo logran mediante estrategias muy precisas que, sin embargo, pueden ser desacopladas de sus propiedades patológicas para su aprovechamiento tecnológico.7 Los virus son capaces de depositar en forma muy eficiente material genético a células huésped, lo que se ha explotado para la corrección genética de enfermedades hereditarias monocigóticas, así como para el tratamiento de enfermedades complejas como el cáncer, ya que los virus por sus características son excelentes vehículos de nanopartículas selectivas de células tumorales.8-10 Es posible ensamblar virus (ya sea naturalmente o mediante manipulación genética) como contenedores no infecciosos carentes de material genético llamados VLPs (virus-like particles, por sus siglas en inglés), en los cuales se puede reemplazar la carga viral natural con un amplio rango de cargas sintéticas. 11 También es posible manipular las subunidades que conforman a una partícula viral, los bloques de construcción, ya sea genética y/o químicamente sin afectar la estructura general, lo que representa una fuente de recursos muy amplia 19 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología / Diana Caballero Hernández, et al. para aplicaciones materiales y farmacéuticas.12 Por su naturaleza simétrica y homogénea, los virus pueden ser utilizados como preformas o bioplantillas para metalización o el crecimiento de minerales, lo que resulta en bloques de construcción metalizados o mineralizados. También pueden ser utilizados como nanocajas para contener substancias, lo cual se puede emplear para la liberación de medicamentos en áreas específicas del cuerpo.13 es posible manipular las condiciones para inducir el autoensamblaje hacia arquitecturas controladas. Estas nuevas estructuras pueden usarse para formar la cápside viral de manera artificial o para formar tubos, hojas y cascarones (shells) que pueden tener cientos de subunidades. La figura 6 muestra las 3 posibilidades que ofrece la manipulación de un virus, ya sea usando el interior como reactor o el exterior por su forma. SUPERFICIES VIRALES CON APLICACIONES EN NANOTECNOLOGÍA Actualmente es posible modificar la superficie de la cápside viral, ya sea genética y/o químicamente, lo cual permite la síntesis de materiales en el exterior de la cápside. La superficie del virus del mosaico del chícharo (CPMV) se usó como preforma o bioplantilla para la síntesis de materiales. Este es un virus icosaédrico de 30 nm de longitud que se ensambla mediante 60 proteínas idénticas como subunidades. La cápside es estable para un rango de condiciones, soporta temperaturas de hasta 50ºC y pH 3-10, además de diferentes solventes (acuoso/mezclas orgánicas). La superficie de la cápside del CPMV puede ser decorada químicamente con los aminoácidos lisina, cisteína, tirosina, ácido aspártico o glutámico usando agentes orgánicos. Esto se hace con el fin de generar diversos grupos funcionales en la superficie.14 Con el mayor entendimiento de las interacciones que suceden en la interfaz de las subunidades proteicas CÁPSIDES VIRALES COMO NANOREACTORES MOLECULARES Los virus empacan su material genético en el interior de la cápside, por lo que se le puede considerar un contenedor molecular; las cápsides pueden ser empleadas como nanoreactores para llevar a cabo reacciones a nivel molecular en la síntesis de nanomateriales.15 Se ha reportado la síntesis de polioxometalatos usando el interior de una cápside de un virus CCMV como reactor. Esto se logra controlando la apertura de los poros en la cápside viral, lo cual se consigue regulando el pH de la solución en el reactor. Los virus vacíos no infectivos se incuban en una solución que contiene el ion tungstenato (WO42+) a un pH 6.5, después los virus se lavan hasta llegar a un pH 5, con este sencillo cambio de las condiciones en la solución, los poros de las proteínas contenidas en la cápside se cierran. Una vez que el tungsteno se encuentra en el interior de la cápside, el ambiente propicia la formación de cadenas para Fig. 6. Se muestra la simetría de un virus y las 3 partes principales que lo componen, las cuales pueden ser usadas en la síntesis de materiales. 20 WO4 2+ ⇔ H 2W12O4210− NH 4 + (NH 4 )10 H 2W12O42 (s) Fig. 7. Procedimiento para obtener nanocristales de tungsteno dentro de un virión. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología / Diana Caballero Hernández, et al. que finalmente se promueva la cristalización y así formar nanocristales con un diámetro de 6.7 nm. En la figura 7 se muestra el procedimiento de manera esquemática y la reacción característica para la formación de polioxometalatos. De esta manera se vislumbra un vasto campo de aplicaciones para los virus en el área de la nanotecnología, ya que las condiciones que se pueden encontrar dentro de una cápside viral son muy diferentes a las que se presentan bajo condiciones normales de laboratorio, sólo basta pensar en el confinamiento (sistema cerrado) y el espacio reducido de que se dispone para que las reacciones ocurran de tal manera que se puedan formar diversos tipos de compuestos con estructura cristalina o sin ella (amorfos). CÁPSIDES VIRALES COMO BLOQUES DE C O N S T R U C C I Ó N PA R A M AT E R I A L E S Y DISPOSITIVOS La naturaleza simétrica de la cápside viral, aunada a la disponibilidad de herramientas para modificar el genoma de un virus de forma tal que incorpore material inorgánico en su estructura o aumente su afinidad por este, constituyen los fundamentos para la utilización de virus como bloques para construir materiales y dispositivos.13-14 Un ejemplo relevante de este campo de estudio es el virus del mosaico del tabaco (TMV), un virus helicoidal cuya estructura ha sido utilizada como bioplantilla para producir nanocables que a su vez pueden organizarse en estructuras más complejas. Por ejemplo, se ha empleado la deposición de paladio activado en el canal central de TMV para producir nanocables de níquel y cobalto de un micrómetro de longitud.14 Otro ejemplo claro de los logros en esta área es la reciente creación de una batería de ion-litio por un grupo de investigadores en el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT). El grupo dirigido por la Dra. Angela Belcher16-17 empleó una estrategia de reconocimiento molecular para adherir materiales electroquímicamente activos a redes de nanotubos de carbono conductores. Para esto manipularon dos genes del virus M13, un bacteriófago inofensivo para los humanos, primero modificaron el gen que codifica para una de las proteínas principales de la cápside Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 de forma tal que sirviera como bioplantilla para el crecimiento de a-FePO4 (fosfato de hierro amorfo) y así producir nanocables virales. Posteriormente modificaron un gen para que la proteína viral que codifica tuviera una mayor afinidad por nanotubos de carbono de pared simple (SWNTs, por sus siglas en inglés), los SWNTs sirvieron como preforma para la organización de los virus a través de reconocimiento biomolecular para la formación de un material híbrido con propiedades electroquímicas específicas que pudiera ser utilizado como el cátodo en una batería (figura 8). Fig. 8. Diagrama esquemático que muestra los pasos seguidos para la fabricación de cátodos para una batería ion-litio usando virus multifuncionales (sistema de dos genes) y una fotografía que muestra el encendido de un diodo emisor de luz (LED) alimentado por una batería viral. (Adaptado de Lee et al.,17 2009). COMENTARIOS FINALES Los virus constituyen un grupo de entes u organismos con características únicas, como su habilidad de mutar con extrema rapidez para adaptarse a cambios bruscos en las condiciones ambientales. Estas habilidades superan a las de los organismos vivos en muchas de sus funciones, lo cual permite su explotación en la síntesis de materiales nanoestructurados sin entrar en conflictos éticos, como es la experimentación con seres vivos. Miles de años de evolución les han conferido a los virus una estructura simétrica que caracteriza a los objetos formados por la naturaleza, la cual 21 �Virus, materiales naturales: Aplicaciones en nanotecnología / Diana Caballero Hernández, et al. generalmente es entendida de una manera más apropiada por la geometría fractal que por la geometría euclidiana. La relativa facilidad para obtenerlos en grandes cantidades los hace idóneos como moldes, bioplantillas y vehículos biológicos para su uso en aplicaciones industriales en la escala nanométrica. REFERENCIAS 1. Armando Aranda Anzaldo. En la Frontera de la vida: Los virus. Fondo de Cultura Económica, 1995. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ ciencia/html/biologia.html 2. Stanley W. (1935). 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González González, Moisés Hinojosa Rivera, Martín Edgar Reyes Melo, Alejandro Torres Castro Programa Doctoral en Ingeniería de Materiales, FIME-UANL ingmarcogarza@gmail.com, virgilio.gonzalezgnz@uanl.edu.mx, hinojosa@gama.fime.uanl.mx, mreyes@gama.fime.uanl.mx, atorres@mail.uanl.mx RESUMEN En este trabajo se reporta la síntesis y caracterización de compósitos magnéticos, los cuales fueron preparados utilizando al biopolímero quitosán (QTO) como matriz para la coprecipitación in situ de nanopartículas de magnetita (FeFe2O4) y ferrita de cobalto (CoFe2O4). La razón en peso de FeFe2O4/QTO y CoFe2O4/QTO fue igual a 3. Los compósitos obtenidos fueron caracterizados mediante difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de transmisión (MET) y magnetometría. Los resultados muestran que las nanopartículas sintetizadas en ambos compósitos presentan distribución estrecha de aproximadamente 5 nm. Así mismo, las características magnéticas están de acuerdo con las reportadas para nanopartículas de un solo dominio magnético, en donde la respuesta magnética depende altamente del tamaño, la temperatura y las interacciones inter e intra partículas. PALABRAS CLAVE Biopolímeros, nanopartículas, composites, interacción de partículas, magnético. Artículo basado en el proyecto galardonado con el Premio de Investigación UANL 2009, en la categoría de Ciencias Exactas, otorgado en la Sesión Solemne del Consejo Universitario de la UANL, celebrada el 10 de septiembre de 2009. ABSTRACT The synthesis and characterization of magnetic composites, which were prepared using the biopolymer chitosan as matrix to the in situ co-precipitation of magnetite (FeFe2O4) and cobalt ferrite (CoFe2O4) nanoparticles is reported. FeFe2O4 /QTO and CoFe2O4 /QTO were synthesized at weight ratios of three. The resultant composites were characterized by means of X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and magnetometry. The results shown that synthesized nanoparticles, in both composites, have a narrow size distribution size of 5 nm and moreover, the magnetic characteristics are consistent with those reported for magnetic single-domain nanoparticles, where its magnetic response is highly dependent of particles dimensions, temperature and both intra- and inter-particle interactions. KEYWORDS Biopolymers, nanoparticles, composites, particle interactions, magnetic. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 23 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. INTRODUCCIÓN El desarrollo de compósitos entre nanopartículas y templetes poliméricos ha atraído la atención de la comunidad científica en virtud de la versatilidad de sus potenciales aplicaciones, mismas que pueden ser enfocadas al desarrollo de dispositivos médicos, tanto terapéuticos como de diagnóstico, sistemas de separación y marcado biológico, remediación de aguas residuales, entre otros.1-15 Diversas aproximaciones han sido sugeridas en la literatura para el desarrollo, por ejemplo, de dispositivos de entrega localizada de medicamento en donde nanopartículas magnéticas de óxidos metálicos son estabilizadas en polímeros biodegradables y biocompatibles.7-10 Así mismo, se ha documentado en diversas publicaciones la potencial aplicación de este tipo de compósitos como inductores de hipertermia localizada, a fin de diseñar métodos alternos y menos agresivos para el tratamiento de tumores cancerígenos.11,14-16 Más aún, se ha reportado que estos sistemas de nanopartículas magnéticas pueden ser utilizados como separadores biológicos cuando la matriz polimérica utilizada para su estabilización presenta afinidad, por ejemplo, para interactuar con especies tales como bacterias, glóbulos rojos, células cancerígenas y vesículas de Glogi, entre otras.5, 14, 17, 18 Bajo este contexto, se han indicado diversas rutas de síntesis para la preparación de compósitos entre nanopartículas de óxidos magnéticos y matrices poliméricas tales como el poliestireno, poli(estirenco-divinil-benceno), poli(estiren-b-etilen/butilen-bestiren), poli(estiren-sulfonato), alcohol polivinílico, y quitosán.19-24 De entre estas matrices, el poli-aminosacárido quitosán (QTO) resulta un candidato idóneo para el desarrollo de compósitos potencialmente aplicables a las áreas tecnologías antes mencionadas en esta introducción.25-27 En virtud de ello se ha propuesto el desarrollo de compósitos entre este biopolímero y nanopartículas magnéticas de óxidos metálicos tales como las denominadas ferritas espinela (MFe2O4, donde M representa un catión divalente), a través de metodologías de dos pasos, que constan de la síntesis y posterior dispersión de dichas nanoestructuras en disoluciones ácidas de quitosán. Cabe señalar que de acuerdo con estos reportes se han logrado estabilizar partículas con dimensiones que abarcan un intervalo de entre 14 y 1390 nm, y las cuales varían en función de la razón 24 en peso MFe2O4/QTO, siendo reportada tan alta como 4.25-27 Más aún, de acuerdo a diversos trabajos de investigación se ha demostrado que el QTO presenta una importante afinidad para formar compuestos de coordinación entre sus grupos funcionales amino e hidróxilo y diversos cationes metálicos, tales como Fe(II), Fe(III), Co(II), Cu(II), Ni(II), Pb(II), Cd(II) y Cd (IV).28-35 En virtud de ello es posible pensar que el desarrollo de compósitos MFe 2O 4/QTO puede ser llevado a cabo a partir de compuestos de coordinación entre los respectivos cationes metálicos precursores de las MFe2O4 y el QTO.36 En virtud de ello, el presente trabajo de investigación tiene como finalidad el desarrollo de compósitos FeFe2O4/QTO y CoFe2O4/QTO, a una razón en peso MFe2O4/QTO = 3, utilizando como ruta de síntesis la co-precipitación in situ de cationes coordinados con la matriz de QTO. Es importante hacer notar que la ruta de síntesis utilizada en este trabajo no ha sido reportada previamente por ningún otro grupo de investigación. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL La síntesis de los compósitos FeFe2O4/QTO y CoFe 2O 4/QTO fue llevada a cabo utilizando cantidades de cloruro férrico (FeCl3-6H2O), cloruro ferroso (FeCl2-4H2O) y cloruro de cobalto (CoCl26H2O) con razones molares de 1:2 de Fe(II):Fe(III) y Co(II):Fe(III), respectivamente, las cuales fueron disueltas en ácido fórmico al 88%. Así mismo, el quitosán utilizado fue disuelto en ácido fórmico a fin de obtener una disolución con concentración de 10 mg/mL. Posteriormente, las disoluciones Fe(II): Fe(III) y Co(II):Fe(III) fueron mezcladas, cada una, en las porciones necesarias para obtener compósitos FeFe2O4/QTO y CoFe2O4/QTO cuya razón en peso MFe2O4/QTO fuera igual a 3. Las disoluciones resultantes de dichas mezclas fueron vertidas en cajas Petri a fin de evaporar, bajo condiciones de vacío, el disolvente. Una vez evaporado el disolvente, las películas poliméricas resultantes fueron lavadas con una disolución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH) con concentración de 5 M, con la finalidad de precipitar las respectivas ferritas espinel en el interior de la matriz de quitosán. Luego de ser lavadas con NaOH, las películas de compósitos fueron lavadas con agua desionizada en repetidas ocasiones y finalmente secada en condiciones ambiente. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. Ya secas, las películas de compósito fueron pulverizadas para su caracterización. Las muestras de compósitos FeFe2O4/QTO y CoFe2O4/QTO fueron nombradas QTOFe y QTOCo, respectivamente. La caracterización cristalina y morfológica de las NFE con nanopartículas de ferritas espinel fue realizada mediante las técnicas de difracción de rayos X, utilizando un difractómetro Bruker Advance X-ray Solutions, y microscopía electrónica de transmisión, lograda en un microscopio Jeol 2010F. Las características magnéticas de los compósitos fueron evaluadas en un magnetómetro Quantum Design tipo MPMS-SQUID-VSM. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La figura 1 muestra los patrones de difracción de rayos X obtenidos para las muestras de compósito QTOFe y QTOCo, así como la correspondiente a la matriz de QTO utilizada. Como se observa en el patrón correspondiente a la muestra QTOFe, las reflexiones mostradas por el compósito son consistentes con las reportadas para los óxidos de hierro magnetita [JCPDS 19-0629] y maghemita [JCPDS 39-1346]. Así mismo, el halo amorfo observado en dicho patrón en un intervalo de entre 10º y 30º puede ser asociado a la matriz de QTO [véase figura 1(c)]. Más aún, el ancho mostrado por cada una de las reflexiones hace difícil precisar si la fase cristalina de las partículas corresponde a magnetita o maghemita. No obstante, la ausencia de reflexiones atribuibles a la familia de Fig. 1. Patrones de difraccion de rayos X de los compósitos (a) QTOFe, (b) QTOCo y (c) de la matriz de quitosán. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 planos (211) a 32.2º indica la inexistencia de cristales separados de maghemita cúbica. Las distancias interplanares asociadas a cada reflexión indicada en el patrón de la muestra QTOFe se encuentran reportadas en la tabla I. A fin de determinar la fase cristalina de las partículas sintetizadas en la matriz de QTO, se recurrió al cálculo de su parámetro de red (a0), considerando para ello los picos asociados a las reflexiones de los planos (311) y (400). El resultado de este cálculo fue a0 = 8.36 Å, valor que se encuentra entre los reportados para la magnetita (a0 = 8.39 Å) y la maghemita (a0 = 8.35 Å), por lo cual es posible indicar que las partículas sintetizadas en este compósito presenta una estructura cristalina 37 atribuible a magnetita no estequiométrica. Por su parte, el patrón correspondiente al compósito QTOCo es mostrado en la figura 1(b). En este caso la posición de las reflexiones confirman que la fase cristalina de las partículas precipitadas corresponde a la estructura de espinela cúbica reportada para la ferrita de cobalto [JCPDS 22-1086]. Lo anterior fue confirmado a través del cálculo del parámetro de red, a partir de patrón obtenido de esta muestra, y el cual resultó ser a0 = 8.40 Å; el parámetro de red reportado para la ferrita de cobalto es a0 = 8.39 Å [JCPDS 22-1086]. Las distancias interplanares calculadas del patrón de difracción del compósito QTOCo son mostradas en la tabla I. Tabla I. Distancias interplanares obtenidas a partir de los patrones de difracción experimentales de los compósitos QTOFe y QTOCo. a Experimental FeFe2O4 dhkla (Å) CoFe2O4 dhklb (Å) Plano QTOFe dhkl (Å) QTOCo dhkl (Å) 4.85 4.85 (111) - 4.79 2.97 2.97 (220) - 2.98 2.53 2.53 (311) 2.52 2.52 2.42 2.42 (222) - 2.44 2.10 2.10 (400) 2.08 2.11 - 1.93 (331) - 1.92 1.71 1.71 (422) - 1.74 1.62 1.62 (511) - 1.64 1.49 1.48 (440) 1.47 1.47 1.42 1.42 (531) - 1.42 JCPDS 19-0629. bJCPDS 22-1086 25 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. Ahora bien, tal como se observa en los patrones de difracción, el ancho de las reflexiones es bastante significativo, sugiriendo que las dimensiones de los dominios cristalinos son del orden de la longitud de onda de la radiación X utilizada para su estudio. En virtud de ello, es posible calcular las dimensiones de los cristales a través de la ecuación de ScherrerDebye: L= Kλ β cosθ (1) en donde L representa el tamaño del cristal ponderado por el volumen, K es el factor de Scherrer, usualmente tomado como 0.89, λ es la longitud de onda de los rayos X, que en nuestro caso es λ = 1.54 Å, β es el ancho medio del pico máximo de difracción y θ es el ángulo de Bragg de la difracción. De este cálculo se obtuvo que los compósitos QTOFe y QTOCo observan un tamaño de cristal de aproximadamente 4.9 y 3.8 nm, respectivamente. Tal como se puede pensar, este resultado sugiere que aun a una razón MFe2O4/QTO = 3 existe una buena estabilización del tamaño de partícula por parte de la matriz de QTO. Sin embargo, en función de asociar las dimensiones de los dominios cristalinos calculados con el tamaño de partícula en cada compósito es indispensable elucidar la morfología y orden cristalino de las nanopartículas de ferritas espinela sintetizadas en cada caso. En virtud de ello, la figura 2 muestra imágenes de microscopía electrónica de transmisión obtenidas de los compósitos QTOFe y QTOCo. La figura 2(a) muestra la morfología y orden cristalino de una nanopartícula de magnetita de aproximadamente 4 nm. En esta figura es posible observar un arreglo regular de sitios atómicos en el cual no es detectable disrupción alguna atribuible a defectos cristalinos. Así mismo, y de acuerdo a la medición entre planos cristalinos (d = 2.47 Å), el arreglo observado puede ser atribuido al de la familia de planos {311} de la estructura espinela de la magnetita, cuya distancia interplanar es reportada como d = 2.53 Å [JCPDS 19-0629]. Por su parte las figuras 2(b) y (c) muestran nanopartículas del compósito QTOCo. Tal como se observa en ambas figuras, el arreglo cristalino es regular y no presenta ninguna disrupción, y de acuerdo a la medición de la distancia interplanar, el arreglo mostrado en las figuras 2(b) y 2(c) puede ser atribuido a las familias de planos {111} y {311}, 26 Fig. 2. Imágenes de microscopía electrónica de transmisión que muestran en (a) una nanopartícula del compósito QTOFe, y en (b) y (c) nanopartículas del compósito QTOCo. respectivamente, en virtud de que las distancias entre planos de dichas familias han sido reportadas como d = 4.85 Å, para la familia {111}, y d = 2.53 Å, para la {311} [JCPDS 22-1086]. De estos resultados es posible indicar que, dado el arreglo cristalino observado, las nanopartículas sintetizadas en ambos compósitos son monocristalinas y en consecuencia su tamaño de cristal es proporcional a su tamaño de partícula. De igual manera es seguro decir que, considerando la ruta de síntesis empleada para la preparación de los compósitos, el tamaño de partícula es controlado principalmente por dos factores: (1) la concentración de reactivos y (2) el efecto estérico de la matriz estabilizante, debido a la coordinación de los cationes precursores de la espinela con los grupos amino e hidroxilo del QTO. Teniendo esto en mente, si la concentración de los reactivos es controlada para obtener compósitos con una determinada razón QTO/MFe 2O 4, las dimensiones finales de las partículas sintetizadas dependerán del tamaño del sitio intermolecular en que éstas crezcan. Por otro lado, los lazos de histéresis magnética obtenidos para los compósitos QTOFe y QTOCo son mostrados en la figura 3. Dichos lazos fueron obtenidos a 1.8 K y 300 K, luego de un proceso de enfriamiento desde temperatura ambiente hasta la temperatura de medición (ZFC). Como se observa en esta figura, a 1.8 K los compósitos QTOFe y QTOCo muestran características histeréticas apreciables tales como coercitividad (μ0HC) de 0.05 y 1.21 T, y remanencia (σR) de 9.4 y 18.5 A-m2/kg, Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. así como saturación (σS) de 49.4 y 61.5 A-m2/kg, respectivamente; la saturación fue estimada a partir de la extrapolación a campo infinito (1/μ0H) de la curva de magnetización inicial en cada caso. De estos resultados es posible deducir que la razón de remanencia (σR/σS) es, en ambos compósitos, menor a la esperada para un sistema de nanopartículas no interactuantes con anisotropía cúbica (σR/σS = 0.8), e incluso para uno de nanopartículas con anisotrópica uniaxial (σR/σS = 0.5), lo cual sugiere la respuesta del momento magnético de las partículas de los compósitos se encuentra dirigida por fenómenos de frustración magnética al interior de las partículas, o inclusive por la interacción entre ellas.38-40 Más aún, para ambos compósitos el valor de saturación es mucho menor al reportado para la magnetita y la ferrita de cobalto en bulto, mismo que es 100 y 94 A-m2/kg, respectivamente.41,42 Una posible explicación de esta deficiencia en la saturación puede ser asociada a efectos superficiales inherentes a las dimensiones de las partículas.42 Es bien sabido que en las nanopartículas de óxidos magnéticos, el orden de los espines puede desviarse del ferrimagnético observado en espinelas magnéticas en bulto, en virtud de la gran cantidad de cationes superficiales, con coordinación incompleta, cuyos espines no se encuentran necesariamente ordenados de manera colineal con los del resto de la partícula. Esta desviación de la co-linealidad de los espines superficiales crea frustración magnética sobre la respuesta del “núcleo” ferrimagnéticamente ordenado de las partículas, vía la interacción entre ambas “fases” magnéticas.43,44 Lo anterior es corroborado a través de la medición del lazo de histéresis magnética del compósito QTOCo, obtenida a 1.8 K luego de ser sujeto a un enfriamiento desde temperatura ambiente hasta dicha temperatura en presencia de un campo de 7 T, y la cual es mostrada en el inserto de la figura 3(a); este proceso de enfriamiento es denominado “enfriamiento a campo aplicado” (FC). Como se observa el lazo FC denota un notable corrimiento de las características histeréticas con respecto a las observadas en el lazo ZFC, lo cual puede ser interpretado como el acoplamiento entre las fases magnética superficial y la correspondiente al núcleo de las partículas, a través de un campo denominado de intercambio (μ0HE), y el cual induce una orientación preferencial sobre su momento magnético.45 Las magnitudes observadas Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Fig. 3. Lazos ZFC de histéresis magnética de los compósitos (a) QTOFe y (b) QTOCo, obtenidos a 1.8 K (○) y 300 K (□). El inserto en (b) muestra un comparativo entre los lazos ZFC (○) y FC (●) del compósito QTOCo, medidos a 1.8 K. Las unidades de los ejes del inserto son iguales a las indicadas en (b). en el lazo FC son de μ0HE = - μ0(Hizq - Hder)/2 = 0.16 T y μ0HC = μ0(Hder – Hizq)/2 = 1.08 T, donde Hizq y Hder representan los puntos en donde el lazo de histéresis magnética corta el eje negativo y positivo del campo, respectivamente.46 Así mismo, como lo muestra la figura 3, a 300 K ambos compósitos carecen de histéresis, lo cual pudiera estar asociado a la transición del orden magnético de los sistemas al régimen superparamagnético. Tal como se halla documentado, el superparamagnetismo es un comportamiento exhibido por partículas de un solo dominio magnético cuando sus propiedades son medidas a temperaturas por encima de cierta temperatura crítica, a partir de la 27 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. cual el orden magnético trasciende de uno bloqueado de manera ferromagnética a uno inestable.45,47 Dicha temperatura critica es llamada de bloqueo (TB) y puede ser asociada al umbral en donde la energía térmica supera la o las barreras energéticas relacionadas con el cambio en la dirección del momento magnético de una partícula o de un ensamble de partículas.47 En virtud de lo anterior, el cambio de la orientación de momento magnético ocurre más rápidamente que el tiempo de respuesta del equipo en donde se miden sus propiedades, y en consecuencia el comportamiento de las nanopartículas de un solo dominio magnético asemeja al de un paramagneto. La evolución del orden magnético en la temperatura es mostrada en la figura 4, a manera de un gráfico de μ0HC vs. T, obtenido de la medición de lazos ZFC del compósito QTOCo a diferentes temperaturas. Como se observa, la coercitividad denota un rápido decaimiento en su magnitud en un intervalo de entre 1.8 K y 47.5 K, aproximándose a μ0HC = 0 en T = 115 K. Este decaimiento puede ser explicado como la transición del orden ferromagnético al régimen superparamagnético a medida que el sistema se aproxima a su correspondiente TB.48 Ahora bien, se ha reportado que la evolución de μ0HC en la temperatura puede ser aproximada a través de la ecuación empírica:48,49 ⎡ ⎛ T ⎞k⎤ μ0 H C = μ0 H C (0)⎢1− ⎜ ⎟ ⎥ (2) ⎢⎣ ⎝ TB ⎠ ⎥⎦ donde μ0HC(0) es la coercitividad a 0 K y k es un exponente empírico, que para un sistema de partículas no interactuantes con momento magnético orientado en el sentido del campo se reporta como 0.5, y para un sistema de partículas no interactuantes con momento magnético orientado aleatoriamente tiene un valor de 0.77.48,49 Así mismo, es importante indicar que TB se encuentra relacionada, para esta aproximación, con el tiempo de respuesta (τ) del momento magnético de las partículas de la siguiente manera:48 EA (3) TB = k B ln(τ τ 0 ) en donde EA es la barrera energética a superar para lograr un cambio en la orientación de los momentos magnéticos, kB es la constante de Boltzmann y τ0 se encuentra relacionado al tiempo de respuesta de un espín. No obstante, como lo muestra la figura 4, 28 Fig. 4. Evolución de la coercitividad en función de la temperatura (○), obtenida del compósito QTOCo a partir de lazos ZFC de histéresis magnética medidos a diferentes temperaturas. Las curvas trazadas en el gráfico corresponden a las aproximaciones definidas, en cada caso, por la ecuación ahí indicada. ninguno de los modelos sugeridos en la literatura en los cuales el exponente k toma valores de 0.5 y 0.77, describe de manera adecuada el decaimiento de μ0HC. Además, como lo muestra la curva sólida en esta figura, aún y cuando el exponente k es tomado como una variable, el mejor ajuste obtenido es incapaz de describir el comportamiento del compósito QTOCo. La magnitud de los parámetros utilizados para la evaluación de la ecuación (2) son mostrados en la figura 4. Considerando este resultado, es posible indicar que, además de la transición del orden magnético al régimen superparamagnético, el rápido decaimiento de la coercitividad puede estar influenciado por interacciones entre partículas, tal como ha sido sugerido por otros autores.49 La figura 5 muestra las curvas ZFC y FC de la magnetización en función de la temperatura, obtenidas para los compósitos QTOFe y QTOCo a un campo constante de 10 mT. Como se observa en ambos casos, la curva ZFC muestra un incremento en la magnitud de la magnetización a medida que la temperatura aumenta hasta llegar a un máximo, luego del cual comienza a decaer. Este comportamiento puede ser explicado de la siguiente manera. 47 A bajas temperaturas el momento magnético de las nanopartículas se encuentra bloqueado en su dirección mas energéticamente favorable, misma que es impuesta por su anisotropía. Sin embargo, a medida Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. Fig. 5. Curvas ZFC (○) y FC (●) de la magnetización (σ) en función de la temperatura, obtenidas de los compósitos (a) QTOFe y (b) QTOCo a un campo constante de 10 mT. que la temperatura aumenta, la energía térmica agregada al sistema comienza a ser equiparable a la energía de anisotropía que mantiene bloqueada la dirección del momento magnético sobre su eje preferencial. En consecuencia, a medida que la temperatura aumenta, la orientación del momento magnético de las partículas comienza a ser capaz de fluctuar lejos de su eje preferencial para alinearse en el sentido del campo aplicado. Por lo tanto, el incremento progresivo de la magnetización en la curva ZFC corresponde a la relajación del momento magnético de las partículas sobre su barrera energética, misma que, en promedio, es superada por todos los momentos magnéticos del sistema a la temperatura en que la curva ZFC muestra su máximo. En consecuencia, esta temperatura puede ser asociada a TB, misma que para el caso del compósito QTOFe es 86 K y para el QTOCo es 114 K. No obstante, a medida que la temperatura aumenta por encima de TB, la energía térmica agregada al sistema induce la rápida fluctuación de los momentos magnéticos de las partículas lejos de la impuesta por el campo aplicado. Esta fluctuación ocurre a tiempos mucho más cortos al tiempo que le toma al equipo adquirir la medición de la magnetización del sistema. En consecuencia, la magnetización comenzará a decaer, en virtud de que, en promedio, el momento magnético del sistema no se encuentra orientado de manera totalmente paralela al campo aplicado. Tal como se ha descrito anteriormente en este articulo, este comportamiento es conocido como superparamagnetismo.50 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Más aún, la figura 5 muestra una notable irreversibilidad entre las curvas ZFC y FC en ambos compósitos, la cual se caracteriza por un súbito incremento de la magnetización de la curva FC hacia valores por encima del máximo de la curva ZFC. Esta irreversibilidad puede ser atribuida a la respuesta conjunta del momento magnético de las partículas, que por debajo de TB se encuentra bloqueado en el sentido del campo, y la relacionada a espines superficiales cuya orientación se encuentra “congelada” a temperaturas por debajo a la que la irreversibilidad ocurre.45 Como se indicó previamente, la existencia de espines superficiales arreglado de manera no colineal con respecto al núcleo ferrimagnético de las partículas es viable, en virtud de las dimensiones de las partículas en los compósitos QTOFe y QTOCo, además de haber sido demostrada a partir de la medición de un campo de intercambio entre ambas fases [véase inserto en la figura 3(b)]. Se ha reportado que es posible determinar la distribución de tamaño de partícula de un sistema de nanopartículas de un solo dominio magnético que se encuentra bajo el régimen superparamagnético. Esto es, asumiendo que la distribución del tamaño de partícula es de tipo logarítmica normal, así como que el comportamiento magnético del sistema de nanopartículas es descrito correctamente por la función de Langevin,51 es posible la estimación de parámetros geométricos relacionados a:37 el diámetro promedio ponderado por el volumen, d v ; El diámetro correspondiente al área superficial promedio de la partícula, d a ; el diámetro mediano d m ; el diámetro promedio en número, d n ; el diámetro correspondiente al volumen promedio de cristal ponderado por el peso, d vv ; y la desviación estándar de la distribución, σ d ; los cuales pueden ser calculados a partir de evaluación de las ecuaciones (4) a (9):52 1 ⎡6k TM ⎤ 3 dv =⎢ B 0 ⎥ ⎣ π M S C1 ⎦ (4) donde C1 y M0 son la pendiente y la extrapolación lineal a campo infinito, respectivamente, de una curva de momento magnético, m (en μA-m2) vs. 1/μ0H (en T-1). La magnetización de saturación por unidad de volumen de los cristales, MS, es calculada como la razón de M0/ε, en donde ε representa la fracción volumétrica comprendida por las nanopartículas. 29 �Desarrollo de nanopartículas magnéticas en templetes biopoliméricos / Marco A. Garza Navarro, et al. 1 3 ⎡6k T 3 χ ⎤ (5) da =⎢ B ⎥ π M μ C S 0 1 ⎣ ⎦ donde x es la susceptibilidad magnética inicial en m3/kg, la cual es determinada como la pendiente a un campo igual a cero de la curva de magnetización inicial y μ0 la permeabilidad del espacio libre (4 x107 H/A). ⎡ 2 ⎛da⎞ ⎤ σ d = exp ⎢ ln ⎜ ⎟ ⎥ (6) ⎢ 3 ⎝ dv ⎠ ⎥ ⎣ ⎦ 2⎤ ⎡ 3 (7) d m = d v exp ⎢− (lnσ d ) ⎥ ⎣ 2 ⎦ ( ) = d exp(2(lnσ ) ) d n = d v exp − (lnσ d ) d vv v 2 (8) 2 (9) d Los cálculos fueron realizados a partir de los datos correspondientes a las curvas de magnetización inicial obtenidas a 300 K de los compósitos QTOFe y QTOCo. Los resultados de estos cálculos son mostrados en la Tabla II. Como se observa en esta tabla, existe una cercana correspondencia con los tamaños de partícula obtenidos mediante las técnicas de difracción de rayos X y microscopía electrónica de transmisión. No obstante, cabe señalar que las desviaciones entre los tamaños de partícula obtenidos mediante las técnicas antes citadas y los de esta aproximación pueden ser atribuidas al acoplamiento entre los espines superficiales y el núcleo de las partículas, tal y como ha sido reportado para otros Tabla II. Distribuciones de tamaños de partícula obtenidas a partir de las mediciones magnéticas de los compósitos QTOFe y QTOCo. Parámetro (nm) 30 Compósito QTOFe QTOCo dv 6.01 2.74 da 6.88 3.24 σd (s/u) 1.35 1.40 dm 5.25 2.31 dn 5.49 2.45 d vv 7.19 3.43 sistemas de nanopartículas magnéticas. 40 Así mismo, es importante hacer notar que a partir de la metodología de síntesis reportada en este trabajo es posible obtener distribuciones estrechas de tamaño de partícula en compósitos cuya razón en peso MFe2O4/QTO es igual a 3. CONCLUSIONES A través de la metodología de síntesis utilizada en este trabajo fue posible la preparación de compósitos MFe2O4/QTO [M = Fe(II), Co(II)]. A diferencia de otros métodos reportados en la literatura, la ruta de síntesis aquí propuesta, permite la obtención de compósitos con razones en peso MFe2O4/QTO = 3, en donde se observan distribuciones estrechas de tamaño de partícula, y cuyas propiedades magnéticas son acordes a las reportadas para sistemas de nanopartículas de un solo dominio magnético. Es importante mencionar que estas características no han sido alcanzadas previamente por otros métodos de síntesis reportados para la preparación de este tipo de compósitos, razón por la cual este trabajo de investigación representa una importante contribución en el desarrollo y estudio de nuevos materiales avanzados, cuyas aplicaciones pueden ser enfocadas, por ejemplo, a la biología y la medicina. REFERENCIAS 1. Mürbe, J., Rechtenbach, A., Töpfer, J. Synthesis and physical characterization of magnetite nanoparticles for biomedical applications, Mater. Chem. Phys. 110, 426-433, 2008. 2. Kim, D.-H., Nikles, D. E., Johnson, D. T., Brazel, C. S. Heat generation of aqueously dispersed CoFe 2O 4 nanoparticles as heating agents for magnetically activated drug delivery and hyperthermia, J. Magn. Magn. Mater. 320, 2390-2396, 2008. 3. Liu, T.-Y., Hu, S.-H., Hu, S.-H., Tsai, S.-P., Chen, S.-Y. Preparation and characterization of thermalsensitive ferrofluids for drug delivery application, J. 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ABSTRACT Wikipedia is simply indescribable: it has so many entrances and so much information, that nobody will never be able to know everything what contains. In this article this colossal encyclopedia is analyzed with a double intention: to discover its new features and to indicate its debt with the tradition of the free knowledge - opposed to the one of the hierarchic knowledge. KEYWORDS Wikipedia, information, encyclopedia, international, knowledge, free. Los buenos escritores, traductores, críticos, maestros, editores, correctores, tipógrafos, libreros y bibliotecarios suelen empezar como buenos lectores. Su afición los lleva a los oficios del libro, donde se ponen al servicio de la comunidad lectora según sus gustos y oportunidades. No hay un centro que coordine la división del trabajo comunitario, sino una especie de anarquía creadora, movida por iniciativas diversas y dispersas. Hay clubes de lectores (sobre todo en los países de habla inglesa) así como asociaciones gremiales de escritores, traductores, editores, libreros, bibliotecarios y talleres de artes gráficas. Cosa admirable, hay una Society of Indexers (www. indexers.org.uk) que promueve su especialidad (utilísima y subestimada en los países de habla española, en esto subdesarrollados): preparar los índices de nombres y de temas que facilitan la consulta de un libro. Hay órganos del Estado dedicados a la promoción del libro, la lectura y los oficios relacionados. Pero no hay (afortunadamente) planificación central, sino múltiples miradores del mundo del libro en revistas literarias o especializadas, en libros sobre libros y en bibliografías, catálogos, diccionarios y directorios. La tradición de fijar las obras de la palabra (para conservarlas y subir de nivel la vida humana) es antiquísima. Está en los sabios del mundo oral que guardan 34 Artículo publicado en la revista Letras Libres, ISSN 1405-7840, Año 11, Nº 129, pp. 34-36, septiembre 2009. Reproducido con la autorización del autor. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Lectores en Wikilandia / Gabriel Zaid la memoria de la tribu. Se extiende a la conservación de canciones, oraciones, cuentos, leyendas, textos sagrados y clásicos desde que aparece la primera tecnología útil para el caso: la escritura. Avanza con los trabajos de copiado, de crítica textual y de traducción en el mercado de libros de Atenas, la Biblioteca de Alejandría, el Vivarium de Casiodoro, las cortes islámicas y los monasterios medievales. Florece en las academias del Renacimiento con el desarrollo de otra tecnología: la imprenta. Despierta las ambiciones universales de la Encyclopédie, el British Museum y otras bibliotecas y museos enciclopédicos que han ido incorporando las nuevas tecnologías de conservación: la fotografía, la grabación sonora, la microfilmación, el fotocopiado, los videos. Alegóricamente, culmina en “La Biblioteca de Babel” que Borges publicó en 1941. Apenas empezaba la tecnología electrónica, que reanimó el proyecto en marcha. La red de interconexión digital se inventó en mil novecientos sesenta y tantos, para el mutuo respaldo de los centros de cómputo del Pentágono. El origen del proyecto, la construcción de computadoras gigantescas y los mitos sobre la cibernética hacían temer una gran centralización, frente al espíritu libertario surgido en esos años contra la guerra, el gigantismo y la vida robotizada. Pero la nueva tecnología se volvió cada vez más barata, y acabó facilitando lo que no se esperaba: el networking, las redes de personas o grupos con presencia mutua, contactos y colaboraciones frecuentes o esporádicas, la organización horizontal (en vez de vertical). En 1968, Stewart Brand publicó una especie de enciclopedia de la contracultura: The Whole Earth catalog: Access to tools, cuyo espíritu universal, innovador, iconoclasta y constructivo al mismo tiempo recuerda la Encyclopédie. Steve Jobs, el fundador de Apple, ha dicho que en esa “Biblia” de los jóvenes de su generación estaba implícito el concepto de la World Wide Web. Es significativo que el primer proyecto electrónico de biblioteca universal (iniciado por Michael Hart en 1971) haya sido y siga siendo un servicio público independiente, sostenido por centenares de voluntarios que cooperan desde sus propias computadoras en su casa. También que fuera bautizado como Project Gutenberg y alojado en Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 una institución benedictina (el Illinois Benedictine College), una de las órdenes que se distinguió en la Edad Media por sus bibliotecas y el copiado de libros. El Proyecto Gutenberg (www.gutenberg.org) sigue en marcha, ofrece gratuitamente unos 30,000 libros del dominio público en diversos idiomas y es el antecedente de proyectos muy distintos: Amazon (www.amazon.com, desde 1994), Wikipedia (www. wikipedia.org, 2001) y Google Books (www.google. com/books, 2004). La Ilustración y el ascenso de la burguesía hicieron crecer el mercado del libro en el siglo XVIII. En particular, prosperaron las grandes producciones editoriales cuya posesión era como tener un piano: enciclopedias de muchos volúmenes y colecciones de obras completas. Estas ediciones requieren gastos de preparación durante años (no meses), se prestan poco a la venta en librerías y, por lo mismo, tienen un problema financiero. Para solventarlo, se inventaron la suscripción previa y el surtido por entregas (de no haber suficientes suscriptores, la obra no se publicaba). 35 �Lectores en Wikilandia / Gabriel Zaid En el siglo XX, prosperó otro modelo comercial, desarrollado para el mercado masivo: la venta de puerta en puerta (o de contacto en contacto) con ejércitos de vendedores y crédito en abonos al comprador; lo cual requiere capitales todavía mayores y mucha administración. Se entiende que las grandes enciclopedias disponibles en cada idioma sean unas cuantas o ninguna. También se entiende el retraso en actualizarlas. Denis Diderot tardó quince años en publicar los 28 volúmenes de la primera edición de la Encyclopédie (1751-1766). La primera edición de la Encyclopaedia Britannica (nacida para contrarrestar la influencia de los enciclopedistas franceses) se publicó en 100 fascículos más o menos semanales entre 1768 y 1771. Su famosa undécima edición de 1911 (la mejor, según Borges) pasó al dominio público y ahora puede consultarse gratis en http://encyclopedia.jrank. org, aunque no por iniciativa de la empresa, que titubeó ante las ediciones electrónicas, temiendo que dañaran, en vez de reforzar, su negocio principal. La Britannica entró a la red tardíamente (sigue vendiendo la edición impresa, pero también suscripciones a la electrónica actualizada), frente a la amenaza de Microsoft, que le hizo una oferta de compra y, ante el rechazo, se lanzó a publicar Encarta, sin imprimirla: como un servicio en línea pagado por suscripción, que finalmente fracasó. No tuvo la demanda que esperaba y suspendió la publicación en 2009, después de quince años de pérdidas. La sorpresa del siglo XXI ha sido la Wikipedia, un proyecto cooperativo de voluntarios que trabajan gratis y hasta ponen dinero. Nadie se hubiera imaginado que era posible competir con la Britannica y Microsoft sin grandes capitales, ni ejércitos de vendedores, cobradores y administradores, ni un plan previo de los temas que serían incluidos para asignarlos a un gran elenco de especialistas. Menos aún que era posible ampliar y actualizar su contenido a una velocidad nunca vista. La Wikipedia se anuncia como la enciclopedia gratuita que todos pueden editar. La escriben espontáneos que todos los días proponen nuevos artículos o cambios a los publicados. Esto se presta a toda clase de intervenciones ignorantes, desmedidas, interesadas o de mala fe, pero los resultados han sido inesperadamente aceptables. La calidad del 36 contenido está por debajo, pero no tanto, de la Britannica, que también tiene lo suyo. En la edición de 1974, por ejemplo: el artículo sobre Heidegger es tonto; la entrada sobre Axel’s castle dice que es ¡una novela!; no es fácil encontrar la Accademia del Cimento porque viene con una sola c; abre dos entradas distintas (ambas mal escritas) para Lucas Pacioli y Lucas Paciola, que son la misma persona (Luca Pacioli); pero no abre entradas para Georg Lichtenberg, Czeslaw Milosz, Octavio Paz, Wilhelm Reich, Marcel Schwob, Vidyapati, Xavier Zubiri y muchos otros. La Wikipedia no publica anuncios. El secreto para que sea gratuita está en el entusiasmo de una multitud de colaboradores que trabajan gratis desde su casa; en un grupo de líderes, también voluntarios, que se reparten la supervisión y toman decisiones sobre el material recibido; y en que el personal pagado a tiempo completo se reduce a unas cuantas decenas de personas en oficinas modestas, con cientos de computadoras. Todo lo cual cuesta unos seis millones de dólares al año, recabados en una charola de la misma página, donde se puede depositar. En 2008, unas 150,000 personas aportaron 40 dólares en promedio a la colecta anual. La idea y el patrocinio iniciales fueron de Jimmy Wales, un empresario de internet que vive de sus propios negocios y sigue siendo el promotor del proyecto, desde la Wikimedia Foundation. Ha promovido la Wikipedia en más de 200 lenguas, así como proyectos afines: Wiktionary, Wikiquote, Wikibooks, Wikisource, Wikinews, Wikiversity (pueden verse en www.wikipedia. org y www.wikimedia.org). La Wikipedia dice tener tres millones de artículos en inglés, casi un millón en alemán y francés, medio millón en español, portugués, italiano, japonés, polaco, ruso, etcétera. Ninguna otra enciclopedia tiene tal cobertura. La Encyclopédie tenía 72,000 artículos y Encarta 62,000. La Britannica dice tener 122,000. La Wikipedia recibe nueve millones de visitas diarias. Ante ese éxito, Bertelsmann contrató los derechos para resumir los 50,000 artículos más consultados y publicar una enciclopedia impresa en un solo volumen, que paga regalías a la edición electrónica. Lo cual, de paso, muestra que los libros impresos no Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Lectores en Wikilandia / Gabriel Zaid desaparecerán tan fácilmente. Quien tenga a mano la muy recomendable y barata Columbia Encyclopedia (sexta edición, 2000) con 50,000 artículos en un solo volumen de 3,200 páginas sabe que, para muchas consultas, es más práctico abrirla que buscar en la red. Eso explica el mercado para la edición de Bertelsmann. Hay quienes dicen, con razón, que el fenómeno Wikipedia obliga a replantearse muchas cosas en el mundo del saber y la investigación. También se ha dicho, con menor razón, que ha creado un nuevo paradigma de la producción intelectual; perdiendo de vista que la comunidad lectora siempre ha sido Wiki. Lo nuevo es la tecnología. Lo nuevo es el éxito llamativo de una cooperación intelectual que ha sido milenaria. En todo caso, si se quiere hablar de un cambio de paradigma, habría que situarlo en el Renacimiento, cuando la gente de libros opta por la tertulia frente a la cátedra, la imprenta frente a la universidad, el saber libre frente al saber jerárquico. El cambio coincide con la aparición de una tecnología (la de Gutenberg), y se reanima con la aparición de otra. Ambas refuerzan las estructuras horizontales (la conversación, el networking) frente a las verticales (la universidad, el Estado, la televisión). Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 El ejemplo puede inspirar muchos otros proyectos cooperativos de lectores en acción. Por ejemplo: Una fe de erratas en la red. Aunque la única aspiración respetable son los libros sin erratas, lo civilizado es reconocer la imperfección y pedir ayuda a los lectores para advertirlas en beneficio de otros lectores y de las próximas ediciones. El procedimiento (lamentablemente abandonado) consistía en encargar una última lectura del libro impreso antes de encuadernarlo, para incorporar una tabla de erratas advertidas. Hoy es posible crear bases de datos en línea que registren las erratas señaladas por todos los lectores que quieran participar. La programación Wiki es ideal para esto. La organización más sencilla consistiría en que cada editor abra una fe de erratas para cada edición de sus libros. Muchos lectores marcan las erratas de los libros de su biblioteca, pero no tienen manera de avisar a los demás. Más ambicioso sería abrir un registro para los errores de facto (números, cantidades, fechas, nombres, lugares, parentesco, títulos, atribución) que tienden a perpetuarse como virus que saltan de unos libros a otros. Y para los errores crasos de traducción, sin entrar a cuestiones de estilo, que se prestan a discusiones interminables. También otro para asuntos autorales, limitado a cuestiones de facto: omisión o error en el nombre del autor, traductor, compilador y otros titulares de derechos; permisos; plagios indiscutibles con textos paralelos. Y muchos otros más, por ejemplo: una alerta de libros dignos de traducirse que encajarían perfectamente en tal colección de tal editorial, o de libros previamente editados en español cuya novedad pasó y pudieran ser de interés para nuevas generaciones de lectores. 37 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana Buenaventura Rigol CardonaA, Damaris Peña EscobioA, Osbeidy Hernández DuránA, Sebastián Díaz De la TorreB Departamento de Ingeniería Mecánica, Facultad de Ingeniería. Universidad de Holguín “Oscar Lucero Moya”, Cuba B Centro de Investigación e Innovación Tecnológica CIITEC IPN rigol.cardona@yahoo.com.mx , sediazt@ipn.mx A RESUMEN Se presenta una metodología de mejora continua del mantenimiento técnico para vehículos de transporte de carga, basada en el control estadístico de procesos y se valida en una empresa de la ciudad de Holguín, Cuba, encargada de transportar los alimentos de la canasta básica para 1 millón de habitantes. Se parte de postulados teóricos y se procesa la información del Coeficiente de Disponibilidad Técnica (CDT). Con la metodología propuesta se superó la reducción esperada de la variabilidad, cuando la mayoría de los vehículos se habían depreciado. El índice de Capacidad de Proceso (Cp) mejoró de 1,01 hasta 2,15. PALABRAS CLAVE Mantenimiento, capacidad de procesos, estadísticas, transporte terrestre, disponibilidad técnica. ABSTRACT It is presented a continuous improvement methodology, for the technical maintenance service for freight transportation vehicles, based on statistical process control, and it is validated at an enterprise located in Holguin City, Cuba, in charge of the basic food transportation for over one million people. Considering theoretical principles, the data of the Coefficient of Technical Availability (CTA) was processed. The use of the proposal methodology allowed to surpass the expected reduction of the variability, despite of the majority of the vehicles were depreciated. The Process Capacity index was improved from 1,01 to 2,15. KEYWORDS Maintenance, process capability, statistics, ground transportation, technical availability. INTRODUCCIÓN La crisis económica mundial y las dificultades propias de la República de Cuba, requieren un mejor uso de los recursos disponibles, entre ellos el capital intelectual formado. La tendencia política actual del país facilita el desarrollo o adopción 38 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. de nuevas tecnologías, con impacto directo en el bienestar de la población. Estas deberán respetar los recursos naturales e incrementar la competitividad del sector industrial. El caso que se presenta y discute en este artículo es fruto del trabajo conjunto entre la Universidad de Holguín (UHo), una empresa de la misma ciudad, el Centro de Investigación e Innovación Tecnológica (CIITEC) del Instituto Politécnico Nacional (IPN) de los Estados Unidos Mexicanos, y el apoyo de ambos gobiernos. La referida empresa transporta los alimentos para una población superior al millón de habitantes, mediante una flota de camiones. El desempeño de la misma se afectó por su baja disponibilidad técnica, es así que se propusieron medidas para revertir tal situación, partiendo de los vínculos universidad - empresa. En este artículo se reportan las acciones tomadas dentro del ámbito de actuación de los ingenieros mecánicos, quienes gestionan actualmente el mantenimiento técnico de tal flota. De la bibliografía consultada se percibe amplio trabajo en el transporte terrestre de carga en áreas como las siguientes: la estructura óptima de la flota para satisfacer eficientemente la demanda de una zona económica, la utilización efectiva de camiones y remolques agrícolas como reportó Tolpekin,1 el análisis de punto de equilibrio de costos e ingresos que estudiaron Gallagher y Watson,2 la aplicación de la programación lineal entera – mixta al sistema de transporte cañero realizada por López,3 etc. Sin embargo, cuando se conoce que los gastos más importantes de un camión semirremolque son combustible (24,3 a 42,7) %, depreciación (8,7 a 14,3) % y mantenimiento (25,3 a 27,2) %, de acuerdo con Hine y Rizet,4 es lógico dirigir la atención a tal área. La realidad del desempeño de las áreas de mantenimiento en las empresas de transporte cubanas dista mucho de lo que demanda la sociedad moderna. Lo anterior dado que es el propio conductor quien realiza la reparación parcial de la avería mecánica, además de tener que cumplir con actividades varias dentro de la organización. En la figura 1 se muestra un camión Kamaz luego de la reparación general que se realiza en la empresa. El vehículo recupera su funcionabilidad a un costo considerable (tiempos), como han señalado Rigol, Peña, Batista Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Fig. 1. Fotografía de un camión Kamaz. y Hernández.5 La administración de mantenimiento podría desempeñar un importante papel en tomar decisiones productivas, en momentos de cambios rápidos y profundos del mercado. A su vez, la administración deberá apoyarse con investigadores e implicados con el estudio y/o análisis estadístico del problema. Cabe mencionar que esta situación se superó en otros continentes mediante el desarrollo e implementación de culturas apropiadas a sus prácticas e idiosincrasia. Por ejemplo, el Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad (MCC) propuesto por Nowlan y Heap y comentado por Knezevic,6 el Mantenimiento Productivo Total (MPT) desde la perspectiva de Nakajima,7 entre otras. Tales culturas tienen una rigurosa disciplina tecnológica y mayor poder adquisitivo; pero la situación de una empresa se puede mejorar simplemente mediante la incorporación de múltiples conocimientos. En el análisis sistemático de la eficiencia real de una flota de camiones es importante definir parámetros indicadores. Así, el coeficiente de aprovechamiento del parque del transporte automotor de carga es el cociente de los vehículos promedio trabajando y los existentes. En Cuba este coeficiente fue de 54,3 % en el año 2006, según la ONE,8 permaneciendo esta tendencia en décadas anteriores según Daquinta.9 En la figura 2 se muestra un ejemplo de una carretera secundaria medianamente averiada, que propicia la disminución del mencionado coeficiente, y que los costos de mantenimiento correctivo (MC) superen a los costos conjuntos de los mantenimientos preventivo planificado (MPP) y predictivo (MPd). Por tanto, la demanda de los primeros servicios 39 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. Fig. 3. Imagen de la Autopista Nacional. Fig. 2. Imagen de carretera secundaria medianamente averiada. aumenta, junto a la carencia de una fuerza laboral suficientemente capacitada y disciplinada. Esto se suma a las dificultades cotidianas de las empresas, como son los recortes financieros y el agotamiento de las refacciones, entre otras. Sin ánimo de agotar el tema de la red vial cubana, es importante saber que languideció durante muchos años, debido a la difícil situación económica de los años 1990. En tal período no se contaba con maquinarias, mezclas asfálticas y mucho menos de una infraestructura capaz de asegurar herramientas y equipos especializados. La conservación de las carreteras se logró con trabajos manuales y soluciones muy locales. En estos momentos el Ministerio de la Construcción (MICONS) de conjunto con el Ministerio del Transporte (MITRANS) adquirieron nuevas tecnologías como pavimentadoras, máquinas fresadoras y un tren de reciclado, como asegura Tamayo.10 Después de estudiar varias variantes se ejecutó una Autopista Nacional con secciones transversales, que constituye el vial más importante. Terminada tendrá 1 020 km a lo largo de todo el país, desde Pinar del Río, en la parte occidental, hasta Guantánamo, en el extremo más oriental. A pesar del gran significado que tiene para el país, se encuentra actualmente detenida debido a la falta de recursos financieros. En estos momentos la longitud en explotación es de 570 km, en diferentes fases de ejecución se encuentran alrededor de 65 km y quedando pendiente el inicio de los 385 km restantes. En la figura 3 se muestra una parte de la Autopista Nacional. 40 Al respecto, a la provincia de Holguín le corresponden 1 030,6 km de los 17 814,9 km de las vías rurales pavimentadas de Cuba, como observaron Marín y Serrano.11 Arbella12 ha estudiado la influencia de los viales en el deterioro de los ómnibus o buses y Zaragoza13 determinó las causas que influyen en el rendimiento de los neumáticos en una empresa de transporte de combustibles. Venegas14 consideró tales elementos en una propuesta para elevar el desempeño del sistema de mantenimiento en el parque automotriz de la Universidad de Holguín. Ciertamente resulta difícil para los usuarios de estas vías conocer las cifras oficiales del estado de la red vial de Cuba: el 75 % se considera bueno, el 17 % regular y el 8 % malo. La explicación radica en que se mejoran las vías nacionales (que asumen alrededor del 70 % del tránsito del país) pero no las vías provinciales y rurales. Por ello se trabaja en un plan integral de carreteras, y las provincias y municipios desarrollan el Plan Imagen para las mejoras en las redes de su jurisdicción, según Bilbao.15 Casos especiales son las zonas montañosas y de difícil acceso, donde para mejorar la calidad de vida de la población campesina, se ha elevado el nivel de servicio de sus caminos, partiendo de experiencias como las que reportó la Dirección Nacional de Vialidad de Argentina.16 Este plan redunda en evitar el éxodo hacia las zonas urbanas con todas las implicaciones sociales y económicas que esto implica. En la figura 4 se muestra una carretera de una zona montañosa de Holguín, por donde circulan los vehículos de transporte de carga estudiados en este artículo. Por lo anteriormente expuesto, este trabajo se enfoca a desarrollar una metodología de mejora del proceso de mantenimiento técnico en los vehículos de transporte de carga, aplicando el control estadístico. Este artículo tiene como meta Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. Fig. 4. Imagen de una zona montañosa de Holguín. presentar la metodología y validarla en una empresa de transporte de la ciudad de Holguín, en Cuba. El principal método de investigación empleado es el estadístico, para tratar los datos de la empresa y contribuir a que su toma de decisiones sea eficaz. La hipótesis de trabajo es que se podrá mejorar el desempeño del proceso de mantenimiento técnico en los vehículos de transporte, mediante la disminución de su variabilidad. FUNDAMENTO TEÓRICO Y ANÁLISIS De las ciencias económicas se conoce que “el hecho de que una empresa adopte determinadas estructuras de capital y tecnológicas afectaría, lógicamente, el grado de variabilidad de sus resultados”, como plantea Mallo;17 donde la estructura tecnológica implica las características estructurales de los procesos productivos de la empresa y, por consiguiente, determina las estructuras de costos derivados de ellos. Partiendo de ello, se emplearon en la investigación los postulados teóricos que se mencionan a continuación. El primer postulado teórico plantea la necesidad de evaluar la tendencia central a través de la media aritmética y la variabilidad mediante la desviación típica, ambas de la característica de calidad del proceso de mantenimiento, según Freund.18 Para los vehículos de transporte, el Coeficiente de Disponibilidad Técnica (CDT) es el parámetro de calidad fundamental, el cual se puede calcular según la NASA.19 En la ejecución del presente estudio el CDT se registró diariamente en la empresa, desde el año 2006 hasta 2009. Se consideraron los datos del período con menor variabilidad; porque generalmente es más sencillo ajustar el valor medio del proceso tecnológico que disminuir su variabilidad, de acuerdo con Cantú.20 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 El segundo postulado teórico se refiere a que la capacidad del proceso puede evaluarse sólo si está bajo control estadístico, por lo que se requiere conformidad en ambos aspectos. La capacidad de un proceso de cumplir con especificaciones se cuantifica mediante los índices de capacidad Cp y capacidad real Cpk, siempre que la característica de calidad siga una distribución muestral normal o que se aproxime. Plantea Gutiérrez21 que tales índices enfatizan la necesidad de establecer mejoras prácticas para reducir la variabilidad del proceso. Con ello se facilita comparar el desempeño de los proveedores o procesos y se proporciona una idea aproximada de los artículos y/o rubros que no cumplen con las especificaciones. El índice Cp mide la capacidad potencial para cumplir con las especificaciones inferior (EI) y superior (ES), según la desviación estándar (σ). Genéricamente el CDT tiene EI = 0,00 % (todos los vehículos fuera de servicio) y ES = 100,00 % (vehículos en óptimas condiciones de uso) y se calcula mediante la ec. (1): ES − EI (1) Cp = 6σ Si la característica de calidad no sigue una distribución normal, Gutiérrez y De la Vara 22 plantean que se calculan los percentiles P99,865 y P0,135 de la distribución muestral, y se emplea la ec. (2): ES − EI Cp = (2) P99 ,865 − P0 ,135 Los valores notables del índice Cp, las decisiones recomendadas y las desviaciones típicas se calcularon según la norma de la flota de camiones Kamaz, por despeje de la ec. (1), con EI = 65,00 % y ES = 100,00 %. Todos ellos se muestran en la tabla I. El índice Cpk estima la capacidad potencial del proceso para cumplir con las especificaciones. Se prefiere utilizar Cpk en lugar de Cp porque el primero considera tanto el centrado del proceso como la desviación estándar. La ec. (3) proporciona el valor de Cpk, referida a EI como margen de seguridad: μ− EI (3) Cpk = 3σ Se dice que un proceso está bajo control estadístico cuando sobre él solo actúan causas asignables de variación según CENEN,23 o que está en un estado de “statistical equilibrium” de acuerdo con Cockerill.24 Dicho equilibrio se establece cuando 41 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. Tabla I. Valores del índice Cp, decisiones sugeridas y desviaciones típicas correspondientes. Cp σ Decisión 0,66 8,84 Indeseable. No adecuado para el trabajo. Requiere de modificaciones serias. 0,67 8,71 Inadecuado para el trabajo. Se necesita un análisis del proceso, con buena probabilidad de éxito. 1,00 5,83 Aceptable. Adecuado para trabajar, requiere de un control estricto según se acerca a 1,00. 1,33 4,39 Aceptable. Adecuado para trabajar, requiere de un control estricto según se acerca a 1,00. 1,34 4,35 Preferido. Más que adecuado. la salida de datos tiene una media aritmética y una desviación típica fijas. Los gráficos de control son la herramienta más sencilla para el control de los procesos tecnológicos. El tercer postulado teórico parte del concepto de calidad de concordancia. Ésta última entendida como la medida de cumplimiento de una producción con sus especificaciones de calidad, por la cantidad y tipo de defectos que ésta presenta. A partir de ello se miden y representan gráficamente los costos de calidad (usualmente se disgregan en costos de prevención, evaluación y fallo) en función de la calidad de concordancia. De lo anterior se originan 3 zonas, señaladas por Hernández:25 1. De proyectos de mejora: los costos de fallo superan el 70 % del total y los costos de prevención son menores que el 10 %. Se sugiere investigar y encontrar proyectos de mejora. 2. De indiferencia: los costos de fallo representan el 50 % y los costos de prevención el 10 %, aproximadamente. Si no pueden encontrarse proyectos beneficiosos, se desviará el énfasis al control. 3. De perfeccionismo: los costos de fallo son inferiores al 40 % y los costos de evaluación superan el 50 %. En esta zona, se cuentan con evidencias de perfección alcanzadas en el proceso. Se debe estudiar el costo ocasionado por cada defecto detectado, lo anterior para optimizar las tolerancias, reducir las inspecciones, comprobar las decisiones para mejorar la calidad del proceso. 42 MATERIALES Y MÉTODOS Al identificar y eliminar sistemáticamente las fallas a través del mantenimiento se reduce el derroche, haciendo funcionar establemente los medios de trabajo, que son los camiones de la marca Kamaz en este caso. Su disponibilidad técnica es una tarea de primer orden y el cumplir el objeto social de la empresa representa la mayoría (91 %) de los viajes que se realizan. La metodología de la investigación es: 1. Determinar la antigüedad de la flota En el año 2006, al comenzar los trabajos, el 95 % de la flota tenía más de 20 años de uso, y el resto más de 10 años; lo que limitaba penetrar mercados existentes y potenciales. Actualmente, la tecnología se ha envejecido más y en la empresa se recibieron otros camiones en mal estado técnico, que en realidad deberían ser destinados a darse de baja de la flota, pero que con su incursión afectaron la disponibilidad técnica. 2. Determinar el comportamiento inicial de los diferentes tipos de mantenimiento El resumen mensual de la duración en horas calendario del mantenimiento realizado a los camiones, dividido entre MPP y MC, aparece en la tabla II, obtenida de Ramos.26 Se aprecia la baja relación MPP / MC, que promedia en el año Tabla II. Resumen mensual del mantenimiento MPP y MC de la flota de camiones Kamaz. Meses Tiempo de Tiempo de R e l a c i ó n MPP (h) MC (h) MPP/MC (%) Enero 345 16 941 2,04 Febrero 55 9 353 0,59 Marzo 66 17 186 0,38 Abril 113 12 669 0,89 Mayo 100 10 648 0,94 Junio 142 11 573 1,23 Julio 49 15 619 0,31 Agosto 114 11 632 0,98 Septiembre 235 9 611 2,45 Octubre 104 9 790 1,06 Noviembre 25 11 828 0,21 Diciembre 116 12 448 0,93 Total 1 465 149 298 0,98 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. aproximadamente 1,00 %. Es decir, de 100 horas de mantenimiento, sólo se cuenta con 1 h de trabajo preventivo según el plan de mantenimiento de los vehículos. el mal estado de los viales, el deficiente servicio técnico a los vehículos y su antigüedad. En cuanto a las tres primeras causas su incidencia en la situación no es muy significativa, porque los vehículos se operan por los mismos conductores, transitan por las mismas rutas y reciben el servicio técnico de un personal calificado. La cuarta causa se relaciona con la depreciación física y hacia ella se orienta la solución tecnológica que se presenta, como un proyecto a la medida. 3. Determinar la criticidad de los sistemas técnicos de los camiones Se empleó la Curva de Pareto, donde el objeto de control fueron los sistemas y/o partes de los camiones, y el elemento de control los fallos. La información primaria se obtuvo de las órdenes de trabajo, según Hernández27 (ver tabla III). Se establecen las clases de importancia: A, B o C, según los resultados. Como prácticamente la relación teórica no es exacta, se preestableció en clase A aproximadamente al 20 % de los objetos de la columna 1 y se buscó en la columna 7, que le corresponden el 50,47 % de los problemas. Se sugiere que el control se realice para las clases A, B y C de estos tipos: de importancia, de excepción y mínimo, respectivamente. Las causas de los fallos son diversas y las candidatas son: la mala explotación de los vehículos, 4. Determinar el comportamiento de los costos de calidad La investigación de Espinosa28 determinó los costos de MPP y MC como el 25,70 % y el 74,30 % del total, respectivamente. Se plantea que el desempeño de la empresa se ubica en la zona de proyectos de mejora. 5. Calcular la desviación típica mínima semanal Para que el proceso sea apto con EI, durante el periodo inicial, correspondiente al año 2007, se debe cumplir la condición de la ec. (4): Tabla III. Fallos de los sistemas y/o partes de los camiones Kamaz. No. Sistemas o partes: Fallos Cantidad: % de: Acumulado: Cantidad: Acumulado: Clase 1 Eléctrico 756 756 22,76 22,76 A 2 Frenos 320 1076 9,64 32,40 A 3 Otros 302 1378 9,09 41,49 A 4 Neumáticos 298 1676 8,97 50,47 A 5 Transmisiones 275 1951 8,28 58,75 B 6 Soldadura 261 2212 7,86 66,61 B 7 Alimentación 190 2402 5,72 72,33 B 8 Motor 187 2589 5,63 77,96 B 9 Lubricación 145 2734 4,37 82,32 B 10 Escape 101 2835 3,04 85,37 B 11 Caja de marchas 97 2932 2,92 88,29 C 12 Dirección 92 3024 2,77 91,06 C 13 Suspensión 91 3115 2,74 93,80 C 14 Enfriamiento 81 3196 2,44 96,24 C 15 Arranque 54 3250 1,63 97,86 C 16 Bombas 16 3266 0,48 98,34 C 17 Diferencial 6 3272 0,18 98,52 C Total Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 3321 100,00 43 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. ) 6σ≤T (4) Donde T se obtiene de la ec. (5): T =( ES − EI )= 35% (5) ) Por lo que σ≤ 5,83% . Las mediciones se realizaron diariamente y se agruparon y analizaron semanalmente con 6 días laborables (de lunes a sábado). Si su cantidad se designa por la letra n, resulta n = 6. La ec. (6) requiere la constante c2 y proporciona la desviación típica mínima semanal.23 ) s =σc2 = 5,83* 0 ,8686 = 5,06% (6) 6. Monitorear y representar gráficamente el CDT diario de la flota, desde el año 2007 hasta el primer semestre del año 2009 Los valores del CDT se procesaron con el sistema estadístico StatGraphics;29 hasta calcular la media aritmética y la desviación típica, para atenuar las fluctuaciones diarias y aplicar las técnicas de muestras pequeñas. En la figura 5 se muestra el comportamiento del CDT. En el año 2007 la tendencia del CDT es al aumento, debida a la previa detección de fallas y a las medidas técnico – administrativas que se tomaron luego de determinar el comportamiento inicial de los diferentes tipos de mantenimiento. Se alcanzó una media aritmética de 49,98 % y una desviación Fig. 5. Comportamiento del CDT en el periodo 2007 a 2009. típica de 5,80 %. En el año 2008 se alcanzó una media aritmética de 50,10 % y una desviación típica de 3,51 %. En la práctica, los valores de medias aritméticas de este año y el precedente se diferencian poco: la diferencia se verifica en la disminución de la desviación típica. Lo anterior se acentúa porque en el año 2009 la media aritmética fue de 46,55 % y la desviación típica fue de 2,71 %. 7. Realizar el ajuste por el método de mínimos cuadrados (MMC) a cada año En la tabla IV se muestra la ecuación resultante del ajuste por el MMC por año, junto con la pendiente y los coeficientes de determinación R2 y de correlación R. Se aprecia el deterioro del coeficiente de correlación desde 78,98 % al 46,82 %. 8. Probar que la media aritmética semanal se distribuye normalmente Tal normalidad se determinó cada año con el sistema estadístico mencionado, y es el resultado que: “No se puede rechazar que la variable proceda de una distribución normal con un nivel de confianza de al menos el 90 %”. Procede una alternativa, con el tabulador electrónico Excel.30 Para ello se calculan: la media aritmética y la desviación típica para cada semana del año en cuestión. Los valores se normalizan, se representan gráficamente y se obtiene la ecuación del ajuste por el MMC y los respectivos coeficientes de determinación y correlación. 9. Calcular los índices de capacidad y de capacidad potencial del proceso, y el coeficiente de variación (CV) El empleo del CV es ventajoso para eliminar las unidades de medida, y en Cuba se aplicó en el mantenimiento por Luna.31 En la tabla V se resumen los resultados. σ (7) CV = Xm Tabla IV. Ecuación resultante del ajuste por el MMC por año, e información asociada. C o e f i c i e n t e d e Coeficiente de correlación determinación R² R Año Etapa Ecuación ajustada Pendiente 2007 1 Y = 0,3021x + 41,968 16,81° 2008 2 Y = 0,1334x + 46,837 7,59° 0,2824 0,5314 2009 3 Y = -0,2514x + 48,816 -14,11° 0,2192 0,4682 44 0,6238 0,7898 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Metodología para mejorar el mantenimiento de vehículos de carga en una empresa cubana / Buenaventura Rigol Cardona, et al. Tabla V. Resumen de los resultados. Año Etapa Cpk Cp CV(%) 2007 1 -0,86 1,01 11,61 2008 2 -1,42 1,66 7,01 2009 3 -2,27 2,15 5,82 10. Repetir toda la metodología hasta alcanzar los valores deseados en los coeficientes e índices Realizar análisis puntuales según proceda. RESULTADOS 1. En el trienio 2007 - 2009 la flota presentó un CDT que se distribuyó aproximadamente normal a un nivel de confianza de al menos 90 %. Este porcentaje disminuyó finalmente un 3 % porque se incluyeron vehículos de baja eficiencia a la flota. 2. Con la aplicación de la metodología propuesta aquí, se disminuyó la variabilidad del proceso de mantenimiento a los camiones. Si los valores recomendados de la desviación típica se ajustan a una línea de tendencia por el MMC, la ec. (8) explica el 94,38 % de la variación, y se forma un ángulo de -53,06° con el eje de las abscisas. y = -1,33x + 10,414 (8) Si los valores alcanzados de la desviación típica se ajustan a otra línea de tendencia mediante el MMC, con la ec. (9) se explica el 96,33 % de la variación, y se forma un ángulo de -57,08 ° con el eje de las abscisas. La tendencia decreciente se aprecia con el signo negativo del ángulo. y = -1,545x + 7,0967 (9) 3. El comportamiento observado del CV (11,61; 7,01 y 5,82 %) se aproxima al comportamiento esperado de los costos de calidad del tipo fallos externos, siendo de (11; 9 y 6 %). CONCLUSIONES 1. Con la metodología de mejora propuesta se superó la reducción de la variabilidad esperada, a pesar de que la mayoría de los vehículos se habían depreciado; y de que la ampliación del parque de estos fue con vehículos de la misma marca y modelo, pero con un estado técnico inferior. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 2. El índice de capacidad de proceso Cp se mejoró desde 1,01 hasta 2,15; pero empeoró el índice de capacidad potencial de proceso Cpk, debido al descenso del valor medio anual del CDT. 3. La información existente del CDT del parque de un trienio, validó la hipótesis de que, en las condiciones de la empresa de transporte de carga de la ciudad de Holguín, la metodología de mejora redujo su variabilidad. RECOMENDACIONES 1. Mejorar la cultura tecnológica en la empresa, a través de la capacitación, para que todos los trabajadores conciban al mantenimiento como parte de la clave del éxito de la misma. 2. Desarrollar una metodología para calcular los costos de calidad en las empresas de transporte de carga. 3. Estudiar la posible relación del CV y los costos de calidad del tipo fallos externos en éstas empresas. AGRADECIMIENTOS Se agradece a la Secretaría de Educación Pública de México y al ICyTDF por el apoyo económico en la realización de esta investigación, y al Instituto Politécnico Nacional por las facilidades prestadas. BIBLIOGRAFÍA 1. S. Tolpekin, Problemas económicos de la utilización integral de los fondos fijos de producción, Moscú, Editorial Progreso, 1981, 287 p. 2. Ch. Gallagher y H. Watson, Métodos cuantitativos para la toma de decisiones en administración, La Habana, Edición revolucionaria, s/f, 611 p. 3. E. López, Contribuciones al perfeccionamiento del sistema integral de transporte cañero, Tesis doctoral, Holguín, Universidad de Holguín, 2005, 186 p. 4. J. Hine y C. 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Se aborda en la parte I los antecedentes y condiciones durante el arranque de las plantas textiles y las particularidades de “La Fama de Nuevo León”. En la parte II se abordarán las fábricas “El Porvenir” y “La Leona”. PALABRAS CLAVE Industria textil, México, Nuevo León, Fábricas, siglo XIX. ABSTRACT In this article, the history of the beginning of the textile industry in the state of Nuevo Leon, Mexico, in the eighteen century is presented. In part I the background and conditions during the starting of the textile plants, and the particularities of the company “La Fama de Nuevo Leon”, are described. In part II, the cases of the companies “El Porvenir” and “La Leona” are studied. KEYWORDS Textile industry, Mexico, Nuevo Leon, Factories, eighteen century. INTRODUCCIÓN La actividad textil en Nuevo León1 conoce dos etapas: la que aprovecha los productos de la lana y la del algodón. La primera tuvo su origen en los primitivos obrajes durante la época colonial. La segunda se desarrolló al introducirse el cultivo del algodón en la región de Tamaulipas y la Laguna, pues al parecer el producto no logró aclimatarse en Nuevo León. Su cultivo en Coahuila fue obra de la iniciativa de empresarios regiomontanos, en particular de Hernández Hermanos, quienes refaccionaron a los algodoneros de la Laguna. Luego de la etapa del obraje, o paralelamente, la primitiva industria textil era trabajada por las mujeres en sus domicilios que fabricaban piezas de algodón y otros materiales, entre ellas rebozos. Se trataba de la industria doméstica cuyos productos se ponían a la venta en los mercados locales, desde principios del siglo XIX.2 Las fuentes mencionan que para el primer tercio de 1800, empezaron a instalarse pequeños establecimientos donde se fabricaban mantas. El gobernador José María Parás, en su memoria de 1827, menciona que los sarapes “más finos y de mejor vista” eran los llamados hechizos, confeccionados por mujeres. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 47 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval Otras fuentes dan a conocer que en 1832 sacaban utilidades de los tejidos de algodón y de lana los pueblos de Abasalo, San Nicolás, Hidalgo y San Francisco de Cañas (actualmente el municipio de Mina), entre otros. Las mujeres confeccionaban trabajos muy apreciados por su calidad; pero la actividad no iba más allá del trabajo doméstico o pequeños talleres. En 1849 se producían jorongos “finos y hermosos y bien combinados colores”, los cuales, se decía, se trabajaban en el cañón de Sabinas y otros pueblos. En 1850, Vidaurri informaba que los jorongos eran vendidos en la Feria de Saltillo, por lo cual se les llamaba saltilleros.3 Sin embargo, al parecer la competencia de los lienzos de algodón extranjeros, de mejor calidad y más baratos, provocó que disminuyera el desarrollo de esa incipiente industria textil en Monterrey. Tendría que ser de mayor formalidad la iniciativa para constituir sociedades de inversión y con ello fundar las primeras fábricas de la industria textil, lo cual se produjo hacia la segunda mitad del siglo XIX. Coincidiendo con el esquema clásico de la industrialización británica, Nuevo León inicia su despegue industrial por la rama textil, con la constitución de fábricas dedicadas a esa actividad. Comenzando con La Fama de Nuevo León, instalada en 1854 en Santa Catarina, Nuevo León, localizada al poniente de la ciudad de Monterrey, entre la Sierra Madre y el cerro de las Mitras, se instaló en un terreno de dos hectáreas dentro de lo que fue la Hacienda de los Ábrego. El lugar era apropiado por estar a catorce kilómetros de Monterrey, a la orilla del camino a Saltillo y en las proximidades de las fuentes de agua provenientes del acueducto de la acequia de Capellanía, que transportaba el líquido desde los manantiales del río Santa Catarina que abastecían a la ciudad de Monterrey. Con el fin de aprovechar industrialmente el agua, se construyó un acueducto elevado, que según mediciones recientes (Méndez), era de alrededor de 455 metros, pero según Antonio Guerrero4 era de 900 metros de longitud, el cual condujo el agua durante 96 años (de 1854 a 1950) desde el Paso del Águila hasta el interior de la fábrica textil. El acueducto fue derribado en 1970 para dar paso a la ampliación de la calle Juárez, la que fuera en otros tiempos Congregación de la Fama, N. L. 48 A partir de la instalación de la fábrica textil, a la antigua hacienda de los Ábrego comenzó a llamársele con el mismo nombre que a la planta fabril: La Fama. Puede decirse que la fábrica le dio identidad a la comunidad formada a su alrededor. Para 1900, la Congregación de la Fama tenía 675 habitantes, de los cuales 131 eran obreros de la factoría, cien hombres y 31 mujeres. Se construyó cerca de la fábrica el templo de San Francisco de Paula, que data de fines del siglo XIX. En 1906, la administración de la fábrica donó terrenos para edificar la escuela y la plaza pública, con lo cual el proceso de urbanización cobró forma con la fábrica como centro.5 En 1871, diecisiete años después de que se constituyera La Fama, tuvo lugar la fundación de la segunda planta textil: la Fábrica de Hilados y Tejidos El Porvenir. Para instalarla los empresarios seleccionaron el poblado de Santiago, N. L. No obstante la ubicación en lugar tan distante de Monterrey, los hombres de la iniciativa habían tomado en cuenta el agua y otros elementos favorables para el funcionamiento de la fábrica. Los empresarios de El Porvenir tenían ya la experiencia de la planta textil anterior, por el hecho de haber sido accionistas fundadores de La Fama los Rivero y los Zambrano. Resulta importante reseñar las razones por las que se instaló El Porvenir en el municipio de Santiago, debido a que en el mismo se construyó otra comunidad fabril. Treinta años antes de que concluyera el siglo XIX el municipio de Santiago era un poblado cuya comunidad no llegaba a los siete mil habitantes (6,932 según datos del cronista de Santiago).6 Al iniciar el siglo XX, la población había aumentado en 5,723 personas, para sumar un total de 12,655 santiaguenses. En el interior del municipio se ubicaba la hacienda El Cercado, en la que moraban algunas familias que vivían de la agricultura. Para el año de 1900, la población residente en la hacienda había alcanzado las 1,534 personas.7 Nueve años después, la población de la hacienda sumaba dos mil habitantes, según informa el maestro Pablo Livas,8 incremento que tal vez haya sido producto de la instalación de la fábrica textil. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval Un hecho de particular significado que le daría importancia como polo de atracción económica a la región era la abundancia de agua así como de árboles frutales y madereros, localizados en la hacienda El Cercado y en los terrenos de lo que posteriormente serían la Hacienda Vista Hermosa. Precisamente la riqueza de árboles fue la razón por la que el secretario general del gobierno de Vidaurri, Manuel García Rejón, se interesó en unirse con Andrés Calzado para montar un aserradero en El Cercado; mas como el funcionario gubernamental hiciera causa común con Vidaurri, en oposición política a Benito Juárez, el presidente terminó por confiscarle los bienes a García Rejón en 1863,9 bienes que fueron adquiridos luego por el otro socio, Andrés Calzado. Al final, éste también tuvo problemas económicos por lo cual se vio en la necesidad de hipotecar sus propiedades para pagar a sus acreedores. Uno de ellos era el comerciante de origen español Valentín Rivero, quien recibió la mitad de la hacienda de El Cercado por la suma que le debía Andrés Calzado. La otra mitad de la hacienda pasó a manos de la casa comercial Zambrano, Hermano y Compañía, 10 de la cual formaban parte Eduardo, Emilio Zambrano y Jesús González Treviño. Como afirman don Tomás y don Rodrigo Mendirichaga, biógrafos de Valentín Rivero, al adquirir los Zambrano y Rivero la hacienda de El Cercado: todo quedó en familia pues los hermanos Zambrano eran los hijos mayores del conocido comerciante e industrial Gregorio Zambrano, y Jesús González Treviño estaba casado con Rosa Zambrano, hija de Gregorio.11 Las familias Zambrano y Rivero fueron las encargadas de la iniciativa para la constitución de la empresa fabril. Valentin Rivero [1817-1897] Desde el punto de vista de los recursos que se requirieron para montar las fábricas textiles se tiene el siguiente reporte: La Fama se constituyó con un capital superior al de El Porvenir. La primera requirió 75 mil pesos divididos entre nueve accionistas, contra cincuenta mil de la segunda, repartidos entre tres socios (que en realidad eran dos: los Zambrano y Rivero). Valentín Rivero participó con un limitado diecisiete por ciento del capital en La Fama, y un cuarenta por ciento en la inversión inicial de El Porvenir. La fábrica textil La Leona se fundó en 1874, en un lugar cercano a La Fama. Prácticamente ambas fábricas han sido vecinas. En un principio y por mucho tiempo compartieron el mismo acueducto. Sin embargo, los principales empresarios fundadores de La Leona no fueron los mismos que participaron como accionistas en las otras plantas textiles. Tabla I. Fábricas textiles en Nuevo León 1887. Fábrica Materia prima anual Producción Obreros Tipo de motor y potencia Husos (año de fundación) quintales anual ocupados La Fama Algodón 1,400 Turbina 35 HP 2,664 16,000 piezas 70 [1854] El Porvenir Algodón de 2,500 Máquina movida por agua de De 30 a 34 mil piezas 5,000 225 a 250 [1871] a 3,000 3 turbinas 120 HP de 40 varas cada una La Leona Algodón 1,200 Rueda hidráulica 20 HP 1,740 De 15 a 20 mil piezas 100 [1874] a 1,500 Fuente: Archivo General del Estado de Nuevo León, Fomento, Exp. 25, 1900, Monterrey, N. L. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 49 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval Desde el punto de vista de la tecnología, puede observarse que los telares de la Fama y El Porvenir provenían de Inglaterra; otra parte del equipo fue adquirido en Estados Unidos. En los tiempos de la fundación la maquinaria era moderna. En la tabla I se describen aspectos técnicos y de producción de las plantas antes mencionadas. Tanto La Fama como El Porvenir y La Leona dieron origen al establecimiento de comunidades habitadas por los trabajadores y sus familias que desarrollaron una cultura vinculada con las actividades de las fábricas, expresándose, entre otras, en la fundación de asociaciones mutualistas y luego sindicales, así como en escuelas, iglesias, centros deportivos, periódicos y revistas. En el presente trabajo se anotan los momentos más importantes de la historia de las tres plantas pioneras, y algunos aspectos de sus vínculos con las comunidades.12 FÁBRICA DE HILADOS Y TEJIDOS DE ALGODÓN LA FAMA DE NUEVO LEÓN El 22 de junio de 1854, el notario público Bartolomé García formalizó la constitución de la sociedad por acciones. De esa manera se funda la primera fábrica textil: La Fama de Nuevo León. Los hombres que conjuntaron sus recursos para fundar la sociedad tenían una rica experiencia en el mundo de los negocios comerciales, a través de los cuales habían logrado acumular importantes sumas monetarias que les permitieron realizar las inversiones en la nueva actividad industrial. Los fundadores de La Fama de Nuevo León fueron nueve.13 Entre los primeros inversionistas que se mencionan figura Gregorio Zambrano, oriundo de la capital del antiguo Reino de León, miembro de una influyente familia de terratenientes y dedicado a los negocios mercantiles, con trayectoria en el ejercicio del poder político regional (tres años antes de 1854 había sido jefe de la comuna regiomontana). El segundo fue Manuel María de Llano, nacido en Monterrey, hombre dedicado a la explotación maderera y propietario de una molienda triguera, ambos establecimientos eran accionados por fuerza hidráulica y estaban ubicados por el rumbo de la Purísima en Monterrey. Al igual que el socio Gregorio Zambrano, don Manuel también era 50 un hombre que compaginaba exitosamente los negocios con la política: en varias ocasiones había desempeñado el cargo de presidente municipal de Monterrey, además de haber sido diputado local y federal, así como jefe del poder ejecutivo estatal. El tercer socio fue el danés Juan María Clausen, yerno de don Gregorio Zambrano, propietario de la casa comercial Clausen y Compañía. El cuarto fue el español José Morell, también hombre de negocios. El quinto, otro hispano, Pedro Calderón, al parecer nacionalizado mexicano, casado con una de las hijas de otro importante hombre de negocios, Juan Francisco de la Penilla (de origen español, fundador de la casa comercial La Reinera). Además de ser un dinámico comerciante, don Pedro Calderón también fue miembro de la clase política regiomontana de esos años: desempeñó los cargos de alcalde y regidor en la ciudad de Monterrey. El sexto inversionista de la sociedad, con capital acumulado como producto de fortunas heredadas,14 fue el médico y también presbítero José Ángel Benavides, originario del Valle del Huajuco. Don Mariano Hernández, también español, apoderado comercial del suegro de don Pedro Calderón, fue el séptimo socio. En la sociedad figuraba otro personaje dedicado a las transacciones comerciales: Ezequiel Steele, de posible ascendencia norteamericana. El noveno socio fue el español don Valentín Rivero, hombre también dedicado a múltiples negocios, que en un tiempo se desempeñó como empleado de la casa comercial de don Francisco de la Penilla.15 En suma, la primera fábrica textil de Nuevo León fue producto de la iniciativa inversionista de seis vecinos de Monterrey de origen extranjero Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval (cuatro hispanos, un danés y un probablemente norteamericano) y tres regiomontanos.16 Dos de ellos con vínculos parentales: Gregorio Zambrano suegro de Juan María Clausen. Algunos con activa participación en los asuntos políticos de la región: Gregorio Zambrano, Manuel María de Llano y Pedro Calderón. La mayoría con inversiones en negocios comerciales. Ver tabla II. En cuanto al capital inicial con que se fundó la fábrica textil, éste ascendió a la suma de 75 mil pesos, distribuidos en quince acciones de cinco mil pesos cada una. La Fábrica de Hilados y Tejidos de Algodón La Fama de Nuevo León se puso en marcha al principiar el año de 1856, un año y medio después de su formal constitución. El sábado 19 de enero17 se inauguró con bendición y banquete. La misma fuente da cuenta de que al evento asistieron el señor obispo Francisco de Paula Verea y el gobernador del estado, general Santiago Vidaurri. La primera maquinaria con que comenzó sus operaciones la fábrica textil consistió en 56 telares británicos de construcción moderna para su tiempo; cada uno producía diariamente una y media piezas de manta de 32 varas, de la mejor clase entre las manufacturadas en el país. Su rendimiento anual era de 45,000 pesos y su maquinaria era movida por agua y por una máquina de vapor de 26 caballos de fuerza.18 Tabla II. Fundadores de La Fama de Nuevo León Acciones Importe* Gregorio Zambrano Monterrey Accionistas Origen 2.0 10,000.00 Manuel Ma. de Llano Monterrey 3.0 15,000.00 José A. Benavides Monterrey 1.0 5,000.00 Valentín Rivero España 2.5 12,500.00 José Morell España 1.5 7,500.00 Pedro Calderón España 1.0 5,000.00 Mariano Hernández España 1.0 5,000.00 Juan María Clausen Dinamarca 2.5 12,500.00 Estados Unidos 0.5 2,500.00 15.0 75,000.00 Ezequiel Steele Totales Fuente: Tomás y Rodrigo Mendirichaga, El inmigrante..., ver bibliografía al final, p. 94. * Pesos mexicanos de la época. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Los cronistas de La Fama afirman que el acueducto que transportaba el líquido utilizado como fuerza hidráulica para mover la maquinaria se construyó entre 1848 y 1859 y que tenía un kilómetro de longitud, con 24 arcos de medio punto. Mediciones recientes indican que era en realidad de alrededor de 455 metros de longirud. Los restos que todavía quedan del acueducto indican que fue una hermosa obra de ingeniería, según narra don Jesús Cortés García, cronista de la Fama. Un testigo de la inauguración de la fábrica, periodista de El Restaurador de la Libertad (vocero del gobierno del estado), narraba la impresión que le produjo el ruido de las máquinas: el estrépito no interrumpido que formaba la complicadísima máquina, cuyas ruedas y demás partes que la constituyen no cesaban de moverse con admirable combinación.19 Lo que, más allá de la simple nota periodística, revela que por esos tiempos no se conocían en la región máquinas de esa naturaleza. Eran los tiempos de la industria paleotécnica. La producción se inició al principiar el año y José Sotero Noriega, en el Diccionario Universal de Historia y de Geografía, decía que: sus tejidos aún no son conocidos en la nación, pero la calidad de ellos es, según los inteligentes, sin rival aun comparándolos con los de las mejores fábricas de Estados Unidos.20 La calidad de sus tejidos de algodón le mereció un premio en la Exposición de 1888. Tres decenios después de haberse fundado la fábrica, consumía por año unos 400 quintales de algodón traídos de Tamaulipas y Coahuila, principalmente, y algunas veces importados de Texas. Por las mismas fechas la planta textil trabajaba con un motor de turbina de 35 caballos de fuerza y 2,664 husos. Producía dieciséis mil piezas al año y daba empleo a setenta obreros que recibían un jornal “ordinario” de cincuenta centavos diarios.21 La Fama se incendió el 9 de mayo de 1895, la planta quedó casi destruida. Al día siguiente hubo una junta de accionistas que acordó su reconstrucción. Según registros del Archivo General del Estado de Nuevo León, algunos de los accionistas que rehabilitaron la planta no fueron los mismos que 51 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval iniciaron la sociedad fabril en 1854. En el mismo registro aparece la lista de la maquinaria, equipo y edificios con que contaba la fábrica en esos años.22 En la solicitud dirigida al gobierno del estado en la que se pedía la exención de impuestos por la reapertura de la fábrica, se incluyen los nombres de los accionistas Pablo Burchard y José A. Muguerza. El segundo, cofundador de la Cervecería Cuahtémoc en 1890, era propietario de embarcaciones que transportaban algodón de México a Inglaterra.23 En 1906, Bernardo Reyes informaba que La Fama textil había producido en 1905 un total de 1’620,000 metros de manta y otros géneros. Asimismo que Tabla III. Inventario de la fábrica textil La Fama de Nuevo León 1895. Bienes raíces Un edificio de sillar, cimientos de piedra y techos de vigas, tierra y láminas de fierro, destinado a las máquinas. Cuarenta cuartos para operarios y bodegas de adobe. Tres cuartos y zaguán de sillar. Un acueducto de piedra y atarjea para la conducción de agua, que sirve como fuerza motriz. Máquinas y equipo Una máquina de vapor. Una máquina de vapor sistema Cortiss, con su correspondiente caldera y chimenea de ladrillo y fierro. Una máquina abridora de algodón y accesorios. Ocho cardas para algodón y máquinas hiladoras con 2,420 husos por punto. 81 telares para tejer manta. Una prensa hidráulica para hacer tercios. Una máquina para doblar género. Una instalación completa de aparatos contra incendio, con su depósito de agua y bombas. Una instalación completa de luz incandescente y su dínamo correspondiente. Herramienta de fragua y herrería. Tarjas y machuelos. Romanas de distintos tamaños. Herramientas de carpintería. Insumos En las bodegas existían pacas de algodón por un valor de 98,589 pesos. 52 tenía un equipo de fuerza motriz de vapor de noventa caballos y daba trabajo a 120 obreros. La fábrica textil seguía dando vida a la congregación de La Fama, compuesta, en 1900, por 675 habitantes;24 casi la mitad de la población que tenía la otra comunidad textil ubicada en El Cercado, que para esas mismas fechas estaba habitada por 1,534 personas. Un año antes de que Madero lanzara su manifiesto revolucionario contra Porfirio Díaz, la fábrica textil presentaba la siguiente situación: contaba con tres mil husos, 130 telares y daba trabajo a 110 operarios. Disponía igualmente de setenta viviendas para sus obreros.25 Por el año de 1909, Pablo Livas informaba que la planta contaba con maquinaria para el blanqueo y tintorería, accionada por turbinas hidráulicas e ingenios de vapor que desarrollaban en total una fuerza de 125 caballos. Ocupaba una extensión de terreno como de diez hectáreas en las que están establecidos todos los talleres, parques y huertas dispuestos perfectamente, regados y atendidos por cuenta de la empresa.26 La fábrica obsequió un terreno destinado a la edificación de una escuela para los hijos de los obreros. El sostenimiento correría a cargo del municipio de Santa Catarina y de la fábrica. Los productos elaborados eran mantas blancas y de color, driles, mezclillas y cotonadas de diversas clases; se vendían en los estados fronterizos y en el interior de la república. Cuando estalló la Revolución, los acontecimientos afectaron la vida de la fábrica. Se sabe que el 12 de diciembre de 1911 tres obreros se hicieron eco de la rebelión de Bernardo Reyes contra Francisco I. Madero. Las corporaciones militares del estado los persiguieron hasta la Mesa del Pino, sin lograr su aprehensión.27 También existen noticias de que en 1913 el ejército federal invadió la fábrica y arrestó a algunos trabajadores. A pesar de los acontecimientos armados revolucionarios, pueden encontrarse algunos informes que indican la actividad productiva de la fábrica textil en esos años. En 1913, el Departamento del Trabajo reportaba el siguiente estado de la planta textil: consumía al año 90,860 kilos de algodón; producía 26,658 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval piezas estampadas y tejidos; había realizado ventas por 130,736.87 pesos; tenía instalados 3,010 husos modernos; funcionaban 117 telares; empleaba a 130 obreros, quienes laboraban diez horas diarias y ganaban en promedio 7.25 pesos por semana, cada uno.28 A pesar de que los inspectores de la dependencia gubernamental reportaban que no existían condiciones higiénicas apropiadas en la planta, reconocían que la compañía proporcionaba atención médica y medicinas a los trabajadores, en caso de accidente, y les pagaban medio sueldo. Asimismo, la fábrica proporcionaba una habitación con dos piezas y un patio con una renta de cincuenta centavos por semana. Además de que la gerencia seguía sosteniendo una escuela para los hijos de los obreros.29 Según narra el ingeniero Luis Eduardo Villarreal, quién fuera superintendente de la planta, un cambio muy importante en la historia de La Fama de Nuevo León se produjo cuando la misma pasó a ser propiedad de la empresa Compañía Textil Reinera, S. A., lo que sucedió en los primeros días del mes de mayo de 1941. Por esos años La Fama, ya bajo la nueva administración, se dedicaba a la fabricación de telas corrientes de algodón y operaba con 84 trabajadores. Posteriormente, en abril de 1953, la Compañía Textil Reinera se fusionó con la empresa Textiles Monterrey, lo que en opinión del ingeniero Villarreal Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 fue realmente una sustitución de razón social y de patrón, con todas sus leyes y reglamentos, ya que la Compañía Textil Reinera desapareció al fusionarse con Textiles Monterrey. La fusión se realizó mediante la aportación de los bienes muebles e inmuebles de la compañía y la compra de maquinaria de la unidad industrial Compañía Textil Reinera y los inventarios consistentes en materias primas en proceso y productos terminados, así como los edificios y terrenos de las fábricas. Los propietarios eran los señores Aurelio González, Jr., Jorge G. Rivero y Virgilio C. Guerra, apoderados de la Compañía Textil Reinera y Jorge G. Rivero Jr., como subgerente y apoderado de Textiles Monterrey. El mes de enero de 1950, el señor Virgilio C. Guerra, en su carácter de apoderado, solicita ante el gobierno del estado —en esos años bajo la administración del doctor Ignacio Morones Prieto— los beneficios de la Ley de Protección a la Industria, por el hecho de haber creado una nueva industria dedicada a la manufactura de popelinas y gabardinas con hilos peinados y torzales.30 La nueva planta fue instalada en lugar distinto al de la antigua fábrica, pero ubicadas ambas en el municipio de Santa Catarina, N. L. La distancia que separaba ambas fábricas era una calle. Se trataba de una nueva planta con edificio enteramente nuevo y con maquinaria completamente moderna. Según reza la descripción del Periódico oficial de marzo de 1951, la nueva fábrica era a tal punto moderna que podía ser considerada como de lo más avanzado que existía en el país en esos años, producía telas finas que antes se importaban, como gabardinas y popelinas con hilos peinados y torzales. El mismo Periódico oficial informa que las inversiones que se hicieron en la nueva industria ascendieron a la suma de 4’197,163.69 pesos mexicanos. En la misma se daba ocupación a 395 trabajadores. Para estas mismas fechas la unidad antigua trabajaba con maquinaria que en su mayor parte — alrededor de un cincuenta por ciento— se encontraba en completo estado de abandono y en desuso; de hecho su destino era el cierre, pues los 84 obreros que aún laboraban en ella fueron trasladados a la nueva planta. 53 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval La nueva fábrica significó un cambio radical en comparación con la antigua planta. En primer lugar, en la nueva se fabricaba popelina fina para camisería, mientras en la antigua se producía exclusivamente tela burda de baja calidad.31 Las relaciones obrero-patronales de la vieja planta se regían por el contrato-ley de la industria textil de 1927-1929 y sus reformas; en cambio, las de la planta nueva se basaron en un convenio celebrado entre la empresa y el Sindicato de Trabajadores de la Industria Textil y Similares de la República Mexicana, Sección 49, sancionado por las autoridades federales del trabajo. En la planta antigua regía el sistema de pago a destajo, sin tomar en cuenta la calidad del material que se fabricaba, se daban casos en que, a pesar del mayor esfuerzo físico realizado por el trabajador, éste devengaba menor salario. En la fábrica nueva se aplicaron las reglas generales de modernización de la industria textil del algodón y sus mixturas, acordadas por la comisión mixta obrero-patronal, creada en cumplimiento de la cláusula VI del Convenio de fecha 7 de junio de 1950. En estas reglas generales se precisaba el sistema de cargas de trabajo, que fijaba los tabuladores y categorías de los trabajadores. Sobre el proceso de modernización de los sistemas de trabajo, el ingeniero Luis Eduardo Villarreal narra que la antigua fábrica La Fama de Nuevo León se había convertido en un conejillo de indias para probar los sistemas de modernización de la industria textil del algodón y sus mixturas, a nivel nacional. El experimento se produjo entre 1947 y 1950. Después de que se dieron las condiciones propicias entre los representantes de los empresarios y los trabajadores, 54 se aplicó el nuevo sistema de trabajo a nivel local y, posteriormente, se implementó en todas las fábricas textiles de algodón del país. Al aplicarse el moderno sistema hubo mucha resistencia tanto de parte de los empleados como de los operarios, debido a que se estaba planteando realizar actividades distintas a las tradicionales. Sin embargo, la gente se fue acostumbrando paulatinamente, en la medida en que todos se dieron cuenta de los beneficios del sistema norteamericano de tiempos y movimientos, conocido con el nombre de Barnes. El otro sistema fue el Norris & Elliot, también de procedencia norteamericana, que consistía en la aplicación de una tarifa adecuada para cada uno de los puestos de la planta. También en la Fama de Nuevo León se implantó, a partir del mes de abril de 1949, el sistema de control de entradas y salidas del personal —tanto de obreros como empleados— por medio de tarjetas y reloj checador, medida cuyo uso se generalizó por el grueso de la industria en la ciudad de Monterrey. La instalación de la nueva planta trajo consigo la implantación de modernos procesos de producción. En la unidad antigua no era posible la fabricación de géneros finos, pues desde que se principiaba a trabajar el material hasta que salía la tela pasaba por maquinaria diseñada para tela de clase corriente. Los telares eran del tipo plano y habían sido construidos en el siglo XIX. En la fábrica moderna todo el proceso de elaboración se destinaba a la fabricación de telas finas de alta calidad. Se principiaba con el tren de abrir, donde salía una napa uniforme y luego pasaba por cardas nuevas, posteriormente seguía por las peinadoras, que regularizaban el tamaño de la fibra (quitando toda la fibra corta) hasta salir a los telares automáticos, diseñados específicamente para las telas de calidad superior. En la fábrica antigua, además de que se carecía de máquinas peinadoras, tampoco se le daban al hilo los tres pasos de veloz, los movimientos de los malacates de los tróciles eran distintos; los de la fábrica antigua eran de cordón y los de la nueva, de banda de tensor. En la otra no existían canilleras automáticas ni limpiadores de canillas, ni coneras de banda. En cambio, en la fábrica moderna el urdidor era automático y ahorraba en gran parte el repaso a mano. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval La diferencia entre las dos plantas (Ver tablas IV y V) estaba en el sistema de humectación; el de la fábrica moderna era automático y mantenía en cada departamento la humedad requerida. En suma, después de funcionar por casi cien años (1854-1951), a partir de la instalación de la nueva planta, llegó a su fin la antigua Fábrica de Hilados y Tejidos de Algodón La Fama de Nuevo León, para renacer como una moderna fábrica textil, con edificios, maquinaria, sistemas de producción y laborales completamente nuevos. La nueva planta fue registrada bajo la razón social de Compañía Textil Reynera, S. A. Dos años después, 1953, pasó a denominarse Textiles Monterrey, S. A. Tabla V. Maquinaria y equipo de la nueva planta textil 1951 Cantidad Equipo Marca 20 Cardas Platt 20 Cardas Whitin 1 Máquina Rib von Lap 1 Máquina Whitin Sliver Lap 88 Peinadoras Whitin 1 Manuar Howard & Bolloug Año Telares y husos 1856 56 telares Producción anual 32 varas diarias Energía Máquina de vapor de 26 HP Motor de 35 HP Veloces finos Sace Lowell 144 husos c/u 2 Veloces intermedios Whitin 96 husos c/u 38 Hiladores Whitin 240 husos c/u 10 Torzaleras Whitin 252 husos c/u Widin Co. 80 malacates c/u 82 malacates c/u 1 Dobladora de hilo Universal Widin Co. 1 Urdidor de alta velocidad Reiner 90 Telares Draper mod. E 1922 Núm. obreros 1 Equipo de humectación American Moistening Co. 30 1 Atadora Barber Colman 1 Engomador Saco Lowell 1 Máquina limpiadora de canillas Terrel 2,664 16 mil piezas 70 husos al año 2,420 Máquina de 1895 husos vapor Cortiss 81 telares 1’620,000 Máquina de metros 1906 vapor de 40 120 anuales de HP manta 3,000 Planta husos y 4,500 piezas 1909 eléctrica para 110 130 al mes 150 focos telares 3,010 husos y 26,658 piezas 1913 130 117 estampadas telares Fuente: Elaborado con datos de Vizcaya Canales, Pablo Livas y Óscar Flores, ver bibliografía al final. 1884 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 24 chorros 7 4 Tabla IV. La Fama. Evolución tecnológica y productiva 1856-1913. Especificaciones Automáticos Tubería de vapor Instalación de fuerza Instalación de luz Motores eléctricos, poleas, bandas y transmisiones Fuente: Periódico Oficial del Gobierno del Estado de Nuevo León, ver bibliografía al final. 55 �Fábricas pioneras de la industria textil de Nuevo León, México. Parte I / Javier Rojas Sandoval REFERENCIAS 1. Javier Rojas Sandoval. El patrimonio industrial histórico de Nuevo León: Las fábricas pioneras. CECYTE, N. L.- CAEIP, Monterrey, N.L. 2009. Vol. No. 1. 2. La República Mexicana. Nuevo León. Reseña geográfica y estadística, Librería de la Viuda de Ch. Bouret, París-México, 1910. 3. Ibid. 4. Antonio Guerrero Aguilar, Santa Catarina a través de la historia, STUANL-Club Rotario, Santa Catarina, N. L., 1988, pp. 40 y ss. 5. Una fuente de gran importancia para la historia de la fábrica textil La Fama es la documentación contenida en el Archivo Municipal de Santa Catarina, N. L. y la publicación Memorial, dirigida por Margarito Cuéllar. También el texto de Jesús Cortés García: Semblanzas. Estampas y apuntes de un pueblo: La Fama, N. L., Santa Catarina, N. L., 1991. 6. Juan Alanís Tamez, Historia de Santiago, Santiago, Nuevo León, 1989, pp. 35 y ss. 7. Bernardo Reyes, Memoria de 1903-1907, Archivo General del Estado de Nuevo León. 8. Pablo Livas, El estado de Nuevo León. Su situación económica al aproximarse el Centenario de la Independencia de México, Monterrey, 1909, p. 49. 9. El texto imprescindible para el conocimiento de la fundación y primeros años de la fábrica La Fama es el de Tomás y Rodrigo Mendirichaga: El inmigrante. Vida y obra de Valentín Rivero, Emediciones, Biografía, Monterrey, 1989, pp. 149 y ss. 10. Ibid., p. 150. 11. Ibid. 12. Para estudiar algunos aspectos de la industria textil, véase: Mario Cerutti, Burguesía y capitalismo 56 en Monterrey (1850-1910), Editorial Claves Latinoamericanas, México, 1983. 13. Tomás y Rodrigo Mendirichaga, op. cit., pp. 93 y 94. 14. Ibid., p. 94. 15. Israel Cavazos Garza, Diccionario biográfico de Nuevo León, vol. II, Universidad Autónoma de Nuevo León, Capilla Alfonsina, Monterrey, 1984. 16. Tomás y Rodrigo Mendirichaga, op. cit., p. 95. 17. Ibid. 18. Francisco R. Calderón, Historia moderna de México. La república restaurada. La vida económica, Editorial Hermes, México, 1965, pp. 90-91. 19. Citado por Mendirichaga, op. cit., p. 102. 20. Ibid., p. 103. 21. Ibid. 22. AGENL, Sección Concesiones, Expediente núm. 6 / 2, 6 de julio de 1895. 23. Israel Cavazos, op. cit. 24. Bernardo Reyes, Memoria de 1906, Capilla Alfonsina, UANL. 25. Isidro Vizcaya Canales, op. cit., p. 84. 26. Pablo Livas, op. cit., p. 51. 27. Diccionario histórico y biográfico de la revolución mexicana, tomo V, Instituto Nacional de Estudios Históricos de la Revolución Mexicana, Secretaría de Gobernación, México, 1992. 28. Óscar Flores, Burguesía, militares y movimiento obrero en Monterrey (1909-1923), Fac. de Filosofía y Letras, UANL, Monterrey, 1991, p. 83. 29. Ibid. 30. Periódico Oficial del Gobierno del Estado de Nuevo León, núm. 19, 7 de marzo de 1951. 31. Ibid. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad Mariano David Zerquera Izquierdo, Juan José Sánchez Jiménez Universidad de Guadalajara mariano_zerquera_izquierdo@hotmail.com RESUMEN En este artículo se presentan los resultados del análisis de un sistema de bombeo compuesto por bombas centrífugas, con motor con variador de velocidad, operando en paralelo, que entrega un caudal determinado a una salida común. Se codificó un programa en Matlab para determinar la distribución del flujo a entregar por cada bomba, para un caudal total demandado, de modo que las pérdidas totales del sistema sean mínimas. Palabras claves Ahorro energético, bombas, optimización, Matlab. ABSTRACT Results of the analysis of a pumping system made of variable speed centrifugal pumps operating in parallel and delivering a given flow to a common output are presented in this paper. A Matlab program for determining the flow distribution delivered by each pump, according to the total required flow, was coded in such a way that the system losses are minimal. KEYWORDS Energy saving, pumps, optimization, Matlab. INTRODUCCIÓN En la práctica se encuentran sistemas de bombeo en los que se utilizan bombas centrífugas con motor con variador de velocidad operando en paralelo, entregando un determinado caudal a una salida común1,2,3 (figura 1). Resulta tedioso determinar el caudal que debe entregar cada una de las bombas, de modo que se obtenga una operación óptima desde el punto de vista económico. Existe un amplio trabajo sobre bombas individuales movidas por motores de velocidad variable.4-12 También hay reportes relativos a la operación y ahorro en sistemas de bombeo en paralelo empleando variadores de velocidad, pero no hay tantos en los que se determine el mínimo costo en cuanto a pérdidas. En13 se lleva a cabo un estudio en un sistema de riego, pero con la limitante de emplear bombas en paralelo idénticas. En14 solamente se mencionan las ventajas de la operación en paralelo de las bombas empleando variadores inteligentes de velocidad variable y la forma gráfica de la determinación del comportamiento del sistema. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 57 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. Fig.1. Operación de bombas en paralelo. En15 se muestra un caso de estudio para un sistema de dos bombas en paralelo, pero operando a dos velocidades fijas. Un sistema de bombas en paralelo para un sistema de refrigeración es presentado en16 mostrándose resultados de ahorros empleándose un método de control mediante diferencia de presión, pero no se hace referencia a la optimización del costo. En otros manuales y cursos ofrecidos por firmas que fabrican variadores, también se presentan las ventajas del uso de éstos pero sin mencionar los aspectos de la optimización.17,18 DESARROLLO Para llevar a cabo el trabajo planteado, se partirá de un sistema con n bombas descargando a un tronco común tal como se muestra en la figura 1, el cual bombea líquido hacia un tanque. Se considera que las bombas b1, b2, ... , bn están accionadas por los motores m1, m2,…., mn, los cuales a su vez están alimentados por variadores de frecuencia c1, c2, … , cn. Estos convertidores alimentan los motores con voltajes y frecuencias V1,f1, V2,f2, ... ,Vn,fn, ajustables, desde un sistema eléctrico con voltaje y frecuencia V,f fijos. Cada conjunto motor bomba forman sistemas S1, S2, ... , Sn por los que se alimentan caudales de líquido Q1, Q2, ... , Qn a un sistema común Sc que demanda un caudal total Qc. Para un caudal total de líquido Qc a bombear, habrán infinitas combinaciones de caudales 58 a repartirse entre cada bomba. Cada una de estas distribuciones arroja un comportamiento técnico económico diferente, existiendo una única combinación que arroje como resultado un mínimo costo de operación. Para cada combinación de distribución de caudales, cada bomba es accionada a una determinada velocidad y por tanto cada motor debe ser alimentado con el voltaje y la frecuencia requerida. Como ejemplo, para explicar la metodología, se partirá de un sistema sencillo formado por dos bombas, con los parámetros de comportamientos mostrados en la tabla I. Se conoce que los pares de valores de comportamiento de la bomba corresponden a una velocidad de 1 800 RPM y que la densidad del líquido tiene el valor de ρ =1 000 kg/m3 Se desea: a) Determinar el comportamiento del sistema si se requiere bombear un caudal total Qc=100 litros /s cuando las velocidades de los motores se ajustan de modo que las bombas No.1 y No.2 entreguen flujos: Q1=40 litros/s, Q2=60 litros/s b) Llevar a cabo un estudio para determinar cual debe ser el caudal a entregar por cada bomba para suministrar el caudal total común Qc=100 litros/s de modo que la operación del sistema dé como resultado el menor costo de la demanda eléctrica. DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA Ajuste de las curvas de las bombas y de los sistemas Con los datos dados en la tabla I, se realizó un ajuste a curvas, mediante Matlab,19, 20 lo que arrojó como resultado los coeficientes mostrados en la tabla II. De acuerdo con estos coeficientes, se corresponden las siguientes ecuaciones: Bomba No.1: H= -0,0022Q2-0,22Q+100 (m) (1) Bomba No.2: H= -0,001Q2-0,0066Q+48 (m) (2) Sistemas No.1 y No.2: H=1,37•10-20Q3+0,006Q2+7,258•10-17Q+2 (m) (3) Sistema común: H=-6,94•10-7Q3+0,0031Q2-0,0031Q+10.099 (m) (4) Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. Bomba No.1: Pb = 0, 0576Q3b -11, 4822Q b2 +1, 37•103 Q b + 0, 4666•103 (W) (5) Bomba No.2: Pb =0,1224Q3b -20, 6077Q b2 +1, 3366•103 Q b +1, 0179•103 (W) (6) Donde: Pb- Potencia demanda por la bomba Qb -Caudal entregado por la bomba DETERMINACIÓN DE LAS CARGAS DEL SISTEMA Y POTENCIAS DE LAS BOMBAS Para determinar la carga correspondiente a cada bomba es necesario primeramente conocer la carga H total que le presenta el sistema. Para un gasto total Qc suministrado, la bomba No.1 entregará un caudal Q1 y la bomba No.2 un caudal Q2. La altura total correspondiente a la bomba No.1 está dada por la suma de la altura del sistema No.1 con la del sistema común. De igual forma la altura que ve la bomba No.2 es la suma de la altura correspondiente al sistema No.2 sumado con la del común. En la figura 2 se muestran las curvas de H vs Q de los sistemas No.1 y No.2 y la del común, basado en los datos de la tabla I, así como los puntos de operación para los caudales dados. De acuerdo con estos caudales, las alturas correspondientes a cada una de las bombas están dadas por: Bomba No.1: Hs1c=Hs1+Hc=11,6+40=51,6 m Bomba No.2: Hs2c=23,6+40=63,6 m. Es decir que la bomba No.1 debe bombear un caudal de 40 litros/s contra una altura de 51,6 m; la bomba No.2 un caudal de 60 litros/s contra una altura de 63,6 m y para ello deben ser giradas a una velocidad que se le definirá velocidad de Fig. 2. Características de H vs Q. Pares de valores correspondientes a la tabla I. Tabla I. Datos del sistema. Q: Caudal (litros/s) H: Altura (m) Efb: Eficiencia de la bomba (%). Q 0 20 40 60 80 100 120 Bomba 1 Hb1 100 94,32 87 77,8 67,7 56 41,19 Bomba 2 Hb2 48 47,8 46,16 44 41,12 33,74 32,88 Sistema 1 y 2 Hs1, Hs2 2 4,4 11,6 23,6 40,4 62 88,4 Sistema común Hsc 10 11,2 14,8 20,8 29,2 40 53 Bomba 1 Efb1 0 75 85 87 82 67 50 Bomba 2 Efb2 0 40 66 78 80 75 70 Tabla II. Coeficientes de los polinomios obtenidos mediante el ajuste de las curvas de H vs Q de las bombas y los sistemas. Coeficientes Orden 3 Orden2 Orden1 Independiente Bomba 1 (b1) - -0,0022 -0,22 100 Bomba 2 (b2) - -0,001 -0,0066 48 Sistema 1 (S1) 1,37•10-20 0,006 7,258•10-17 2 Sistema 2 (S2) 1,37•10 0,006 7,258•10 2 Sistema común (Sc) -6,944•10 0,0031 -0,0031 10 Bomba 1 (b1) 0,0576 -11,4822 1,37•103 0,4666•103 Bomba 2 (b2) 0,1224 -20,6077 1,3366•103 1,0179•103 -20 -7 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 -17 59 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. operación. Sin embargo los pares de valores de H y Q introducidos como datos se corresponden con la velocidad de dato, 1 800 RPM para cada una de las bombas. Esto plantea la necesidad de calcular las velocidades de operación a las cuales deben ser giradas las bombas por sus motores primarios. En la figura 3 se muestran las características de H vs Q de la bomba No.1 a la velocidad de dato n=1 800 RPM y un punto de la característica (punto A) que se corresponde con el punto de operación el cual debe pasar por el par: Q1=40 litros/s, H1=51,6 m. Para determinar la velocidad de la bomba correspondiente a la característica que pasa por el punto A de la figura 3, es necesario aplicar la ley de afinidad de las bombas centrífugas.1,21,22,23 Si se considera el punto A como el 2 en la figura 3 al aplicar la ecuación de afinidad correspondiente se tiene: Q2 H1 = H 2 12 Q2 H1 = 51, 6 (7) Q 12 = 0, 0323Q 12 (8) 40 Si se considera como la condición 1, la correspondiente a un punto de la característica de la bomba a la velocidad de dato, se pueden igualar las ecuaciones (8) y (1), obteniéndose la siguiente ecuación: 0, 0323Q12 = −0, 0022Q12 − 0, 22Q1 + 100 (9) De la ecuación (9) se obtiene: Q 1=50,7441 litros/s El valor del caudal Q1 hallado se encuentra señalado en la figura 3. 2 Fig. 3. Característica de H vs Q correspondiente a la bomba No.1 60 Puesto que la característica de la bomba se corresponde con la velocidad de dato y de acuerdo con la nomenclatura planteada, se puede escribir aplicando la ecuación de afinidad correspondiente: 50, 7441 1800 = 40 N2 Entonces: N2=1 419 RPM De acuerdo con los resultados anteriores, para que la bomba impulse un caudal de 40 litros/s a la altura de 51,6 metros debe ser girada a 1 419 RPM. La potencia de la bomba, si la misma fuera movida a la velocidad de 1 800 RPM, se puede determinar mediante la ecuación (5), al sustituir el caudal por su valor: Q1=50,7441 litros /s: Pb =47 946 W = 47,946 kW. La potencia demandada por la bomba a la velocidad de operación N1=1 419 RPM se obtiene aplicando la ecuación de afinidad de las potencias: 47, 946 ⎛ 1800 ⎞ =⎜ ⎝ 1419 ⎟⎠ 3 P2 P2=23,464 kW Por un procedimiento similar al anterior para la bomba No.2 se obtiene: Q1=50,5563 litros/s N2=2 136 RPM Pb=31,997 kW P2=53,485 kW Si se repite el procedimiento anterior para varias combinaciones de caudales, se obtienen los resultados mostrados en la tabla III y su representación gráfica en la figura 4. Puede observarse que en este caso la condición de mínimo se corresponde con una potencia total demandada igual a 75,5 kW (señalado en color gris). En este procedimiento no se han considerado las pérdidas en los motores eléctricos, aspecto que se tomará en cuenta a continuación. PROGRAMA DE OPTIMIZACIÓN Cuando existe un número de bombas mayor a dos, el procedimiento seguido anteriormente resulta muy tedioso, además de que en éste no se consideraron las pérdidas en los motores, ni los costos. Es por ello que para salvar todo esto, se ha codificado un programa de optimización , empleando la librería de optimización (fmincon) del Matlab,24 considerando como función objetivo a optimizar las pérdidas Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. Tabla III. Potencia demandada por las bombas para un caudal total Qc=100 litros/s Bomba No.1 Bomba No. 2 PT(kW) Q1 Nb1 Q2 Nb2 P (kW) P (kW) (lts/s) b1 (RPM) (lts/s) b2 (RPM) 10 5,5 1 198 90 102,44 2 591 107,94 20 10,68 1 251 80 82,82 2 429 93,5 30 16,44 1 325 70 66,66 2 777 83,11 40 23,46 1 417 60 53,48 2 136 76,96 50 32,78 1 524 50 42,77 2 009 75,55 60 43,74 1 645 40 33,92 1 899 77,67 70 59,11 1 776 30 26,27 1 808 85,38 80 75,99 1 915 20 18,96 1 741 94,95 90 97,1 2 060 10 10,94 1 698 108,05 P T: Potencia total del sistema. P b1, P b2: Potencia demandada por las bombas. Q1,Q2: Caudal entregado por cada bomba. Nb1,Nb2: Velocidad de cada bomba. Fig. 4. Potencia mecánica demandada por las bombas para diferentes gastos. Pb1: Potencia demandada por la bomba No.1 Pb2: Potencia demandada por la bomba No.2 PT: Suma de las potencias Pb1 y Pb2. totales, o sea: PTS=Psb1+Psb2+ ... +Psbn+Pml+Pm2+ ... +Pmn+Psc. Para emplear esta función objetivo es necesario plantear las siguientes restricciones de desigualdad para las potencias de las bombas y de los motores respectivamente: Pbn≤PNbn≥0 Pmn≤PNmn≥0 Donde: PTS - Pérdidas totales del sistema. Psbn- Pérdidas del sistema y bomba n. Pmn- Pérdidas del motor n. Psc- Pérdidas del sistema común. PNbn- Potencia nominal de la bomba n. PNmn- Potencia nominal del motor n. Se presentan a continuación los resultados obtenidos del programa, correspondientes a un sistema formado por tres bombas. Los sistemas individuales S1, S2, S3, el común Sc y las bombas (velocidad 1 800 RPM), presentan los parámetros de comportamientos mostrados en la tabla IV. Se desea, como ejemplo: a) Determinar el comportamiento del sistema si se requiere bombear un caudal total Qc=125 litros /s cuando las velocidades de los motores se ajustan de modo que las bombas No.1, No.2 y No.3 entreguen flujos: Q1=50 litros/s, Q2=25 litros/s y Q3=50 litros/s. b) Determinar cual debe ser el caudal a entregar por cada bomba para suministrar el caudal total común Qc=125 litros/s de modo que la operación del sistema dé como resultado el menor costo de la demanda eléctrica. El programa presenta dos opciones: a) Operación no óptima de bombas en paralelo b) Operación óptima de bombas en paralelo. Mediante la primera opción el usuario debe introducir entre otros datos, los parámetros del circuito equivalente del motor,25,26 el caudal que se Tabla IV. Pares de valores de las bombas y los sistemas. Q 0 20 40 60 80 100 120 Bomba 1 y 3 (75 hp, 1 800 RPM) H 100 94,32 87 80 67,7 56 41,9 Bomba 2 (50 hp,1 800 RPM) H 48 47,8 46,16 44 41,12 33,74 32,88 Sistema 1 y 3 H 4 6,16 12,7 23,5 38,6 58 82 Sistema 2 H 2 4,4 11,6 23,6 40,4 62 88,4 Sistema común H 10 11,2 14,8 20,8 29,2 40 53 Bomba 1 y 3 Ef 0 75 85 87 82 67 50 Bomba 2 Ef 0 40 66 78 80 70 50 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 61 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. desea suministre cada una de las bombas, los pares de valores de altura y caudal, etc. Como resultado se obtiene el punto de operación del sistema, incluyendo el costo total por demanda de energía eléctrica. Con la segunda opción, debe darse el caudal total a bombear por el conjunto de bombas, con esto el programa en forma automática mediante un subprograma de optimización, determina que caudal debe bombear cada bomba de modo que las pérdidas de todo el sistema resulten mínimas y por tanto la mínima demanda de energía eléctrica. Al comparar los resultados de estas dos opciones, el usuario puede determinar el ahorro que se obtiene, al emplear una distribución óptima de los caudales. Para realizar los cálculos con el programa, en una de sus ventanas deben ser introducidos los datos económicos, según se muestra en la figura 5. Tabla V. Comportamiento de cada motor (operación no óptima). Motor I(A) 1 f(Hz) n2(RPM) P1 P C Ef(%) V1(V) (kW) ($/año) (kW) 60,55 57,08 1 703 45,85 91,43 437,6 3,93 16 879,4 2 40,96 71,78 138,12 38,9 91,49 550 3,309 14 212,4 3 60,55 57,08 1 703 45,85 91,43 437,6 3,93 16 879,4 Tabla VI. Comportamiento de cada bomba (operación no óptima). Bomba Q(l/s) H(m) Pe(kW) 1 50 73,63 41,83 2 25 66,9 3 50 73,63 41,83 Ef(%) P(kW) C($/año) 86,07 5,83 25 070 46 19,192 82 443 86,07 5,83 25 070 35,43 Tabla VII. Comportamiento de cada motor (operación óptima). Motor I(A) f(Hz) n2(RPM) Ef (%) P1 (kW) V1 P C (V) (kW) ($/año) 1 73,8 60,8 1 813,52 59,46 92,14 455,1 4,673 20 070,8 2 13,16 67,9 2 032,6 11,87 79,6 520,5 2,42 10 398,8 3 73,8 60,8 1 813,52 59,46 92,14 455,1 4,673 20 070,8 Tabla VIII. Comportamiento de cada bomba (operación óptima). Bomba Q(l/s) H (m) Pe(kW) Fig. 5. Ventana para introducción de datos económicos. RESULTADOS De los cálculos del programa se obtuvieron los resultados mostrados en las tablas V, VI, VII y VIII IX y X. En las tablas V y VI se presentan los parámetros de comportamiento de los motores y las bombas respectivamente, correspondientes a la operación no óptima, donde: I- Corriente demandada por los motores. f- Frecuencia del voltaje aplicado a los motores. P-Pérdidas en los motores o las bombas. n2- Velocidad de los motores. P1- Potencia eléctrica demandada por los motores. V1- Voltaje aplicado a los motores. C- Costo de las pérdidas totales. P e- Potencia mecánica demandada por las bombas. 62 1 60 80,23 54,74 Ef(%) P(kW) C($/año) 86,11 7,6 32 776,6 2 5 61,15 9,42 31,72 6,448 25 695,9 3 60 80,23 54,74 86,11 7,6 32 776,6 Tabla IX. Pérdidas totales y costos de los conjuntos motor-bomba. Conjunto Operación no óptima Motor P(kW) C($/año) Bomba Operación óptima P(kW) C($/año) 1 9,7675 41 949 12,2817 52 747,3 2 22,504 96 655,7 8,87 38 094,8 3 9,7675 41 949 12,2827 52 747,3 Tabla X. Pérdidas y costos de todo el sistema. Operación no óptima Operación óptima PTs(kW) C($/año) Ahorro total: 42,04 33,433 180 555 143 589 180 555-143 589=36 966 ($/año) Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. En las tablas VII y VIII se muestran los resultados correspondientes a la operación óptima. En la tabla IX se muestran los resultados de los conjuntos motor-bomba. Por último en la tabla X se muestran las pérdidas y costos del sistema total. De esta tabla puede observarse que este sistema hipotético con una operación óptima presenta un ahorro anual de 36 966 pesos. Puede comprobarse que en la condición óptima las pérdidas totales en los motores y por tanto el costo de éstas, es superior si se compara con la operación no óptima. Sin embargo, respecto a las pérdidas en el sistema hidráulico ocurre lo contrario y como un todo el costo de las pérdidas es inferior en la operación óptima. CONCLUSIONES Se propone una metodología que considera tanto los aspectos económicos como los técnicos en el diseño y operación de sistemas de bombas en paralelo con motores de velocidad variable. En sistemas de bombeo compuestos por bombas en paralelo, para un caudal total de líquido a suministrar, sólo existe una distribución de caudales para cada una de las bombas, con los que se lograr una operación económica óptima. El programa desarrollado resulta de gran utilidad en regiones en las que se aplican tarifas de energía eléctrica diferenciadas, con lo que se abre la posibilidad de obtener ahorros de energía y por lo tanto ahorros en la operación de plantas de bombeo. Las conclusiones anteriores se ilustraron utilizando un ejemplo típico de dos bombas operando en paralelo en las que se compara la operación en condiciones óptimas con respecto a una operación típica basada sólo en criterios técnicos. BIBLIOGRAFÍA 1. Karachi, Manual sobre bombas centrífugas, Alfaomega, 2002. 2. Frank M. White, Mecánica de fluidos, McGraw Hill, 1994. 3 Kenneath Mc Naughton, Bombas, selección, uso y mantenimiento. Mc. Graw Hill, 1999. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 4. De León Benitez, C., Viego Felipe P, Ahorro de energía por control de velocidad en el sistema de bombeo de Guarapo, Revista Centro Azucar, No. 1,. 2000. 5. García Arvisu F., Ventajas del uso de motores de altas eficiencia y variadores de velocidad en Hoteles, Fidecomiso para el ahorro de energía, 1999. 6. Using variable speed drives in pump applications, ABBB Drives, Application Guide No.2, 2008. 7. N. N. Kozhevnikov : Prospects of Frecuency Control of the Dredge Suction Pump, Power Technology and Engineering Vol. 40, No. 6, 2006. 8. Aníbal T. De Almeida, Fernando J. T. E. Ferreira: VSDs for Electric Motor Systems, Reporte de Investigaciòn, University of Coimbra, 2000. 9. Pardo García A., Díaz Rodríguez J.L., Ahorro energético con convertidor de frecuencia, Revista Colombiana de Tecnologías Avanzadas, Vol. 1. 2003. 10. Richard Michael Villegas Fernández: Variadores de frecuencia para el ahorro de energía en moto_ bombas del proyecto Park Plaza. Tesina, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica Eléctrica, Unidad Culhuacán, 2009. 11. Macias Uribe L., Programa de lenguaje visual para determinar las características de las bombas centrifugas:, Tesis de Maestría, Universidad de Guadalajara, 2008. 12. Edward Charles Lemmer:Wind Electric Pump System Design, Master of Science and Engineering Thesis, Stellenbosch University, 2009. 13. Planells P., Tarjuelo J.M. y Ortega J.F.: Optimización de estaciones de bombeo en riego a la demanda, Ingeniería del Agua, Vol.8, 2001. 14. L.I Jinguo: Parallel Pumping, ABB Review, 2004. 15. Department of Energy Washington: Industrial Technologies Program Energy Efficiency and Renewable Energy U.S: Optimize Parallel Pumping Systems, Oct 2006. 16. XY Wu, CZ Yang, DS Wu, and F Zhan: Enrgy Saving Analysis of Pressure Difference Conrol 63 �Operación óptima de bombas en paralelo empleando variadores de velocidad / Mariano David Zerquera Izquierdo, et al. of Frecuency Conversion Variable Water Flow System, Proceedings: Building Simulation, 2007. 17. J.W.de Wekker V.: Sistemas de Bombeo, características y dimensionamientos, maual de Wekker and Asociados, 2004. 18. Greg A. Jonson: Pumping Systems Audites , Crane Ingineering, Feb 2009. 19. Báez López D., Matlab con aplicaciones a la Ingeniería, Física y Finanzas, Alfaomega, 2006. 20. Delores M. Etter, Solución de problemas de Ingeniería con Matlab, Prentice Hall, 1997. 21. Ron Carlson, “The correct method of calculating energy savings to justify adjustable-frequency drives on pumps,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 36, dic. 2000. 22. Viedma A., Zamora B.: Teoría y problemas de máquinas Hidráulicas, Horacio Escarbajal Editores, 2000. 23. White F. 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Audio-Acústica, etc. COMITÉ ORGANIZADOR James West (ASA), Co-Chair Sergio Beristain (IMA) Co-Chair Samir Gerges (FIA) Co-Chair Charles Schmid, Vice-Chair Rebeca de la Fuente, Programa Cultural ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA Suite INOI, 2 Huntington Quadrangle Melville, NY 11747-4502, USA Tel. 516-576-2360 - FAX 516-576-2377 asa@aip.org http://asa.aip.org FEDERACIÓN IBEROAMERICANA DE ACÚSTICA Universidad Federal de Sta. Catarina Cx Postal 476 Florianópolis SC 88040900 Brasil Tel. 55-48-234-4074 - FAX 55-48-331-9677 fia@mbox1.ufsc.br http://fia.ufsc.br INSTITUTO MEXICANO DE ACÚSTICA P.O. Box 12-1022, México, D.F. 03001, México Tel. 52-55-5682-2830, 5682-5525 sberista@gmail.com http://acustica-cancun.blogspot.com 64 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial Víctor Marines Castillo, Gina Idárraga Ospina, Programa Doctoral en Ingeniería Eléctrica en FIME-UANL vic.gmarines@gmail.com , gidarraga@gmail.com Enrique Esteban Mombello Instituto de Energía Eléctrica, Universidad Nacional de San Juan, Argentina mombello@iee.unsj.edu.ar RESUMEN En el presente trabajo se realiza un análisis de las características de distintas herramientas de simulación de transitorios electromagnéticos para la simulación de la operación de la protección diferencial de transformadores. Se evaluaron las características de los programas EMPT/ATP, PSCAD y Matlab/Simulink considerando la característica de magnetización, la corriente de magnetización y las condiciones de sobreexcitación del núcleo de un transformador de potencia. Finalmente se presentan los resultados de la simulación de una protección diferencial con restricción por armónicas realizada en PSCAD, para realizar la discriminación entre corrientes de magnetización y corrientes de cortocircuito. PALABRAS CLAVE Corriente de energización, transformador saturable, protección diferencial, transitorios electromagnéticos, ATP, PSCAD, MatLab. ABSTRACT This paper describes the characteristics of three electromagnetic transients simulation programs for the simulation of differential protection scheme in power transformers. The evaluation was done for the programs EMPT/ATP, PSCAD and Matlab/Simulink, considering the following model featuring, magnetization curve, inrush current and over excitation conditions in the transformer core. Finally, the results of differential protection simulation in PSCAD with harmonic restriction are presented, the proposed scheme discriminates between inrush and short circuit currents. KEYWORDS Inrush current, Saturable transformer, Differential protection, Electromagnetic transients. ATP, PSCAD, Matlab. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 65 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. INTRODUCCIÓN Los transformadores de potencia forman parte del equipo primario del sistema eléctrico de potencia (SEP), y son elementos indispensables para transmitir los bloques de energía a través de las grandes distancias que separan los centros de generación y los consumidores. La calidad y continuidad de la energía eléctrica depende en gran medida del buen estado de estos equipos, a pesar de que los transformadores son elementos muy confiables, están expuestos a fallas de cortocircuito las cuales, pueden llegar a ser muy severas, al grado de destruir por completo el transformador. Para proteger el transformador se cuenta en la actualidad con el relevador de protección diferencial,1 el cual es el encargado de realizar la detección de cortocircuitos en terminales y devanados del transformador (fallas internas). Dicho relevador basa su operación en la suma fasorial entre las corrientes de entrada y salida del transformador,2 como puede verse en la figura 1. Es decir, en estado estable y en condición de falla externa, esta suma siempre es prácticamente cero (ideal). Por el contrario, cuando ocurre una falla interna la suma fasorial toma valores muy elevados, haciendo que el relevador reconozca el alto valor de corriente como una falla y entre en operación. Sin embargo, la protección diferencial de transformadores puede operar incorrectamente ante corrientes de energización (inrush). La corriente de energización del transformador, producida por la conexión inicial o por re-cierre de un interruptor automático de liberación de falla, es transitoria con valores muy elevados (hasta 30 veces la corriente a plena carga).1 La misma fluye desde la fuente hacia el transformador sin fluir fuera de él Fig. 1. Diagrama de conexión del relevador de porcentaje diferencial.7 66 (similar a una falla interna), por esta razón se presenta una corriente diferencial. Dicha corriente puede provocar un mal funcionamiento en el esquema de protección diferencial, motivo por el cual la corriente de energización debe ser detectada de forma tal que la protección permanezca sin actuar durante el periodo de energización del transformador, lo que convierte en una de las mayores preocupaciones en los esquemas de protección diferencial de transformadores la distinción exacta y rápida entre corrientes de energización y corrientes de falla. Lo anterior, debido a que la corriente de magnetización de energización presenta características diferentes a las corrientes de falla, la más significativa es su contenido armónico, presente en los transformadores por la característica no lineal del núcleo magnético, por tener sobreexcitación o también por presentar magnetización residual en el núcleo.3 Actualmente el esquema de protección diferencial más utilizado para la detección de la corriente de energización, es la protección diferencial con retención por armónicas. La retención se lleva a cabo discriminando la corriente de energización de una corriente de cortocircuito a partir del contenido de la segunda armónica y, utiliza el quinto armónico para discriminar condiciones de sobreexcitación. El algoritmo de retención por armónicas compara el valor de la segunda armónica con respecto a la componente de frecuencia fundamental y, si ésta relación es mayor que un valor predeterminado, se bloquea la operación de la protección.4 Sin embargo, el esquema de protección diferencial con retención por armónicas no realiza una adecuada discriminación entre la corriente de energización y la corriente de falla, causando una incorrecta operación del relevador, ya que el segundo armónico puede presentarse durante fallas internas en los transformadores, esto es debido a la saturación de los transformadores de corriente (TC), o a la presencia de capacitancias en el sistema que alimenta al transformador, así que el segundo armónico generado bajo estas circunstancias puede ser mayor que el segundo armónico generado por la corriente de energización del transformador.5 Aunado a esto, el uso de materiales amorfos para la elaboración de núcleos magnéticos de mejor calidad, y que generen menos pérdidas, disminuye el contenido armónico de la corriente de energización.6 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. En el presente artículo se analiza el modelo del transformador saturable para su aplicación en el diseño de algoritmos de protección diferencial de transformadores, mediante una comparación de programas de simulación de fenómenos electromagnéticos. Cada programa de simulación tiene sus ventajas, por ello los autores no pretenden hacer una comparación exhaustiva de las funciones que tiene cada programa sino modelar el transformador tan real como sea posible para determinar el modelo que presenta las mejores características, que a criterio de los autores, son las necesarias para la aplicación en el diseño de algoritmos aplicables en la protección diferencial. PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE TRANSFORMADORES En la figura 1 se presenta el esquema de protección de porcentaje diferencial conectado en las terminales de un transformador de potencia a través de los transformadores de corriente (TC). En el recuadro se muestra la característica del relevador, donde la región de operación es representada por el área sombreada sobre la pendiente (SLP). Por lo tanto, el relevador genera la señal de disparo si la corriente de operación IOP es mayor que un porcentaje de la corriente de retención IRET según. (1) I OP > SLP × I RET + I min donde las corrientes de operación y retención son obtenidas como. → → I OP = I S 1 + I S 2 → (2) → I RET = k I S 1 − I S 2 (3) En la (1), la comparación de una corriente de retención (escalada por la pendiente SLP) con la corriente de operación, se realiza para evitar falsas corrientes de operación en la protección diferencial, debido a la corriente de desbalance o de error, principalmente, por errores de relación de los TC; el porcentaje SLP es calculado de forma tal que represente un valor mayor a dicha corriente de desbalance. Los errores de relación de los TC no son la única causa de producir corrientes falsas de operación en el relevador diferencial. La tabla I enumera los principales factores que causan corrientes falsas Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 de operación y la solución típica a cada problema. Los primeros 3 problemas de la tabla I, tienen una solución directa al seleccionar conexiones apropiadas de los TC ó utilizar características de porcentaje diferencial en el esquema de protección diferencial, pero un problema muy complejo es el discriminar entre corrientes de falla interna y corrientes de energización. MODELO DEL TRANSFORMADOR SATURABLE Los programas de simulación de fenómenos electromagnéticos PSCAD, 8 ATP 9 y MatLab 10 presentan una gran variedad de modelos de Tabla I. Factores que afectan la aplicación de la protección diferencial en transformadores de potencia. Problema Desplazamiento de fase entre la corriente del primario y secundario del transformador de potencia. Causa Solución Conexión deltaestrella de los devanados del transformador de potencia. Conexión apropiada de los TC como: estrella-delta. Compensación interna en relevadores digitales. Relación de transformación Cambiadores de variable del Tap para control de transformador voltaje de potencia. Diferentes niveles de voltaje entre el primario y Desajuste entre secundario del relación de transformador de transformación potencia tiene del como consecuencia transformador diferentes tipos de potencia y de TC, relación de TC. transformación y característica de funcionamiento. Característica de porcentaje diferencial en el relevador típicamente resuelve este problema Corriente de magnetización de energización, Desbalance en sobreexcitación, la corriente saturación en TC, aplicada al Algoritmos de transitorios en el relevador discriminación. SEP, energización (corriente de transformadores diferencial). paralelos al que esta puesto en servicio. 67 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. transformadores dentro de sus librerías, desde el transformador ideal hasta el modelo del transformador saturable, monofásico y trifásico, además de permitir el desarrollo e implementación de nuevos modelos. Un resumen del estado del arte en modelos de transformadores para la simulación de transitorios de baja frecuencia (corriente de energización, ferroresonancia e interacciones armónicas) puede verse en la referencia11. La figura 2 muestra el modelo circuital del transformador saturable monofásico el cual por su sencillez discutiremos en esta sección. El modelo considera la característica de magnetización la cual modela la rama de excitación con una resistencia Rm, que simula las pérdidas en el núcleo, y una inductancia saturable Lsat. Fig. 2. Modelo circuital del transformador monofásico saturable. Sin considerar las pérdidas en el núcleo, las expresiones matemáticas que describen el circuito equivalente del transformador, mostrado en la figura 2 se pueden escribir de la siguiente forma: di dφ v1 = R1i1 + L1 1 + N1 (4) dt dt di dφ (5) v2 = R2/ i2 + L/2 2 + N 2 dt dt donde, Φ es la suma de los flujos que ligan una bobina con los producidos por la otra. Podemos asumir, que estos flujos mutuos son producidos por la acción combinada de las corrientes que actúan simultáneamente, esto permitirá que los efectos no lineales sean incluidos y, por lo tanto, Φ se puede mirar como la suma de flujos separados. Para modelar la característica no lineal entre flujo y corriente, los programas de simulación generalmente utilizan la curva de saturación y advierten al usuario de la necesidad de un modelo más riguroso para condiciones específicas como lo es modelar el lazo de histéresis (aspecto que se explicará posteriormente). Como el fenómeno transitorio de energización de transformadores se presenta por la relación no lineal 68 flujo-corriente es importante definir, con base a pruebas, el modelo del transformador que se requiere para su aplicación en el diseño de un algoritmo para la protección diferencial. Modelo de saturación sin histéresis Dicho modelo también es conocido como el modelo que representa la característica no lineal del núcleo del transformador mediante un lazo de histéresis sin área, como se muestra en la figura 3, los programas de simulación; PSCAD®, MatLab® y ATP, presentan éste modelo mediante secciones o trozos lineales del primer cuadrante de la característica de saturación. Ésta curva puede ser diseñada como flujo contra corriente de magnetización ó también como tensión (en RMS) contra corriente de magnetización (en RMS). Otro de los modelos de saturación sin histéresis es el que presenta PSCAD® y se conoce como método de compensación de fuente de corriente.12 EMTDC utiliza un algoritmo de ajuste de curvas para representar la saturación del transformador en una forma lisa y continua. Para realizar el ajuste de curva, el método necesita la reactancia del núcleo de aire XAIR, la corriente de magnetización IMR, y el punto de la rodilla XKNEE. Fig. 3. Curva de saturación sin histéresis. Modelo de saturación con histéresis En MatLab® (Simulink) se puede modelar la no linealidad de Lsat mediante el lazo de histéresis, con ayuda de una herramienta llamada psbhysteresis, la cual genera un archivo con dirección *.mat necesaria cuando se requiere de la modalidad de Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. histéresis, los parámetros requeridos para diseñar la curva de histéresis son el flujo remanente φr, el flujo de saturación φS, la corriente de saturación IS, la corriente coactiva IC y la pendiente dφ/dt; como se muestra en la figura 4, MatLab® realiza el ajuste de curva utilizando la expresión analítica arctangente. En ATP se puede añadir al modelo de saturación sin histéresis una inductancia Lsat con histéresis y de esta forma se obtiene un modelo del transformador con histéresis. PSCAD no presenta este modelo. Fig. 4. Lazo de histéresis. Corriente de magnetización El fenómeno transitorio de magnetización de transformadores es considerado un fenómeno complejo y difícil de modelar para un transformador en particular, debido a que existe un gran número de diseños del núcleo del transformador y que algunos de sus parámetros son no-lineales y dependientes de la frecuencia. Actualmente, existen diversas funciones analíticas que ajustan adecuadamente la curva de saturación,13-16 pero pueden llegar a ser muy complejas y requerir de mucha información. Despreciando las pérdidas, la corriente de magnetización se encarga de establecer el flujo en el núcleo circulando principalmente por la rama de excitación del transformador, en estado estable esta corriente se encuentra en un rango de 0.1% - 5% del valor de corriente nominal del transformador. La figura 5 muestra la energización de un transformador en el instante que la forma de onda de voltaje corresponde al flujo magnético residual del momento en que fue desconectado, si se presenta una continuación uniforme del flujo φr entonces el fenómeno transitorio de magnetización no existe. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 En la práctica, el fenómeno transitorio de corriente de energización es inevitable ya que el instante de la conmutación no puede ser controlado fácilmente. La figura 6 presenta el caso de máximo valor de corriente de energización cuando el transformador es desenergizado, la corriente de excitación sigue la curva de histéresis y se reduce a cero, mientras que el valor del flujo magnético disminuye hasta ubicarse en φr como se puede ver en figura 4. Cuando el transformador es re-energizado en el valor máximo negativo -φMAX y el flujo residual tiene un valor positivo, la densidad de flujo magnético no inicia en -φMAX comenzará en φr y alcanzará su valor máximo positivo en (φr + 2φMAX). Fig. 5. Caso de energización con corriente de energización nula. Fig. 6. Caso de energización con corriente de energización máxima. Sobreexcitación de transformadores La densidad de flujo magnético que circula por el núcleo del transformador es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la frecuencia del sistema V/Hz. Una sobreexcitación puede producir niveles de flujo magnético que saturan el núcleo, teniendo como resultado un incremento de la corriente 69 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. de magnetización y consigo la operación de la protección diferencial, sin embargo el transformador puede tolerar como máximo entre 105% y 110%17 con respecto a los valores nominales de V/Hz y no es deseable que su protección diferencial opere cuando el transformador se encuentre por debajo de su tolerancia por lo cual se utilizan métodos de bloqueo de la protección diferencial. Una característica de la corriente de sobreexcitación es su alto contenido de armónicas impares, en especial la tercera y la quinta, siendo ésta ultima utilizada para bloquear la protección diferencial en condiciones de sobreexcitación. La tercera armónica no se usa debido a la conexión delta-estrella de transformadores la cual anula naturalmente la tercera armónica, adicionalmente el uso de dicha armónica puede confundirse con condiciones de desbalance. ANÁLISIS DE RESULTADOS Descripción del sistema de prueba El sistema de prueba monofásico se muestra en la figura 7. Dicho sistema y sus parámetros son tomados como base para la implementación en cada programa de simulación, ya que corresponde a un ejemplo del toolbox de MatLab®10 y consiste en un transformador monofásico de 150MVA, 288/132 kV, alimentado por una fuente de tensión que suministra 288 kV rms a 60 Hz. Fig. 7. Diagrama del sistema de prueba. Después de hacer un gran número de simulaciones de la corriente de energización en diferente instante de tiempo de energización, y con una curva de saturación sin histéresis en cada programa, se comprobó que no existe diferencia significativa entre los programa de simulación, todos representan a la corriente de energización con el contenido armónico que la caracteriza, como se muestra en figura 8. 70 a b c Fig. 8. Caso de energización en el máximo valor (cruce por cero de tensión), a) Simulink, b) ATP, c) PSCAD. C o m p a ra c i ó n e n t r e e l m o d e l o d e l transformador saturable con histéresis y sin histéresis La característica no lineal flujo-corriente que presentan los transformadores puede ser modelada con la característica de saturación o con un modelo aún más elaborado considerando la curva de histéresis. Es importante discutir las características que presenta cada modelo desde el punto de vista de la aplicación de la protección diferencial y de esta forma discernir las ventajas y limitaciones de cada modelo. 1) Energización en el punto de flujo máximo Energizar un transformador para condiciones de flujo máximo no presenta diferencia significativa alguna entre el modelo con histéresis y sin histéresis, ésta comparación es mostrada en figura 9. La semejanza de los resultados se debe a que durante la energización el transformador opera en la zona de saturación lugar donde el lazo de histéresis es tan delgado que no tiene área, la figura 10 muestra el lazo de histéresis formado. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. a) Fig. 9. Energización en el máximo valor (modelo con histéresis). a) Fig. 10. Lazo de histéresis formado al arrancar el transformador en el valor de flujo máximo. 2) Condiciones de flujo residual Una de las diferencias que se presentan entre el modelo con histéresis y sin histéresis, además de la carga computacional, radica en el flujo residual (φr). El modelo de transformador con histéresis tiene la capacidad de recordar el flujo residual cuando ha sido desconectado del sistema mientras que una característica de saturación como la que se muestra en la figura 3, no tiene esta capacidad. La figura 11 muestra la desconexión y conexión del transformador modelado en Simulink® con histéresis y sin histéresis; en la grafica superior, figura 11(a), se muestra el comportamiento del flujo magnético, se puede observar que cuando el transformador es desenergizado y re-energizado el flujo magnético tiene un valor de (φr + 2φMAX ) mientras que para el modelo sin histéresis el valor de flujo es (2φMAX ). Esto repercute en el valor esperado de pico de corriente como se puede ver en figura 11(b). Cabe mencionar que para modelar el flujo residual con una característica sin histéresis se puede utilizar el modelo de trozos lineales y representar la curva de saturación con dos pendientes donde la primera se encuentra en el eje vertical con un valor máximo de φr y la segunda pendiente corresponde a la inductancia en el núcleo de aire correspondiente a la zona de saturación, de esta forma es posible obtener flujo residual y simular adecuadamente condiciones de Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 b) b) Fig. 11. Energización en el valor máximo, a) con histéresis, b) sin histéresis. desenergización y re-energización de transformadores. La figura12 muestra el comportamiento del flujo y la corriente cuando se diseña una característica de saturación de dos pendientes simulada en PSCAD; se puede observar que el flujo se mantiene en el valor de φr correspondiente al modelo con histéresis, figura 12(a). Resultados semejantes se obtienen en ATP y MatLab. 3) Condiciones de sobreexcitación Para modelar condiciones de sobreexcitación, en los programas de simulación empleados, cuando se utiliza una curva de saturación sin histéresis, es necesario diseñar el codo de saturación con suficientes puntos y una característica de dos 71 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. Fig. 12. Re-energización en el valor máximo de flujo magnético con una curva de saturación de dos pendientes. pendientes no serviría para representar correctamente condiciones de sobreexcitación ya que su contenido armónico se ve afectado. Para analizar condiciones de sobreexcitación es recomendable modelar la característica no lineal del transformador mediante el lazo de histéresis o en su defecto una curva de saturación por trozos con los puntos que representen adecuadamente la zona de saturación. SELECCIÓN DEL MODELO PARA SU APLICACIÓN EN LA PROTECCIÓN DIFERENCIAL Modelar la corriente de magnetización suele ser una tarea compleja y demandante de mucho tiempo, por tal motivo se recurre a los programas de simulación de fenómenos electromagnéticos. Modelar la corriente de magnetización no es la única característica que se debe cumplir en la evaluación de algoritmos de protección diferencial de transformadores, los siguientes son requerimientos para dicha tarea: • Modelar corriente de magnetización de energización. • Modelar condiciones de sobreexcitación. • Simular la corriente de energización con flujo residual. • Modelar condiciones de falla interna. • Modelar condiciones de falla externa. • Modelar condiciones de saturación de TC. • Simular fallas interna con alto contenido de 2da armónica. • Simular transitorios como, tensión de restablecimiento (TRV). • Simular la energización de un transformador en paralelo al que se encuentra en servicio. Tabla II. Características de los programas para la aplicación en la protección diferencial. Saturación Programa Con Sin Histéresis Histéresis ATP MatLab Simulink PSCAD 72 Unidades Pu ● ● ● ● ● ● SI Otras características ● Programa de Transitorios electromagnéticos (EMTP). El modelo de transformador tiene opción de graficar la corriente del primario. Para simular el caso de máximo valor de corriente de energización asegurarse que el ángulo de la fuente de tensión sea 90°, 270°. Se puede modelar la característica de saturación con lazo de histéresis añadiendo una rama no lineal de inductancia con histéresis. ● Programa de simulación de sistemas dinámicos generales. El modelo de transformador tiene opción de graficar la corriente del primario, corriente de magnetización, densidad de flujo. MatLab es una herramienta poderosa para el tratamiento digital de la señal. Programa de Transitorios electromagnéticos (EMTP). El modelo de transformador tiene opción de graficar la corriente del primario y secundario, corriente de magnetización (modelo clásico) y densidad de flujo. Presenta dos métodos para modelar la característica de saturación. Cuenta con una librería de protecciones, donde se encuentran modelos de TC, filtros digitales y relevadores de protección (distancia, sobrecorriente, diferencial). Cuenta con un modelo de transformador para fallas internas. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. Los requerimientos mencionados son incluidos en el criterio de elección. La tabla II presenta las características principales consideradas en cada programa. Con el análisis de resultados obtenidos y las características de cada programa de simulación presentadas en la tabla II, se hace la elección de PSCAD como el programa de simulación de transitorios electromagnéticos para su aplicación a la protección diferencial. Considerado por los autores como la herramienta que presenta las mejores características para la tarea de obtención y evaluación. En la figura 13 puede verse el esquema de protección diferencial con restricción por armónicas, implementado en PSCAD®. Fig. 13. Esquema de protección diferencial con restricción por armónicas. Implementado en PSCAD®; a) sistema de prueba, b) filtros digitales (fundamental, 2da, 4ta y 5ta armónica), c) lógica de operación del relevador diferencial instantáneo (87U1) y lógica de operación del esquema diferencial con retención por armónicas (87R1). Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 En el esquema diferencial de la figura 13 se utilizaron TC’s, con modelos Jiles-Atherton no mostrados en la figura. En la figura 14 se muestra la operación de los relevadores con el método de discriminación tradicional de armónicos, ante una corriente de energización figura 14a) y una corriente de falla de cortocircuito figura 14b). En la figura 14a) y figura 14b), se puede ver que el relevador diferencial instantáneo 87U1 no opera debido a que la corriente no es lo suficientemente severa como para hacer operar esta unidad, ésta unidad solo opera para fallas muy severas. En la figura 14a), la unidad de restricción por armónicas 87R1 hace una identificación correcta, al no operar, debido a que la finalidad de ésta unidad es aumentar la región de no falla, sumando el contenido de 2da y 4ta armónica en la pendiente SLP. En la figura 14b), Fig. 14. Operación del relevador diferencial con retención por armónicas. a)corriente de energización, b)falla interna de cortocircuito. 73 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. la unidad de restricción por armónicas 87R1 hace una identificación correcta de la falla, mandando la señal de disparo del interruptor. PROPUESTA PARA REALIZAR LA DISTINCIÓN ENTRE CORRIENTE DE ENERGIZACIÓN Y FALLAS INTERNAS EN TRANSFORMADORES Buscando contribuir en la mejora del esquema de la protección diferencial se propone una metodología basada en dos etapas. En dichas etapas se busca realizar un algoritmo que discrimine entre corrientes de energización y corrientes de falla; finalmente se realizará la validación del nuevo algoritmo usando datos reales obtenidos en laboratorio. • Etapa 1. Desarrollo del algoritmo de protección. Se incluye la investigación y desarrollo de los algoritmos y su evaluación por simulación digital. Se tomarán datos de las simulaciones requeridas para la validación de algoritmos de protección diferencial de transformadores, mencionado en IV-C, y obtenidos previamente de.8 Con ésta base de datos se probará y verificará el algoritmo desarrollado. • Etapa 2. Validación del algoritmo en tiempo real. Se propone crear una versión virtual de la protección diferencial desarrollada. La versión virtual consta de una computadora equipada con una tarjeta de adquisición de datos. La corriente de falla y energización del transformador será adquirida por dicha tarjeta, después será procesada mediante los algoritmos desarrollados. CONCLUSIONES En el presente artículo se realizó una comparación de los modelos existentes en los programas de simulación de fenómenos electromagnéticos: EMTP/ATP©, PSCAD® y MatLab® (Simulink), y se seleccionó, revisando los parámetros del transformador que reconoce cada programa, el modelo que presenta las mejores características para su aplicación en el estudio del esquema de protección diferencial. Se expuso como la corriente de magnetización de energización, sobreexcitación, saturación de TC, transitorios en el SEP, y la energización de un 74 transformador paralelo puesto en servicio, son los factores que afectan el esquema de protección de porcentaje diferencial de transformadores. Se demostró que para desarrollar un algoritmo capaz de discriminar entre corrientes de magnetización y corrientes de fallas, para la protección diferencial de transformadores, no es necesaria la modelación del transformador con histéresis. Lo anterior debido a que las características esenciales de la corriente de energización, requeridas en la protección diferencial, son obtenidas de modelos sin histéresis y para estas mismas características no se requiere de una curva de saturación que represente el codo de la curva de forma exacta, por lo que se puede recurrir a características de saturación de dos pendientes cuando se requiera modelar condiciones de flujo residual. REFERENCIAS 1. J. Lewis Blackburn, Thomas J. Domin. Protective relaying principles and applications. Third edition. Taylor and Francis group, New York, 2006. 2. Ed. Phillip, A. Laplante, Electrical Engineering Dictionary. Boca Raton: CRC Press LLC, 2000 3. W. K. Sonnemann, C. L. Wagner, G. D. Rockefeller, “Magnetizing inrush phenomena in transformer banks” , AIEE Transactions, part III, vol.77, Oct. 1958. pp.884-892. 4. M. A. Arman, B. Jeyasura, “A State of art review of transformer protection algorithms” , IEEE Transactions on Power Delyvery, vol. 3, no. 2, April 1988, pp. 534-544. 5. P. Liu, O. P. Malik, D. Chen, G. S. Hope , Y. Guo, “Improved operation of differential protection of power transformers for internal faults” , IEEE Transactions on Power Delyvery, vol. 7, no. 4, 1992, pp. 1912-1919. 6. T. S. Siduh, M. S. Sachdev, H. C. Wood, M. Nagpal, “Desing, implementation and testing of a micro-processor-based high-speed relay for detecting transformer winding faults”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 7, no 1, 1992, pp. 108-117. 7. R. E. Cordray, “Percentage differential transformer protection,” Elect. Eng., vol. 50, pp. 361-363, May 1931. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Análisis de los modelos de transformadores para la simulación de la protección diferencial / Víctor Marines Castillo, et al. 8. Manitoba HVDC Research Center, PSCAD / EMTCD, V.4.2.1. 9. ATPDraw/EMTP Version 4.2 10. Matlab Software. Version 7.4, the Mathworks, Inc, Natick, MA, USA. 11. A. Martinez, A. Mork, “Transformer Modeling for Simulation of Low-Frequency Transients”, 2003 IEEE Power Engineering Society General Meeting 12. H. W. Dommel, Transformer Models in the Simulation of Electromagnetic Transients, Proc. 5th Power Systems Computing Conference, Cambridge, England, September 1-5, 1975, Paper 3.1/4. 13. A. Medina, J. Arrillaga, “Simulation of Multilimb Power Transformers in the HarmonicDomain”, IEE PROCEEDINGS-C, Vol. 139, No.3, May.1992, pp. 269-276. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 14. Francisco de León, Adam Semlyen, “A Simple Representation of Dynamic Hysteresis Losses in Power Transformers”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 10, No.1, pp. 315-321, January 1995. 15. C.E. Lin, C.L. Cheng C. L. Huang, “Hysteresis Characteristic Analysis of Transformer UnderDifferent Excitations sing Real Time Measurement”, IEEE Transactions on Power DeliveryVol. 6, No. 2, April 1991. 16. C. Pérez-Rojas, “Fitting saturation and hysteresis via arctangent functions”,IEEE, Power Engineering Review, Vol. 20, November 2000 pp. 55-57 17. IEEE Std. 242-2001, IEEE Recommended practice for protection and coordination of industial and commercial power system, IEEE, 2001 75 �Eventos y reconocimientos I. RECONOCIMIENTO A LA EXCELENCIA EN EL DESARROLLO PROFESIONAL UANL 2009 El pasado 22 de septiembre, por quinta ocasión, se llevó a cabo la entrega de “Reconocimientos a la Excelencia en el Desarrollo Profesional UANL 2009”, en el Aula Magna del Colegio Civil Centro Cultural Universitario. Durante la ceremonia el Ing. José Antonio González Treviño, Rector de la UANL, distinguió a 51 egresados de las diferentes facultades por su desarrollo profesional, el cual le da prestigio a nivel nacional e internacional a esta casa de estudios. Dentro del área de ingeniería fueron reconocidos los egresados de FIME-UANL: • Roberto González García Ingeniero en Control y Computación • Luis Guadalupe Díaz Morales Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones • Jaime Aguirre Sánchez Ingeniero Mecánico y Eléctrico • Raúl Fernández Manrique Ingeniero Administrador de Sistemas • Manuel Sergio González Salinas Ingeniero Mecánico Administrador El Rector de la UANL, Ing. José A. González, durante la entrega de los Reconocimientos a la Excelencia en el Desarrollo Profesional UANL 2009. 76 II. PREMIO MEJOR TESIS UANL 2008 El premio a las Mejores Tesis de Licenciatura y Maestría de la UANL, se ha venido consolidando como un instrumento eficaz para reconocer e incentivar a los estudiantes a realizar investigación. En esta ocasión la premiación se llevó a cabo el 23 de septiembre en la Sala de usos múltiples de la Biblioteca Universitaria “Raúl Rangel Frías”. En esta edición se recibieron 109 trabajos, de los cuales 59 fueron en nivel Licenciatura y 50 en Maestría; distribuidos en 6 categorías: Ciencias Agropecuarias, Ciencias de la Salud, Ciencias Naturales y Exactas, Ciencias Sociales y Administrativas, Educación y Humanidades; y Arquitectura, Ingeniería y Tecnología. En el área de Arquitectura, Ingeniería y Tecnología fueron premiadas las tesis: • “Síntesis por coprecipitación de BiVO4 (vanadato de bismuto), caracterización y evaluación de su actividad fotocatalítica en la degradación oxidativa de rodamina B en disolución acuosa”, elaborada por Ulises Matías García Pérez bajo la asesoría del Dr. Azael Martínez de la Cruz para obtener el grado de maestro en ciencias. Los ganadores del Premio de Tesis UANL 2008 en compañia de autoridades universitarias. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Eventos y reconocimientos • “Preparación y caracterización de películas delgadas de Sb2CS4:C (sulfato de antimonio dopado con carbón) para aplicación en celdas solares”, elaborada por Emma Cristina Cárdenas Orozco bajo la asesoría de la Dra. Bindu Krishnan para obtener el grado de licenciatura. Dentro del área de Ciencias Naturales y Exactas resultó premiada la tesis: • “Implementación computacional de un procedimiento de búsqueda voraz, aleatorizado y adaptativo para el diseño eficiente de territorios de atención comercial con requerimientos de asignación conjunta” elaborada por Saúl Isaí Caballero Hernández, bajo la asesoría del Dr. Roger Z. Ríos Mercado para la obtención de su grado de maestro. III. CONDECORAN AL DR. UBALDO ORTIZ MÉNDEZ COMO CABALLERO DE LA ORDEN DE LAS PALMAS ACADÉMICAS DE LA REPÚBLICA FRANCESA El pasado 8 de octubre el Dr. Ubaldo Ortiz Méndez, Secretario Académico de la UANL recibió las Palmas Académicas por parte de Daniel Parfait, representante del Gobierno de Francia, por su trayectoria profesional en la educación. Durante la ceremonia se le hizo un homenaje por su carrera profesional, en su calidad de docente, investigador y funcionario de la UANL, así como por su compromiso en el campo de la educación pública en nuestro país. Dicho reconocimiento fue instituido en 1808 por Napoleón, con el objetivo de honrar con medallas al mérito a miembros de la universidad francesa. Daniel Parfait representante de Francia felicita al Dr. Ubaldo Ortíz Méndez. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Posteriormente, en 1866, las Palmas comenzaron a entregarse a quienes trabajan por la educación. En 1955, el presidente René Coty instituyó tres grados dentro de la Orden: caballero, oficial y comendador. IV. 62 ANIVERSARIO DE LA FIME-UANL Durante la semana del 19 al 23 de octubre tuvo lugar la celebración del sexagésimo segundo aniversario de la FIME-UANL, en el que se realizaron eventos académicos, culturales, deportivos y sociales. ALMUERZO DE LA FRATERNIDAD El Director de la FIME, el M.C. Esteban Báez Villarreal presidió el 17 de octubre el tradicional “Almuerzo de la Fraternidad”, donde convivieron maestros y egresados de diferentes generaciones y que sirve de preámbulo a la semana de aniversario. Asistentes al tradicional “Almuerzo de la Fraternidad” de la FIME-UANL. SIMPOSIO INTERNACIONAL SOBRE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA 2009 El 20 de octubre se inauguró el XVI Congreso Internacional sobre Educación, Ciencia y Tecnología. La ceremonia fue presidida por el M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME; el Dr. Ubaldo Ortiz Méndez, Secretario Académico de la UANL, y el Ing. Rogelio G. Garza Rivera, Director del CIIDIT de la UANL en representación del Dr. Jesús Ancer Rodríguez, Secretario General, en funciones de Rector de nuestra máxima Casa de Estudios. Durante su discurso de inauguración el Ing. Esteban Báez Villarreal manifestó que “En la FIME estamos comprometidos con la generación y 77 �Eventos y reconocimientos Maestros y alumnos asistentes al Simposio internacional sobre Educación, Ciencia y Tecnología 2009. producción de ciencia y tecnología y son precisamente estas razones las que nos impulsan a que nos reunamos y compartamos las expectativas a corto y mediano plazo de la aplicación en los campos del conocimiento, de la investigación y de la innovación, a nivel local, nacional e internacional”. En el marco de este simposio se ofrecieron diferentes conferencias, entre las que destacan: • “Desarrollo logístico en sudamérica y formación de especialistas polivalentes y multidisciplinarios”, impartida por el Dr. Alberto Ruibal, profesor de la Universidad Autónoma del Occidente, Colombia. • “Tribology of hip and knee total joint prostheses”, estando a cargo del Dr. Saverio Affatato, Director de Tribología Físico Sanitaria, Istituti Ortopedici Rizzoli, Italia. • “La importancia de la ingeniería de manufactura en el desarrollo de la naciones”, impartida por el Dr. Víctor Jacobo Armendáriz, de la Facultad de Ingeniería de la UNAM. RECONOCIMIENTOS AL MÉRITO Durante la inauguración de la semana de aniversario fueron entregados los reconocimientos al mérito a las siguientes personas. • Mérito a la Docencia: Ing. Juan Antonio Franco Quintanilla • Mérito a la Investigación: Dr. Roger Z. Ríos Mercado y Dr. Conrado Borraz Sánchez • Mérito al Desarrollo Profesional: Ing. Roberto González García, Ing. Raúl Fernández Manrique, Ing. Luis Guadalupe Díaz Morales, Ing. Jaime Aguirre Sánchez, Ing. 78 El Dr. Martin E. Reyes Melo recibiendo el reconocimiento a su investigación de manos del M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME-UANL. • • • • Manuel Sergio González Salinas y Ing. Marco Antonio Palomo Guardado Mérito a la Innovación Tecnológica: Dr. Marco A. Ludovic Hernández Rodríguez Mérito a la Excelencia Deportiva: Srita. Paola Michell Longoria López Premio al mejor trabajo de Investigación en el Área de Ingeniería y Tecnología: Dr. Juan Ángel Rodríguez Liñan y el Dr. Jesús de León Morales Premio al mejor trabajo de Investigación en el Área de Ciencias Exactas: Dr. Virgilio A. González González, Dr. Marco Antonio Garza Navarro, Dr. Moisés Hinojosa Rivera, Dr. Martín Edgar Reyes Melo y Dr. Alejandro Torres Castro MÉRITO ACADÉMICO ESTUDIANTIL Y GRUPO DE LOS 100 Dentro de las actividades de la semana de aniversario de nuestra Facultad, se llevó a cabo la Ceremonia de Reconocimiento al Mérito Académico Estudiantil y a los alumnos del Grupo de los Cien, que en esta ocasión tuvo lugar el 21 de octubre. Los alumnos distinguidos con el Mérito Académico son: De León Medellín Leonela Cristal IEA 99.349 Vargas Sosa Víctor Jafet IMTC 98.011 Hinojosa Tapia Claudia Liseth IAS 96.653 Vega Valencia David Alejandro IME 96.055 Moreno Córdova Juan Roberto IMA 95.988 Martínez Castro Aldo Antonio IEC 95.329 Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Eventos y reconocimientos Alumnos que recibieron el Reconocimiento al Mérito Académico, acompañados por el M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME-UANL. CARRERA CONMEMORATIVA 6.2 KM. Como cierre a los festejos del 62 aniversario se efectuó la tradicional carrera conmemorativa, la cual consistió en un recorrido de 6.2 km en el circuito de Ciudad Universitaria, contando con gran afluencia de corredores, entre maestros, alumnos y comunidades en general. Después se premió a los ganadores de las diferentes categorías y se efectuó una convivencia familiar en el estacionamiento principal. M.C. Esteban Báez Villarreal, Director de la FIME-UANL, dando la señal de arranque de la Carrera Conmemorativa 6.2 Km. de la FIME-UANL. V. TOMA DE PROTESTA DEL DR. JESÚS ANCER RODRÍGUEZ COMO RECTOR DE LA UANL El pasado 28 de octubre teniendo como sede el Teatro Universitario del Campus Mederos, se llevó a cabo la ceremonia de toma de protesta como rector de la UANL del Dr. Jesús Ancer Rodríguez para el periodo comprendido de 2009 a 2012. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Toma de protesta del Dr. Jesús Ancer Rodríguez como Rector de la UANL, para el período 2009-2012. La ceremonia fue dirigida por el M.C. Guadalupe Evaristo Cedillo Garza, Presidente de la Junta de Gobierno de la UANL. Tras la toma de protesta el Dr. Ancer Rodríguez en su primer mensaje como Rector de la UANL comentó: “Es difícil concebir un honor más grande para un universitario, que el de convertirse en rector de la institución en la que primero fue estudiante y más tarde maestro, investigador y directivo; hoy tengo el más grande honor, pero al mismo tiempo, la más alta responsabilidad, porque en el momento que nos toca vivir, las instituciones de educación superior están llamadas a jugar un papel principal en el desarrollo del país”. VI. DESIGNAN AL ING. ROGELIO G. GARZA RIVERA COMO SECRETARIO GENERAL DE LA UANL El 29 de octubre del presente el Dr. Jesús Ancer Rodríguez, Rector de la Máxima Casa de Estudios designó al Ing. Rogelio G. Garza Rivera como Secretario General de la misma. El Ing. Rogelio G. Garza Rivera al recibir el nombramiento de Secretario General de la UANL del Rector de la UANL el Dr. Jesús Ancer Rodríguez. 79 �Eventos y reconocimientos En la misma ceremonia se ratificó al licenciado Jaime Gutiérrez Arguelles, como Abogado General de la institución; así como al maestro Lázaro Vargas Guerra, titular del Departamento Escolar y de Archivo, dependencias clave en el funcionamiento de la institución. VII. PREMIO DE TESIS EN INGENIERÍA ELÉCTRICA El jueves 19 de noviembre de 2009, las autoridades de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), del Fideicomiso para el Ahorro de Energía (FIDE) y del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) otorgaron, en las instalaciones de éste último en Cuernavaca, Morelos, los reconocimientos a los ganadores de los XXIV Certámenes Nacionales de Tesis 2007-2008. El Dr. Manuel Antonio Andrade Soto, quien actualmente es profesor del Doctorado en Ingeniería 80 Foto oficial de los galardonados con los premios de Tesis en Ingeniería Eléctrica 2007-2008. Eléctrica en FIME-UANL, obtuvo el Primer Lugar, Nivel Doctorado en la especialidad de Redes Eléctricas, con su tesis “Análisis y caracterización de oscilaciones no lineales en sistemas de potencia empleando análisis espectral de Hilbert”. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Septiembre 2009 - Noviembre 2009 Alejandro Aquino Bustos, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 1 de septiembre de 2009. Juan Martín Garza Martínez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, Proyecto corto, 25 de septiembre de 2009. Mauricio Alejandro Méndez Villa, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Manufactura, “Justificación de uso de robots cartesiano en una celda de manufactura”, 8 de septiembre de 2009. Alejandro Vladimir Lara Mendoza, Maestro en Ciencias en Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Determinación de las propiedades de una aleación incdoy 909 para aplicación aeroespacial a diferentes condiciones”, 28 de septiembre de 2009. Nasser Mohamed Noriega, Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales, “Compuesto dimetilsiloxano y titaniato de bario con índice de refracción ajustable mecánicamente”, 11 de septiembre de 2009. Ruffo Eder Soriano González, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, Proyecto de investigación: “Análisis de las exportaciones de piña en México”, 18 de septiembre de 2009. Humberto David Guerra Encinas, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, “Impacto de la crisis económica y el acervo al fraccionamiento en las pequeñas y medianas empresas”, 21 de septiembre de 2009. Raúl Omar Garrido Saldaña, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 21 de septiembre de 2009. Emilio Adrián De la Garza Carrasco, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Evaluación de desempeño de una empresa de manufactura”, 25 de septiembre de 2009. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 Guillermo Ahumada Castro, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Examen por materias), 28 de septiembre de 2009. Jonathan Sánchez Cárdenas, Maestro en Ciencias en Materiales, “Efecto de la microestructura en el escalamiento topométrico en superficies de fractura de nylon”, 2 de octubre de 2009. Héctor Arnoldo Leopoldo Rodríguez Rodríguez, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Manufactura, (Examen por materias), 2 de octubre de 2009. Flor Araceli García Castillo, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Manufactura, “Análisis y predicción de maquinado de aleaciones de titanio t:64”, 9 de octubre de 2009. Myrthala Izet Arellano García, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 12 de octubre de 2009. Perla Elizabeth Cantú Cerda, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Sistemas, “Análisis y optimización estructural de redes complejas”, 12 de octubre de 2009. 81 �Titulados a nivel Maestría en la FIME-UANL Beatriz Adriana Castillo Torres, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 12 de octubre de 2009. René Graciano Torres, Maestro en Ciencias en Ingeniería Eléctrica con especialidad en Control, (Examen por materias), 9 de noviembre de 2009. José Ricardo Botello Orozco, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Proyecto corto: ¿cuál es el mejor lugar para trabajar?”, 13 de octubre de 2009. Octavio Alfaro Cuevas Villanueva, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientacion en Producción y Calidad, (Examen por materias), 9 de noviembre de 2009. Dante Salvador Salazar Monarres, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, “Oportunidad de mejora continua en el departamento escolar y de archivo de la UANL”, 15 de octubre de 2009. Ernesto Siller Guzmán, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Examen por materias), 16 de octubre de 2009. Aldo Romero Zamarripa, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Finanzas, (Examen por materias), 20 de octubre de 2009. Humberto Valdés Carrillo, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, “Proyecto corto: optimización del uso y control de materiales de empaque de la planta Vitro flotado García”, 27 de octubre de 2009. René González Segura, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Manufactura, (Examen por materias), 28 de octubre de 2009. Alejandro Garza Román, Maestro en Ciencias en Ingeniería de Manufactura, (Examen por materias), 28 de octubre de 2009. Luz Elisa Garza González, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Comercio Exterior, “Exportación de frutas tropicales a la provincia de Quebec, en Canadá”, 30 de octubre de 2009. Guadalupe Adriana Salazar Cavazos, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 9 de noviembre de 2009. 82 Edgar Leonel Montelongo Concha, Maestro en Ingeniería con orientacion en Mecatrónica, (Examen por materias), 11 de noviembre de 2009. Javier Rangel Carmona, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientacion en Producción y Calidad, Proyecto corto, 11 de noviembre de 2009. Abraham Arphxad Alpuche, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientacion en Relaciones Industriales, “Materias de titulación: algunas consideraciones teóricas para el optimismo desarrollo en los rols. Labs.”, 11 de noviembre de 2009. Rubén Eduardo Moreno, Maestro en Ingeniería con orientacion en Mecatrónica, (Examen por materias), 17 de noviembre de 2009. Jorge Alberto Castillo Garza, Maestro en Ciencias en Ingeniería con especialidad en Materiales, “Deformación plástica en una aleación de aluminio tipo 6063”, 19 de noviembre de 2009. Alexander Ruiz Genovez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, Proyecto corto: “Análisis comercial y financiero para gimnasio”, 27 de noviembre de 2009. Arturo Hernández Ramírez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Producción y Calidad, (Examen por materias), 27 de noviembre de 2009. Claudia Moreno Rodríguez, Maestro en Administración Industrial y de Negocios con orientación en Relaciones Industriales, (Examen por materias), 30 de noviembre de 2009. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Acuse de recibo EPISTEMUS EL FARO EPISTEMUS es una publicación semestral de divulgación, que busca promover la cultura científica, tecnológica y de la salud, presentando una selección de la producción académica de la Universidad de Sonora. El contenido aparece dividido estratégicamente en cuatro secciones: Proyectos de investigación, Desde la academia, Políticas de ciencia y tecnología, y CTS Epistemus, que es donde se ofrecen interesantes notas cortas sobre temas de actualidad. Como un ejemplo se puede tomar el número del segundo semestre de 2009, en el que se describen estudios sobre plantas de energía solar en el país, el uso de fuentes alternas de energía cubriendo diversas políticas en ese sector. En el área de salud se mencionan dos enfermedades comunes en la actualidad, el tabaquismo y la tuberculosis. En física y la salud se explican algunos casos de tumores y se hace una descripción directa y clara de lo que es la sangre en el sistema circulatorio. Esta revista se puede consultar en línea en http:// www.ingenierias.uson.mx (JAAG) Este boletín informativo, “El faro, la luz de la ciencia”, editado por la Coordinación de la Investigación Científica de la UNAM, aparece mensualmente con excepción de los meses de julio y agosto, presenta artículos cortos, de divulgación científica, con un estilo ligero, ajustados a dos páginas, una impresión pulcra, pero con una falta de estilo definido en las ilustraciones. Los temas tratados son atractivos, por ejemplo en el número 102, del año IX, correspondiente al 3 de septiembre de 2009, se aborda: la simetría en la naturaleza, la ciencia de la levadura de pan, el desafio de las bolsas de plástico, la astronomia y los pueblos antiguos, entre otros temas. Además se presentan un editorial, pequeñas notas informativas, reseñas y hasta acertijos. No se encontró el ISSN de la publicación, ni se encuentran fichas de los autores en esta publicación de sólo 18 páginas más forros. Para mayor información se puede contactar al correco electrónico: boletin@cic-ctic.unam.mx Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 (FJEG) 83 �Colaboradores Aguilar Garib, Juan Antonio Ingeniero Mecánico y Maestro en Metalurgia por el Instituto Tecnológico de Saltillo. Doctorado en Ingeniería de Materiales por la UANL en 1991. Estancia de investigación en la Universidad de Texas en Austin (1997-1998). Premio de Investigación UANL en 1991, 2001 y 2003, y Premio TECNOS en el 2000. Es Profesor Investifgador de la FIMEUANL, miembro del SNI, nivel 1 y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Caballero Hernández, Diana Bióloga por la FCB-UANL, 1er. lugar de su generación. Es maestra en Inmunobiología y doctora en ciencias con especialidad en Microbiología por la UANL. Ha sido reconocida con el Mérito Académico UANL y con el premio a la mejor tesis de maestría en el área de Ciencias Naturales UANL 2004. Chávez Guerrero, Leonardo Ingeniero Mecánico Metalúrgico (2001) y Maestro en Ingeniería de Materiales (2004) por la FIME-UANL. Doctorado en Nanociencias y Nanotecnología (2008) por el Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IPICyT). Actualmente es profesor investigador de la FIME y el CIIDIT. Premio Mejor Tesis de Licenciatura UANL (2001). Premio Estatal de la Juventud N.L. en 2003 y 2007. Premio Desarrollo Rural Sustentable S.L.P. (2006). Díaz de la Torre, Sebastián Ingeniero Químico por la Universidad Autónoma de Zacatecas, Maestro en Ingeniería Metalúrgica en la ESIQIE – IPN y Doctor en Ciencias de Materiales e Ingeniería en la Universidad de Kyoto, Japón. Profesor titular en el CIITEC – IPN. 84 García Pérez, Ulises Matías Licenciado en Química Industrial por la UANL y Maestro en Ciencias con especialidad en Materiales por la FIME-UANL. Actualmente es estudiante del Doctorado de Materiales de la misma Institución. Premio Mejor Tesis de Maestría-UANL en el área de Ingeniería, Tecnología y Arquitectura (2008). Garza Navarro, Marco A. Ingeniero Mecánico Electricista (2004) y Doctorado en Ingeniería de Materiales (summa cum laude, 2009) por la FIME-UANL. González González, Virgilio A. Químico Industrial con Maestría en Química Orgánica por la FCQ-UANL y Doctorado en Ingeniería de Materiales por la FIME-UANL. Ha sido investigador en el campo de los polímeros desde 1975. Es miembro del SNI nivel II. Es profesor investigador de tiempo completo de la UANL desde 1998. Hernández Durán, Osbeidy Ingeniero Mecánico (2007) y Maestrante en ciencias técnicas por la Universidad de Holguín (UHo) “Oscar Lucero Moya” de Cuba. Es especialista en energía de la Empresa de Servicio de Carga de Holguín. Hinojosa Rivera, Moisés Ingeniero Mecánico Administrador (1988), Maestría (1991) y Doctorado (1996) en Ingeniería de Materiales por la FIME-UANL, Posdoctorado en ONERA (Chatillôn Francia, 1997-1998). Miembro del SNI nivel I y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Profesor-Investigador de la FIMEUANL desde 1998. Actualmente es Subdirector de Posgrado de la FIME-UANL. Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 �Colaboradores Idárraga Ospina, Gina Ingeniera Electricista por la Universidad Nacional de Colombia- Sede Medellín (2002). Doctora en Ingeniería Eléctrica, Universidad Nacional de San Juan (UNSJ), Argentina (2007). Investigadora invitada de la Friedrich Alexander Universität, Erlangen-Nürnbert, Alemania (2006). Actualmente Profesora Investigadora de la FIME-UANL. Marines Castillo, Víctor Ingeniero Mecánico Electricista por la UANL (2006). Actualmente cursa la Maestría en el Programa Doctoral de Ingeniería Eléctrica de la FIME-UANL. Martínez-De la Cruz, Azael Licenciado en Química Industrial por la UANL y Doctor en Ciencias Químicas por la Universidad Complutense de Madrid. Actualmente es profesor investigador de FIME-UANL, ha obtenido 3 premios de Investigación UANL, 1 reconocimiento como asesor de la mejor tesis de maestría-UANL (2008) y 3 premios Nacionales de Investigación. Miembro del SNI, nivel II. Mombello, Enrique Esteban Ingeniero Eléctrico en 1982 y Doctor en Ingeniería Eléctrica en 1998, por la Universidad Nacional de San Juan (UNSJ), Argentina. Académico e investigador del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Argentina) de 1982 a 1989 y de 1991 a 1998. Beca académica 1989-1991 en el Instituto de Alta Tensión de la RWTH Aachen, Alemania. Actualmente es Profesor Investigador del Instituto de Energía Eléctrica de la UNSJ, Argentina. Peña Escobio, Damaris Ingeniera Industrial (2003) y Maestrante en ciencias técnicas por la Universidad de Holguín (UHo) “Oscar Lucero Moya” de Cuba. Ostenta la categoría docente de Profesor asistente. Es especialista en calidad de la Organización Básica Eléctrica de Holguín. Reyes Melo, Martín Edgar Ingeniero en Industrias Alimentarias por la UANL. Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica por la FIME-UANL Doctorado en Ingeniería de Materiales (2004) en la Université Paul Sabatier de Toulouse, Francia. Miembro del SNI, nivel I. Premio a la Mejor Tesis de Maestría UANL 1999. Premio Ingenierías, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 de Investigación UANL 1999 y 2004. Es catedrático investigador en la FIME y el CIIDIT de la UANL. Rigol Cardona, Buenaventura Rubén Ingeniero Mecánico (1998) y Maestro en Ciencias Técnicas (2005) por la Universidad de Holguín (UHo) “Oscar Lucero Moya” de Cuba. Ostenta la categoría docente de Profesor asistente. Becario SEP en el CIITEC IPN. Rojas Sandoval, Javier Licenciado en Historia y Maestría en Metodología de la Ciencia por la UANL. Estudios de doctorado en la Universidad Iberoamericana. Profesor e investigador de la UANL. Director de la página: www.monterreyculturaindustrial.org. Miembro de The International Commitee for the Conservation of the Industrial Heritage y el Comité Mexicano para la Conservación del Patrimonio Industrial. Sánchez Jiménez, Juán José Doctor en Ciencias Técnicas en la Universidad Central de Las Villas, Cuba, en 1990. Actualmente es Profesor Investigador Titular C del Departamento de Ingeniería Mecánica Eléctrica de la Universidad de Guadalajara. Torres Castro, Alejandro Doctorado en Ingeniería de Materiales por la UANL. Pos-doctorado en el departamento de Ingeniería Química en la Universidad de Austin en Texas. Actualmente es profesor investigador en el área de materiales en la FIME-UANL. Es Candidato en el Sistema Nacional de Investigadores. Zaid, Gabriel Poeta y ensayista. Ingeniero Mecánico Administrador por el ITESM, Monterrey (1955), con una tesis sobre la industria del libro. Recibió el premio Xavier Villaurrutia (1972). Fue miembro del consejo de la revista Vuelta (1976-1992) y de la Academia Mexicana de la Lengua (1986-2002). Ingresó en El Colegio Nacional el 26 de septiembre de 1984. Zerquera Izquierdo, Mariano Doctor en Ingeniería Eléctrica en la Universidad Central de Las Villas, Cuba (1984). Trabaja como Profesor Investigador Titular C del Departamento de Ingeniería Mecánica Eléctrica de la Universidad de Guadalajara. 85 �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 el veredicto inapelable. 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 86 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 en 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, Enero-Marzo 2010, Vol. XIII, No. 46 � 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 2010 Volumen Volumen de la revista 13 Número Número de la revista 46 Mes de publicación Mes cuando se publicó Enero-Marzo Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2010, Vol 13, No 46, Enero-Marzo Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Elizondo Garza, Fernando J., 1954-, Director 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 01/01/2010 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 2020809 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 Biopolímeros Corriente de energización Fotocatálisis Industria textil Nanotecnología Wikipedia